一種高效電流注入發(fā)光二極管及其生產(chǎn)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(jiàn)光的紅光到黃綠波段，由此制成的可見(jiàn)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(kuò)展層進(jìn)行橫向擴(kuò)展后將電流注入發(fā)光區(qū)，一方面由于P-GaP電流擴(kuò)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。另一方面厚的P-GaP需要較長(zhǎng)的生長(zhǎng)時(shí)間，源耗較高，導(dǎo)致成本大大增加。
[0004]高亮度反極性AlGaInP芯片采用鍵合工藝實(shí)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(lái)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(huì)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效電流注入發(fā)光二極管。
[0006]本發(fā)明從下到上依次包括第二電極、襯底、N-GaAs過(guò)渡層、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(kuò)展層、透明導(dǎo)電層和第一電極，其特點(diǎn)是:所述P-GaP電流擴(kuò)展層為三層，分別為第一P-GaP電流擴(kuò)展層、圖形化的第二 P-GaP電流擴(kuò)展層和圖形化的第三P-GaP電流擴(kuò)展層。
[0007]電流經(jīng)過(guò)第一電極注入到透明導(dǎo)電層后，在透明導(dǎo)電層進(jìn)行橫向擴(kuò)展，主要通過(guò)第三P-GaP電流擴(kuò)展層將大部分電流注入到有源區(qū)，第二 P-GaP電流擴(kuò)展層注入部分電流到有源區(qū)，第一 P-GaP電流擴(kuò)展層注入少量電流到有源區(qū)，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(wú)效注入，因此本發(fā)明改變了電流注入的分布，大大提升電流注入效率，提升了發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度，可以有效提升發(fā)光效率。
[0008]另外，本發(fā)明第一 P-GaP電流擴(kuò)展層厚度為1500?2000nm，圖形化的第二 P-GaP電流擴(kuò)展層厚度為50?70nm，圖形化的第三P-GaP電流擴(kuò)展層厚度為50?70nm。
[0009]第一 P-GaP電流擴(kuò)展層該厚度利于電電流注入后的橫向擴(kuò)展，第二 P-GaP電流擴(kuò)展層和第三P-GaP電流擴(kuò)展層設(shè)計(jì)較薄的厚度是為避免在進(jìn)行圖形化時(shí)蝕刻深度太深，造成圖形側(cè)壁臺(tái)階太高，透明導(dǎo)電薄膜臺(tái)階覆蓋性變差，會(huì)導(dǎo)致電阻增大，影響電流的擴(kuò)展。
[0010]第一 P-GaP電流擴(kuò)展層以鎂為摻雜元素，摻雜濃度為8 X 117cnT3?IX 10 18Cm_3。
[0011]第二 P-GaP電流擴(kuò)展層以鎂為摻雜元素，摻雜濃度為5 X 118CnT3?8 X 10 18cm_3。
[0012]第三P-GaP電流擴(kuò)展層以鎂為摻雜元素，摻雜濃度為I X 119CnT3?3X10 19cm_3。
[0013]本發(fā)明摻雜鎂的三層P-GaP電流擴(kuò)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。摻雜濃度呈階梯式分布是為了保證電流在通過(guò)透明導(dǎo)電層注入到三層P-GaP傳導(dǎo)時(shí)具有方向性，避免電流直接從電極周圍直接注入到電流擴(kuò)展層，而是通過(guò)三層P-GaP電流擴(kuò)展層分流后從發(fā)光區(qū)周圍注入有源區(qū)，提升電流注入效率。
[0014]另外，本發(fā)明透明導(dǎo)電層為銦錫氧化物，厚度為250?300nm。該厚度為通過(guò)光學(xué)計(jì)算所得對(duì)應(yīng)紅光起到增光作用的最佳光學(xué)厚度。
[0015]本發(fā)明的另一目的是提出一種能實(shí)現(xiàn)高成品率和低成本的上述一種高效電流注入發(fā)光二極管的生產(chǎn)方法。
[0016]本發(fā)明生產(chǎn)方法包括以下步驟:
1)制作外延片:在永久襯底GaAs的一面依次外延生長(zhǎng)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、第一P-GaP電流擴(kuò)展層、第二 P-GaP電流擴(kuò)展層和第三P-GaP電流擴(kuò)展層；第一 P-GaP電流擴(kuò)展層、第二 P-GaP電流擴(kuò)展層和第三P-GaP電流擴(kuò)展層摻雜元素均為鎂(Mg)元素，且第一P-GaP電流擴(kuò)展層摻雜濃度為8 X 117CnT3?I X 10 18cm_3，第二 P-GaP電流擴(kuò)展層摻雜濃度為5 X 118Cm 3?8 X 10 18cm 3,第三 P-GaP 電流擴(kuò)展層慘雜濃度為 I X 119Cm 3?3 X 10 19cm 3;
2)在第三P-GaP電流擴(kuò)展層上制作出圖形，刻蝕出第二P-GaP電流擴(kuò)展層，然后在第二P-GaP電流擴(kuò)展層上制作出圖形，蝕刻出第一 P-GaP電流擴(kuò)展層；
3)在經(jīng)過(guò)圖形化處理的P-GaP電流擴(kuò)展層上沉積透明導(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。
[0017]本發(fā)明的特點(diǎn)是:在制作外延片的P-GaP電流擴(kuò)展層時(shí)，以鎂為摻雜元素，采用不同的摻雜濃度，制作出三層P-GaP電流擴(kuò)展層，再經(jīng)過(guò)二次濕法蝕刻方法制作出P-GaP電流擴(kuò)展層的圖形后，沉積透明導(dǎo)電薄膜的材料為銦錫氧化物。
[0018]本發(fā)明具有三層不同摻雜濃度的P-GaP電流擴(kuò)展層結(jié)構(gòu)通過(guò)圖形化處理，形成同銦錫氧化物不同的接觸效果，電流經(jīng)過(guò)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(kuò)展后，再經(jīng)過(guò)三層P-GaP電流擴(kuò)展層重新分流，進(jìn)而進(jìn)入到有源層，從而改變了電流注入的分布，大大提升電流注入效率，提升了發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度。工藝簡(jiǎn)單，同時(shí)由于降低了 P-GaP電流擴(kuò)展層的厚度，具有低成本，高良率的優(yōu)點(diǎn)，適宜批量化生產(chǎn)，利于取得高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品。
[0019]經(jīng)過(guò)所述步驟2)中，先在第三P-GaP電流擴(kuò)展層上制作出圖形，再在第二P-GaP電流擴(kuò)展層上制作出圖形，圖形化處理后，漏出第一 P-GaP電流擴(kuò)展層區(qū)域位于發(fā)光區(qū)中心區(qū)域，占整個(gè)發(fā)光區(qū)面積40?60%，漏出第二 P-GaP電流擴(kuò)展層區(qū)域位于發(fā)光區(qū)中部區(qū)域，占整個(gè)發(fā)光區(qū)面積20?40%，剩余的第三P-GaP電流擴(kuò)展層區(qū)域位于發(fā)光區(qū)邊緣區(qū)域占發(fā)光區(qū)面積10?30%。
[0020]在進(jìn)行圖形化時(shí)摻雜濃度較高的第三P-GaP電流擴(kuò)展層區(qū)域位于發(fā)光區(qū)邊緣區(qū)域占發(fā)光區(qū)面積10?30%，可以保證同銦錫氧化物形成良好的電學(xué)接觸，利于電流的注入，為電流注入的第一通道，摻雜濃度適中的第二 P-GaP電流擴(kuò)展層區(qū)域位于發(fā)光區(qū)中部區(qū)域，占整個(gè)發(fā)光區(qū)面積20?40%，能夠同銦錫氧化物形成良好的電學(xué)接觸，但接觸電阻大于第三P-GaP電流擴(kuò)展層同銦錫氧化物的接觸電阻，為電流注入的第二通道，摻雜濃度最低的第一 P-GaP電流擴(kuò)展層區(qū)域位于發(fā)光區(qū)中心區(qū)域，占整個(gè)發(fā)光區(qū)面積40?60%，同銦錫氧化物形成較差的電學(xué)接觸，有較大的接觸電極，相當(dāng)與形成肖特基結(jié)，避免電極的大量注入。
[0021]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400?450°C，退火時(shí)間10?30s。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明成品的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]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(zhǎng)N-GaAs過(guò)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、摻雜鎂的第一 P-GaP電流擴(kuò)展層108，第二P-GaP電流擴(kuò)展層109，第三P-GaP電流擴(kuò)展層110。
[0024]其中第一 P-GaP電流擴(kuò)展層108優(yōu)選厚度1800nm，第二