一种薄膜型AlGaInP发光二极管芯片的制作方法

文档序号:15657848发布日期:2018-10-13 00:08阅读:517来源:国知局

本实用新型涉及半导体发光器件领域,尤其是涉及一种薄膜型AlGaInP发光二极管芯片。



背景技术:

半导体发光二极管(Light-Emitting Diodes,LED)已经在很多领域被广泛应用,被公认为下一代绿色照明光源。与砷化镓衬底晶格匹配的AlGaInP材料可覆盖从560nm到650nm范围的可见光波长,是制备红色到黄绿色LED的优良材料。AlGaInP-LED在固态照明领域中有着重要应用,例如全色彩屏幕显示器、汽车用灯、背光源、交通信号灯及日常照明灯等。

近年来,人们在外延生长技术上取得了很大进步,AlGaInP发光二极管内量子效率可达到90%以上,而常规结构芯片受衬底吸收和全反射损耗等原因影响,光提取效率不到10%,从而电光转换效率只有8%左右。

提高AlGaInP发光二极管的电光转换效率,一种非常有效的办法是采用在砷化镓衬底上生长AlGaInP发光二极管功能层,再P面向下键合到硅、锗、蓝宝石等其他具有反射结构的基板上,然后将砷化镓衬底剥离,制作N电极并进行表面粗化减少光输出面的全反射损耗,这样业界称为薄膜型AlGaInP发光二极管芯片可以将LED的电光转换效率提升3∽5倍。

此前,业界针对薄膜型AlGaInP发光二极管芯片提出了很多方案,其典型结构如图1所示,图1为AlGaInP薄膜LED芯片的结构示意图,包括:键合基板100、反射金属导电层101、介质层102、P面接触电极103、P型电流扩展层105、P型限制层106、P侧空间层107、多量子阱发光区108、N侧空间层109、N型限制层110、N型粗化层111、N型欧姆接触层112、N电极113、P电极114。



技术实现要素:

本实用新型的的是提供一种能有效提高电光转换效率、结构简单、成本低廉的薄膜型AlGaInP发光二极管芯片。

本实用新型的目的是这样实现的:

一种薄膜型AlGaInP发光二极管芯片,包括:具有正反面的键合基板;特征是:从键合基板正面往上依次为:基板侧金属键合层、外延侧金属键合层、P面扩散阻挡金属层、P面反射欧姆接触层;从P面反射欧姆接触层往上依次为P型电流扩展层、P型限制层、P侧空间层、多量子阱发光区、N侧空间层、N型限制层、N型粗化层、N型欧姆接触层,N电极;键合基板的反面为P电极;P面反射欧姆接触层为Ag或者Ni/Ag叠层金属结构,与P型电流扩展层形成良好的欧姆接触,同时具备光反射和欧姆接触功能。

其中,在非粗化的N型欧姆接触层的上面制备N电极,N电极为Au/Ge/Ni叠层结构;每个N电极正对位置为P面反射欧姆接触层的间隔区,且N电极的中心与P面反射欧姆接触层的中心相对应,N电极的宽度a小于P面反射欧姆接触层的间距b,并满足a=x*b,x=0.7~0.9。

其中,N电极的宽度a为1~20 μm。

其中,P面反射欧姆接触层使用的Ni/Ag金属为叠层,厚度分别为0.1~1nm和100~300nm。

其中,P面扩散阻挡金属层在P面反射欧姆接触层以外的区域与P型电流扩展层之间为非欧姆接触。

其中,基板侧金属键合层和外延材料侧金属键合层的材料均为Sn、In、Ag、Au其中一种或多种。

其中,P面扩散阻挡金属层的材料为Cr、Ti、Pt、Au、Ni、Wu、Cu其中一种或金属合金TiW、FeNiCr、FeCoCr其中一种。

其中,键合基板的材料为Si、Ge、GaAs、GaP、Cu、Mo、C其中一种或多种。

本实用新型采用的P面反射欧姆接触层,同时具备光反射和欧姆接触功能,因而无需制备P电极通孔,工艺简单;N电极制备在非粗化的N型欧姆接触层上,可以提高电极焊盘的辨识性;同时通过P面反射欧姆接触层的区块化,通过优化区块的间隔距离和N电极的宽度,可以抑制N电极对应区域电流注入集中问题,有效减少N电极遮挡效应。

