一种具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片及其制备方法，由下往上依次为GaAs衬底、GaAs基发光二极管芯片外延层、电流扩展层，在所述电流扩展层上为p电极，在所述p电极正下方对应位置生长有一层具有反射作用的电流阻挡层，位于GaAs基发光二极管芯片外延层和电流扩展层之间，本发明所述具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片生长有一层电流阻挡层，在p电极下方通过电流扩展层将电流更好的扩展，通过电流阻挡层避免电流在p电极下方聚集造成p电极下方结温太高的问题，大大增加了电流扩展，增加了出光效率，提升了GaAs基发光二极管的品质。
【专利说明】
一种具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片及其制备方法，属于光电子技术领域。
【背景技术】
[0002]LED作为21世纪的照明新光源，同样亮度下，半导体灯耗电仅为普通白炽灯的I/
10,而寿命却可以延长100倍。LED器件是冷光源，光效高，工作电压低，耗电量小，体积小，可平面封装，易于开发轻薄型产品，结构坚固且寿命很长，光源本身不含汞、铅等有害物质，无红外和紫外污染，不会在生产和使用中产生对外界的污染。因此，半导体灯具有节能、环保、寿命长等特点，如同晶体管替代电子管一样，半导体灯替代传统的白炽灯和荧光灯，也将是大势所趋。无论从节约电能、降低温室气体排放的角度，还是从减少环境污染的角度，LED作为新型照明光源都具有替代传统照明光源的极大潜力。
[0003]GaAs基发光二极管芯片如何增加出光效率成为现阶段的主要研发方向，如果通过电极实现良好的电流扩展会导致电极下方结温过高，长时间使用寿命得不到保证，且电极所用的金属如Au、Ge等都不能有效增加GaAs基发光二极管芯片的电流扩展，如何既能有效提升出光效率且能使LED寿命得到保证成为现阶段研究的主要方向。
[0004]中国专利文献CN105514226A公开的《一种具有电流阻挡层的发光二极管及其制作方法》是直接在外延结构上外延生长无掺杂的氮化铝材料。采用氮化铝材料当电流阻挡层，可有效提高P型电极的可靠性，减小P型电极在打线过程容易出现电极开裂，此方法是在外延结构上进行改变，对于外延生长的要求较高，不易规模化生产。
[0005]中国专利文献CN104037279A公开的《一种具有电流阻挡层的发光二极管的制作方法》该方法是在衬底上生长发光外延层，自下而上依次由N型半导体层、活性层和P型半导体层组成；利用具有遮光图形的耐高温材料的光刻板，结合退火工艺，使遮光图形下方的P型半导体层的镁未活化，从而形成电流阻挡层，此方法是通过对外延结构的变化达到电流阻挡的作用，不适用于GaAs基发光二极管芯片规模化生产。
[0006]中国专利文献103066175A公开了《一种具有电流阻挡层的发光二极管及其制备方法》是通过在P型GaN表面，P电极正下方对应的局部位置上制备一层反射膜，有效反射发光层射向电极下方的光线，反射膜上的电流阻挡层能改善电流在电极下方积聚的现象，具有反射作用的电流阻挡层内的圆柱形空洞内填充ITO导电材料，此方法适用于GaN基LED，不适用于GaAs基发光二极管芯片的制造。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片；
[0008]本发明还提供了上述GaAs基发光二极管芯片的制备方法；
[0009]本发明所述GaAs基发光二极管的制备方法流程简便、较大程度的提升电流扩展及光效。
[0010]术语解释
[0011 ] ITO透明导电材料:氧化铟锡(Indium-Tin Oxide)透明导电材料。
[0012]本发明的技术方案为:
[0013]—种具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片，由下往上依次为GaAs衬底、GaAs基发光二极管芯片外延层、电流扩展层，在所述电流扩展层上为P电极，在所述P电极正下方对应位置生长有一层具有反射作用的电流阻挡层，位于GaAs基发光二极管芯片外延层和电流扩展层之间。
