一種高效電流注入發(fā)光二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光電子技術(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(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需要較長的生長時間，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。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型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]本實用新型從下到上依次包括第二電極、襯底、N-GaAs過渡層、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電流擴展層、透明導(dǎo)電層和第一電極，其特點是:所述P-GaP電流擴展層為三層，分別為第一 P-GaP電流擴展層、圖形化的第二 P-GaP電流擴展層和圖形化的第三P-GaP電流擴展層。
[0007]電流經(jīng)過第一電極注入到透明導(dǎo)電層后，在透明導(dǎo)電層進行橫向擴展，主要通過第三P-GaP電流擴展層將大部分電流注入到有源區(qū)，第二 P-GaP電流擴展層注入部分電流到有源區(qū)，第一 P-GaP電流擴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，減少電流的無效注入，因此本實用新型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)光強度，可以有效提升發(fā)光效率。
[0008]另外，本實用新型第一 P-GaP電流擴展層厚度為1500?2000nm，圖形化的第二P-GaP電流擴展層厚度為50?70nm，圖形化的第三P-GaP電流擴展層厚度為50?70nm。
[0009]第一 P-GaP電流擴展層該厚度利于電電流注入后的橫向擴展，第二 P-GaP電流擴展層和第三P-GaP電流擴展層設(shè)計較薄的厚度是為避免在進行圖形化時蝕刻深度太深，造成圖形側(cè)壁臺階太高，透明導(dǎo)電薄膜臺階覆蓋性變差，會導(dǎo)致電阻增大，影響電流的擴展。
[0010]另外，本實用新型透明導(dǎo)電層厚度為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。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型成品的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]一、如圖1所示是本實用新型制造步驟如下:
[0013]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、MQff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電流擴展層108，第二P-GaP電流擴展層109，第三P-GaP電流擴展層110。
[0014]其中第一 P-GaP電流擴展層108優(yōu)選厚度1800nm，第二 P-GaP電流擴展層109優(yōu)選厚度60nm，第三P-GaP電流擴展層110優(yōu)選厚度60nm，三層P-GaP電流擴展層摻雜元素均為鎂(Mg)，以保證一定的電流擴展能力。第一 P-GaP電流擴展層108優(yōu)選摻雜濃度為9X 117CnT3，第一 P-GaP電流擴展層108上的第二 P-GaP電流擴展層109優(yōu)選摻雜濃度為6X 118CnT3，第二 P-GaP電流擴展層109上的第三P-GaP電流擴展層110優(yōu)選摻雜濃度為2 X 11W30
[0015]2、利用511清洗液清洗三層P-GaP電流擴展層108，109，110，在其上旋涂正性光刻膠，通過曝光，顯影，制作出特定圖形。再通過等離子打膠后，利用體積比為1:1:5的鹽酸:硝酸:水混合液，蝕刻60s，蝕刻出第二 P-GaP電流擴展層109，蝕刻深度為60?70nm。
[0016]3、將制作好圖形的樣品浸入丙酮溶液進行超聲清洗lOmin，在有圖形的一面旋涂正性光刻膠，通過曝光，顯影，制作出特定圖形。再通過等離子打膠后，利用體積比為1:1:5的鹽酸:硝酸:水混合液，蝕刻60s，蝕刻出第一 P-GaP電流擴展層110，蝕刻深度為60?70nmo
[0017]圖形化處理后，漏出第一 P-GaP電流擴展層區(qū)域位于發(fā)光區(qū)中心區(qū)域，占整個發(fā)光區(qū)面積40?60%，漏出第二P-GaP電流擴展層區(qū)域位于發(fā)光區(qū)中部區(qū)域，占整個發(fā)光區(qū)面積20?40%，剩余的第三P-GaP電流擴展層區(qū)域位于發(fā)光區(qū)邊緣區(qū)域占發(fā)光區(qū)面積10?30%。
[0018]4、將制作好圖形的樣品浸入丙酮溶液進行超聲清洗lOmin，采用電子束蒸鍍方式，在圖形化的P-GaP電流擴展層108、109、110表面沉積厚度為250nm的氧化銦錫透明薄膜111,氧化銦錫透明薄膜111在620nm波段透過率保證在95%以上，方塊電阻在10 ?以內(nèi)。
[0019]5、將蒸鍍完氧化銦錫的樣品浸入丙酮溶液進行超聲清洗lOmin，旋涂負(fù)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，采用電子束蒸鍍方式蒸鍍第一電極112,電極材料為Cr、Pt、Au,厚度分別為30nm、80nm、2000nm。
[0020]6、通過研磨機研磨,將芯片減薄至200±10 μ m厚度。
[0021]7、將研磨好的樣品浸入丙酮溶液進行超聲清洗lOmin，采用電子束蒸鍍的方式在襯底GaAslOl的背面制作第二電極113，電極材料為AuGe，厚度分別為200nm。
[0022]8、采用RTA退火爐對芯片進行退火，退火溫度420°C，退火時間20s。即完成器件的制作。
[0023]二、制成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點:
[0024]如圖1所示，在一永久襯底GaAslOl —面上依次設(shè)置有N-GaAs過渡層102、AlAs/AlGaAs反射層103、N-AlGaInP下限制層104、MQff多量子阱有源層105、P-AlGaInP上限制層106、P-GaInP緩沖層107、第一 P-GaP電流擴展層108，第二 P-GaP電流擴展層109，第三P-GaP電流擴展層110、透明導(dǎo)電層111、第一電極112,在一永久襯底GaAslOl的另一面設(shè)置第二電極113。
[0025]由于具有圖形化的三層不同摻雜濃度的P-GaP電流擴展層的電流分流作用，由氧化銦錫透明導(dǎo)電膜傳導(dǎo)的電流大部分從發(fā)光區(qū)四周注入有源區(qū)，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。
【主權(quán)項】
1.一種高效電流注入發(fā)光二極管，從下到上依次包括第二電極、襯底、N-GaAs過渡層、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電流擴展層、透明導(dǎo)電層和第一電極，其特征在于所述P-GaP電流擴展層為三層，分別為第一 P-GaP電流擴展層、圖形化的第二 P-GaP電流擴展層和圖形化的第三P-GaP電流擴展層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效電流注入發(fā)光二極管，其特征在于:第一P-GaP電流擴展層厚度為1500?2000nm，圖形化的第二 P-GaP電流擴展層厚度為50?70nm，圖形化的第三P-GaP電流擴展層厚度為50?70nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效電流注入發(fā)光二極管，其特征在于:所述透明導(dǎo)電層的厚度為250?300nm。
【專利摘要】一種高效電流注入發(fā)光二極管，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。從下到上依次包括第二電極、襯底、N-GaAs過渡層、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電流擴展層、透明導(dǎo)電層和第一電極，其特點是：所述P-GaP電流擴展層為三層，分別為第一P-GaP電流擴展層、圖形化的第二P-GaP電流擴展層和圖形化的第三P-GaP電流擴展層。本實用新型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)光強度，可以有效提升發(fā)光效率。
【IPC分類】H01L33-14, H01L33-00
【公開號】CN204441318
【申請?zhí)枴緾N201520083208
【發(fā)明人】白繼鋒, 馬祥柱, 楊凱, 李俊承, 張雙翔, 張銀橋, 王向武
【申請人】揚州乾照光電有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年2月6日