因此,本实用新型具有能有效提高电光转换效率、结构简单、成本低廉的优点。

附图说明

图1为已知典型薄膜型AlGaInP发光二极管芯片的结构示意图;

图2 为薄膜型AlGaInP发光二极管外延材料的结构示意图;

图3为本实用新型制备的薄膜型AlGaInP 发光二极管芯片的结构示意图;

附图中标记说明:

图1中:键合基板100、101:反射金属导电层,102:介质层,103:P面接触电极,105:P型电流扩展层,106:P型限制层,107:P侧空间层,108:多量子阱发光区,109:N侧空间层,110:N型限制层,111:N型粗化层,112:N型欧姆接触层,113:N电极,114:P电极;

图2中:200:砷化镓衬底,205:P型电流扩展层,206:P型限制层,207:P侧空间层,208:多量子阱发光区,209:N侧空间层,210:N型限制层,211:N型粗化层,212:N型欧姆接触层,288:砷化镓缓冲层,299:腐蚀阻挡层;

图3中:300:键合基板,301:基板侧金属键合层,302:外延材料侧金属键合层,303:扩散阻挡金属层,304:P面反射欧姆接触层,305:P型电流扩展层,306:P型限制层,307:P侧空间层,308:多量子阱发光区,309:N侧空间层,310:N型限制层,311:N型粗化层,312:N型欧姆接触层,313:N电极,314:P电极,a: N电极宽度,b: P面反射欧姆接触层区块间距。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

图3所示,一种薄膜型AlGaInP发光二极管芯片,包括:具有正反面的键合基板300;从键合基板300的正面往上依次为:基板侧金属键合层301、外延材料侧金属键合层302、P面扩散阻挡金属层303和P面反射欧姆接触层304,P面反射欧姆接触层304为Ag或者Ni/Ag叠层结构,与P型电流扩展层305形成良好的欧姆接触,同时具备光反射和欧姆接触功能;从P面反射欧姆接触层304上依次为P型电流扩展层305、P型限制层306、P侧空间层307、多量子阱发光区308、N侧空间层309、N型限制层310、N型粗化层311、N型欧姆接触层312和N电极313;键合基板的反面为P电极314。

基板侧金属键合层和外延材料侧金属键合层的材料均为Sn、In、Ag、Au其中一种或多种。

P面扩散阻挡金属层的材料为Cr、Ti、Pt、Au、Ni、Wu、Cu其中一种或金属合金TiW、FeNiCr、FeCoCr其中一种。

键合基板300的材料为Si、Ge、GaAs、GaP、Cu、Mo、C其中一种或多种。

P面反射欧姆接触层304使用的Ni/Ag金属为叠层,厚度分别为0.1~1nm/100~300nm。

N电极313正下方的N型粗化层311为平面,在非粗化的N型欧姆接触层312的上面利用Au/Ge/Ni叠层结构制备N电极313,N电极313的中心与P面反射欧姆接触层304间隔区的中心对应,且N电极313的宽度a小于相应P面反射欧姆接触层304的间距b,并满足a=x*b,x=0.7~0.9(a、b的单位为μm),通过P面反射欧姆接触层的区块化,通过优化区块的间隔距离和N电极的宽度,可以抑制N电极对应区域电流注入集中问题,有效减少N面电极遮挡效应。

N电极313的宽度a根据芯片大小可以做优化调整,通常控制在1~20 μm之间。

P面反射欧姆接触层304具有良好的光反射能力,且与P型电流扩展层305之间是欧姆接触,P面扩散阻挡金属层303与P型电流扩展层305之间为非欧姆接触。

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