带有高反射率金属反射层的红光发光二极管及制备方法
【专利摘要】一种带有高反射率金属反射层的红光发光二极管及制备方法，设有砷化镓（GaAs）衬底，砷化镓（GaAs）衬底上由下至上依次设有砷化铝（AlAs）剥离层，n型限制层，构成发光二极管的核心发光区域的多量子阱有源区,?p型限制层，p型窗口层以及临时p型盖帽层，其中，该临时p型盖帽层将被腐蚀掉，并在p型窗口层的上面蒸镀高反射率金属反射层，然后，再在高反射率金属反射层之上蒸镀p型电极，并形成一芯片整体；经切割后的芯片整体成为红光发光二极管（LED）所需的芯片结构。本发明在增加反射率的同时，避免了由分布布拉格反射器（DBR）带来的发光二极管工作电压升高的弊端，不仅可以将砷化镓（GaAs）衬底彻底剥离掉，而且，使经过重新处理后的砷化镓（GaAs）衬底可以再次得到利用。
【专利说明】带有高反射率金属反射层的红光发光二极管及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发光二极管，尤其涉及一种带有高反射率金属反射层的红光发光二极管及制备方法。
【背景技术】
[0002]红光发光二极管(英文lighting emitting diode,简称LED)是发光二极管中发射红光的一种二极管，其本身不但具有普通二极管的特性，而且是一种电光转换器件，是固态照明中的核心器件。由于其本身具有寿命长，可靠性高，节能性好，电光转换效率高等诸多优点，因此，得到广泛应用。
[0003]红光发光二极管的技术发展到现在，经历了从初期的LPE生长等电子掺杂(GaP)发光，分子束外延砷化铝镓(AlGaAs)/砷化镓(GaAs)多量子阱，以及现在大规模应用的磷化铝镓铟(InAlGaP)四元系红光发光二极管等几个阶段。其亮度随着生长工艺，芯片制备技术以及光萃取技术的不断发展而大幅度提高。
[0004]目前，现有的磷化铝镓铟(InAlGaP)四元系红光发光二极管主要包括:砷化镓(GaAs)衬底，砷化镓(GaAs)衬底层上设有分布布拉格反射器。在实际使用中，通常采用交替生长于砷化镓(GaAs)衬底上的多周期的砷化铝、砷化铝镓(AlAs、AlGaAs)分布布拉格反射器来阻挡砷化镓(GaAs)衬底层对光的吸收，以增加磷化镓(GaP)窗口层厚度，并通过在磷化镓(GaP)窗口层做粗化工艺来提高出光效率。
[0005]但是，随着砷化铝、砷化铝镓及分布布拉格反射器数目的增加，加在其上的电压也会增加，因此，不利于红光发光二极管工作电压的降低；为了使加于分布布拉格反射器上的电压降低，通常的做法是:在构成分布布拉格反射器的砷化铝和砷化铝镓材料中采取重掺杂的方法，但是，大量杂质的出现会加强光子的吸收，不利于发光强度的提高；并且，分布布拉格反射器的数目在超过一定周期数目之后，其对光的反射能力也会逐渐达到饱和状态。另外，砷化铝材料对于空气介质中的氧特别敏感，在使用过程中会有一定量的砷化铝被氧化成三氧化二铝，这是一种绝缘物质，导电能力非常差，不仅会额外增加发光二极管的工作电压，而且，还会伴随着三氧化二砷的生成，对环境产生一定的危害。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种带有高反射率金属反射层的红光发光二极管及制备方法，其采用在磷化镓(GaP)窗口层表面制备高反射率金属反射层的方法来替代传统工艺中的分布布拉格反射器(DBR),在增加反射率的同时，避免了由分布布拉格反射器(DBR)带来的发光二极管工作电压升高的弊端，不仅可以将砷化镓(GaAs)衬底彻底剥离掉，而且，使经过重新处理后的砷化镓(GaAs)衬底可以再次得到利用；同时，降低了重金属材料砷的使用量，减少了重金属材料砷对环境的污染。
[0007]本发明的目的是由以下技术方案实现的:
[0008]一种带有高反射率金属反射层的红光发光二极管，设有砷化镓(GaAs)衬底，其特征在于:砷化镓(GaAs)衬底上由下至上依次设有砷化铝(AlAs)剥离层，η型限制层，构成发光二极管的核心发光区域的多量子阱有源区，P型限制层，P型窗口层以及临时P型盖帽层，其中，该临时P型盖帽层将被腐蚀掉，并在P型窗口层的上面蒸镀高反射率金属反射层，然后，再在高反射率金属反射层之上蒸镀P型电极，并形成一芯片整体；经切割后的芯片整体成为红光发光二极管(LED)所需的芯片结构。
[0009]所述η型接触层由高掺杂的砷化镓(GaAs)材料组成；η型限制层为:磷化铝铟(InAlP)或磷化铝镓铟(InAlGaP)材料；多量子阱有源区为:不同组分的磷化铝镓铟、磷化铝镓铟[I%5 (AlxGa1^x)0.5P/ In0.5 (AlyGa1^y)0.5Ρ]材料；ρ 型限制层为磷化铝铟(InAlP)材料；Ρ型窗口层为P型磷化镓(GaP)材料；临时ρ型盖帽层为:ρ型砷化镓(GaAs)材料。
[0010]一种带有高反射率金属反射层的红光发光二极管的制备方法，其特征在于:采用以下制备步骤:
[0011]第一步:设置砷化镓(GaAs)衬底；
[0012]第二步:在砷化镓(GaAs)衬底上外延生长砷化铝(AlAs)剥离层；
[0013]第三步:在砷化铝(AlAs)剥离层上外延生长η型接触层；
[0014]第四步:在η型接触层上生长η型限制层；
[0015]第五步:在η型限制层之上生长构成发光二极管的核心发光区域的多量子阱有源区；
[0016]第六步:在 多量子阱有源区上生长ρ型限制层；
[0017]第七步:在ρ型限制层上生长.ρ型窗口层；
[0018]第八步:在ρ型窗口层上生长临时ρ型盖帽层；
[0019]第九步:将临时ρ型盖帽层腐蚀掉，并在ρ型窗口层的上面蒸镀高反射率金属反射层，然后，再在高反射率金属反射层之上蒸镀P型电极，并形成一芯片整体；
[0020]第十步:对砷化铝(AlAs)剥离层进行腐蚀；
[0021]第十一步:将芯片整体进行切割，使芯片整体成为发光二极管(LED)所需的芯片结构。
[0022]所述砷化铝(AlAs)剥离层的腐蚀过程如下:
[0023]砷化铝(AlAs)剥离层从外延片边缘开始向内腐蚀，直至腐蚀到砷化镓(GaAs)衬底与外延层材料结构相互分离为止，该步结束之后，η型接触层会成为新的外延片的表面，并在η型接触层上进行蒸镀N型电极。
[0024]所述生长于砷化镓(GaAs)衬底之上的砷化铝(AlAs)剥离层的厚度在0.5微米至30微米之间；η型接触层是由重掺杂的砷化镓(GaAs)材料所组成。
[0025]所述多量子阱有源区为:不同组分的磷化铝镓铟、磷化铝镓铟[Ina5(AlxGah)a5P/In0.5 (AlyGa1I)a5P]材料；Ρ型限制层为:磷化铝铟(InAlP)材料；窗口层为:ρ型磷化镓(GaP)材料；临时ρ型盖帽层为:ρ型砷化镓(GaAs)材料。
[0026]所述砷化铝(AlAs)剥离层的腐蚀液选自氢氟酸(HF)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)、磷酸(H3PO4)溶液，其浓度值为:1% — 50%，腐蚀时间为I一3600秒；高反射率金属反射层为:Au, Be/Au, Zn/Au, Sn/Ag, Ag材料中的一种或者其组合之一。
[0027]本发明的有益效果:本发明由于采用上述技术方案，其采用在磷化镓(GaP)窗口层表面制备高反射率金属反射层的方法来替代传统工艺中的分布布拉格反射器(DBR),在增加反射率的同时，避免了由分布布拉格反射器(DBR)带来的发光二极管工作电压升高的弊端，不仅可以将砷化镓(GaAs)衬底彻底剥离掉，而且，使经过重新处理后的砷化镓(GaAs)衬底可以再次得到利用；同时，降低了重金属材料砷的使用量，减少了重金属材料砷对环境的污染。
【专利附图】
【附图说明】:
[0028]图1为本发明芯片外延生长制备过程截面示意图。
[0029]图2为本发明芯片制备过程截面示意图。
[0030]图中主要标号说明:
[0031]1.砷化镓(GaAs)衬底、2.砷化铝(AlAs)剥离层、3.η型接触层、4.η型限制层、
