一種垂直結(jié)構(gòu)AlGaInP基發(fā)光二極管及其制造方法
【專利摘要】一種垂直結(jié)構(gòu)AlGaInP基發(fā)光二極管及其制造方法，屬于光電子技術領域，本發(fā)明從下到上依次包括：第一電極、襯底、半導體發(fā)光層、電流阻擋層、透明導電層和第二電極；所述電流阻擋層設置在第二電極下方的所述透明導電層和半導體發(fā)光層之間。電流經(jīng)過第二電極注入到氧化銦錫透明薄膜后，受電流阻擋層的影響在透明導電層進行橫向擴展，將大部分電流注入到半導體發(fā)光層的有源區(qū)，這種分布式電流注入方式減緩了電流在電極下方的積聚，減少電流的無效注入，提升了發(fā)光效率。
【專利說明】
一種垂直結(jié)構(gòu)AI Ga I nP基發(fā)光二極管及其制造方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于光電子技術領域，特別涉及AlGaInP四元系發(fā)光二極管的制造技術領域。
【背景技術】
[0002]四元系AlGaInP是一種具有直接寬帶隙的半導體材料，已廣泛應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電流擴展層進行橫向擴展后將電流注入發(fā)光區(qū)，一方面由于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，離電極較遠的區(qū)域電流密度較低，導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。另一方面厚的P-GaP需要較長的生長時間，源耗較高，導致成本大大增加。
[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(硅的熱導率約為1.5W/K.cm)代替砷化鎵襯底(砷化鎵的熱導率約為0.8W/K.cm)，芯片具有更低熱阻值，散熱性能更好。目前雖然有采用高反射率的全方位反射鏡技術來提高反射效率的方法，也有采用表面粗化技術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，工藝非常復雜，導致制作成本偏高，成品率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術的以上缺陷，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發(fā)光二極管。
[0006]本發(fā)明從下到上依次包括:第一電極、襯底、半導體發(fā)光層、電流阻擋層、透明導電層和第二電極;其特征在于所述電流阻擋層設置在第二電極下方的所述透明導電層和半導體發(fā)光層之間。
[0007]由于以上結(jié)構(gòu)，電流經(jīng)過第二電極注入到氧化銦錫透明薄膜后，受電流阻擋層的影響在透明導電層進行橫向擴展，將大部分電流注入到半導體發(fā)光層的有源區(qū)，這種分布式電流注入方式減緩了電流在電極下方的積聚，減少電流的無效注入，提升了發(fā)光效率。
[0008]進一步地，本發(fā)明所述電流阻擋層在半導體發(fā)光層上所占的面積不小于第二電極在透明導電層上所占的面積。通常產(chǎn)品不具有電流阻擋層結(jié)構(gòu)電極，電流直接從電極下方注入有源區(qū)，電子與空穴在電極下方復合，受電極阻擋出光效率低。具有電流阻擋層結(jié)構(gòu)的設計，電流橫向擴展區(qū)域變大，即在遠離電極的區(qū)域注入到有源區(qū)，同時不受電極遮光影響，提高了電流注入效率。
[0009]所述半導體發(fā)光層包括依次設置在襯底上的N-GaAs緩沖層、AlAs/AlGaAs反射層、N-AlGaInP下限制層、有源層、P-AlGaInP上限制層、P-GaInP緩沖層和電流擴展層。
[0010]所述電流阻擋層的厚度為100?350nm。為了能夠起到阻擋電流的作用，同時作為介質(zhì)又不阻擋光的傳輸，電流阻擋層的厚度設計為所傳輸光的λ\4η的整數(shù)倍，這樣光可以全部透過電流阻擋層而不會產(chǎn)生衰減，不會影響產(chǎn)品的亮度。
[0011]所述透明導電層的厚度為200?300nm。該厚度為通過光學計算所得對應紅光起到增光作用的最佳光學厚度。
[0012]本發(fā)明的別一目的是提出以上產(chǎn)品的制造方法。
