一種高效電流注入發光二極管及其生產方法技術

一種高效電流注入發光二極管及其生產方法，屬于光電子技術領域，本發明專利技術分三次制作P-GaP電流擴展層，第一、第二、第三P-GaP電流擴展層摻雜元素均為鎂元素，且摻雜濃度呈遞度，在第三P-GaP電流擴展層上制作出圖形，刻蝕出第二P-GaP電流擴展層，然后在第二P-GaP電流擴展層上制作出圖形，蝕刻出第一P-GaP電流擴展層。本發明專利技術改變了電流注入的分布，大大提升電流注入效率，提升了發光二極管的發光強度，可以有效提升發光效率。

【技術實現步驟摘要】
一種高效電流注入發光二極管及其生產方法
本專利技術屬于光電子
，特別涉及AlGaInP四元系發光二極管的制造

技術介紹
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。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，一方面由于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。另一方面厚的P-GaP需要較長的生長時間，源耗較高，導致成本大大增加。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。
技術實現思路
本專利技術目的是提出一種能提升發光二極管出光效率的高效電流注入發光二極管。本專利技術從下到上依次包括第二電極、襯底、N-GaAs過渡層、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、透明導電層和第一電極，其特點是：所述P-GaP電流擴展層為三層，分別為第一P-GaP電流擴展層、圖形化的第二P-GaP電流擴展層和圖形化的第三P-GaP電流擴展層。電流經過第一電極注入到透明導電層后，在透明導電層進行橫向擴展，主要通過第三P-GaP電流擴展層將大部分電流注入到有源區，第二P-GaP電流擴展層注入部分電流到有源區，第一P-GaP電流擴展層注入少量電流到有源區，分布式電流注入方式減緩了電流在電極下方的積聚，減少電流的無效注入，因此本專利技術改變了電流注入的分布，大大提升電流注入效率，提升了發光二極管的發光強度，可以有效提升發光效率。另外，本專利技術第一P-GaP電流擴展層厚度為1500～2000nm，圖形化的第二P-GaP電流擴展層厚度為50～70nm，圖形化的第三P-GaP電流擴展層厚度為50～70nm。第一P-GaP電流擴展層該厚度利于電電流注入后的橫向擴展，第二P-GaP電流擴展層和第三P-GaP電流擴展層設計較薄的厚度是為避免在進行圖形化時蝕刻深度太深，造成圖形側壁臺階太高，透明導電薄膜臺階覆蓋性變差，會導致電阻增大，影響電流的擴展。第一P-GaP電流擴展層以鎂為摻雜元素，摻雜濃度為8×1017cm-3～1×1018cm-3。第二P-GaP電流擴展層以鎂為摻雜元素，摻雜濃度為5×1018cm-3～8×1018cm-3。第三P-GaP電流擴展層以鎂為摻雜元素，摻雜濃度為1×1019cm-3～3×1019cm-3。本專利技術摻雜鎂的三層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。摻雜濃度呈階梯式分布是為了保證電流在通過透明導電層注入到三層P-GaP傳導時具有方向性，避免電流直接從電極周圍直接注入到電流擴展層，而是通過三層P-GaP電流擴展層分流后從發光區周圍注入有源區，提升電流注入效率。另外，本專利技術透明導電層為銦錫氧化物，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。本專利技術的另一目的是提出一種能實現高成品率和低成本的上述一種高效電流注入發光二極管的生產方法。本專利技術生產方法包括以下步驟：1）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、第一P-GaP電流擴展層、第二P-GaP電流擴展層和第三P-GaP電流擴展層；第一P-GaP電流擴展層、第二P-GaP電流擴展層和第三P-GaP電流擴展層摻雜元素均為鎂（Mg）元素，且第一P-GaP電流擴展層摻雜濃度為8×1017cm-3～1×1018cm-3，第二P-GaP電流擴展層摻雜濃度為5×1018cm-3～8×1018cm-3，第三P-GaP電流擴展層摻雜濃度為1×1019cm-3～3×1019cm-3；2）在第三P-GaP電流擴展層上制作出圖形，刻蝕出第二P-GaP電流擴展層，然后在第二P-GaP電流擴展層上制作出圖形，蝕刻出第一P-GaP電流擴展層；3）在經過圖形化處理的P-GaP電流擴展層上沉積透明導電薄膜；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。本專利技術的特點是：在制作外延片的P-GaP電流擴展層時，以鎂為摻雜元素，采用不同的摻雜濃度，制作出三層P-GaP電流擴展層，再經過二次濕法蝕刻方法制作出P-GaP電流擴展層的圖形后，沉積透明導電薄膜的材料為銦錫氧化物。本專利技術具有三層不同摻雜濃度的P-GaP電流擴展層結構通過圖形化處理，形成同銦錫氧化物不同的接觸效果，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，再經過三層P-GaP電流擴展層重新分流，進而進入到有源層，從而改變了電流注入的分布，大大提升電流注入效率，提升了發光二極管的發光強度。工藝簡單，同時由于降低了P-GaP電流擴展層的厚度，具有低成本，高良率的優點，適宜批量化生產，利于取得高質量、低成本的產品。經過所述步驟2）中，先在第三P-GaP電流擴展層上制作出圖形，再在第二P-GaP電流擴展層上制作出圖形，圖形化處理后，漏出第一P-GaP電流擴展層區域位于發光區中心區域，占整個發光區面積40～60%，漏出第二P-GaP電流擴展層區域位于發光區中部區域，占整個發光區面積20～40%，剩余的第三P-GaP電流擴展層區域位于發光區邊緣區域占發光區面積10～30%。在進行圖形化時摻雜濃度較高的第三P-GaP電流擴展層區域位于發光區邊緣區域占發光區面積10～30%，可以保證同銦錫氧化物形成良好的電學接觸，利于電流的注入，為電流注入的第一通道，摻雜濃度適中的第二P-GaP電流擴展層區域位于發光區中部區域，占整個發光區面積20～40%，能夠同銦錫氧化物形成良好的電學接觸，但接觸電阻大于第三P-GaP電流擴展層同銦錫氧化物的接觸電阻，為電流注入的第二通道，摻雜濃度最低的第一P-GaP電流擴展層區域位于發光區中心區域，占整個發光區面積40～60%，同銦錫氧化物形成較差的電學接觸，有較大的接觸電極，相當與形成肖特基結，避免電極的大量注入。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，本專利技術所述RTA退火溫度為400～450℃，退火時間10～30s。附圖說明圖1為本專利技術成品的一種結構示意圖。具體實施方式一、如圖1所示是本專利技術制造步驟如下：1、制作外延片：利用MOCVD設備在一永久襯底GaAs101面上依次生本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高效電流注入發光二極管，從下到上依次包括第二電極、襯底、N?GaAs過渡層、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、透明導電層和第一電極，其特征在于所述P?GaP電流擴展層為三層，分別為第一P?GaP電流擴展層、圖形化的第二P?GaP電流擴展層和圖形化的第三P?GaP電流擴展層。

