一种串联pn结发光二极管及其制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及半导体元器件一一发光二极管的生产技术领域。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light Emitting D1de，简称LED)属半导体元器件之一，由于LED具有寿命长、功耗小、体积小、坚固耐用、多色显示、响应时间快、冷光发射、工作温度稳定性好、电压低和有利于环保，已经广泛应用于建筑物外观照明、景观照明、标识与指示性照明、室内空间展示照明、娱乐场所及舞台照明和视频屏幕，随着显示屏采用LED当背光源后，LED将打开了新的应用领域。
[0003]传统四元系AlGalnP LED有源区的带宽决定了器件的电压范围在1.8?2.2伏之间，而GaN蓝绿光LED的电压范围在2.8?3.5伏之间，由于电压范围不匹配，电路要单独设计，增加了设计复杂度和成本。
【发明内容】
[0004]鉴于上述传统LED的缺点，本发明提出一种通过串联可实现电压范围在2.2?3.5V之间的串联PN结发光二极管。
[0005]本发明包括在基板一侧设置下电极，在基板另一侧依次设置DBR层、N限制层、有源层、P限制层、电流扩展层、欧姆接触层和上电极，其特征在于在P限制层和电流扩展层之间设置相互串联的P型层和N型层。
[0006]本发明形成了量子阱(MQW)PiN结和串联PN结，PiN结与传统结构一致，串联PN的生长可根据电压的需求，来对外延层的组分、掺杂和厚度进行调整。本发明在量子阱的任意一侧串联可调节电压的串联PN结，实现四元系AlGalnP发光二极管的电压可调节，实现电压范围在2.2?3.5V之间，使得产品与蓝绿光的搭配更简单，并拓展了应用领域。
[0007]进一步地，本发明所述P型层材料为(AlxGa91—x)) 0.5InQ.5P，其中，x为0或1，并以Mg或C进行掺杂，掺杂浓度为lel7?lel9。该P型材料与体系材料相匹配，选用的掺杂源可以实现较高的掺杂，能够实现电压的0.01至1.5V的电压调节。
[0008]所述N型层材料为(AlxGa91—x) )Q.5InQ.5P，其中，x为0至1，并以Si或Te进行掺杂，掺杂浓度为lel7?lel9。该N型材料与体系材料相匹配，选用的掺杂源可以实现较高的掺杂，能够实现电压的0.01至1.5V的电压调节。
[0009]另外，本发明还可在欧姆接触层和上电极之间设置ΙΤ0层。ΙΤ0材料具备良好的导电及透光性能，厚度在1000至5000A的范围内，透过率可以达到90%以上，可以作为增透膜提高透过率。另外，ΙΤ0的电导率接近金属，有良好的电流扩展功能。因此，ΙΤ0在光电领域有广泛的应用。
[0010]本发明另一目的是提出以上串联PN结发光二极管的其制作方法。
[0011]本发明包括以下步骤:
1)在基板一侧通过有机金属气相外延法依序生长DBR层、N限制层、有源层、P限制层、电流扩展层和欧姆接触层；
2)制作上电极；
3 )在将基板减薄后，在基板的另一侧制作下电极；
其特征在于:在电流扩展层外延形在后，在电流扩展层上制作串取的P型层和N型层。
[0012]本发明先利用MOCVD在基板上生长PiN结和串联PN结，PiN结与传统结构一致，串联PN的生长将跟据电压的需求，来对外延层的组分、掺杂和厚度进行调整。芯片工艺主要采用正极性、反极性和同侧电极的工艺。
[0013]【附图说明】:
图1为传统的正极性LED芯片结构示意图。
[0014]图2为传统正极性ITO-LED芯片结构示意图。
[0015]图3为本发明的一种结构示意图。
[0016]图4为本发明的另一种结构不意图。
[0017]各附图标记说明:
101、201为上电极；102、202为欧姆接触层；103、203为电流扩展层；104、204为？限制层；