[0013]包括以下步驟:
1)先在一襯底的同一側(cè)外延生長半導體發(fā)光層，取得外延片;其特征在于還包括以下步驟:
2)在外延片的半導體發(fā)光層表面通過PECVD生長一層S12材料層;然后在S12材料層上通過涂膠、光刻、顯影制作出圖形化的電流阻擋層；
3)在電流阻擋層和裸露的半導體發(fā)光層表面采用電子束蒸鍍的方式沉積透明導電層；
4)在圖形化的電流阻擋層上方的透明導電層上制作第二電極;在襯底的另一側(cè)制作第一電極。
[0014]本發(fā)明工藝是在現(xiàn)有的垂直結(jié)構(gòu)AIGa I nP基發(fā)光二極管的制造方法簡單，只需要現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝上略加改進，即可實現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品優(yōu)良率高。
[0015]另外，所述圖形化的電流阻擋層在半導體發(fā)光層上所占的面積不小于P電極在透明導電層上所占的面積，電流阻擋層的圖形為矩形、正方形、圓形、橢圓形或多邊形。一方面，不同形狀及面積大小不一的電流阻擋層可以很好的引導電流橫向擴展，提高電流注入效率，提升出光效率；另一方面，對于不同產(chǎn)品以不同的圖形可以起到一定的辨識度，便于應用端區(qū)分不同類別和規(guī)格的產(chǎn)品，還可以對產(chǎn)品起到一定的防偽作用。
[0016]在外延生長半導體發(fā)光層時，于襯底的同一側(cè)依次處延生長形成N-GaAs緩沖層、AlAs/AlGaAs反射層、N-AlGaInP下限制層、有源層、P-AlGaInP上限制層、P-GaInP緩沖層和電流擴展層。
[0017]所述電流阻擋層的厚度為100?350nmo
[0018]所述透明導電層的厚度為200?300nm。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明為一種結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示:
一、制造工藝:
1、制作外延片:利用MOCVD設備在一片GaAs永久襯底201的同一面上依次生長N-GaAs緩沖層202、AlAs/AlGaAs反射層203、N-AlGaInP下限制層204、MQW多量子阱有源層205、P-AlGaInP上限制層206、P-GaInP緩沖層207、摻雜鎂的P-GaP電流擴展層208。
[0021]其中P-GaP電流擴展層208優(yōu)選厚度4000nm，摻雜元素均為鎂(Mg)，摻雜濃度為2X1019cm—3，以保證一定的電流擴展能力。
[0022]2、利用215號和511號清洗液清洗P-GaP電流擴展層208，利用PECVD在其上沉積厚度為100?350nm的Si02、SiNx、Ti0或T12中的任意一種，經(jīng)旋涂正性光刻膠，通過曝光，顯影，制作出特定圖形。再通過等離子打膠后，利用Β0Ε，蝕刻60s，取得圖形化的電流阻擋層102。圖形可以為矩形、正方形、圓形、橢圓形或多邊形中的一種。
[0023]3、將制作好圖形的樣品進行超聲有機清洗lOmin，在電流阻擋層102和的裸露的P-GaP電流擴展層208表面利用電子束蒸鍍的方式，沉積厚度為200?300nm的氧化銦錫透明導電薄膜，620nm波段透過率保證在92%以上，方塊電阻在8 ?以內(nèi)。
[0024]4、將制作好圖形的樣品進行超聲有機清洗lOmin，旋涂負性光刻膠，經(jīng)過烘烤，曝光，烘烤，顯影后制作出電極圖形，通過高速旋干機將樣品旋干后進行等離子打膠2分鐘。采用電子束蒸鍍方式，在圖形化的電流阻擋層102上方的透明導電層103表面依次沉積厚度為1500nm的NiCr和厚度為3000nm的Au作為第二電極104。
[°°25] 5、通過研磨機，對GaAs永久襯底201研磨，使芯片厚度減薄至180±20μηι。
[0026]6、將研磨好的樣品進行超聲有機清洗lOmin，采用電子束蒸鍍的方式在GaAs永久襯底201的背面依次形成厚度為50nm的Au和厚度為300nm的AuGe、厚度為30nm的Au，以此形成第一電極101。
[0027]7、采用RTA退火爐對芯片進行退火，經(jīng)400?450°C退火，退火10?30s，即完成器件的制作。
[0028]二、形成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點:
如圖1所示，在GaAs永久襯底201的同一側(cè)面上依次設置有N-GaAs緩沖層202、AlAs/AlGaAs反射層203、N-AlGaInP下限制層204、MQW多量子阱有源層205、P-AlGaInP上限制層206、P-GaInP緩沖層207、P-GaP電流擴展層208、電流阻擋層102、透明導電層103和第二電極104，在一永久襯底GaAs201的另一面設置第一電極101。
[0029]其中電流阻擋層102設置在第二電極104下方的透明導電層103和半導體發(fā)光層的P-GaP電流擴展層208之間。電流阻擋層102在半導體發(fā)光層上所占的面積不小于第二電極104在透明導電層103上所占的面積。
[0030]電流阻擋層102的厚度為100?350nm。
[0031]透明導電層103的厚度為200?300nm。
【主權項】
1.一種垂直結(jié)構(gòu)AlGaInP基發(fā)光二極管，從下到上依次包括:第一電極、襯底、半導體發(fā)光層、電流阻擋層、透明導電層和第二電極;其特征在于所述電流阻擋層設置在第二電極下方的所述透明導電層和半導體發(fā)光層之間。2.根據(jù)權利要求1所述垂直結(jié)構(gòu)AlGaInP基發(fā)光二極管，其特征在于:所述電流阻擋層在半導體發(fā)光層上所占的面積不小于第二電極在透明導電層上所占的面積。3.根據(jù)權利要求1或2所述垂直結(jié)構(gòu)AlGaInP基發(fā)光二極管，其特征在于:所述半導體發(fā)光層包括依次設置在襯底上的N-GaAs緩沖層、AlAs/AlGaAs反射層、N-AlGaInP下限制層、有源層、P-AlGaInP上限制層、P-GaInP緩沖層和電流擴展層。4.根據(jù)權利要求1或2所述垂直結(jié)構(gòu)AlGaInP基發(fā)光二極管，其特征在于:所述電流阻擋層的厚度為100?350nmo5.根據(jù)權利要求4所述垂直結(jié)構(gòu)AlGaInP基發(fā)光二極管，其特征在于:所述透明導電層的厚度為200?300nmo6.如權利要求1所述垂直結(jié)構(gòu)AlGaInP基發(fā)光二極管的制造方法，先在一襯底的同一側(cè)外延生長半導體發(fā)光層，取得外延片;其特征在于還包括以下步驟: 1)在外延片的半導體發(fā)光層表面通過PECVD生長一層S12材料層;然后在S12材料層上通過涂膠、光刻、顯影制作出圖形化的電流阻擋層； 2)在電流阻擋層和裸露的半導體發(fā)光層表面采用電子束蒸鍍的方式沉積透明導電層； 3)在圖形化的電流阻擋層上方的透明導電層上制作第二電極;在襯底的另一側(cè)制作第一電極。7.根據(jù)權利要求6所述垂直結(jié)構(gòu)AlGaInP基發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述圖形化的電流阻擋層在半導體發(fā)光層上所占的面積不小于P電極在透明導電層上所占的面積，電流阻擋層的圖形為矩形、正方形、圓形、橢圓形或多邊形。8.根據(jù)權利要求6或7所述垂直結(jié)構(gòu)AlGaInP基發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:在外延生長半導體發(fā)光層時，于襯底的同一側(cè)依次處延生長形成N-GaAs緩沖層、AlAs/AlGaAs反射層、N-AlGaInP下限制層、有源層、P-AlGaInP上限制層、P-GaInP緩沖層和電流擴展層。9.根據(jù)權利要求6或7所述垂直結(jié)構(gòu)AlGaInP基發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述電流阻擋層的厚度為100?350nmo10.根據(jù)權利要求4所述垂直結(jié)構(gòu)AlGaInP基發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述透明導電層的厚度為200?300nmo
【文檔編號】H01L33/14GK105932131SQ201610451269
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】李波, 楊凱, 何勝, 徐洲, 林鴻亮, 張永, 張雙翔
【申請人】揚州乾照光電有限公司