一種具有電流阻擋層及電流擴(kuò)展層的GaAs基發(fā)光二極管芯片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有電流阻擋層及電流擴(kuò)展層的GaAs基發(fā)光二極管芯片及其制備方法，由下往上依次為GaAs襯底、GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層、電流擴(kuò)展層，在所述電流擴(kuò)展層上為p電極，在所述p電極正下方對應(yīng)位置生長有一層具有反射作用的電流阻擋層，位于GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層和電流擴(kuò)展層之間，本發(fā)明所述具有電流阻擋層及電流擴(kuò)展層的GaAs基發(fā)光二極管芯片生長有一層電流阻擋層，在p電極下方通過電流擴(kuò)展層將電流更好的擴(kuò)展，通過電流阻擋層避免電流在p電極下方聚集造成p電極下方結(jié)溫太高的問題，大大增加了電流擴(kuò)展，增加了出光效率，提升了GaAs基發(fā)光二極管的品質(zhì)。
【專利說明】
一種具有電流阻擋層及電流擴(kuò)展層的GaAs基發(fā)光二極管芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種具有電流阻擋層及電流擴(kuò)展層的GaAs基發(fā)光二極管芯片及其制備方法，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]LED作為21世紀(jì)的照明新光源，同樣亮度下，半導(dǎo)體燈耗電僅為普通白熾燈的I/
10,而壽命卻可以延長100倍。LED器件是冷光源，光效高，工作電壓低，耗電量小，體積小，可平面封裝，易于開發(fā)輕薄型產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固且壽命很長，光源本身不含汞、鉛等有害物質(zhì)，無紅外和紫外污染，不會在生產(chǎn)和使用中產(chǎn)生對外界的污染。因此，半導(dǎo)體燈具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長等特點(diǎn)，如同晶體管替代電子管一樣，半導(dǎo)體燈替代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈，也將是大勢所趨。無論從節(jié)約電能、降低溫室氣體排放的角度，還是從減少環(huán)境污染的角度，LED作為新型照明光源都具有替代傳統(tǒng)照明光源的極大潛力。
[0003]GaAs基發(fā)光二極管芯片如何增加出光效率成為現(xiàn)階段的主要研發(fā)方向，如果通過電極實(shí)現(xiàn)良好的電流擴(kuò)展會導(dǎo)致電極下方結(jié)溫過高，長時(shí)間使用壽命得不到保證，且電極所用的金屬如Au、Ge等都不能有效增加GaAs基發(fā)光二極管芯片的電流擴(kuò)展，如何既能有效提升出光效率且能使LED壽命得到保證成為現(xiàn)階段研究的主要方向。
[0004]中國專利文獻(xiàn)CN105514226A公開的《一種具有電流阻擋層的發(fā)光二極管及其制作方法》是直接在外延結(jié)構(gòu)上外延生長無摻雜的氮化鋁材料。采用氮化鋁材料當(dāng)電流阻擋層，可有效提高P型電極的可靠性，減小P型電極在打線過程容易出現(xiàn)電極開裂，此方法是在外延結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改變，對于外延生長的要求較高，不易規(guī)模化生產(chǎn)。
[0005]中國專利文獻(xiàn)CN104037279A公開的《一種具有電流阻擋層的發(fā)光二極管的制作方法》該方法是在襯底上生長發(fā)光外延層，自下而上依次由N型半導(dǎo)體層、活性層和P型半導(dǎo)體層組成；利用具有遮光圖形的耐高溫材料的光刻板，結(jié)合退火工藝，使遮光圖形下方的P型半導(dǎo)體層的鎂未活化，從而形成電流阻擋層，此方法是通過對外延結(jié)構(gòu)的變化達(dá)到電流阻擋的作用，不適用于GaAs基發(fā)光二極管芯片規(guī)模化生產(chǎn)。
[0006]中國專利文獻(xiàn)103066175A公開了《一種具有電流阻擋層的發(fā)光二極管及其制備方法》是通過在P型GaN表面，P電極正下方對應(yīng)的局部位置上制備一層反射膜，有效反射發(fā)光層射向電極下方的光線，反射膜上的電流阻擋層能改善電流在電極下方積聚的現(xiàn)象，具有反射作用的電流阻擋層內(nèi)的圓柱形空洞內(nèi)填充ITO導(dǎo)電材料，此方法適用于GaN基LED，不適用于GaAs基發(fā)光二極管芯片的制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種具有電流阻擋層及電流擴(kuò)展層的GaAs基發(fā)光二極管芯片；
[0008]本發(fā)明還提供了上述GaAs基發(fā)光二極管芯片的制備方法；
[0009]本發(fā)明所述GaAs基發(fā)光二極管的制備方法流程簡便、較大程度的提升電流擴(kuò)展及光效。
[0010]術(shù)語解釋
[0011 ] ITO透明導(dǎo)電材料:氧化銦錫(Indium-Tin Oxide)透明導(dǎo)電材料。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0013]—種具有電流阻擋層及電流擴(kuò)展層的GaAs基發(fā)光二極管芯片，由下往上依次為GaAs襯底、GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層、電流擴(kuò)展層，在所述電流擴(kuò)展層上為P電極，在所述P電極正下方對應(yīng)位置生長有一層具有反射作用的電流阻擋層，位于GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層和電流擴(kuò)展層之間。
