一种n面电极下沉的反极性AlGaInP发光二极管芯片的制作方法

文档序号:9617633阅读:471来源:国知局
一种n面电极下沉的反极性AlGaInP发光二极管芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种η面电极下沉的反极性AlGalnP发光二极管,属于发光二极管技术领域。
【背景技术】
[0002]上世纪50年代,以GaAs为代表的III _ V族半导体在半导体发光领域迅速崛起。之后随着金属氧化物化学气相沉积(M0CVD)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。但是由于II1-V族半导体的折射率普遍较高(GaP:3.2,GaN:2.4),这就导致LED的发光区域发出的光线在经芯片表面出射到空气中时受制于界面全反射现象,只有极少部分的光可以出射到器件外部(GaP约为2.4%,GaN约为4%)。界面全反射现象导致LED的外量子效率低下,是制约LED替代现有照明器件的主要原因。
[0003]1969 年 Nuese 等人在 J.Electrochem Soc.: Solid State Sc1.(116) 212 发表了利用环氧树脂封装LED芯片的方法,将红光GaAs基LED的外量子效率提高了 1_2倍。在GaAs材料与空气之间加入一层折射率为1.5的环氧树脂可以有效增大全反射临界角度,使得更多的光线可以出射到LED器件外部。但是此方法对于外量子效率的提高有限,并且多引入了一层界面亦会导致界面菲涅尔损耗,同时树脂材料的辐照老化也会导致光提取效率下降。
[0004]1993年,Schnitzer等人在Appl.Phys.Lett.(63) 2174首先提出利用刻蚀的方法对半导体材料出光表面进行粗化从而提高LED芯片的外量子效率的方法,得到了 50%的光提取效率。表面粗化提高LED芯片光引出效率的原理是利用LED出光表面的凹凸结构,将全反射角度的光线散射出或者引导出芯片,从而增加可以出射到LED外部的光线比例。此后,Windisch 在 IEEE Trans.Electron Dev.(47) 1492 以及 Appl.Phys.Lett.(74) 2256 等期刊报道了类似的方法对LED出光表面进行粗化。利用刻蚀的方法对LED出光表面进行粗化的不足之处在于:(1)刻蚀对于半导体材料的载流子输运性质具有很大的破坏性,使得LED的电学性能明显降低;(2)刻蚀设备的购置及使用成本异常高昂,使得LED的成本大幅度上升;(3)利用刻蚀对LED出光表面进行粗化的形貌及尺寸没有办法进行控制和优化。(4)加工时间较长,生产效率较低。
[0005]Plauger在J.Electrochem.Soc.(121) 1974发表文章,报道了利用电化学的方法,对GaP材料进行有效的腐蚀。此方法对LED出光表面进行粗化的不足在于:(1)需要外加电压来进行辅助,额外引入了电极制备的工艺;(2)得到的腐蚀结构不利于LED的光提取。
[0006]中国专利文献CN101656284公开的一种《利用ΙΤ0颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法》、CN101656285公开的一种《利用PS球作模板制作发光二极管粗化表面的方法》、CN102148324B公开的《一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片及其制作方法》以及CN202423369U公开的《一种发光二极管芯片》都涉及提高LED的光提取效率,但是均存在各种不足之处,如CN101656284需要使用具有强腐蚀性及强挥发性的浓盐酸,可能会对其他精密设备及操作人员造成一定损害,CN101656285需要利用PS微球作为掩膜,步骤繁琐,成本较高且难以保证获得较大面积的均匀粗化结构。CN102148324B仅适于在透明衬底LED芯片中应用。CN202423369U仅适用于具有透明衬底的GaN基LED器件,对于衬底不透光的AlGalnP基LED芯片不适用。
[0007]AlGalnP发光二极管(LED)具有寿命长、稳定性好、节能环保等优点,广泛应用于户内外显示屏、城市亮化、交通信号灯、汽车用灯、液晶显示背光源等领域。现有常规AlGalnP发光二极管芯片,其芯片的结构包括外延层和GaAs基底,采用GaAs作为基底,外延层由上至下依次为N型AlGalnP层、发光层、P型AlGalnP层P型GaP层,在外延层的顶面N型AlGalnP层上设置N型电极,在基底的底面设置P型电极。这种LED结构简单,制作方便,但是电流的扩展能力不好,芯片边缘电流少,造成亮度较低。
[0008]为此,出现了各种提高AlGalnP发光二极管亮度的技术,如CN103117349A公开的一种《高亮度AlGalnP发光二极管及其制造方法》,采用复合式BDR结构解决了传统DBR反射角小的问题,复合式DBR结构由上、下两层DBR组成,其中下DBR层经过部分氧化,提高了与上DBR层的折射率差,提高了光的反射效率。CN103500781A公开了一种《高效率的AlGalnP发光二极管外延片及其制备方法》,CN101937960B公开了一种《垂直结构AlGalnP发光二极管及其制造方法》,CN101540359B公开了一种《蓝宝石衬底的AlGalnP发光二极管外延片及其制备方法》,CN1256778C公开了一种《AlGalnP发光二极管组件》,CN101540360公开了一种《6H-SiC基底反极性AlGalnP LED芯片》。
[0009]但是,上述技术均没有消除窗口层顶部的GaAs接触层遮挡与光吸收,使得LED芯片的光提取效率与电流扩展效率不能得到进一步提高。

