一種砷化鎵基底低亮度黃光發光二極管芯片的制作方法
【專利摘要】一種砷化鎵基底低亮度黃光發光二極管芯片，屬于光電子技術領域，具體涉及到AlGaInP四元系發光二極管技術領域。本實用新型的結構特點是：GaAs緩沖層與n型載流子限制層之間設有減反射層，同時在兩層p型載流子限制層之間設有p型反射吸收層。使用金屬有機化合物氣相沉積設備將GaAs基片制備成具有低亮度黃光LED外延結構的低亮度黃光LED外延片，再將這種外延片經過芯片工藝加工成獨立的LED芯片。本實用新型產品在不降低可靠性，不改變LED芯片外觀尺寸的前提下，降低了四元系黃光LED法向光強，以利于擴寬AlGaInP四元系LED芯片的應用范圍。
【專利說明】
一種砷化鎵基底低亮度黃光發光二極管芯片
技術領域
[0001]本發明屬于光電子技術領域，具體涉及到AlGaInP四元系發光二極管(LED)技術領 域。 技術背景
[0002] 如今的消費電子設備如智能手機、計算機中大量用到的彩色LED指示燈。因其對亮 度的需求不高，這些指示燈經常采用GaP基的二、三元系低亮度LED芯片，其特征是工作條件 下法向光強通常在0.1 mcd至10 mcd。相較三元系LED，GaAs基AlGaInP四元系LED的可靠性 更高，生產規模大、邊際成本更小。然而，傳統的四元系黃光LED法向光強通常在15 mcd及至 以上，這種亮度較高的LED芯片用在上述指示燈應用，會帶來造成漏光等現象而降低產品外 觀特質，同時過高的光強甚至對使用者健康不利。雖然降低工作電壓、電流可以降低四元系 LED的工作時的亮度，但這需要更換LED的驅動電路，對消費電子的生產帶來了額外的成本 負擔。因而傳統的GaAs基AlGaInP四元系LED無法直接替代低亮度的三元系LED芯片。
[0003] 如圖1展示了傳統的正裝AlGaInP四元系黃光LED的結構，即在GaAs基板101上，自 下而上依次生長為緩沖層l〇2、Bragg反射鏡層103、n型限制層104、多量子阱有源區層105、p 型限制層106和GaP窗口層107,在GaP窗口層107上設置第一電極108。多量子阱的有源區結 構，有助于減小注入的載流子的溢出，提升LED的內量子效率。光子在有源區層105產生，其 中一部分會射向基板101-側;傳統結構中Bragg反射鏡層103可以降低襯底對這一部分光 的吸收，因此提升了 LED芯片的外量子效率以及發光效率。
[0004] 通常，通過調整傳統正裝AlGaInP四元系黃光LED外延結構可以降低其發光光強。 例如，減薄η型限制層14、p型限制層16的厚度、降低其摻雜可以降低四元系LED芯片的發光 光強;但這種方案可能帶來'閘流體'現象，即不規則的IV特，同時這種方案的設計會引起芯 片產品抗受靜電擊穿能力下降。
[0005] 減小芯片尺寸、增大電極面積也是降低芯片亮度的有效方法。然而，變更芯片設 計通常需要芯片使用者更改封裝設計甚至更換封裝設備，提升封裝企業的成本，降低了這 種方案了的產品的應用情景。
【發明內容】
[0006] 本發明目的在于在不降低可靠性，不改變LED芯片外觀尺寸的前提下，提供一種 MOCVD制造砷化鎵基AlGaInP四元系低亮度黃光LED芯片方案，以擴寬AlGaInP四元系LED芯 片的應用范圍。
[0007] 本發明包括依次設置在砷化鎵基板一側的緩沖層、η型減反射層、η型載流子限制 層、雙異質結有源區層、第一 P型限制層、P型吸收層、第二P型限制層和GaP窗口層，第一電 極設置在GaP窗口層上，第二電極設置在砷化鎵基板的另一側。
[0008] 本發明的結構特點是:GaAs緩沖層與η型載流子限制層之間設有減反射層，同時在 兩層P型載流子限制層之間設有P型反射吸收層。使用金屬有機化合物氣相沉積設備 (MOCVD)將GaAs基片制備成具有低亮度黃光LED外延結構的低亮度黃光LED外延片，再將這 種外延片經過芯片工藝加工成獨立的LED芯片。本發明產品在不降低可靠性，不改變LED芯 片外觀尺寸的前提下，降低了四元系黃光LED法向光強，以利于擴寬AlGaInP四元系LED芯片 的應用范圍。
[0009] 進一步地，本發明η型減反射層的成分為AlxGa1-XAs,其中0.1 1。在Ga As材 料與AlInP材料中間插入AlGaAs材料有助于提升外延結構質量。同時，選擇Al組分較低的 AlGaAs材料可以盡量降低GaAs/AlGaAs界面勢皇對載流子輸運的影響。
[0010] η型減反射層的厚度d符合以下關系：η(λ) · d = N · λ /2;其中λ為外延片 的電致發光中心波長，η(λ)為該層材料對波長為λ的光的折射率，N為正整數，且KNg 10。使用符合以上厚度關系的AlGaAs材料可以降低GaAs/AlInP界面處的反射率，有利于有 源區發光被GaAs基板吸收。
