一种四元发光二极管的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种四元发光二极管，自下而上依次包括衬底、缓冲层、布拉格反射器、下包覆层、发光层、上包覆层、局部掺杂突变区、外延窗口层、上电极和下电极，局部掺杂突变区位于上电极的正下方，在衬底上通过第一次外延生长依次形成缓冲层、布拉格反射器、下包覆层、发光层和上包覆层，通过第二次外延生长形成外延窗口层。本实用新型通过结构优化，不仅是在电极下方通过外延手段制作的局部掺杂突变区，减少载流子在电极正下方复合，同时结合氧化布拉格反射器外围区域，使发光二极管的出光效率得到了有效提高。
【专利说明】 —种四元发光二极管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及LED领域，特别是指一种四元发光二极管。
【背景技术】
[0002]目前，红黄光LED使用的都是基于GaAs的II1-V族化合物半导体材料；在正向电压驱使下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区，进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合发光。四元系发光二级管发光效率主要受到吸光衬底GaAs的影响，其次还有金属电极对光的阻挡作用，导致光不能从发光二极管表面发出，从而影响出光效率。
[0003]为此，改善LED发光效率的研究较为活跃，主要技术有采用图形衬底技术、分布电流阻隔层、分布布拉格反射层(英文为Distributed Bragg Ref lector,简称DBR)结构、透明衬底、表面粗化、光子晶体技术等。其中采用分布电流阻隔层提高LED发光效率，目前一般常见的做法是在P电极底下镀绝缘材料，如二氧化硅(S12)、氮化硅(Si3N4)等，但由于电极材料为金属，当光从多重量子阱发出来，到达电极时仍会有约10%的光损失。
[0004]传统减少电流在电极正下方拥挤的方法是利用绝缘介质层或者肖特基结来实现，实现工艺较为复杂。本实用新型通过外延技术直接实现了减少电流在电极下方的拥挤，电流在有源区的有效扩展。布拉格反射器从材料体系、结构设计和降低串电阻方法等方面在发光二极管中应用与发展，因此同时引入局部高反射率布拉格反射器，改善其光提取效率。
实用新型内容
[0005]本实用新型提出一种四元发光二极管及其制造方法，解决了现有技术中电流在电极正下方拥挤的问题。
[0006]本实用新型的技术方案是这样实现的:一种四元发光二极管，自下而上依次包括衬底、缓冲层、布拉格反射器、下包覆层、发光层、上包覆层、局部掺杂突变区、外延窗口层、上电极和下电极，局部掺杂突变区位于上电极的正下方，在衬底上通过第一次外延生长依次形成缓冲层、布拉格反射器、下包覆层、发光层和上包覆层，通过第二次外延生长形成外延窗口层。
[0007]优选地，布拉格反射器的中心区域位于局部掺杂突变区的正下方。
[0008]优选地，布拉格反射器的中心区域的面积 > 局部掺杂突变区的面积。
[0009]优选地，布拉格反射器的外围区域为布拉格反射器氧化区。
[0010]优选地，布拉格反射器包括高铝含量层和低铝含量层。
[0011]优选地，高铝含量层具体为高铝含量的AlGaAs层或高铝含量的AlGaInP层，铝含量范围为80 %?100 %，低铝含量层具体为低铝含量的AlGaAs层或低铝含量的AlGaInP层，铝含量范围为0%?80%。
[0012]优选地,布拉格反射器由AlGaAs/AlGaAs、AlGaAs/AlGalnP、AlGalnP/AlGalnP 或AlGalnP/AlGaAs的重复单元组成。
[0013]优选地，衬底和缓冲层所用材料相同，材料具体为GaAs ;局部掺杂突变区由相同导电类型的半导体材料制成，半导体材料具体为P型半导体材料，P型半导体材料具体为GaP。
[0014]优选地,上电极所用材料为Au/BeAu/Au,下电极所用材料为GeAu/Au。
[0015]本实用新型的有益效果为:
[0016]本实用新型是一种优化结构的新型复合增亮发光二极管，通过结构优化，不仅在电极下方通过外延手段制作的局部掺杂突变区减少了载流子在电极正下方复合，同时结合氧化布拉格反射器外围区域，使发光二极管的出光效率得到了有效提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本实用新型一种四元发光二极管一个实施例的结构示意图；
[0019]图2为本实用新型一种四元发光二极管又一个实施例的结构示意图。
[0020]图中:
[0021]1、衬底；2、缓冲层；3、布拉格反射器；4、下包覆层；5、发光层；6、上包覆层；7、局部掺杂突变区；8、外延窗口层；9、上电极；10、下电极；11、布拉格反射器氧化区。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]实施例1
[0024]如图1所示，本实用新型一种四元发光二极管，自下而上依次包括衬底1、缓冲层
2、布拉格反射器3、下包覆层4、发光层5、上包覆层6、局部掺杂突变区7、外延窗口层8、上电极9和下电极10，局部掺杂突变区7位于上电极9的正下方，在衬底I上通过第一次外延生长依次形成缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、发光层5和上包覆层6，通过第二次外延生长形成外延窗口层8。