[0014]本发明生长有一层电流阻挡层，在P电极下方通过电流扩展层将电流更好的扩展，通过电流阻挡层避免电流在P电极下方聚集造成P电极下方结温太高的问题，大大增加了电流扩展，增加了出光效率，提升了 GaAs基发光二极管的品质。
[0015]现阶段大部分GaAs基发光二极管芯片电极下方均未设计电流阻挡层，部分有电流阻挡层的都是电流阻挡层与电极直接接触，本发明中在电极下方还设置有电流扩展层，避免P电极与电流阻挡层直接接触不能有效的电流扩展的问题。
[0016]根据本发明优选的，所述电流阻挡层的横截面面积小于所述P电极的横截面面积。使得电流更集中的通过电流扩展层进行扩展，既不聚集也有少许电流通过，成较好的电流扩展。
[0017]根据本发明优选的，所述电流阻挡层的厚度小于所述电流扩展层的厚度。
[0018]上述GaAs基发光二极管芯片的制备方法，具体步骤包括:
[0019](I)在所述GaAs衬底上生长所述GaAs基发光二极管芯片外延层；
[0020](2)在所述GaAs基发光二极管芯片外延层表面沉积一层S12膜，并在所述S12膜表面涂正性光刻胶，通过光刻得所述电流阻挡层图形，去除正性光刻胶，制得所述电流阻挡层；
[0021](3)在所述GaAs基发光二极管芯片外延层表面生长电流扩展层；
[0022](4)在所述电流扩展层上制备负性光刻胶图形；
[0023](5)在所述负性光刻胶图形上制备所述P电极。
[0024]本发明中电流阻挡层制备过程采用了最简便的方法，使用正性光刻胶，采用常规光刻的方法制备，利用正性光刻胶，提高了电流阻挡层图形的分辨率高，得到更好的电流阻挡层。
[0025]根据本发明优选的，所述步骤(2)中，在200-300°C温度条件下，在所述GaAs基发光二极管芯片外延层表面沉积一层S12膜。
[0026]根据本发明优选的，所述步骤(2)中，所述S12膜的厚度为0.05-0.4μπι，所述正性光刻胶的厚度为I.5μπι-2.5μπι。
[0027]根据本发明优选的，所述步骤(3)中，在所述GaAs基发光二极管芯片外延层表面生长电流扩展层，具体步骤包括:在200-300°C温度条件下，在所述GaAs基发光二极管芯片外延层表面上沉积一层ITO薄膜，并进行退火，制备所述电流扩展层。
[0028]本发明中在所述GaAs基发光二极管芯片外延层表面上沉积一层ITO薄膜，此ITO薄膜覆盖整个芯片表面，电流能更好的扩展到整个芯片;通过退火使ITO薄膜与GaAs基发光二极管芯片外延层形成了良好的欧姆接触，大大降低了芯片的电压。
[0029]现有技术中，GaAs基发光二极管芯片沉积的ITO薄膜，都需要将电极下方的部分ITO薄膜去除掉，确保电流扩展及欧姆接触，但会影响到出光效果，本发明设置了电流阻挡层无需进行此步骤且不会影响出光效果。
[0030]根据本发明优选的，所述ITO薄膜的厚度为0.1-0.4μπι。
[0031]根据本发明优选的，所述步骤(3)中，在400-500°C下进行退火。
[0032]根据本发明优选的，所述步骤(4)中，在所述电流扩展层上制备负性光刻胶图形；具体步骤包括:在步骤(2)制备的电流扩展层表面涂厚度为2.8-3.8μπι的负性光刻胶，通过常规光刻得到电极图形。电极图形大于电流阻挡层图形。
[0033]根据本发明优选的，所述步骤(5)中，在所述负性光刻胶图形上制备所述P电极，具体步骤如下:
[0034]a、所述负性光刻胶图形上表面镀上一层厚度为1.5-2.5μπι的Au膜；
[0035]b、通过常规剥离的方法将所述P电极外的Au膜剥离掉，制得到所述P电极。
[0036]本发明中P电极下方设置了电流扩展层及电流阻挡层，GaAs基发光二极管芯片常规电极制备方法-腐蚀法中的腐蚀液能对电流扩展层及电流阻挡层腐蚀，本发明通过负性光刻胶剥离制备电极的方法，避免了对电流扩展层及电流阻挡层的损伤且电极图形更易焊线。
[0037]本发明的有益效果为:
[0038]1、本发明所述具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片，生长有一层电流阻挡层且电流阻挡层图形小于P电极图形，在P电极下方通过电流扩展层将电流更好的扩展，通过电流阻挡层避免电流在P电极下方聚集造成P电极下方结温太高的问题，既不影响P电极下方的电流扩展且能避免电流聚集造成结温高的问题，大大增加了电流扩展，增加了出光效率，提升了 GaAs基发光二极管的品质。