[0014]本發(fā)明生長有一層電流阻擋層，在P電極下方通過電流擴(kuò)展層將電流更好的擴(kuò)展，通過電流阻擋層避免電流在P電極下方聚集造成P電極下方結(jié)溫太高的問題，大大增加了電流擴(kuò)展，增加了出光效率，提升了 GaAs基發(fā)光二極管的品質(zhì)。
[0015]現(xiàn)階段大部分GaAs基發(fā)光二極管芯片電極下方均未設(shè)計(jì)電流阻擋層，部分有電流阻擋層的都是電流阻擋層與電極直接接觸，本發(fā)明中在電極下方還設(shè)置有電流擴(kuò)展層，避免P電極與電流阻擋層直接接觸不能有效的電流擴(kuò)展的問題。
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述電流阻擋層的橫截面面積小于所述P電極的橫截面面積。使得電流更集中的通過電流擴(kuò)展層進(jìn)行擴(kuò)展，既不聚集也有少許電流通過，成較好的電流擴(kuò)展。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述電流阻擋層的厚度小于所述電流擴(kuò)展層的厚度。
[0018]上述GaAs基發(fā)光二極管芯片的制備方法，具體步驟包括:
[0019](I)在所述GaAs襯底上生長所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層；
[0020](2)在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層表面沉積一層S12膜，并在所述S12膜表面涂正性光刻膠，通過光刻得所述電流阻擋層圖形，去除正性光刻膠，制得所述電流阻擋層；
[0021](3)在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層表面生長電流擴(kuò)展層；
[0022](4)在所述電流擴(kuò)展層上制備負(fù)性光刻膠圖形；
[0023](5)在所述負(fù)性光刻膠圖形上制備所述P電極。
[0024]本發(fā)明中電流阻擋層制備過程采用了最簡便的方法，使用正性光刻膠，采用常規(guī)光刻的方法制備，利用正性光刻膠，提高了電流阻擋層圖形的分辨率高，得到更好的電流阻擋層。
[0025]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中，在200-300°C溫度條件下，在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層表面沉積一層S12膜。
[0026]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中，所述S12膜的厚度為0.05-0.4μπι，所述正性光刻膠的厚度為I.5μπι-2.5μπι。
[0027]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中，在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層表面生長電流擴(kuò)展層，具體步驟包括:在200-300°C溫度條件下，在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層表面上沉積一層ITO薄膜，并進(jìn)行退火，制備所述電流擴(kuò)展層。
[0028]本發(fā)明中在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層表面上沉積一層ITO薄膜，此ITO薄膜覆蓋整個芯片表面，電流能更好的擴(kuò)展到整個芯片;通過退火使ITO薄膜與GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層形成了良好的歐姆接觸，大大降低了芯片的電壓。
[0029]現(xiàn)有技術(shù)中，GaAs基發(fā)光二極管芯片沉積的ITO薄膜，都需要將電極下方的部分ITO薄膜去除掉，確保電流擴(kuò)展及歐姆接觸，但會影響到出光效果，本發(fā)明設(shè)置了電流阻擋層無需進(jìn)行此步驟且不會影響出光效果。
[0030]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述ITO薄膜的厚度為0.1-0.4μπι。
[0031]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中，在400-500°C下進(jìn)行退火。
[0032]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(4)中，在所述電流擴(kuò)展層上制備負(fù)性光刻膠圖形；具體步驟包括:在步驟(2)制備的電流擴(kuò)展層表面涂厚度為2.8-3.8μπι的負(fù)性光刻膠，通過常規(guī)光刻得到電極圖形。電極圖形大于電流阻擋層圖形。
[0033]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(5)中，在所述負(fù)性光刻膠圖形上制備所述P電極，具體步驟如下:
[0034]a、所述負(fù)性光刻膠圖形上表面鍍上一層厚度為1.5-2.5μπι的Au膜；
[0035]b、通過常規(guī)剝離的方法將所述P電極外的Au膜剝離掉，制得到所述P電極。
[0036]本發(fā)明中P電極下方設(shè)置了電流擴(kuò)展層及電流阻擋層，GaAs基發(fā)光二極管芯片常規(guī)電極制備方法-腐蝕法中的腐蝕液能對電流擴(kuò)展層及電流阻擋層腐蝕，本發(fā)明通過負(fù)性光刻膠剝離制備電極的方法，避免了對電流擴(kuò)展層及電流阻擋層的損傷且電極圖形更易焊線。
[0037]本發(fā)明的有益效果為:
[0038]1、本發(fā)明所述具有電流阻擋層及電流擴(kuò)展層的GaAs基發(fā)光二極管芯片，生長有一層電流阻擋層且電流阻擋層圖形小于P電極圖形，在P電極下方通過電流擴(kuò)展層將電流更好的擴(kuò)展，通過電流阻擋層避免電流在P電極下方聚集造成P電極下方結(jié)溫太高的問題，既不影響P電極下方的電流擴(kuò)展且能避免電流聚集造成結(jié)溫高的問題，大大增加了電流擴(kuò)展，增加了出光效率，提升了 GaAs基發(fā)光二極管的品質(zhì)。
[0039]2、本發(fā)明所述具有電流阻擋層及電流擴(kuò)展層的GaAs基發(fā)光二極管芯片的制備方法，其制備方法都能通過常規(guī)設(shè)備及常規(guī)方法實(shí)現(xiàn)，通過兩次沉積、兩次光刻即可實(shí)現(xiàn)，流程簡便適合規(guī)?；a(chǎn)。
【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明所述GaAs基發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖2為實(shí)施例1中步驟(2)制得的GaAs基發(fā)光二極管芯片的剖視圖；
[0042]圖3為實(shí)施例1中步驟(3)制得的GaAs基發(fā)光二極管芯片的剖視圖；
[0043]圖4為實(shí)施例1中步驟(4)制得的GaAs基發(fā)光二極管芯片的剖視圖；
[0044]1、GaAs襯底，2、GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層，3、電流阻擋層，4、電流擴(kuò)展層，5、負(fù)性光刻膠，6、P電極。
【具體實(shí)施方式】
[0045]下面結(jié)合實(shí)施例和說明書附圖對本發(fā)明做詳細(xì)的說明，但不限于此。
[0046]實(shí)施例1
[0047]—種具有電流阻擋層及電流擴(kuò)展層的GaAs基發(fā)光二極管芯片，由下往上依次為GaAs襯底1、GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層2、電流擴(kuò)展層4，在所述電流擴(kuò)展層4上為p電極6，在所述P電極6正下方對應(yīng)位置生長有一層具有反射作用的電流阻擋層3，位于GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層2和電流擴(kuò)展層4之間。如圖1所示。
[0048]GaAs基發(fā)光二極管芯片生長有一層電流阻擋層3，在P電極6下方通過電流擴(kuò)展層4將電流更好的擴(kuò)展，通過電流阻擋層3避免電流在P電極6下方聚集造成P電極6下方結(jié)溫太高的問題，大大增加了電流擴(kuò)展，增加了出光效率，提升了 GaAs基發(fā)光二極管的品質(zhì)。
[0049]本發(fā)明中在P電極6下方還設(shè)置有電流擴(kuò)展層4，避免P電極6與電流阻擋層3直接接觸不能有效電流擴(kuò)展的問題。
[0050]所述電流阻擋層3的橫截面面積小于所述P電極6的橫截面面積。使得電流更集中的通過電流擴(kuò)展層4進(jìn)行擴(kuò)展，既不聚集也有少許電流通過，成較好的電流擴(kuò)展。
[0051]所述電流阻擋層3的厚度小于所述電流擴(kuò)展層4的厚度。
[0052]實(shí)施例2
[0053]實(shí)施例1所述GaAs基發(fā)光二極管芯片的制備方法，具體步驟包括:
[0054](I)在所述GaAs襯底I上生長所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層2;
[0055](2)在200-300°C溫度條件下，在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層2表面沉積一層厚度為0.05-0.4μπι的S12膜，并在所述S12膜表面涂厚度為1.5μπι-2.5μπι的正性光刻膠，通過光刻得所述電流阻擋層圖形，去除正性光刻膠，制得所述電流阻擋層3;如圖2所示；
[0056](3)在200-300°C溫度條件下，在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層2表面上沉積一層厚度為0.1-0.4μηι的ITO薄膜，并在400_500°C下，進(jìn)行退火，制備所述電流擴(kuò)展層4 ；如圖3所示；
[0057](4)在步驟(2)制備的電流擴(kuò)展層4表面涂厚度為2.8-3.8μπι的負(fù)性光刻膠，通過常規(guī)光刻得到P電極圖形;如圖4所示；
[0058](5)在所述負(fù)性光刻膠圖形上制備所述P電極6，具體步驟包括:
[0059]a、所述負(fù)性光刻膠圖形上表面鍍上一層厚度為1.5-2.5μπι的Au膜；
[0060]b、通過常規(guī)剝離的方法將所述P電極6外的Au膜剝離掉，制得到所述P電極6。
[0061]本實(shí)施例中，電流阻擋層3制備過程采用了最簡便的方法，使用正性光刻膠，采用常規(guī)光刻的方法制備，利用正性光刻膠，提高了電流阻擋層圖形的分辨率高，得到更好的電流阻擋層3。
[0062]本實(shí)施例中，在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層2表面上沉積一層ITO薄膜，此ITO薄膜覆蓋整個芯片表面，電流能更好的擴(kuò)展到整個芯片;通過退火使ITO薄膜與GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層2形成了良好的歐姆接觸，大大降低了芯片的電壓。
[0063]現(xiàn)有技術(shù)中，GaAs基發(fā)光二極管芯片沉積的ITO薄膜，都需要將電極下方的部分ITO薄膜去除掉，確保電流擴(kuò)展及歐姆接觸，但會影響到出光效果，本實(shí)施例中，設(shè)置了電流阻擋層3，無需進(jìn)行此步驟且不會影響出光效果。
