一種高亮度發(fā)光二極管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及AlGaInP四元系發(fā)光二極管的制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]四元系A(chǔ)lGaInP是一種具有直接寬帶隙的半導(dǎo)體材料，已廣泛應(yīng)用于多種光電子器件的制備。由于材料發(fā)光波段可以覆蓋可見光的紅光到黃綠波段，由此制成的可見光發(fā)光二極管受到廣泛關(guān)注。
[0003]傳統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)AlGaInP發(fā)光二極管借助厚的P-GaP電流擴展層進(jìn)行橫向擴展后將電流注入發(fā)光區(qū)，但由于P-GaP電流擴展能力有限，電極下方附近區(qū)域電流密度較高，離電極較遠(yuǎn)的區(qū)域電流密度較低，導(dǎo)致整體的電流注入效率偏低，從而降低了發(fā)光二極管的出光效率。
[0004]高亮度反極性AlGaInP芯片采用鍵合工藝實現(xiàn)襯底置換，用到熱性能好的硅襯底(硅的熱導(dǎo)率約為1.5W/K.cm)代替砷化鎵襯底(砷化鎵的熱導(dǎo)率約為0.8W/K.cm),芯片具有更低熱阻值，散熱性能更好。采用高反射率的全方位反射鏡技術(shù)來提高反射效率。采用表面粗化技術(shù)改善芯片與封裝材料界面處的全反射，亮度會更高。但是由于制作步驟繁多，工藝非常復(fù)雜，導(dǎo)致制作成本偏高，成品率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是提出一種能提升發(fā)光二極管出光效率的高亮度發(fā)光二極管。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案是:在永久襯底GaAs的一面依次設(shè)置N-GaAs過渡層、AlAs/AlGaAs反射層、N-AlGaInP下限制層、MQff多量子阱有源層、P-AlGaInP上限制層、P-GaInP緩沖層、摻雜鎂的P-GaP電流擴展層、氧化銦錫透明薄膜和第一電極，在永久襯底GaAs的另一面設(shè)置第二電極，其特征在于在所述摻雜鎂的P-GaP電流擴展層和氧化銦錫透明薄膜之間設(shè)置圖形化的接觸點。
[0007]由于氧化銦錫透明薄膜具有良好的電流擴展能力，電極通過該氧化銦錫透明薄膜，再通過接觸點將電流均勻注入到整個芯片表面，從而減小了電流在電極下方的積聚，減少了電流的無效注入，提升了發(fā)光效率。
[0008]本發(fā)明所述摻雜鎂的P-GaP電流擴展層的厚度為2000nm?4000nm。
[0009]其中，所述摻雜鎂的P-GaP電流擴展層中，接近緩沖層的鎂的摻雜濃度為4 X 117CnT3?8 X 10 17cnT3，遠(yuǎn)離緩沖層的鎂的摻雜濃度為8 X 117CnT3?IX 10 19cnT3，遠(yuǎn)離緩沖層的鎂的摻雜深度為300nm?500nm。
[0010]即摻雜鎂的P-GaP電流擴展層中摻雜鎂的濃度沿縱向呈階梯式分布，越接近緩沖層的鎂的摻雜濃度越低。其作用在于，縱向濃度采用階梯式分布可以保證表面被粗化的區(qū)域仍能同銦錫氧化物形成一定的電學(xué)接觸，緩解接觸點接觸壓力。接近緩沖層的P-GaP不需要摻雜便可形成好的接觸，表層需要同銦錫氧化物形成電學(xué)接觸，所以需要高的摻雜濃度。
[0011]接近緩沖層的鎂的摻雜濃度為4X 117CnT3?8X 10 17cm_3，可保證P-GaP具有較好的電流擴展能力；遠(yuǎn)離緩沖層的鎂的摻雜濃度為8X 117CnT3?1X10 19cm_3，可保證能同P-GaP形成良好的電學(xué)接觸；遠(yuǎn)離緩沖層的鎂的300nm?500nm摻雜深度，可保證在粗化后仍能同P-GaP形成良好的電學(xué)接觸，以緩解接觸點電流注入的壓力。