[0025]布拉格反射器3的中心区域位于局部掺杂突变区7的正下方。布拉格反射器3的中心区域的面积>局部掺杂突变区7的面积。衬底I和缓冲层2所用材料相同，材料具体为GaAs。布拉格反射器3由AlGaAs/AlGaAs的重复单兀组成。局部掺杂突变区7由相同导电类型的半导体材料制成，半导体材料具体为P型半导体材料。上电极9所用材料为Au/BeAu/Au,下电极10所用材料为GeAu/Au。
[0026]衬底I表面可能存在缺陷，直接生长布拉格反射器3以及后续各层，可能导致缺陷增多；设置缓冲层2目的是屏蔽衬底I表面缺陷，为后续各生长层提供理想的GaAs表面。
[0027]实施例2
[0028]如图1所示，本实用新型一种四元发光二极管，自下而上依次包括衬底1、缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、发光层5、上包覆层6、局部掺杂突变区7、外延窗口层8、上电极9和下电极10，局部掺杂突变区7位于上电极9的正下方，在衬底I上通过第一次外延生长依次形成缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、发光层5和上包覆层6，通过第二次外延生长形成外延窗口层8。
[0029]布拉格反射器3的中心区域位于局部掺杂突变区7的正下方。布拉格反射器3的中心区域的面积>局部掺杂突变区7的面积。衬底I和缓冲层2所用材料相同，材料具体为GaAs。布拉格反射器3由AlGaAs/AlGalnP的重复单元组成。局部掺杂突变区7由相同导电类型的半导体材料制成，半导体材料具体为GaP。上电极9所用材料为Au/BeAu/Au，下电极10所用材料为GeAu/Au。
[0030]衬底I表面可能存在缺陷，直接生长布拉格反射器3以及后续各层，可能导致缺陷增多；形成缓冲层2目的是屏蔽衬底I表面缺陷，为后续各生长层提供理想的GaAs表面。
[0031]实施例3
[0032]如图1和图2所示，本实用新型一种四元发光二极管，自下而上依次包括衬底1、缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、发光层5、上包覆层6、局部掺杂突变区7、外延窗口层8、上电极9和下电极10，局部掺杂突变区7位于上电极9的正下方，在衬底I上通过第一次外延生长依次形成缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、发光层5和上包覆层6，通过第二次外延生长形成外延窗口层8。
[0033]布拉格反射器3的中心区域位于局部掺杂突变区7的正下方。布拉格反射器3的中心区域的面积>局部掺杂突变区7的面积。衬底I和缓冲层2所用材料相同，材料具体为GaAs。布拉格反射器3由AlGalnP/AlGalnP的重复单元组成。局部掺杂突变区7由相同导电类型的半导体材料制成，半导体材料具体为P型半导体材料，P型半导体材料具体为GaP。上电极9所用材料为Au/BeAu/Au,下电极10所用材料为GeAu/Au。
[0034]布拉格反射器3的外围区域为布拉格反射器氧化区11。布拉格反射器3包括高铝含量层和低铝含量层。高铝含量层具体为高铝含量的AlGaInP层，铝含量为80%，低铝含量层具体为低铝含量的AlGaInP层，铝含量为50%。
[0035]实施例4
[0036]如图1和图2所示，本实用新型一种四元发光二极管，自下而上依次包括衬底1、缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、发光层5、上包覆层6、局部掺杂突变区7、外延窗口层8、上电极9和下电极10，局部掺杂突变区7位于上电极9的正下方，在衬底I上通过第一次外延生长依次形成缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、发光层5和上包覆层6，通过第二次外延生长形成外延窗口层8。
[0037]布拉格反射器3的中心区域位于局部掺杂突变区7的正下方。布拉格反射器3的中心区域的面积>局部掺杂突变区7的面积。衬底I和缓冲层2所用材料相同，材料具体为GaAs0布拉格反射器3由AlGalnP/AlGaAs的重复单元组成。局部掺杂突变区7由相同导电类型的半导体材料制成，半导体材料具体为P型半导体材料，P型半导体材料具体为GaP。上电极9所用材料为Au/BeAu/Au，下电极10所用材料为GeAu/Au。
[0038]布拉格反射器3的外围区域为布拉格反射器氧化区11。布拉格反射器3包括高铝含量层和低铝含量层。高铝含量层具体为高铝含量的AlGaInP层，铝含量为100%，低铝含量层具体为低铝含量的AlGaAs层，铝含量为80%。
[0039]实施例5
[0040]如图1和图2所示，本实用新型一种四元发光二极管，自下而上依次包括衬底1、缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、发光层5、上包覆层6、局部掺杂突变区7、外延窗口层8、上电极9和下电极10，局部掺杂突变区7位于上电极9的正下方，在衬底I上通过第一次外延生长依次形成缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、发光层5和上包覆层6，通过第二次外延生长形成外延窗口层8。