105、205 为有源层；106、206 为 N 限制层；107、207 为 DBR 层；108、208 为 GaAs 基板；109、209为下电极；212为ITO层；301、401为P型层;302、402为N型层。
[0018]【具体实施方式】:
图1和图2为典型的两类产品。
[0019]图1显示了在GaAs基板108—侧设置下电极109，在基板108另一侧依次设置DBR层107、N限制层106、有源层105、P限制层104、电流扩展层103、欧姆接触层102和上电极101。
[0020]图2显示了在GaAs基板208—侧设置下电极209，在基板208另一侧依次设置DBR层207、N限制层206、有源层205、P限制层204、电流扩展层203、欧姆接触层202、IT0层212和上电极201。
[0021]图1为发展最早的产品结构图，目前主要应用于数码点阵，指示领域，图2为ITO技术的产品结构图，因其成本低和性能高的优点，目前应用比较广泛，主要应用于市内显示屏，并可取代图1产品。
[0022]本发明在量子阱(MQW PiN)的任意一侧串联可调节电压的串联PN结，实现四元系AlGaInP发光二极管的电压可调节，与蓝绿光的搭配更简单，并拓展了应用领域。
[0023]实施实例一:
如图3示，在材料为GaAs的生长基板108上通过有机金属气相外延法在基板108同一侧依序生长 DBR 层 107(GaAs/AlGaAs);N 限制层 106(AlInP);有源层 105(AlxGa(1—χ)ΙηΡ);Ρ 限制层 104(Α1ΙηΡ);Ρ 型层 302(AlAs 或 AlGaAs 或 AlInP 或 GalnP，并符合:(AlxGa91—χ))ο.5Ιηο.5Ρ，其中，X为O或I。)，该层的掺杂剂可选择Mg或C，掺杂浓度范围lel7至lel9;N型层301 (AlAs或AlGaAs或Al InP或GaInP，并符合:(AlxGa91-x) )Q.5InQ.5P，其中，x为O或I。)，该层的掺杂剂可选择Si或Te，掺杂浓度范围lel7至lel9;电流扩展层103(GaP或(AlxGa(1-x))().5In().5P);欧姆接触层102( InxGa(1-x)As或GaP)，形成完整的发光二极管外延结构。
[0024]芯片工艺制作:选用215和511溶液清洗，利用电子束蒸发和热蒸发的方式在欧姆接触层102表面蒸镀电极层，电极层中的欧姆接触金属选用AuBe，焊线电极选用金属Au或Al，阻挡层选用金属Ti。蒸镀金属后，涂覆2微米左右的正性光刻胶，光刻尺寸为60至100微米，曝光158，120度烘烤301^11，显影11^11吹干。再经过金蚀刻液蚀刻51^11，选用42700去胶液，去除温度60?100°C，上电极101制作完成。欧姆接触的退火温度范围为400?550°C。再经研磨，将GaAs的生长基板108减薄至160?190微米内，选用215溶液清洗后，利用热蒸发的方式，在GaAs的生长基板108表面蒸镀金属电极109，金属选用AuGe，厚度500至2000埃。
[0025]通过以上流程制作出图3的产品，该产品为反极性LED芯片。
[0026]实施实例二:
如图4所示，在材料为GaAs的生长基板208上通过有机金属气相外延法在基板208同一侧依序生长DBR层207(GaAs/AlGaAs) ;N限制层206(Α1ΙηΡ);有源层MQW105(AlxGa(1—x)InP) ;P限制层204(AlInP);P型层402 (AlAs或AlGaAs或AlInP或GaInP，并符合:(AlxGa91—x))
0.5InQ.5P，其中，X为O或1。)，该层的掺杂剂可选择Mg或C，掺杂浓度范围lel7至lel9;N型层401 (AlAs或AlGaAs或AlInP或 GalnP，并符合:(AlxGa91—x))0.5In0.5P，其中，X为O或1。)，该层的掺杂剂可选择Si或Te，掺杂浓度范围lel7至lel9;电流扩展层203(GaP或(AlxGa(1—x))0.5ln0.5P);;欧姆接触层202(GaInP)，形成完整的发光二极管外延结构。
