一種高亮度發光二極管及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光電子技術領域，特別涉及AlGaInP四元系發光二極管的制造技術領域。
【背景技術】
[0002]四元系AlGaInP是一種具有直接寬帶隙的半導體材料，已廣泛應用于多種光電子器件的制備。由于材料發光波段可以覆蓋可見光的紅光到黃綠波段，由此制成的可見光發光二極管受到廣泛關注。
[0003]傳統的垂直結構AlGaInP發光二極管借助厚的P-GaP電流擴展層進行橫向擴展后將電流注入發光區，但由于P-GaP電流擴展能力有限，電極下方附近區域電流密度較高，離電極較遠的區域電流密度較低，導致整體的電流注入效率偏低，從而降低了發光二極管的出光效率。
[0004]高亮度反極性AlGaInP芯片采用鍵合工藝實現襯底置換，用到熱性能好的硅襯底(硅的熱導率約為1.5W/K.cm)代替砷化鎵襯底(砷化鎵的熱導率約為0.8W/K.cm),芯片具有更低熱阻值，散熱性能更好。采用高反射率的全方位反射鏡技術來提高反射效率。采用表面粗化技術改善芯片與封裝材料界面處的全反射，亮度會更高。但是由于制作步驟繁多，工藝非常復雜，導致制作成本偏高，成品率低。
【發明內容】
[0005]本發明目的是提出一種能提升發光二極管出光效率的高亮度發光二極管。
[0006]本發明技術方案是:在永久襯底GaAs的一面依次設置N-GaAs過渡層、AlAs/AlGaAs反射層、N-AlGaInP下限制層、MQff多量子阱有源層、P-AlGaInP上限制層、P-GaInP緩沖層、摻雜鎂的P-GaP電流擴展層、氧化銦錫透明薄膜和第一電極，在永久襯底GaAs的另一面設置第二電極，其特征在于在所述摻雜鎂的P-GaP電流擴展層和氧化銦錫透明薄膜之間設置圖形化的接觸點。
[0007]由于氧化銦錫透明薄膜具有良好的電流擴展能力，電極通過該氧化銦錫透明薄膜，再通過接觸點將電流均勻注入到整個芯片表面，從而減小了電流在電極下方的積聚，減少了電流的無效注入，提升了發光效率。
[0008]本發明所述摻雜鎂的P-GaP電流擴展層的厚度為2000nm?4000nm。
[0009]其中，所述摻雜鎂的P-GaP電流擴展層中，接近緩沖層的鎂的摻雜濃度為4 X 117CnT3?8 X 10 17cnT3，遠離緩沖層的鎂的摻雜濃度為8 X 117CnT3?IX 10 19cnT3，遠離緩沖層的鎂的摻雜深度為300nm?500nm。
[0010]即摻雜鎂的P-GaP電流擴展層中摻雜鎂的濃度沿縱向呈階梯式分布，越接近緩沖層的鎂的摻雜濃度越低。其作用在于，縱向濃度采用階梯式分布可以保證表面被粗化的區域仍能同銦錫氧化物形成一定的電學接觸，緩解接觸點接觸壓力。接近緩沖層的P-GaP不需要摻雜便可形成好的接觸，表層需要同銦錫氧化物形成電學接觸，所以需要高的摻雜濃度。
[0011]接近緩沖層的鎂的摻雜濃度為4X 117CnT3?8X 10 17cm_3，可保證P-GaP具有較好的電流擴展能力；遠離緩沖層的鎂的摻雜濃度為8X 117CnT3?1X10 19cm_3，可保證能同P-GaP形成良好的電學接觸；遠離緩沖層的鎂的300nm?500nm摻雜深度，可保證在粗化后仍能同P-GaP形成良好的電學接觸，以緩解接觸點電流注入的壓力。
[0012]另外，本發明的氧化銦錫透明薄膜的厚度為250?300nm。該厚度為通過光學計算所得對應紅光起到增光作用的最佳光學厚度。
[0013]本發明所述接觸點為圓柱形，直徑為3?5 μ m,高度為200?400nm。圓柱形易于濕法工藝實施，不易被側蝕，直徑3?5 μ m，高度為200?400nm為對比優化較佳工藝窗口，在保證足夠電學接觸面積的前提下，不影響出光。
[0014]本發明的另一目的是提出一種能實現高成品率和低成本的上述高亮度發光二極管的制造方法。
[0015]本發明制造方法包括以下步驟:
O制作外延片:在永久襯底GaAs的一面依次外延生長N-GaAs緩沖層、AlAs/AlGaAs反射層、N-AlGaInP下限制層、MQW多量子阱有源層、P-AlGaInP上限制層、P-GaInP緩沖層、P-GaP電流擴展層；
2)在外延片表面制作圖形化接觸點；
3)在具有圖形化接觸點的P-GaP電流擴展層一面整面沉積透明導電薄膜；
4)在透明導電薄膜上制作第一電極；
5)在永久襯底GaAs的另一面制作第二電極；
6)采用RTA進行退火處理；
本發明的特征在于:
在制作外延片的P-GaP電流擴展層時，以鎂為摻雜元素；
在制作圖形化接觸點的同時，對接觸點以外的P-GaP電流擴展層表面采用濕法進行粗化處理，粗化深度為200?400nm ；
沉積透明導電薄膜的材料為銦錫氧化物。
[0016]本發明具有階梯式摻雜濃度的P-GaP電流擴展層制作接觸點同銦錫氧化物形成良好的歐姆接觸，一定深度的粗化深度有保證了銦錫氧化物同粗化面的接觸勢壘不會太高，從而改變了電流注入的分布，有效提升電流注入效率，提升了發光二極管的發光強度，高摻雜區域制作成圖形化的接觸點，同銦錫氧化物薄膜形成歐姆接觸，接觸點其他區域通過濕法溶液進行表面粗糙化處理，減少P-GaP表面全反射的發生，提升光取出效率。電流經過第一電極流入銦錫氧化物薄膜層，銦錫氧化物薄膜層橫向電阻小于同P-GaP的接觸電阻，電流先在銦錫氧化物上進行橫向擴展后，經過均勻分布的接觸點注入到P-GaP電流擴展層中，進而進入有源層，大大提升電流注入效率，提升了發光二極管的發光強度。同時由于工藝簡單，具有傳統結構發光二極管成本低，良率高的優點，適宜批量化生產，利于取得高質量、低成本的產品。
[0017]另外，為了保障銦錫氧化物同P-GaP形成良好的電學接觸，保障襯底GaAs同第二電極形成良好的電學接觸，本發明所述RTA退火溫度為350?450°C，退火時間5?20s。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明成品的一種結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]一、如圖1所示是本發明制造步驟如下:
1、制作外延片:利用MOCVD設備在一永久襯底GaAslOl面上依次生長N-GaAs過渡層102、AlAs/AlGaAs反射層103、N-AlGaInP下限制層104、MQW多量子阱有源層105、P-AlGaInP上限制層106、P-GaInP緩沖層107、摻雜鎂的P-GaP電流擴展層108。
[0020]其中摻雜鎂的P-GaP電流擴展層108優選厚度3000nm，摻雜元素為鎂(Mg)，以保證能形成良好的歐姆接觸，表層摻雜濃度沿縱向呈階梯式分布:接近緩