[0039]2、本发明所述具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其制备方法都能通过常规设备及常规方法实现，通过两次沉积、两次光刻即可实现，流程简便适合规模化生产。
【附图说明】
[0040]图1为本发明所述GaAs基发光二极管芯片的结构示意图；
[0041]图2为实施例1中步骤(2)制得的GaAs基发光二极管芯片的剖视图；
[0042]图3为实施例1中步骤(3)制得的GaAs基发光二极管芯片的剖视图；
[0043]图4为实施例1中步骤(4)制得的GaAs基发光二极管芯片的剖视图；
[0044]1、GaAs衬底，2、GaAs基发光二极管芯片外延层，3、电流阻挡层，4、电流扩展层，5、负性光刻胶，6、P电极。
【具体实施方式】
[0045]下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0046]实施例1
[0047]—种具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片，由下往上依次为GaAs衬底1、GaAs基发光二极管芯片外延层2、电流扩展层4，在所述电流扩展层4上为p电极6，在所述P电极6正下方对应位置生长有一层具有反射作用的电流阻挡层3，位于GaAs基发光二极管芯片外延层2和电流扩展层4之间。如图1所示。
[0048]GaAs基发光二极管芯片生长有一层电流阻挡层3，在P电极6下方通过电流扩展层4将电流更好的扩展，通过电流阻挡层3避免电流在P电极6下方聚集造成P电极6下方结温太高的问题，大大增加了电流扩展，增加了出光效率，提升了 GaAs基发光二极管的品质。
[0049]本发明中在P电极6下方还设置有电流扩展层4，避免P电极6与电流阻挡层3直接接触不能有效电流扩展的问题。
[0050]所述电流阻挡层3的横截面面积小于所述P电极6的横截面面积。使得电流更集中的通过电流扩展层4进行扩展，既不聚集也有少许电流通过，成较好的电流扩展。
[0051]所述电流阻挡层3的厚度小于所述电流扩展层4的厚度。
[0052]实施例2
[0053]实施例1所述GaAs基发光二极管芯片的制备方法，具体步骤包括:
[0054](I)在所述GaAs衬底I上生长所述GaAs基发光二极管芯片外延层2;
[0055](2)在200-300°C温度条件下，在所述GaAs基发光二极管芯片外延层2表面沉积一层厚度为0.05-0.4μπι的S12膜，并在所述S12膜表面涂厚度为1.5μπι-2.5μπι的正性光刻胶，通过光刻得所述电流阻挡层图形，去除正性光刻胶，制得所述电流阻挡层3;如图2所示；
[0056](3)在200-300°C温度条件下，在所述GaAs基发光二极管芯片外延层2表面上沉积一层厚度为0.1-0.4μηι的ITO薄膜，并在400_500°C下，进行退火，制备所述电流扩展层4 ；如图3所示；
[0057](4)在步骤(2)制备的电流扩展层4表面涂厚度为2.8-3.8μπι的负性光刻胶，通过常规光刻得到P电极图形;如图4所示；
[0058](5)在所述负性光刻胶图形上制备所述P电极6，具体步骤包括:
[0059]a、所述负性光刻胶图形上表面镀上一层厚度为1.5-2.5μπι的Au膜；
[0060]b、通过常规剥离的方法将所述P电极6外的Au膜剥离掉，制得到所述P电极6。
[0061]本实施例中，电流阻挡层3制备过程采用了最简便的方法，使用正性光刻胶，采用常规光刻的方法制备，利用正性光刻胶，提高了电流阻挡层图形的分辨率高，得到更好的电流阻挡层3。
[0062]本实施例中，在所述GaAs基发光二极管芯片外延层2表面上沉积一层ITO薄膜，此ITO薄膜覆盖整个芯片表面，电流能更好的扩展到整个芯片;通过退火使ITO薄膜与GaAs基发光二极管芯片外延层2形成了良好的欧姆接触，大大降低了芯片的电压。
[0063]现有技术中，GaAs基发光二极管芯片沉积的ITO薄膜，都需要将电极下方的部分ITO薄膜去除掉，确保电流扩展及欧姆接触，但会影响到出光效果，本实施例中，设置了电流阻挡层3，无需进行此步骤且不会影响出光效果。