5.多量子阱有源区、6.ρ型限制层、7.ρ型窗口层、8.临时ρ型盖帽层、9.N型电极、10.高反射率金属反射层、11.P型电极。
【具体实施方式】
[0032]如图1，图2所示,本发明设有砷化镓(GaAs)衬底I，砷化镓(GaAs)衬底I上设有砷化铝(AlAs)剥离层2，砷化铝(AlAs)剥离层2上设有η型接触层3，η型接触层3上设有η型限制层4，η型限制层4上设有构成发光二极管的核心发光区域的多量子阱有源区5，多量子阱有源区5上设有ρ型限制层6 ；ρ型限制层6上设有ρ型窗口层7以及临时ρ型盖帽层8 ;其中，临时ρ型盖帽层8将被腐蚀掉，并在ρ型窗口层7的上面蒸镀高反射率金属反射层10，然后，再在高反射率金属反射层10之上蒸镀ρ型电极11，并形成一芯片整体；经切割后的芯片整体成为红光发光二极管(LED)所需的芯片结构。
`[0033]上述η型接触层3由高掺杂的砷化镓(GaAs)材料组成；η型限制层4为:磷化铝铟(InAlP)或磷化铝镓铟(InAlGaP)材料；多量子阱有源区5为:不同组分的磷化铝镓铟、磷化铝镓铟[I%5 (AlxGa1J ο.5Ρ/ 1%5 (AlyGa1^y) 0.5Ρ]材料；ρ型限制层6为:磷化铝铟(InAlP)材料；ρ型窗口层7为:ρ型磷化镓(GaP)材料；临时ρ型盖帽层8为:ρ型砷化镓(GaAs)材料。
[0034]上述结构采用如下制备步骤:
[0035]第一步:设置砷化镓(GaAs)衬底I ;
[0036]第二步:在砷化镓(GaAs)衬底I上外延生长砷化铝(AlAs)剥离层2，以供后续剥尚之用;
[0037]第三步:在砷化铝(AlAs)剥离层2上外延生长η型接触层3，用以剥离之后的蒸镀金属及制备N型电极9之用；
[0038]第四步:在η型接触层3上生长η型限制层4 ；
[0039]第五步:在η型限制层4之上生长多量子阱有源区5，以构成发光二极管的核心发光区域；
[0040]第六步:在多量子阱有源区5上生长ρ型限制层6 ；
[0041]第七步:在ρ型限制层6上生长.P型窗口层7 ;
[0042]第八步:在ρ型窗口层7上生长临时ρ型盖帽层8 ；
[0043]第九步:将临时ρ型盖帽层8腐蚀掉，并在P型窗口层7的上面蒸镀高反射率金属反射层10，然后，再在高反射率金属反射层之上蒸镀P型电极11，并形成一芯片整体；
[0044]第十步:采用腐蚀液对芯片的砷化铝(AlAs)剥离层2进行腐蚀，腐蚀过程如下:
[0045]砷化铝(AlAs)剥离层2从外延片边缘开始向内腐蚀，直至腐蚀到砷化镓(GaAs)衬底与外延层材料结构相互分离为止，该步结束之后，η型接触层3会成为新的外延片的表面，并在其上进行蒸镀N型电极9。
[0046]第十一步:将芯片整体进行切割，使芯片整体成为发光二极管(LED)所需的芯片结构。
[0047]上述生长于砷化镓(GaAs)衬底I之上的砷化铝(AlAs)剥离层2，其厚度在0.5微米至30微米之间；其η型接触层3是由重掺杂的砷化镓(GaAs)材料所组成；多量子阱有源区5为:不同组分的磷化铝镓铟、磷化铝镓铟[Ina5 (AlxGa1^x)0.5P/ In0.5 (AlyGa1^yV5P]材料；Ρ型限制层6为磷化铝铟(InAlP)材料；窗口层7为ρ型磷化镓(GaP)材料；临时ρ型盖帽层8为:ρ型砷化镓(GaAs)材料。砷化铝(AlAs)剥离层2的腐蚀液选自氢氟酸(HF)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)、磷酸(H3PO4)溶液，其浓度值为:1% — 50%,腐蚀时间为1—3600秒。高反射率金属反射层10为Au，Be/Au, Zn/Au, Sn/Ag, Ag材料中的一种或者其组合之一。
