一种高亮度发光二极管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电子技术领域，特别涉及AlGaInP四元系发光二极管的制造技术领域。
【背景技术】
[0002]四元系AlGaInP是一种具有直接宽带隙的半导体材料，已广泛应用于多种光电子器件的制备。由于材料发光波段可以覆盖可见光的红光到黄绿波段，由此制成的可见光发光二极管受到广泛关注。
[0003]传统的垂直结构AlGaInP发光二极管借助厚的P-GaP电流扩展层进行横向扩展后将电流注入发光区，但由于P-GaP电流扩展能力有限，电极下方附近区域电流密度较高，离电极较远的区域电流密度较低，导致整体的电流注入效率偏低，从而降低了发光二极管的出光效率。
[0004]高亮度反极性AlGaInP芯片采用键合工艺实现衬底置换，用到热性能好的硅衬底(硅的热导率约为1.5W/K.cm)代替砷化镓衬底(砷化镓的热导率约为0.8W/K.cm),芯片具有更低热阻值，散热性能更好。采用高反射率的全方位反射镜技术来提高反射效率。采用表面粗化技术改善芯片与封装材料界面处的全反射，亮度会更高。但是由于制作步骤繁多，工艺非常复杂，导致制作成本偏高，成品率低。
【发明内容】
[0005]本发明目的是提出一种能提升发光二极管出光效率的高亮度发光二极管。
[0006]本发明技术方案是:在永久衬底GaAs的一面依次设置N-GaAs过渡层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、MQff多量子阱有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层、掺杂镁的P-GaP电流扩展层、氧化铟锡透明薄膜和第一电极，在永久衬底GaAs的另一面设置第二电极，其特征在于在所述掺杂镁的P-GaP电流扩展层和氧化铟锡透明薄膜之间设置图形化的接触点。
[0007]由于氧化铟锡透明薄膜具有良好的电流扩展能力，电极通过该氧化铟锡透明薄膜，再通过接触点将电流均匀注入到整个芯片表面，从而减小了电流在电极下方的积聚，减少了电流的无效注入，提升了发光效率。
[0008]本发明所述掺杂镁的P-GaP电流扩展层的厚度为2000nm?4000nm。
[0009]其中，所述掺杂镁的P-GaP电流扩展层中，接近缓冲层的镁的掺杂浓度为4 X 117CnT3?8 X 10 17cnT3，远离缓冲层的镁的掺杂浓度为8 X 117CnT3?IX 10 19cnT3，远离缓冲层的镁的掺杂深度为300nm?500nm。
[0010]即掺杂镁的P-GaP电流扩展层中掺杂镁的浓度沿纵向呈阶梯式分布，越接近缓冲层的镁的掺杂浓度越低。其作用在于，纵向浓度采用阶梯式分布可以保证表面被粗化的区域仍能同铟锡氧化物形成一定的电学接触，缓解接触点接触压力。接近缓冲层的P-GaP不需要掺杂便可形成好的接触，表层需要同铟锡氧化物形成电学接触，所以需要高的掺杂浓度。
[0011]接近缓冲层的镁的掺杂浓度为4X 117CnT3?8X 10 17cm_3，可保证P-GaP具有较好的电流扩展能力；远离缓冲层的镁的掺杂浓度为8X 117CnT3?1X10 19cm_3，可保证能同P-GaP形成良好的电学接触；远离缓冲层的镁的300nm?500nm掺杂深度，可保证在粗化后仍能同P-GaP形成良好的电学接触，以缓解接触点电流注入的压力。
[0012]另外，本发明的氧化铟锡透明薄膜的厚度为250?300nm。该厚度为通过光学计算所得对应红光起到增光作用的最佳光学厚度。
[0013]本发明所述接触点为圆柱形，直径为3?5 μ m,高度为200?400nm。圆柱形易于湿法工艺实施，不易被侧蚀，直径3?5 μ m，高度为200?400nm为对比优化较佳工艺窗口，在保证足够电学接触面积的前提下，不影响出光。
[0014]本发明的另一目的是提出一种能实现高成品率和低成本的上述高亮度发光二极管的制造方法。
[0015]本发明制造方法包括以下步骤:
O制作外延片:在永久衬底GaAs的一面依次外延生长N-GaAs缓冲层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、MQW多量子阱有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层、P-GaP电流扩展层；
2)在外延片表面制作图形化接触点；
3)在具有图形化接触点的P-GaP电流扩展层一面整面沉积透明导电薄膜；
4)在透明导电薄膜上制作第一电极；
5)在永久衬底GaAs的另一面制作第二电极；
6)采用RTA进行退火处理；
本发明的特征在于:
在制作外延片的P-GaP电流扩展层时，以镁为掺杂元素；
在制作图形化接触点的同时，对接触点以外的P-GaP电流扩展层表面采用湿法进行粗化处理，粗化深度为200?400nm ；
沉积透明导电薄膜的材料为铟锡氧化物。
[0016]本发明具有阶梯式掺杂浓度的P-GaP电流扩展层制作接触点同铟锡氧化物形成良好的欧姆接触，一定深度的粗化深度有保证了铟锡氧化物同粗化面的接触势垒不会太高，从而改变了电流注入的分布，有效提升电流注入效率，提升了发光二极管的发光强度，高掺杂区域制作成图形化的接触点，同铟锡氧化物薄膜形成欧姆接触，接触点其他区域通过湿法溶液进行表面粗糙化处理，减少P-GaP表面全反射的发生，提升光取出效率。电流经过第一电极流入铟锡氧化物薄膜层，铟锡氧化物薄膜层横向电阻小于同P-GaP的接触电阻，电流先在铟锡氧化物上进行横向扩展后，经过均匀分布的接触点注入到P-GaP电流扩展层中，进而进入有源层，大大提升电流注入效率，提升了发光二极管的发光强度。同时由于工艺简单，具有传统结构发光二极管成本低，良率高的优点，适宜批量化生产，利于取得高质量、低成本的产品。
[0017]另外，为了保障铟锡氧化物同P-GaP形成良好的电学接触，保障衬底GaAs同第二电极形成良好的电学接触，本发明所述RTA退火温度为350?450°C，退火时间5?20s。
【附图说明】
[0018]图1为本发明成品的一种结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]一、如图1所示是本发明制造步骤如下:
1、制作外延片:利用MOCVD设备在一永久衬底GaAslOl面上依次生长N-GaAs过渡层102、AlAs/AlGaAs反射层103、N-AlGaInP下限制层104、MQW多量子阱有源层105、P-AlGaInP上限制层106、P-GaInP缓冲层107、掺杂镁的P-GaP电流扩展层108。
[0020]其中掺杂镁的P-GaP电流扩展层108优选厚度3000nm，掺杂元素为镁(Mg)，以保证能形成良好的欧姆接触，表层掺杂浓度沿纵向呈阶梯式分布:接近缓