专利名称：一种高效发光二极管的结构及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高效发光二极管的结构及其制备方法。
背景技术：
半导体发光二极管，作为一种显示器件，其发光效率的提高一直是技术的追求目标。提高外延材料的质量，改善载流子注入效率，通过布拉格反射体减少砷化镓衬底吸收，透明衬底键合，厚电流扩展窗口，芯片出光结构优化，这些都对效率提高起到很好的效果。然而，目前芯片侧面载流子复合损耗较少得到考虑。众所周知，即使外延半导体材料表面复合都很高，通常在表面增加高带宽的半导体材料能够显著减少表面载流子复合，提高发光效率。发光二极管侧面通常由机械切割获得，其表面缺陷较正常外延表面还要高得多，避免载流子侧向复合对提高发光二极管效率非常重要。
常规发光二极管的结构如图1，包括一个基板1，布拉格反射体2，第一种导电性载流子注入限制层3，控制发光波长的的活化层4，第二种导电性和载流子注入限制层5，以及电流扩展层6。
如图2为发光二极管的常规制备工艺通过物理蒸发或溅射方法制备第二种导电性金属接触，对半导体器件第二种导电性金属接触退火，再将半导体器件减薄到需要的厚度，制备第一种导电性金属接触，然后，对半导体器件第一种导电性金属接触退火。将完成金属制备的外延片，用机械方法按芯片尺寸部切分割，此切割深度应通过外延层，但未完全切穿，完成部分切割的芯片进行测试后，再用机械方法完全分割成分立的芯片。此机械切割对芯片侧面产生大量缺陷，形成非辐射发光中心，影响发光二极管发光效率。
美国专利6201264B1提出对具有高铝组分的LED结构通过水氧化发光二极管侧面的方法改善可靠性。本方法在于将发光二极管中易氧化的部分(此部分并非有意引入)水氧化，由于水氧化质量较自然氧化好，因而器件寿命得以改善。为了达到目的，美国专利6201264B1提出厚度不能太厚(小于2微米)。中国专利98100008.8和中国专利申01103909.4通过水氧化高铝组分实现电流扩展。为了实现电流扩展，电极必需在氧化层上，且与电流阻挡层面积相当。美国专利6201264B1采用薄氧化层(＜2微米)，无法有效阻挡载流子的侧向复合，不能产生本专利方法明显的提高发光效率的效果。
发明内容
本发明旨在提出一种减小发光二极管载流子侧向复合，以提高发光二极管效率的高效发光二极管的结构及其制备方法。
一种高效发光二极管的结构，包括一个基板；
在基板上有一发光二极管结构；结构中有一层或一层以上易氧化的III-V半导体材料；结构中位于芯片侧向的易氧化层被氧化形成不导电的载流子阻挡层。
易氧化层位于载流子注入限制层两侧，载流子注入限制层中，或活化层中，或布拉格反射体两侧，或布拉格反射体内，或布拉格反射体本身，或电流扩展层中，或电流扩展层底部，或器件全结构；易氧化层为AlGaAs(Al组分大于70％)；易氧化层氧化条件为温度300-650℃，在水汽条件下；易氧化层宽度大于3微米。
本发明的制备方法为外延结构具有高铝III-V半导体材料(Al＞50％)层。通过氧化高铝III-V半导体层，实现载流子阻挡。其工艺方法为采用机械切割或化学腐蚀的方法，将芯片侧面易氧化层暴露出来，对侧面易氧化层氧化形成载流子阻挡层。
在发光二极管芯片制作工艺过程中，发光二极管结构中位于芯片侧向的易氧化层被氧化形成不导电的载流子阻挡层，以减少侧向载流子复合；由于氧化载流子阻挡层的高阻抗特性，载流子被挡离侧面，从而实现减小侧向载流子复合，提高发光二极管发光效率的目的。由于芯片侧向无高带宽材料，测向仍有由于载流子扩散产生的复合，载流子阻挡层宽度的增加将减小载流子扩散到达侧面复合的几率。实验表明，随着载流子阻挡层宽度的增加，芯片发光效率显著提高。载流子阻挡层宽度高达120微米，仍可见发光效率提高。
