一種砷化鎵基底低亮度黃光發光二極管芯片制造技術

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。本實用新型專利技術的結構特點是：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。本實用新型專利技術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。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光電子
，具體涉及到AlGaInP四元系發光二極管（LED）
技術背景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。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102、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101一側；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。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n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。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。
技術實現思路
本專利技術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。本專利技術包括依次設置在砷化鎵基板一側的緩沖層、n型減反射層、n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。本專利技術的結構特點是：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（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。本專利技術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。進一步地，本專利技術n型減反射層的成分為AlxGa1-xAs，其中 0.1≤X≤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界面勢壘對載流子輸運的影響。 n型減反射層的厚度d 符合以下關系：n(λ)·d=N · λ /2；其中λ 為外延片的電致發光中心波長， n(λ)為該層材料對波長為 λ的光的折射率，N為 正整數，且1≤N≤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。p型吸收層的成分為(AlxGa1-x)0.5In0.5P，其中0＜X≤0.6，厚度為10 nm～500 nm。將該層材料的成分參數X控制在0＜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。：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＞1×1018/ cm3，以保證LED芯片的良好電學特性。附圖說明圖1為傳統GaAs基AlGaInP四元系黃光LED芯片結構剖視圖。圖2為本專利技術低亮度GaAs基AlGaInP四元系芯片剖視圖。具體實施方式一、外延片及芯片生產工藝步驟：1、將n型GaAs基片置于MOCVD系統中的反應腔體中，加熱至600℃～700℃，去除基片表面的鈍化層，并在n型GaAs基片的一個側面生長形成一定厚度的、摻有硅元素的n型GaAs緩沖層。2、在GaAs 緩沖層上采用AlxGa1-xAs為材料進行沉積，其中，0.1≤X≤1，沉積的n型減反射層的厚度d 符合以下關系：n(λ)·d =N· λ /2；其中λ 為外延片的電致發光中心波長， n(λ)為該層材料對波長為 λ的光的折射率，N為 正整數，且1≤N≤10。3、在減反射層上沉積形成n型載流子限制層。4、在n型載流子限制層上沉積形成雙異質結有源區層。5、在有源區層上沉積形成第一p型載流子限制層。6、在第一p型載流子限制層上以(AlxGa1-x)0.5In0.5P為材料，并摻有鎂元素或鋅元素進行沉積，其中，0＜X≤0.6，室溫下p型載流子濃度＞1×1018/ cm3。沉積的p型吸收層的厚度為10 nm～500 nm。7、在p型吸收層吸收層上沉積形成第二p型載流子限制層。8、在第二p型載流子限制層上沉積形成一定厚度的GaP窗口層。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n型GaAs基片的另一側面制作出第二電極。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。二、芯片產品結構分析：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。三、評價尺寸為7.0×7.0 mil四元系LED器件的光電特性列于下表：　樣品編號VF (V, @20mA)LOP (mcd,@20mA) WLD(nm,@20mA)#12.141.3590.1#22.161.2590.2#32.131.4590.1#42.151.3590.1平均值2.151.3590.1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。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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、n型減反射層、n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。

【技術特征摘要】
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、n型減反射層、n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n型減反射層的成分為AlxGa1-xAs，其中 0.1≤X≤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n型減反射層...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙宇，林鴻亮，張雙翔，楊凱，何勝，李洪雨，田海軍，
申請(專利權)人：揚州乾照光電有限公司，
類型：新型
國別省市：江蘇;32