一种砷化镓基底低亮度黄光发光二极管芯片的制作方法
【专利摘要】一种砷化镓基底低亮度黄光发光二极管芯片，属于光电子技术领域，具体涉及到AlGaInP四元系发光二极管技术领域。本实用新型的结构特点是：GaAs缓冲层与n型载流子限制层之间设有减反射层，同时在两层p型载流子限制层之间设有p型反射吸收层。使用金属有机化合物气相沉积设备将GaAs基片制备成具有低亮度黄光LED外延结构的低亮度黄光LED外延片，再将这种外延片经过芯片工艺加工成独立的LED芯片。本实用新型产品在不降低可靠性，不改变LED芯片外观尺寸的前提下，降低了四元系黄光LED法向光强，以利于扩宽AlGaInP四元系LED芯片的应用范围。
【专利说明】
一种砷化镓基底低亮度黄光发光二极管芯片
技术领域
[0001]本发明属于光电子技术领域，具体涉及到AlGaInP四元系发光二极管(LED)技术领 域。 技术背景
[0002] 如今的消费电子设备如智能手机、计算机中大量用到的彩色LED指示灯。因其对亮 度的需求不高，这些指示灯经常采用GaP基的二、三元系低亮度LED芯片，其特征是工作条件 下法向光强通常在0.1 mcd至10 mcd。相较三元系LED，GaAs基AlGaInP四元系LED的可靠性 更高，生产规模大、边际成本更小。然而，传统的四元系黄光LED法向光强通常在15 mcd及至 以上，这种亮度较高的LED芯片用在上述指示灯应用，会带来造成漏光等现象而降低产品外 观特质，同时过高的光强甚至对使用者健康不利。虽然降低工作电压、电流可以降低四元系 LED的工作时的亮度，但这需要更换LED的驱动电路，对消费电子的生产带来了额外的成本 负担。因而传统的GaAs基AlGaInP四元系LED无法直接替代低亮度的三元系LED芯片。
[0003] 如图1展示了传统的正装AlGaInP四元系黄光LED的结构，即在GaAs基板101上，自 下而上依次生长为缓冲层l〇2、Bragg反射镜层103、n型限制层104、多量子阱有源区层105、p 型限制层106和GaP窗口层107,在GaP窗口层107上设置第一电极108。多量子阱的有源区结 构，有助于减小注入的载流子的溢出，提升LED的内量子效率。光子在有源区层105产生，其 中一部分会射向基板101-侧;传统结构中Bragg反射镜层103可以降低衬底对这一部分光 的吸收，因此提升了 LED芯片的外量子效率以及发光效率。
[0004] 通常，通过调整传统正装AlGaInP四元系黄光LED外延结构可以降低其发光光强。 例如，减薄η型限制层14、p型限制层16的厚度、降低其掺杂可以降低四元系LED芯片的发光 光强;但这种方案可能带来'闸流体'现象，即不规则的IV特，同时这种方案的设计会引起芯 片产品抗受静电击穿能力下降。
[0005] 减小芯片尺寸、增大电极面积也是降低芯片亮度的有效方法。然而，变更芯片设 计通常需要芯片使用者更改封装设计甚至更换封装设备，提升封装企业的成本，降低了这 种方案了的产品的应用情景。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于在不降低可靠性，不改变LED芯片外观尺寸的前提下，提供一种 MOCVD制造砷化镓基AlGaInP四元系低亮度黄光LED芯片方案，以扩宽AlGaInP四元系LED芯 片的应用范围。
[0007] 本发明包括依次设置在砷化镓基板一侧的缓冲层、η型减反射层、η型载流子限制 层、双异质结有源区层、第一 P型限制层、P型吸收层、第二P型限制层和GaP窗口层，第一电 极设置在GaP窗口层上，第二电极设置在砷化镓基板的另一侧。
[0008] 本发明的结构特点是:GaAs缓冲层与η型载流子限制层之间设有减反射层，同时在 两层P型载流子限制层之间设有P型反射吸收层。使用金属有机化合物气相沉积设备 (MOCVD)将GaAs基片制备成具有低亮度黄光LED外延结构的低亮度黄光LED外延片，再将这 种外延片经过芯片工艺加工成独立的LED芯片。本发明产品在不降低可靠性，不改变LED芯 片外观尺寸的前提下，降低了四元系黄光LED法向光强，以利于扩宽AlGaInP四元系LED芯片 的应用范围。
[0009] 进一步地，本发明η型减反射层的成分为AlxGa1-XAs,其中0.1 1。在Ga As材 料与AlInP材料中间插入AlGaAs材料有助于提升外延结构质量。同时，选择Al组分较低的 AlGaAs材料可以尽量降低GaAs/AlGaAs界面势皇对载流子输运的影响。
[0010] η型减反射层的厚度d符合以下关系：η(λ) · d = N · λ /2;其中λ为外延片 的电致发光中心波长，η(λ)为该层材料对波长为λ的光的折射率，N为正整数，且KNg 10。使用符合以上厚度关系的AlGaAs材料可以降低GaAs/AlInP界面处的反射率，有利于有 源区发光被GaAs基板吸收。
