專利名稱：超高亮度發(fā)光二極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制備方法，更具體地是一種AlGaInP四元系高亮度發(fā)光二極管及其制作方法。
背景技術(shù)：
近幾年，AlGaInP四元系高亮度發(fā)光二極(light emitting diode,簡(jiǎn)稱LED)得到了廣泛的應(yīng)用，在各種顯示系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、汽車尾燈等領(lǐng)域起著越來(lái)越重要的作用。以(AlXGall-X)a5InP材料作為有源區(qū)的LED具有較高的內(nèi)量子效率。對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的LED來(lái)說(shuō)，有很多因素限制它的外量子效率內(nèi)部的全反射、金屬電極的阻擋、GaAs等半導(dǎo)體材料對(duì)光的吸收。這些LED生長(zhǎng)在吸光襯底上，而最終有很大一部分光被襯底吸收。所以對(duì)于這種傳統(tǒng)的LED結(jié)構(gòu)而言，即使內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)化效率很高，它的外量子效率也不會(huì)很高。當(dāng)前有很多種方法來(lái)提高LED出光的提取效率，如加厚窗口層、表面粗化、透明襯底、倒金字塔結(jié)構(gòu)等。請(qǐng)參考附圖1，現(xiàn)有AlInGaP四元系LED結(jié)構(gòu)中，GaP外延層120為光逃脫窗口層，同時(shí)也作為電流擴(kuò)散傳導(dǎo)的電流擴(kuò)散層，在金屬鏡面鍵合結(jié)構(gòu)配合吸光式基板中，若n側(cè)面為出光面，理論上GaP外延層120厚度越厚對(duì)光逃脫及電流傳導(dǎo)幫助越大。但在實(shí)務(wù)上，光借由鏡面反射的傳導(dǎo)路徑卻是越短越好，避免光在傳導(dǎo)過(guò)程中散射損失，但GaP外延層作為歐姆接觸層，當(dāng)其厚度較薄的情況下又會(huì)面臨電性問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種超高亮度發(fā)光二極管及其制備方法，其解決了上述AlInGaP四元系LED結(jié)構(gòu)中亮度與電性難以同時(shí)兼顧的問(wèn)題。本發(fā)明解決前述問(wèn)題的技術(shù)方案為一種超高亮度發(fā)光二極管，包括導(dǎo)電基板，其具有兩個(gè)主表面；反射層，形成于所述導(dǎo)電基板的第一主表面上；p_GaP窗口層，形成于所述反射層之上，其厚度小于或等2um ；p型限制層，形成于所述P-GaP窗口層之上；發(fā)光層，形成于所述P型限制層之上；n型限制層，形成于所述發(fā)光層之上；n電極，形成于所述n型限制層之上；P電極，形成于所述導(dǎo)電基板的第二主表面上。優(yōu)選地，所述導(dǎo)電基板的材料可選用Si、Ge或GaAs等半導(dǎo)體材料,可也選用Cu、Mo、W、CuW等金屬。所述發(fā)光二極管還包括n電極和p電極，其中n電極形成于所述n型限制層之上，P電極形成于所述導(dǎo)電基板的背面；所述P型GaP窗口層為C元素?fù)诫s以達(dá)到阻絕金屬擴(kuò)散效果，其摻雜濃度大于lX1018cm_3。前述超高亮度發(fā)光二極管的制作方法，包括步驟提供一生長(zhǎng)襯底，在其上依次外延生長(zhǎng)n型限制層、發(fā)光層和p型限制層，構(gòu)成發(fā)光外延層；在發(fā)光外延層上沉積一 p型GaP窗口層，其厚度小于或等于2um ;在p型GaP窗口層上形成反射層；提供一基板，基板與反射層粘接；移除基板。在上述制作方法中，還包括分別在n型限制層和基板背面上制作n、p電極。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述P型GaP窗口層為C元素?fù)诫s，其摻雜濃度大于I X IO1W3,可通過(guò)在P型GaP窗口層外延生長(zhǎng)過(guò)程通過(guò)輸入含C元素的物質(zhì)引入C雜質(zhì)，也可以在高濃度C摻雜的生長(zhǎng)環(huán)境下，低溫外延生長(zhǎng)，從而獲得結(jié)構(gòu)性高濃度C摻雜GaP窗口層。本發(fā)明公開(kāi)的超高亮度發(fā)光二極，使用金屬鏡面鍵合結(jié)構(gòu)搭配吸光式基板，以n側(cè)面為出光面，GaP窗口層很薄(小于2um)，減少光散射損失。采用本發(fā)明獲得的發(fā)光二極管，光型較為集中，特別適合指向性光源應(yīng)用。進(jìn)一步地在GaP窗口層中加入高濃度的C摻雜，達(dá)到阻絕金屬擴(kuò)散效果，可解決高溫熔合后漏電問(wèn)題。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí) 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。圖I為傳統(tǒng)AlInGaP四兀系發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)不意圖,其窗口層的厚度大于5um。圖2為本發(fā)明所述的AlInGaP四元系發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖，其窗口層的厚度小于2um。圖中各標(biāo)號(hào)表不
