一种窗口层覆盖有氧化铟锡的反极性AlGaInP发光二极管结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种窗口层覆盖有氧化铟锡的反极性AlGaInP发光二极管结构，属于发光二极管制造技术领域。
【背景技术】
[0002]上世纪50年代，在IBM Thomas J.Watson Research Center为代表的诸多知名研究机构的努力下，以GaAs为代表的II1-V族半导体在半导体发光领域迅速崛起。之后随着金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术的出现，使得高质量的II1-V族半导体的生长突破了技术势垒，各种波长的半导体发光二极管器件相继涌入市场。由于半导体发光二极管(LED)相对于目前的发光器件具有理论效率高、寿命长、抗力学冲击等特质，在世界范围内被看作新一代照明器件。
[0003]经过几十年的发展，LED器件的内量子效率已经达到较高的水平，由于窗口层电极结构遮挡以及半导体薄膜的全内反射效应限制，光提取效率成为制约LED器件发光效率的主要因素。目前针对全内反射效应的优化手段比较丰富，图形衬底、表面粗化等技术已经在生产中得到广泛应用，但窗口层电极结构的遮挡问题尚未得到重视和解决。在发光波段位于绿光、黄光、红光及红外的AlGaInP基LED器件中，由于采用不透光的GaAs或Si衬底，器件仅在芯片顶部的窗口层实现出射，出于实现欧姆接触的目的，窗口层与电极图形之间的GaAs接触层剧烈吸收可见光，窗口层的电极结构遮挡也极大的影响了以上器件的光提取效率。此外，随着技术、成本竞争加剧，借助更小尺寸的芯片获得更大的光通量成为LED芯片的发展趋势，由于半导体材料掺杂条件限制，导电率更高的ITO材料可以有效缓解电流扩展的需求瓶颈。
[0004]PCT 专利 W02010 / 009690DE2010.01.28(102008034560.12008.07.24DE)提供一种“具有静电放电保护单元的辐射发射型半导体芯片及其制造方法”，奥斯兰姆奥普托(OSRAM Opto)公司提出的这种LED结构使用了穿孔设计，但其重点在于在LED芯片内部集成了起保护作用的电子器件功能，目的不在于提高LED芯片的光提取效率与电流扩展效率，并且穿孔区域包括了有源区，会减少有源区的工作面积；并且专利所描述的结构与技术方法由于半导体材料体系特点、欧姆接触限制等诸多因素无法实现在AlGaInP基LED器件中的应用，亦不涉及ITO材料的使用。本发明提供的窗口层覆盖有氧化铟锡(ITO)的反极性AlGaInP发光二极管结构不涉及起保护作用的电子器件结构，在设计目的、思路、实现手段、应用领域各方面均有显著区别。
[0005]中国专利CN101656284提供一种利用ITO颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法，该方法包括以下步骤:(I)按常规利用金属有机化学气相沉积的方法在衬底上依次外延生长N型接触层、多量子阱有源区和P型接触层，衬底为GaAs材料；(2)在外延生长的P型接触层上用电子束溅射一层厚260nm的ITO薄膜；(3)将覆盖有ITO的外延片浸入浓盐酸中lmin，腐蚀掉部分ΙΤ0，残留的为颗粒状的ITO ; (4)用残留的ITO颗粒作掩膜，干法刻蚀P型接触层，形成粗化表面；(5)用浓盐酸腐蚀掉残留的ITO。此发明专利采用表面粗化技术提高LED器件的光提取效率，不涉及本文提供的穿孔结构设计与提高窗口层出光的创新思路。
[0006]中国发明专利201110084321涉及一种Ag / ITO /氧化锌基复合透明电极的发光二极管及其制备方法，包括以下内容:本发明涉及一种Ag / ITO /氧化锌基复合透明电极发光二极管及其制作工艺。本发光二极管包括:在蓝宝石衬底上依次有缓冲层、本征层、η型氮化镓、量子阱、P型氮化镓和Ag / ITO /氧化锌基复合电流扩展层、并有η型金属电极连接η型氮化镓,P型金属电极连接Ag / ITO /氧化锌复合透明电流扩展层。其制作方法是:缓冲层、本征层、η型氮化镓、量子阱、P型氮化镓是在MOCVD中依次生长完毕；Ag /ITO /氧化锌复合透明电流扩展层分别依次是利用真空蒸镀的方法将几纳米厚的Ag薄膜蒸镀到P型GaN表面，再用电子束蒸镀的方法将ITO透明薄膜蒸镀在Ag薄膜表面，再利用磁控溅射的方法将氧化锌透明薄膜溅射在ITO薄膜表面，形成Ag / ITO /氧化锌复合透明电流扩展层；利用干法刻蚀将η型氮化镓暴露出来，退火处理后利用热蒸发或电子束蒸发等薄膜沉积方法生长金属电极。此发明是在蓝光GaN发光二极管中二维应用了 ITO材料，其设计无法实现在AlGaInP基LED中的欧姆接触，亦未涉及增加窗口层出光面积的设计。