图1一种常规发光二极管结构示意图。
图2发光二极管的常规制备工艺流程图。
图3为本发明的一种实施例结构示意图。
图4为本发明的又一种实施例结构示意图。
图5为本发明的实施例制备工艺流程图。
图6为本发明的芯片结构示意图。
具体实施例以下结合附图对本发明实施例作进一步说明。实施例以AlGaInP发光二极管为半导体器件例。
实施例一参照图3，本发明为一种625nm红光AlGaInP发光二极管外延结构，包括15个周期的AlAs/Al0.5Ga0.5As布拉格反射层，AlGaInPn-型载流子注入限制层，AlGaInP/GaInP活化层，AlGaInP p-型载流子注入限制层，GaP电流扩展层。此发光二极管外延结构中AlAs是易氧化层，氧化后将用于载流子阻挡层。
实施例二参照图4，本发明为另一种625nm红光AlGaInP发光二极管外延结构，包括一个AlAs载流子阻挡层，15个周期的Al0.5In0.5P/Al0.15Ga0.35In0.5P布拉格反射层，AlGaInP n-型载流子注入限制层，AlGaInP/GaInP活化层，AlGaInP p-型载流子注入限制层，p-GaP电流扩展层。此发光二极管外延结构中AlAs是易氧化层，氧化后将用于载流子阻挡层。
参照图5，本发明的实施例根据图3、4结构的制备工艺流程图。用电子束蒸发形成p-型接触电极。p-型接触电极退火后，减薄到约8mil，用电子束蒸发形成n-型接触电极，用机械方法在芯片分离处切割约30微米深的沟道，对半切后的外延片氧化形成载流子阻挡层；易氧化层为AlGaAs(Al组分大于70％)；易氧化层氧化条件为温度300-650℃，在水汽条件下；易氧化层宽度大于3微米。量点墨后，用机械方法在芯片分离处切穿，目检后入库。
经过图5所示制备工艺后，图3结构的芯片结构如图6(a)，图4结构的芯片结构如图6(b)，其中侧向氧化区域对载流子起到阻挡作用。
权利要求
1一种高效发光二极管的结构，包括一个基板；在基板上有一发光二极管结构；结构中有一层或一层以上易氧化的III-V半导体材料。结构中位于芯片侧向的易氧化层被氧化形成不导电的载流子阻挡层。
2如权利要求1所述一种高效发光二极管的结构，其特征是易氧化层位于载流子注入限制层两侧，载流子注入限制层中，活化层中，布拉格反射体两侧，布拉格反射体内，布拉格反射体本身，电流扩展层中，电流扩展层底部，或器件全结构。
3如权利要求1所述一种高效发光二极管的结构，其特征是其中易氧化层为AlGaAs(Al组分大于70％)。
4如权利要求1所述一种高效发光二极管的结构，其特征是易氧化层氧化条件为温度300-650℃，在水汽条件下。
5如权利要求1所述一种高效发光二极管的结构，其特征是易氧化层宽度大于3微米。
6一种高效发光二极管的结构的制备方法为外延结构具有高铝III-V半导体材料(Al＞50％)层。通过氧化高铝III-V半导体层，实现载流子阻挡。其工艺方法为采用机械切割或化学腐蚀的方法，将芯片侧面易氧化层暴露出来，对侧面易氧化层氧化形成载流子阻挡层。
全文摘要
本发明公开了一种高效发光二极管的结构及其制备方法，根据本发明，发光二极管结构中至少有一层易氧化的III－V半导体结构。在发光二极管制备过程中通过对此易氧化的III－V半导体结构氧化，在发光二极管侧面形成不导电的载流子阻挡层，以减少载流子在发光二极管侧面复合，提高发光二极管效率。
文档编号H01L33/00GK1655369SQ20041002358
公开日2005年8月17日 申请日期2004年2月13日 优先权日2004年2月13日
发明者何晓光, 黄尊祥 申请人:厦门三安电子有限公司