【发明内容】

[0010]针对现有AlGalnP发光二极管芯片存在的光提取效率与电流扩展效率有待进一步提高的问题,本发明提供一种能够消除窗口层顶部的GaAs接触层遮挡与光吸收,进一步提高光提取效率与电流扩展效率的η面电极下沉的反极性AlGalnP发光二极管芯片。
[0011]本发明的η面电极下沉的反极性AlGalnP发光二极管芯片,采用以下技术方案:
[0012]该AlGalnP发光二极管芯片,自下至上依次包括p面电极、衬底、键合层、反射镜层、绝缘层、P型电流扩展层、P型半导体层、有源发光区、η型半导体层、η型电流扩展层、窗口层、η面电极和η面焊盘;ρ面电极制备在衬底的底面;绝缘层上分布有开孔,反射镜层通过绝缘层上的开孔与Ρ型电流扩展层接触;有源发光区是多量子阱或多异质结的结构;窗口层中设有深达η型电流扩展层上表面的开孔,η面电极设置在η型电流扩展层的上表面,且处于窗口层的开孔中。
[0013]所述ρ面电极的厚度为0.5 μ m-10 μ m。
[0014]所述衬底的厚度为20 μ m-300 μ m。
[0015]所述键合层的厚度为0.2 μ m-10 μ m。
[0016]所述反射镜层的厚度为(λ 1 μ m-?ο μ m。
[0017]所述绝缘层的厚度为0.1 μ m-5 μ m,开孔直径为0.5 μ m_50 μ m。
[0018]所述ρ型电流扩展层的厚度为0.1 μ m-10 μ m, p型掺杂的浓度为lX10lscm3—1 X 1021cm 30
[0019]所述p型半导体层的厚度为0.1 μ m-?ο μ m,p型掺杂的浓度为lX1017cm3-lX1021cm3。
[0020]所述η型半导体层的厚度为0.1 μ m-10 μ m,η型掺杂的浓度为lX1017cm3-lX1021cm3。
[0021]所述η型电流扩展层的厚度为0.1 μ m-10 μ m,η型掺杂的浓度为lX1017cm3-lX1021cm3。
[0022]所述窗口层的厚度为0.1 μ m-10 μ m,开孔的直径为0.5 μ m_50 μ m。
[0023]所述n面电极的厚度为0.5 μ m-10 μ m。
[0024]所述n焊盘的厚度为0.5 μ m-10 μ m。
[0025]本发明将ρ面电极制备在衬底的底面,形成为反极性,η面电极设置在窗口层的开孔中,使η面电极下沉,具有如下特点:
[0026]1.采用η面电极下沉的反极性结构,可以避免AlGalnP基LED窗口层的η面GaAs欧姆接触界
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