[0007]国际专利ΕΡ2337095Α2及其相关专利族公开一种带有ITO的GaN发光二极管结构设计，与前文类似的，此发明是在蓝光GaN发光二极管中二维应用了 ITO材料，其设计无法实现在AlGaInP基LED中的欧姆接触，亦未涉及增加窗口层出光面积的设计。
[0008]美国专利US20120043566A1及其相关专利族公开一种带有ITO的AlGaInP发光二极管结构设计，此专利将ITO材料应用于反射镜ODR结构中的介质层，并不涉及本文提出的窗口层应用及穿孔结构设计，无法达到改善电流扩展、增加窗口层出光面积的目的。
[0009]美国专利US7018859B2及其相关专利族公开一种flip-chip样式带有ITO的AlGaInP发光二极管结构设计，此专利将ITO材料应用于焊接层一侧的外延结构，并不涉及本文提出的窗口层应用及穿孔结构设计，无法达到改善电流扩展、增加窗口层出光面积的目的。
[0010]综上所述，以上技术、专利均不涉及本发明所提供的窗口层覆盖有氧化铟锡的反极性AlGaInP发光二极管结构，亦不涉及本发明通过结构设计提升电流扩展与出光面积的目的与设计。
【发明内容】
[0011]针对现有技术的不足，本发明提供一种窗口层覆盖有氧化铟锡的反极性AlGaInP发光二极管结构，目的在于消除窗口层电极结构的遮挡与吸收，提高LED芯片的光提取效率与电流扩展效率。
[0012]术语解释:
[0013]1、ITO =Indium Tin Oxide，氧化铟锡，是一种透明导电薄膜。
[0014]2、LED:Light Emitting D1de,发光二极管。
[0015]3、CVD:Chemical Vapor Deposit1n,化学气相沉积。
[0016]4、MOCVD:Metal_organic Chemical Vapor Deposit1n,金属有机化学气相沉积。
[0017]本发明的技术方案如下:
[0018]一种窗口层覆盖有氧化铟锡的反极性AlGaInP发光二极管结构，由底部至顶部的结构依次为P电极、衬底、键合层、反射镜层、绝缘层、电流扩展层、P型半导体层、有源区、η型半导体层、η型半导体接触层、窗口层、氧化铟锡层、η电极；所述氧化铟锡层覆盖于窗口层之上并以圆柱体形式贯穿开孔的窗口层与η型半导体接触层直接接触。
[0019]根据本发明优选的，所述的P电极制备在衬底背面，可以选用Au、Ge、N1、T1、Cr、Al、Ag、Cu、Be、Pd、Pt材料的单一材料或多个材料的组合，使用蒸发或溅射的方式制备，厚度为 0.5 μ m-10 μ m ；
[0020]根据本发明优选的，所述的衬底可以选用S1、GaAs、Al203、GaP、InP、SiC、Cu、Mo、Al材料，厚度为20 μ m-300 μ m ；
[0021]根据本发明优选的,所述的键合层可以选用Au、In、Sn、T1、Pt、Al、Cr材料中的单一材料或多个材料的组合，使用蒸发或溅射的方式制备，厚度为0.2 μ m-10 μ m ；
[0022]根据本发明优选的,所述的反射镜层可以选用Au、Ge、N1、T1、Al、Ag、Cu、Cr、Be、PcUPt材料的单一材料或多个材料的组合，兼顾与电流扩展层的欧姆接触，使用蒸发或溅射的方式制备，厚度为0.1 μ m-10 μ m ；
[0023]根据本发明优选的,所述的绝缘层可以选用Si02、Si3N4、Ti02、Al203绝缘材料,使用CVD、溅射或蒸发方式制备，厚度为0.1 μ m-5 μ m ;
[0024]根据本发明优选的，所述的电流扩展层可以是MOCVD技术制备的p-GaP、P-AlInP、p-GalnP、p-GaAs、p-AlAs、p-AlGaAs、p-AlAsP、p-AlGalnP 材料，p 型惨杂的浓度为I X 1018cm 3-1 X 1021cm 3,厚度为 0.1 μ m-10 μ m ；
[0025]根据本发明优选的，所述的p型半导体层可以是MOCVD技术制备的p-GaP、p-AlInP、p-GalnP、p-GaAs、p-AlAs、p-AlGaAs、p-AlAsP、p-AlGalnP 材料，p 型惨杂的浓度为 I X 1017cm 3-1 X 1021cm 3,厚度为 0.1 μ m-10 μ m ；
[0026]根据本发明优选的，所述的有源区可以是MOCVD技术制备的多量子阱或多异质结结构，可使用 Al InP、GaInP、AlGaInP、GaAs、InGaAs、AlGaAs、AlAsP、GaAsP 的单一材料或多个材料的组合；
[0027]根据本发明优选的，所述的η型半导体层可以是MOCVD技术制备的n_GaP、n-AlInP、n-GalnP、n-GaAs> n-AlAs、n-AlGaAs、n-AlAsP、n-AlGalnP 材料，n 型惨杂的浓度为 I X 1017cm 3-1 X 1021cm 3,厚度为 0.1 μ m-10 μ m ；
[0028]根据本发明优选的，所述的η型半导体接触层可以是MOCVD技术制备的n_GaP、n-AlInP、n-GalnP、n-GaAs> n-AlAS、n-AlGaAs、n