100,200 :基板;110，210 :P 型反射鏡;120，220 :P_GaN 窗口層；130,230 p 型限制層；140，240 :發(fā)光層；150,250 :n 型限制層；160,260 n 電極;170，270 p 電極。
具體實(shí)施例方式 下面將結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的LED器件結(jié)構(gòu)及其制備方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。以下實(shí)施例公開(kāi)了一種AlInGaP四元系發(fā)光二極管及其制備方法，其結(jié)構(gòu)包括具有正、反兩主表面的導(dǎo)電基板；反射層，位于所述基板的正表面之上#型GaP窗口層，位于所述反射層之上，其厚度小于或等于2um，用于擴(kuò)展電流的同時(shí)避免光在傳導(dǎo)過(guò)程中的散射損失；發(fā)光外延層，位于所述P型GaP窗口層之上，其至下而上為p型限制層、發(fā)光層、n型限制層。使用金屬鏡面鍵合結(jié)構(gòu)搭配吸光式基板，以n側(cè)面為出光面，GaP窗口層很薄(小于2um)，減少光散射損失。采用本發(fā)明獲得的發(fā)光二極管，光型較為集中，適合指向性光源應(yīng)用。下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做更詳細(xì)的說(shuō)明。如圖2所示，四元系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括基板200，p型反射鏡210，p-GaP窗口層220，p型限制層230，發(fā)光層240，n型限制層250，n電極260和p電極。基板200為吸光式導(dǎo)電基板,一般為高導(dǎo)電與高導(dǎo)熱材料，可可選用Si、Ge或GaAs等半導(dǎo)體材料，可也選用Cu、Mo、W、CuW等金屬。P型反射鏡210位于基板200上，其可為金屬反射層或DBR，如選用金屬反射層，材料可為金(Au)、鋁(Al)、銀(Ag)、鉻(Cr)或鎳(Ni)。在基板200與反射鏡210之間通常設(shè)置有金屬接合層，材料可為鉛錫合金(PbSn)、金鍺合金(AuGe)、金鈹合金(AuBe)、金錫合金(AuSn)JiJB (In)或鈀銦合金(PdIn)等。p_GaP窗口層220位于p型反射鏡210上。p-GaP窗口層220的厚度很薄，一般為2um以下，較佳的為lum，當(dāng)厚度減薄以后，可以有效減少光散射損失，其發(fā)光器件的光型較為集中。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，P-GaP窗口層220采用C元素?fù)诫s，達(dá)到阻絕金屬擴(kuò)散效果，從而解決漏電問(wèn)題。進(jìn)一步地，為了保證歐姆接觸，C元素?fù)诫s的摻雜濃度大于I X 1018cm_3。P型限制層230位于p-GaP窗口層220上方，材料可為p型AlxGahIn P。發(fā)光層240位于p型限制層上，可為多重量子阱結(jié)構(gòu)(Multiple Quantum Well ;MQW)。N型限制層250位于發(fā)光層240上方，材料可為AlxGahIn P。在n型限制層250可設(shè)置n型接觸層，其材料可為n型砷化鎵(GaAs)、n型磷化鎵砷(GaAsP)、或n型磷化鋁鎵銦(AlGaInP)。N電極260位于n型限制層之上，P電極270位于導(dǎo)電基板200的背面。前述高亮度發(fā)光二極管可以通過(guò)下面方法制備獲得。
制作發(fā)光二極管元件時(shí)，先提供生長(zhǎng)襯底，接著可利用例如外延生長(zhǎng)方式直接于生長(zhǎng)襯底的表面上生長(zhǎng)N型限制層250。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，可選擇性地于生長(zhǎng)襯底的表面上先形成N型接觸層，再于N型接觸層104上外延生長(zhǎng)n型限制層，以提升元件的電性品質(zhì)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，更可選擇性地先于生長(zhǎng)襯底的表面上沉積蝕刻終止層，再于蝕刻終止層上依序外延生長(zhǎng)n型接觸層104與n型限制層，以利后續(xù)生長(zhǎng)襯底的移除工序的進(jìn)行。接下來(lái)，利用外延生長(zhǎng)方式于n型限制層250上生長(zhǎng)發(fā)光層240，其中發(fā)光層240可例如為多重量子阱結(jié)構(gòu)(Multiple Quantum Well，MQW)。再利用例如外延生長(zhǎng)方式，于發(fā)光層240上生長(zhǎng)p型限制層230。隨后，在高濃度C摻雜的生長(zhǎng)環(huán)境下，在p型限制層230上低溫外延生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)性高濃度C摻雜GaP窗口層220，厚度為lum，其摻雜濃度大于I X 1018cm_3o在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，利用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(Metal OrganicChemical Vapor Deposition ；M0CVD)方式形成p-GaP窗口層220。具體工藝如下將有機(jī)鎵源和磷源通入反應(yīng)室，讓其在650 750°C的高溫下發(fā)生分解，在襯底片表面發(fā)生反應(yīng)生成磷化鎵材料，在磷化鎵材料生成過(guò)程中通過(guò)輸入含碳元素的物質(zhì)引入碳雜質(zhì)。