[0064]本實(shí)施例中，P電極6下方設(shè)置了電流擴(kuò)展層4及電流阻擋層3，GaAs基發(fā)光二極管芯片常規(guī)電極制備方法-腐蝕法中的腐蝕液能對電流擴(kuò)展層4及電流阻擋層3腐蝕，本發(fā)明通過負(fù)性光刻膠剝離制備電極的方法，避免了對電流擴(kuò)展層4及電流阻擋層3的損傷且電極圖形更易焊線。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有電流阻擋層及電流擴(kuò)展層的GaAs基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，由下往上依次為GaAs襯底、GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層、電流擴(kuò)展層，在所述電流擴(kuò)展層上為P電極，在所述P電極正下方對應(yīng)位置生長有一層具有反射作用的電流阻擋層，位于GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層和電流擴(kuò)展層之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有電流阻擋層及電流擴(kuò)展層的GaAs基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述電流阻擋層的橫截面面積小于所述P電極的橫截面面積。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有電流阻擋層及電流擴(kuò)展層的GaAs基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述電流阻擋層的厚度小于所述電流擴(kuò)展層的厚度。4.權(quán)利要求1-3任一所述的GaAs基發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，具體步驟包括: (1)在所述GaAs襯底上生長所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層； (2)在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層表面沉積一層S12膜，并在所述S12膜表面涂正性光刻膠，通過光刻得所述電流阻擋層圖形，去除正性光刻膠，制得所述電流阻擋層； (3)在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層表面生長電流擴(kuò)展層； (4)在所述電流擴(kuò)展層上制備負(fù)性光刻膠圖形； (5)在所述負(fù)性光刻膠圖形上制備所述P電極。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GaAs基發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，在200-300°C溫度條件下，在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層表面沉積一層厚度為0.05-0.4μπι的S12膜，所述正性光刻膠的厚度為1.5μπι-2.5μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GaAs基發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層表面生長電流擴(kuò)展層，具體步驟包括:在200-300°C溫度條件下，在所述GaAs基發(fā)光二極管芯片外延層表面上沉積一層ITO薄膜，并進(jìn)行退火，制備所述電流擴(kuò)展層。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GaAs基發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，所述ITO薄膜的厚度為0.1-0.4μπι。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GaAs基發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，在400-5000C下進(jìn)行退火。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GaAs基發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，在所述電流擴(kuò)展層上制備負(fù)性光刻膠圖形;具體步驟包括:在步驟(2)制備的電流擴(kuò)展層表面涂厚度為2.8-3.8μπι的負(fù)性光刻膠，通過常規(guī)光刻得到電極圖形。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GaAs基發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)中，在所述負(fù)性光刻膠圖形上制備所述P電極，具體步驟如下: a、所述負(fù)性光刻膠圖形上表面鍍上一層厚度為1.5-2.5μπι的Au膜； b、通過常規(guī)剝離的方法將所述P電極外的Au膜剝離掉，制得到所述P電極。
【文檔編號】H01L33/00GK106057998SQ201610651931
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月10日 公開號201610651931.7, CN 106057998 A, CN 106057998A, CN 201610651931, CN-A-106057998, CN106057998 A, CN106057998A, CN201610651931, CN201610651931.7
【發(fā)明人】李曉明, 湯福國, 王建華, 閆寶華, 陳康, 劉琦, 徐現(xiàn)剛
【申請人】山東浪潮華光光電子股份有限公司