[0048]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种带有高反射率金属反射层的红光发光二极管，设有砷化镓(GaAs)衬底，其特征在于:砷化镓(GaAs)衬底上由下至上依次设有砷化铝(AlAs)剥离层，η型限制层，构成发光二极管的核心发光区域的多量子阱有源区，P型限制层，P型窗口层以及临时P型盖帽层，其中，该临时P型盖帽层将被腐蚀掉，并在P型窗口层的上面蒸镀高反射率金属反射层，然后，再在高反射率金属反射层之上蒸镀P型电极，并形成一芯片整体；经切割后的芯片整体成为红光发光二极管(LED)所需的芯片结构。
2.根据权利要求1所述的带有高反射率金属反射层的红光发光二极管，其特征在于:所述η型接触层由高掺杂的砷化镓(GaAs)材料组成；η型限制层为:磷化铝铟(InAlP)或磷化铝镓铟(InAlGaP)材料；多量子阱有源区为:不同组分的磷化铝镓铟、磷化铝镓铟[Ina5(AlxGah)a5P/ 1%5 (AlyGa1^y) 0.5Ρ]材料；P型限制层为磷化铝铟(InAlP)材料；ρ型窗口层为P型磷化镓(GaP)材料；临时ρ型盖帽层为:ρ型砷化镓(GaAs)材料。
3.一种带有高反射率金属反射层的红光发光二极管的制备方法，其特征在于:采用以下制备步骤: 第一步:设置砷化镓(GaAs)衬底； 第二步:在砷化镓(GaAs)衬底上外延生长砷化铝(AlAs)剥离层； 第三步:在砷化铝(AlAs)剥离层上外延生长η型接触层； 第四步:在η型接触层上生长η型限制层； 第五步:在η型限制层之上生长构成发光二极管的核心发光区域的多量子阱有源区； 第六步:在多量子阱有源 区上生长P型限制层； 第七步:在P型限制层上生长.P型窗口层； 第八步:在P型窗口层上生长临时P型盖帽层； 第九步:将临时P型盖帽层腐蚀掉，并在P型窗口层的上面蒸镀高反射率金属反射层，然后，再在高反射率金属反射层之上蒸镀P型电极，并形成一芯片整体； 第十步:对砷化铝(AlAs)剥离层进行腐蚀； 第十一步:将芯片整体进行切割，使芯片整体成为发光二极管(LED)所需的芯片结构。
4.根据权利要求3所述的带有高反射率金属反射层的红光发光二极管的制备方法，其特征在于:所述砷化铝(AlAs)剥离层的腐蚀过程如下: 砷化铝(AlAs)剥离层从外延片边缘开始向内腐蚀，直至腐蚀到砷化镓(GaAs)衬底与外延层材料结构相互分离为止，该步结束之后，η型接触层会成为新的外延片的表面，并在η型接触层上进行蒸镀N型电极。
5.根据权利要求3所述的带有高反射率金属反射层的红光发光二极管的制备方法，其特征在于:所述生长于砷化镓(GaAs)衬底之上的砷化铝(AlAs)剥离层的厚度在0.5微米至30微米之间；η型接触层是由重掺杂的砷化镓(GaAs)材料所组成。
6.根据权利要求3所述的带有高反射率金属反射层的红光发光二极管的制备方法，其特征在于:所述多量子阱有源区为:不同组分的磷化铝镓铟、磷化铝镓铟[I%5 (AlxGah)0.5P/ 1% 5 (AlyGa1I)a5P]材料；P型限制层为:磷化铝铟(InAlP)材料；窗口层为:ρ型磷化镓(GaP)材料；临时ρ型盖帽层为:ρ型砷化镓(GaAs)材料。
7.根据权利要求3或4所述的带有高反射率金属反射层的红光发光二极管的制备方法，其特征在于:所述砷化铝(AlAs)剥离层的腐蚀液选自氢氟酸(HF)、硫酸(H2S04)、硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)、磷酸(H3PO4)溶液，其浓度值为:1% — 50%，腐蚀时间为I—3600秒；高反射率金属反 射层为:Au, Be/Au, Zn/Au, Sn/Ag, Ag材料中的一种或者其组合之一。
【文档编号】H01L33/46GK103811626SQ201210452581
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月12日 优先权日:2012年11月12日
【发明者】王晓晖, 陈弘, 贾海强, 宋京, 丁国建, 张荣勤, 罗惠英 申请人:天津中环新光科技有限公司, 中国科学院物理研究所