[0041]布拉格反射器3的中心区域位于局部掺杂突变区7的正下方。布拉格反射器3的中心区域的面积>局部掺杂突变区7的面积。衬底I和缓冲层2所用材料相同，材料具体为GaAs。布拉格反射器3由AlGaAs/AlGaAs的重复单兀组成。局部掺杂突变区7由相同导电类型的半导体材料制成，半导体材料具体为P型半导体材料。上电极9所用材料为Au/BeAu/Au,下电极10所用材料为GeAu/Au。
[0042]布拉格反射器3的外围区域为布拉格反射器氧化区11。布拉格反射器3包括高铝含量层和低铝含量层。高铝含量层具体为高铝含量的AlGaAs层，铝含量为90 %，低铝含量层具体为低铝含量的AlGaAs层，铝含量为O %。
[0043]衬底I表面可能存在缺陷，直接生长布拉格反射器3以及后续各层，可能导致缺陷增多；形成缓冲层2的目的是屏蔽衬底I表面缺陷，为后续各生长层提供理想的GaAs表面。
[0044]上包覆层6和外延窗口层8材料相同，局部掺杂突变区7包括低掺杂层和高掺杂层；低掺杂层通过对上包覆层6进行光刻和刻蚀形成，上包覆层6的上表面属于高掺杂层，
约几千A的厚度，外延窗口层8的整体为高掺杂层，即外延窗口层8的掺杂与上包覆层6上表面的掺杂相同或者相近。发光区5不掺杂，起始掺杂浓度相同，浓度不连续，高低浓度交界区即局部掺杂突变区7。上电极9要设置在局部掺杂突变区7的正上方，切割时要保证上电极9位于芯片中心位置。局部掺杂突变区7为电流阻挡层，主要起到电流阻挡的作用。下电极10通过真空镀膜的方式制备，即蒸镀操作。
[0045]布拉格反射器3从材料体系、结构设计和降低串电阻方法等方面在发光二极管中应用有着良好的技术优势。布拉格反射器3可以是多个或多层。高铝含量层和低铝含量层交叠分布形成布拉格反射器3。布拉格反射器3的外围区域被氧化形成布拉格反射器氧化区11，布拉格反射器3的中心区域不含氧化铝。氧化铝与半导体材料相比折射率高，用氧化铝做布拉格反射器3的高折射率材料加大高低折射率材料的折射率差值，提高布拉格反射器3的反射系数，但氧化铝不导电。
[0046]局部掺杂突变区7区域的方块电阻大于周围区域，当电流从电极注入到半导体材料中时，电流自然向方块电阻低的区域扩展，从而减少载流子在电极正下方辐射复合的几率，减少电极挡光导致的光损失，同时引入局部高反射率布拉格反射器3，与局部掺杂突变区7有机配合，大大提高器件的光提取效率，约提高一倍。
[0047]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种四元发光二极管，其特征在于，自下而上依次包括衬底(I)、缓冲层(2)、布拉格反射器(3)、下包覆层(4)、发光层(5)、上包覆层￠)、局部掺杂突变区(7)、外延窗口层(8)、上电极(9)和下电极(10)，所述局部掺杂突变区(7)位于所述上电极(9)的正下方，在所述衬底(I)上通过第一次外延生长依次形成所述缓冲层(2)、所述布拉格反射器(3)、所述下包覆层(4)、所述发光层(5)和所述上包覆层￠)，通过第二次外延生长形成所述外延窗口层(8) ο
2.根据权利要求1所述的一种四元发光二极管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)的中心区域位于所述局部掺杂突变区(7)的正下方。
3.根据权利要求2所述的一种四元发光二极管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)的中心区域的面积>所述局部掺杂突变区(7)的面积。
4.根据权利要求1所述的一种四元发光二极管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)的外围区域为布拉格反射器氧化区(11)。
5.根据权利要求4所述的一种四元发光二极管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)包括高铝含量层和低铝含量层。
6.根据权利要求5所述的一种四元发光二极管，其特征在于，所述高铝含量层具体为高铝含量的AlGaAs层或高铝含量的AlGaInP层，铝含量范围为80%?100%，所述低铝含量层具体为低铝含量的AlGaAs层或低铝含量的AlGaInP层，铝含量范围为
7.根据权利要求6所述的一种四元发光二极管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)由AlGaAs/AlGaAs、AlGaAs/AlGalnP、AlGalnP/AlGalnP 或 AlGalnP/AlGaAs 的重复单兀组成。
8.根据权利要求1?7任一项所述的一种四元发光二极管，其特征在于，所述衬底(I)和所述缓冲层(2)所用材料相同，所述材料具体为GaAs ;所述局部掺杂突变区(7)由相同导电类型的半导体材料制成，所述半导体材料具体为P型半导体材料，所述P型半导体材料具体为GaP。
9.根据权利要求8所述的一种四元发光二极管，其特征在于，所述上电极(9)所用材料为Au/BeAu/Au,所述下电极(10)所用材料为GeAu/Au。
【文档编号】H01L33/02GK203932092SQ201420308163
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】杜晓东 申请人:北京太时芯光科技有限公司