[0027]芯片工艺制作:选用ACE溶液清洗，利用电子束蒸发的方式在欧姆接触层202表面蒸镀ITO层212，采用负胶剥离的方式制作上电极，负胶厚度4至7微米，曝光5至15s，显影30至60s，利用电子束蒸发的方式蒸镀金属，上电极201分两种结构，第一种的结构为Cr\Ti\Pt\Al，第二种结构为Cr\Au，蒸镀完成后，浸泡ACE中5至20min，将负胶剥离，上电极101制作完成。再用大盘研磨，将GaAs的生长基板108减薄至160?190微米，利用热蒸发的方式，在GaAs的生长基板108表面蒸镀金属电极209，金属选用AuGe，厚度500?2000埃，采用管式炉退火1min，退火温度380?450°C。
[0028]通过以上流程制作出图4的产品，该产品为串联PN结正极性LED芯片。
【主权项】
1.一种串联PN结发光二极管，包括在基板一侧设置下电极，在基板另一侧依次设置DBR层、N限制层、有源层、P限制层、电流扩展层、欧姆接触层和上电极，其特征在于在P限制层和电流扩展层之间设置相互串联的P型层和N型层。2.根据权利要求1所述串联PN结发光二极管，其特征在于所述P型层材料为(AlxGa91—x))Q.5InQ.5P，其中，X为0或1，并以Mg或C进行掺杂，掺杂浓度为lel7?lel9。3.根据权利要求1或2所述串联PN结发光二极管，其特征在于所述N型层材料为(AlxGa91—x))Q.5InQ.5P，其中，X为0至1，并以Si或Te进行掺杂，掺杂浓度为lel7?lel9。4.根据权利要求1所述串联PN结发光二极管，其特征在于在欧姆接触层和上电极之间设置ITO层。5.如权利要求1所述串联PN结发光二极管的制作方法，包括以下步骤: 1)在基板一侧通过有机金属气相外延法依序生长DBR层、N限制层、有源层、P限制层、电流扩展层和欧姆接触层； 2)制作上电极； 3 )在将基板减薄后，在基板的另一侧制作下电极； 其特征在于: 在电流扩展层外延形在后，在电流扩展层上制作串取的P型层和N型层。6.根据权利要求5所述串联PN结发光二极管的制作方法，其特征在于:在制作P型层时，以(AlxGa91—x))0.5ln0.5P为材料，并以Mg或C进行掺杂，掺杂浓度为lel7?lel9，其中，x为0或Ιο7.根据权利要求5或6所述串联PN结发光二极管的制作方法，其特征在于:在制作Ν型层时，以(AlxGa91—x))Q.5InQ.5P为材料，并以Si或Te进行掺杂，掺杂浓度为lel7?lel9，其中，X为0至1。8.根据权利要求5所述串联PN结发光二极管的制作方法，其特征在于:在制作上电极时，先在欧姆接触层上制作IT0层，然后在IT0层上形成上电极。
【专利摘要】一种串联PN结发光二极管及其制作方法，涉及半导体元器件—发光二极管的生产技术领域。本发明先利用MOCVD在基板上生长PiN结和串联PN结，PiN结与传统结构一致，串联PN的生长将跟据电压的需求，来对外延层的组分、掺杂和厚度进行调整。芯片工艺主要采用正极性、反极性和同侧电极的工艺。本发明在量子阱的任意一侧串联可调节电压的串联PN结，实现四元系AlGaInP发光二极管的电压可调节，实现电压范围在2.2～3.5V之间，使得产品与蓝绿光的搭配更简单。
【IPC分类】H01L33/00, H01L33/06, H01L33/42
【公开号】CN105449055
【申请号】CN201510966137
【发明人】杨凯, 徐洲, 何胜, 李波, 李俊承, 李洪雨, 林鸿亮, 张双翔, 张永
【申请人】扬州乾照光电有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月22日