含碳元素的物質(zhì)可以米用CCl 4 > CBr 4或含碳兀素的金屬有機(jī)源。外延發(fā)光層長(zhǎng)完畢后，在摻C的P-GaP窗口層220的表面上制作反射鏡210。接下來(lái)，可利用接合層，將發(fā)光外延結(jié)構(gòu)貼合至導(dǎo)電基板200上。進(jìn)行導(dǎo)電基板200的粘結(jié)步驟時(shí)，可先將接合層涂布在發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的反射鏡210上，再將導(dǎo)電基板200粘結(jié)在接合層上。在另一實(shí)施例中，進(jìn)行導(dǎo)電基板200的粘結(jié)步驟時(shí)，也可先將接合層122涂布在導(dǎo)電基板的一表面上，再將接合層涂布在發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的反射鏡210上,而完成導(dǎo)電基板I與發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的接合。接著，利用例如化學(xué)蝕刻法或研磨法移除生長(zhǎng)襯底，暴露出n型限制層250。最后,分別在導(dǎo)電基板200的背面和n型限制層250制作p、n電極。
權(quán)利要求
1.超高亮度發(fā)光二極管，包括 導(dǎo)電基板，其具有正、反兩主表面； 反射層，位于所述基板的正表面之上； P型GaP窗口層，位于所述反射層之上，其厚度小于或等于2um，用于擴(kuò)展電流的同時(shí)避免光在傳導(dǎo)過(guò)程中的散射損失； 發(fā)光外延層，位于所述P型GaP窗口層之上，其至下而上為p型限制層、發(fā)光層、n型限制層。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高亮度發(fā)光二極管，其特征在于，還包括n電極，形成于所述n型限制層之上；p電極，形成于所述導(dǎo)電基板的背面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超高亮度發(fā)光二極管，其特征在于所述P型GaP窗口層為C元素?fù)诫s。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高亮度發(fā)光二極管，其特征在于所述C元素?fù)诫s的p型GaP窗口層達(dá)到阻絕金屬擴(kuò)散效果。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高亮度發(fā)光二極管，其特征在于所述p型GaP窗口層的C元素?fù)诫s濃度大于lX1018cm_3。
6.超高亮度發(fā)光二極管的制備方法，包括步驟 提供一生長(zhǎng)襯底，在其上依次外延生長(zhǎng)n型限制層、發(fā)光層和p型限制層，構(gòu)成發(fā)光外延層; 在發(fā)光外延層上沉積一 P型GaP窗口層，其厚度小于或等于2um，使得起到擴(kuò)展電流作用的同時(shí)避免光在傳導(dǎo)過(guò)程中的散射損失； 在p型GaP窗口層上形成反射層； 提供一導(dǎo)電基板，基板與反射層粘接； 移除所述生長(zhǎng)襯底。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超高亮度發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于還包括分別在n型限制層和基板背面上制作n、p電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超高亮度發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于所述p型GaP窗口層為C元素?fù)诫s，其摻雜濃度大于IXlO18Cm'
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超高亮度發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于在p型GaP窗口層外延生長(zhǎng)過(guò)程通過(guò)輸入含C元素的物質(zhì)引入C雜質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超高亮度發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于在高濃度C摻雜的生長(zhǎng)環(huán)境下，低溫外延生長(zhǎng)獲得結(jié)構(gòu)性高濃度C摻雜GaP窗口層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超高亮度發(fā)光二極管及其制備方法，其解決了上述AlInGaP四元系LED結(jié)構(gòu)中亮度與電性難以同時(shí)兼顧的問(wèn)題。一種超高亮度發(fā)光二極管，包括導(dǎo)電基板，其具有兩個(gè)主表面；反射層，形成于所述導(dǎo)電基板的第一主表面上；p-GaP窗口層，形成于所述反射層之上，其厚度小于或等2um；p型限制層，形成于所述p-GaP窗口層之上；發(fā)光層，形成于所述p型限制層之上；n型限制層，形成于所述發(fā)光層之上；n電極，形成于所述n型限制層之上；p電極，形成于所述導(dǎo)電基板的第二主表面上。
文檔編號(hào)H01L33/10GK102779913SQ20121028797
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者張君逸, 戴菁甫, 界曉菲 申請(qǐng)人:天津三安光電有限公司