[0011] p型吸收層的成分為(AlxGai-X)Q.δΙηο.δΡ，其中0<X< 0.6,厚度為10 nm~500 nm。 將該層材料的成分參數對空制在〇<X < 0.6，可以對LED芯片正面發光產生吸收，p型吸收層p 型吸收層通過調整該層材料的厚度可將LED芯片的發光強度控制在合理的范圍內。：
[0012] p型吸收層材料中摻有鎂元素或鋅元素，室溫下p型載流子濃度>1 X 1〇18/ cm3,以 保證LED芯片的良好電學特性。
【附圖說明】
[0013] 圖1為傳統GaAs基AlGaInP四元系黃光LED芯片結構剖視圖。
[0014] 圖2為本發明低亮度GaAs基AlGaInP四元系芯片剖視圖。
【具體實施方式】
[0015] 一、外延片及芯片生產工藝步驟：
[0016] 1、將η型GaAs基片置于MOCVD系統中的反應腔體中，加熱至600°C~700°C，去除基 片表面的鈍化層，并在η型GaAs基片的一個側面生長形成一定厚度的、摻有硅元素的η型 GaAs緩沖層。
[0017] 2、在GaAs緩沖層上采用AlxGapxAs為材料進行沉積，其中，0· I < X < 1，沉積的η型 減反射層的厚度d符合以下關系：η(λ) · d = N · λ /2;其中λ為外延片的電致發光中 心波長，η(λ)為該層材料對波長為λ的光的折射率，N為正整數，且ISNS 10。
[0018] 3、在減反射層上沉積形成η型載流子限制層。
[0019] 4、在η型載流子限制層上沉積形成雙異質結有源區層。
[0020] 5、在有源區層上沉積形成第一 ρ型載流子限制層。
[0021] 6、在第一 P型載流子限制層上以(AlxGa1-X)tL5In tL5P為材料，并摻有鎂元素或鋅元 素進行沉積，其中，〇<X ^ 0.6,室溫下P型載流子濃度>1 X IO18/ cm3。沉積的P型吸收層的 厚度為10 nm~500 nm〇
[0022] 7、在ρ型吸收層吸收層上沉積形成第二ρ型載流子限制層。
[0023] 8、在第二ρ型載流子限制層上沉積形成一定厚度的GaP窗口層。
[0024] 9、通過金屬真空蒸鍍的方法，在GaP窗口層上制作出第一電極，在η型GaAs基片的 另一側面制作出第二電極。
[0025]再經過退火、光刻、濕法腐蝕、研磨、刀片切割等標準芯片生產工藝將以上GaP基四 元系AlGaInP外延片加工成獨立的低亮度黃光LED芯片。
[0026]二、芯片產品結構分析：
[0027] 如圖2所示為采用以上工藝制成的低亮度LED芯片，其中GaAs基板201包括第一表 面和第二表面，從基板201的第一表面自下而上為緩沖層202、n型減反射層203、n型載流子 限制層204、雙異質結有源區層205、p型限制層I 207、p型吸收層206、p型限制層II 208和 GaP窗口層209。第一電極210形成于GaP窗口層209之上，第二電極211形成于GaAs基板201的 第二表面之上。
[0028] 三、評價尺寸為7.0X7.0 mil四元系LED器件的光電特性列于下表：
[0030]如上表所示，在第一電極和第二電極通電后流過電流的結果，發射出了主波長平 均值為590.1 nm的黃光，正向流過20毫安(mA)電流時的正向電壓平均值為2.15 V，法向光 強均值為1.3 mcd。
【主權項】
1. 一種砷化鎵基底低亮度黃光發光二極管芯片，包括依次設置在砷化鎵基板一側的緩 沖層、η型減反射層、η型載流子限制層、雙異質結有源區層、第一 P型限制層、P型吸收層、第 二P型限制層和GaP窗口層，第一電極設置在GaP窗口層上，第二電極設置在砷化鎵基板的另 一側。2. 根據權利要求1中所述的砷化鎵基底低亮度黃光發光二極管芯片，其特征在于η型減 反射層的成分為AlxGa 1-XAs,其中0.1 SXg 1。3. 根據權利要求2中所述的砷化鎵基底低亮度黃光發光二極管芯片，其特征在于η型減 反射層的厚度d符合以下關系：η(λ) · d = N · λ /2; 其中λ為外延片的電致發光中心波長，η(λ)為該層材料對波長為λ的光的折射率，N 為正整數，且10。4. 根據權利要求1中所述的砷化鎵基底低亮度黃光發光二極管芯片，其特征在于ρ型吸 收層的成分為(AlxGa 1-Xk5IntL5P,其中0<Χ< 0.6,并且ρ型吸收層材料中摻有鎂元素或鋅 元素。5. 根據權利要求4中所述的砷化鎵基底低亮度黃光發光二極管芯片，其特征在于ρ型吸 收層的厚度為10 nm~500 nm〇
【文檔編號】H01L33/02GK205488187SQ201620240922
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月28日
【發明人】趙宇, 林鴻亮, 張雙翔, 楊凱, 何勝, 李洪雨, 田海軍
【申請人】揚州乾照光電有限公司