[0064]本实施例中，P电极6下方设置了电流扩展层4及电流阻挡层3，GaAs基发光二极管芯片常规电极制备方法-腐蚀法中的腐蚀液能对电流扩展层4及电流阻挡层3腐蚀，本发明通过负性光刻胶剥离制备电极的方法，避免了对电流扩展层4及电流阻挡层3的损伤且电极图形更易焊线。
【主权项】
1.一种具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片，其特征在于，由下往上依次为GaAs衬底、GaAs基发光二极管芯片外延层、电流扩展层，在所述电流扩展层上为P电极，在所述P电极正下方对应位置生长有一层具有反射作用的电流阻挡层，位于GaAs基发光二极管芯片外延层和电流扩展层之间。2.根据权利要求1所述的一种具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片，其特征在于，所述电流阻挡层的横截面面积小于所述P电极的横截面面积。3.根据权利要求1所述的一种具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片，其特征在于，所述电流阻挡层的厚度小于所述电流扩展层的厚度。4.权利要求1-3任一所述的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，具体步骤包括: (1)在所述GaAs衬底上生长所述GaAs基发光二极管芯片外延层； (2)在所述GaAs基发光二极管芯片外延层表面沉积一层S12膜，并在所述S12膜表面涂正性光刻胶，通过光刻得所述电流阻挡层图形，去除正性光刻胶，制得所述电流阻挡层； (3)在所述GaAs基发光二极管芯片外延层表面生长电流扩展层； (4)在所述电流扩展层上制备负性光刻胶图形； (5)在所述负性光刻胶图形上制备所述P电极。5.根据权利要求4所述的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在200-300°C温度条件下，在所述GaAs基发光二极管芯片外延层表面沉积一层厚度为0.05-0.4μπι的S12膜，所述正性光刻胶的厚度为1.5μπι-2.5μπι。6.根据权利要求4所述的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在所述GaAs基发光二极管芯片外延层表面生长电流扩展层，具体步骤包括:在200-300°C温度条件下，在所述GaAs基发光二极管芯片外延层表面上沉积一层ITO薄膜，并进行退火，制备所述电流扩展层。7.根据权利要求4所述的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述ITO薄膜的厚度为0.1-0.4μπι。8.根据权利要求4所述的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在400-5000C下进行退火。9.根据权利要求4所述的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，在所述电流扩展层上制备负性光刻胶图形;具体步骤包括:在步骤(2)制备的电流扩展层表面涂厚度为2.8-3.8μπι的负性光刻胶，通过常规光刻得到电极图形。10.根据权利要求4所述的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，在所述负性光刻胶图形上制备所述P电极，具体步骤如下: a、所述负性光刻胶图形上表面镀上一层厚度为1.5-2.5μπι的Au膜； b、通过常规剥离的方法将所述P电极外的Au膜剥离掉，制得到所述P电极。
【文档编号】H01L33/00GK106057998SQ201610651931
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月10日 公开号201610651931.7, CN 106057998 A, CN 106057998A, CN 201610651931, CN-A-106057998, CN106057998 A, CN106057998A, CN201610651931, CN201610651931.7
【发明人】李晓明, 汤福国, 王建华, 闫宝华, 陈康, 刘琦, 徐现刚
【申请人】山东浪潮华光光电子股份有限公司