【技術特征摘要】
1.一種高效電流注入發光二極管，從下到上依次包括第二電極、襯底、N-GaAs過渡層、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、透明導電層和第一電極，其特征在于所述P-GaP電流擴展層為三層，分別為第一P-GaP電流擴展層、圖形化的第二P-GaP電流擴展層和圖形化的第三P-GaP電流擴展層；第一P-GaP電流擴展層區域位于發光區中心區域，占整個發光區面積40～60%；圖形化的第二P-GaP電流擴展層區域位于發光區中部區域，占整個發光區面積20～40%；圖形化的第三P-GaP電流擴展層區域位于發光區邊緣區域占發光區面積10～30%；第一P-GaP電流擴展層摻雜濃度最低，第二P-GaP電流擴展層摻雜濃度適中，第三P-GaP電流擴展層摻雜濃度較高。2.根據權利要求1所述高效電流注入發光二極管，其特征在于：第一P-GaP電流擴展層厚度為1500～2000nm，圖形化的第二P-GaP電流擴展層厚度為50～70nm，圖形化的第三P-GaP電流擴展層厚度為50～70nm。3.根據權利要求1所述高效電流注入發光二極管，其特征在于：第一P-GaP電流擴展層以鎂為摻雜元素，摻雜濃度為8×1017cm-3～1×1018cm-3。4.根據權利要求1所述高效電流注入發光二極管，其特征在于：第二P-GaP電流擴展層以鎂為摻雜元素，摻雜濃度為5×1018cm-3～8×1018cm-3。5.根據權利要求1所述高效電流注入發光二極管，其特征在于：第三P-GaP電流擴展層以鎂為摻雜元素，摻雜濃度為1×1019cm-3～3×1019cm-3。6.根據權利要求1所述高效電流注入發光二極管，其特征在于所述透明導電層為銦錫氧化物，厚度為250～300nm。7.如權利要求1所述高效電流注入發光二極管的生產方法，包括以下步驟：1）制作外延片：在永久襯底GaAs的一面依次外延生長N-GaAs過渡層、AlAs/AlGaAs反射層、N-AlGaInP下限制層、MQW多量子阱...

【專利技術屬性】
技術研發人員：白繼鋒，馬祥柱，楊凱，李俊承，張雙翔，張銀橋，王向武，
申請(專利權)人：揚州乾照光電有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32