[0012]另外，本發(fā)明的氧化銦錫透明薄膜的厚度為250?300nm。該厚度為通過光學(xué)計算所得對應(yīng)紅光起到增光作用的最佳光學(xué)厚度。
[0013]本發(fā)明所述接觸點為圓柱形，直徑為3?5 μ m,高度為200?400nm。圓柱形易于濕法工藝實施，不易被側(cè)蝕，直徑3?5 μ m，高度為200?400nm為對比優(yōu)化較佳工藝窗口，在保證足夠電學(xué)接觸面積的前提下，不影響出光。
[0014]本發(fā)明的另一目的是提出一種能實現(xiàn)高成品率和低成本的上述高亮度發(fā)光二極管的制造方法。
[0015]本發(fā)明制造方法包括以下步驟:
O制作外延片:在永久襯底GaAs的一面依次外延生長N-GaAs緩沖層、AlAs/AlGaAs反射層、N-AlGaInP下限制層、MQW多量子阱有源層、P-AlGaInP上限制層、P-GaInP緩沖層、P-GaP電流擴展層；
2)在外延片表面制作圖形化接觸點；
3)在具有圖形化接觸點的P-GaP電流擴展層一面整面沉積透明導(dǎo)電薄膜；
4)在透明導(dǎo)電薄膜上制作第一電極；
5)在永久襯底GaAs的另一面制作第二電極；
6)采用RTA進(jìn)行退火處理；
本發(fā)明的特征在于:
在制作外延片的P-GaP電流擴展層時，以鎂為摻雜元素；
在制作圖形化接觸點的同時，對接觸點以外的P-GaP電流擴展層表面采用濕法進(jìn)行粗化處理，粗化深度為200?400nm ；
沉積透明導(dǎo)電薄膜的材料為銦錫氧化物。
[0016]本發(fā)明具有階梯式摻雜濃度的P-GaP電流擴展層制作接觸點同銦錫氧化物形成良好的歐姆接觸，一定深度的粗化深度有保證了銦錫氧化物同粗化面的接觸勢壘不會太高，從而改變了電流注入的分布，有效提升電流注入效率，提升了發(fā)光二極管的發(fā)光強度，高摻雜區(qū)域制作成圖形化的接觸點，同銦錫氧化物薄膜形成歐姆接觸，接觸點其他區(qū)域通過濕法溶液進(jìn)行表面粗糙化處理，減少P-GaP表面全反射的發(fā)生，提升光取出效率。電流經(jīng)過第一電極流入銦錫氧化物薄膜層，銦錫氧化物薄膜層橫向電阻小于同P-GaP的接觸電阻，電流先在銦錫氧化物上進(jìn)行橫向擴展后，經(jīng)過均勻分布的接觸點注入到P-GaP電流擴展層中，進(jìn)而進(jìn)入有源層，大大提升電流注入效率，提升了發(fā)光二極管的發(fā)光強度。同時由于工藝簡單，具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管成本低，良率高的優(yōu)點，適宜批量化生產(chǎn)，利于取得高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品。
[0017]另外，為了保障銦錫氧化物同P-GaP形成良好的電學(xué)接觸，保障襯底GaAs同第二電極形成良好的電學(xué)接觸，本發(fā)明所述RTA退火溫度為350?450°C，退火時間5?20s。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明成品的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]一、如圖1所示是本發(fā)明制造步驟如下:
1、制作外延片:利用MOCVD設(shè)備在一永久襯底GaAslOl面上依次生長N-GaAs過渡層102、AlAs/AlGaAs反射層103、N-AlGaInP下限制層104、MQW多量子阱有源層105、P-AlGaInP上限制層106、P-GaInP緩沖層107、摻雜鎂的P-GaP電流擴展層108。
[0020]其中摻雜鎂的P-GaP電流擴展層108優(yōu)選厚度3000nm，摻雜元素為鎂(Mg)，以保證能形成良好的歐姆接觸，表層摻雜濃度沿縱向呈階梯式分布:接近緩