[0011] p型吸收层的成分为(AlxGai-X)Q.δΙηο.δΡ，其中0<X< 0.6,厚度为10 nm~500 nm。 将该层材料的成分参数对空制在〇<X < 0.6，可以对LED芯片正面发光产生吸收，p型吸收层p 型吸收层通过调整该层材料的厚度可将LED芯片的发光强度控制在合理的范围内。：
[0012] p型吸收层材料中掺有镁元素或锌元素，室温下p型载流子浓度>1 X 1〇18/ cm3,以 保证LED芯片的良好电学特性。
【附图说明】
[0013] 图1为传统GaAs基AlGaInP四元系黄光LED芯片结构剖视图。
[0014] 图2为本发明低亮度GaAs基AlGaInP四元系芯片剖视图。
【具体实施方式】
[0015] 一、外延片及芯片生产工艺步骤：
[0016] 1、将η型GaAs基片置于MOCVD系统中的反应腔体中，加热至600°C~700°C，去除基 片表面的钝化层，并在η型GaAs基片的一个侧面生长形成一定厚度的、掺有硅元素的η型 GaAs缓冲层。
[0017] 2、在GaAs缓冲层上采用AlxGapxAs为材料进行沉积，其中，0· I < X < 1，沉积的η型 减反射层的厚度d符合以下关系：η(λ) · d = N · λ /2;其中λ为外延片的电致发光中 心波长，η(λ)为该层材料对波长为λ的光的折射率，N为正整数，且ISNS 10。
[0018] 3、在减反射层上沉积形成η型载流子限制层。
[0019] 4、在η型载流子限制层上沉积形成双异质结有源区层。
[0020] 5、在有源区层上沉积形成第一 ρ型载流子限制层。
[0021] 6、在第一 P型载流子限制层上以(AlxGa1-X)tL5In tL5P为材料，并掺有镁元素或锌元 素进行沉积，其中，〇<X ^ 0.6,室温下P型载流子浓度>1 X IO18/ cm3。沉积的P型吸收层的 厚度为10 nm~500 nm〇
[0022] 7、在ρ型吸收层吸收层上沉积形成第二ρ型载流子限制层。
[0023] 8、在第二ρ型载流子限制层上沉积形成一定厚度的GaP窗口层。
[0024] 9、通过金属真空蒸镀的方法，在GaP窗口层上制作出第一电极，在η型GaAs基片的 另一侧面制作出第二电极。
[0025]再经过退火、光刻、湿法腐蚀、研磨、刀片切割等标准芯片生产工艺将以上GaP基四 元系AlGaInP外延片加工成独立的低亮度黄光LED芯片。
[0026]二、芯片产品结构分析：
[0027] 如图2所示为采用以上工艺制成的低亮度LED芯片，其中GaAs基板201包括第一表 面和第二表面，从基板201的第一表面自下而上为缓冲层202、n型减反射层203、n型载流子 限制层204、双异质结有源区层205、p型限制层I 207、p型吸收层206、p型限制层II 208和 GaP窗口层209。第一电极210形成于GaP窗口层209之上，第二电极211形成于GaAs基板201的 第二表面之上。
[0028] 三、评价尺寸为7.0X7.0 mil四元系LED器件的光电特性列于下表：
[0030]如上表所示，在第一电极和第二电极通电后流过电流的结果，发射出了主波长平 均值为590.1 nm的黄光，正向流过20毫安(mA)电流时的正向电压平均值为2.15 V，法向光 强均值为1.3 mcd。
【主权项】
1. 一种砷化镓基底低亮度黄光发光二极管芯片，包括依次设置在砷化镓基板一侧的缓 冲层、η型减反射层、η型载流子限制层、双异质结有源区层、第一 P型限制层、P型吸收层、第 二P型限制层和GaP窗口层，第一电极设置在GaP窗口层上，第二电极设置在砷化镓基板的另 一侧。2. 根据权利要求1中所述的砷化镓基底低亮度黄光发光二极管芯片，其特征在于η型减 反射层的成分为AlxGa 1-XAs,其中0.1 SXg 1。3. 根据权利要求2中所述的砷化镓基底低亮度黄光发光二极管芯片，其特征在于η型减 反射层的厚度d符合以下关系：η(λ) · d = N · λ /2; 其中λ为外延片的电致发光中心波长，η(λ)为该层材料对波长为λ的光的折射率，N 为正整数，且10。4. 根据权利要求1中所述的砷化镓基底低亮度黄光发光二极管芯片，其特征在于ρ型吸 收层的成分为(AlxGa 1-Xk5IntL5P,其中0<Χ< 0.6,并且ρ型吸收层材料中掺有镁元素或锌 元素。5. 根据权利要求4中所述的砷化镓基底低亮度黄光发光二极管芯片，其特征在于ρ型吸 收层的厚度为10 nm~500 nm〇
【文档编号】H01L33/02GK205488187SQ201620240922
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】赵宇, 林鸿亮, 张双翔, 杨凯, 何胜, 李洪雨, 田海军
【申请人】扬州乾照光电有限公司