CN102208504A - 一种四元发光二极管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四元发光二极管及其制作方法，涉及到一种半导体发光二极管及制作方法，属于半导体光电子技术领域。其包括自下而上的衬底1、缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、活性层5、上包覆层6，其在上包覆层6与电极相对的位置制作有电流阻挡层7，在电流阻挡层7的表面生长有外延窗口层8，电流阻挡层上安装有电极9；所述的布拉格反射器3为反射系数较含铝层高的含氧化铝层。本发明在外延层表面制作与电极对应的电流阻挡区域，减少亮度损失，同时结合湿氧化工艺优化外延层材料性质，大幅度提高出光效率，从而得到一种优化结构的复合增亮的发光二极管。

Description

一种四元发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明公开了一种四元发光二极管，涉及到一种半导体发光二极管，旨在提供一种可增加发光效率的发光二极管的结构及其制备方法，属于半导体光电子技术领域。

背景技术

发光二极管(LED，light emitting diode)是由III-IV族化合物，如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的，具有一般P-N结的正向导通，反向截止、击穿特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。

由于四元系红黄光发光二极管材料本身的吸光性较强，尤其是砷化镓衬底吸光作用明显，因此普通结构的发光二极管出光效率较低。同时，普通发光二极管芯片的电极结构由于本身的结构特点，一部分电流会从电极下方经过，造成了有效发光面积损失。因此，由于以上两方面因素的影响，普通结构的发光二极管的外量子效率较低。

针对以上两方面问题，分别有人提出了DBR(布拉格反射)增亮技术和电流阻挡技术。但是，由于各项技术的局限性，提高出光效率的作用比较有限，有的成本较高，不利于规模化生产。如何综合运用多种途径，大幅度提高发光二极管的出光效率，是目前需要解决的问题。

发明内容

在发光二极管的电流注入的电极下方制作电流阻挡层，可以使大部分电流由电极周围的电流扩展层流过有源区，这样避免了电极下方电流的拥挤，但是因为该部分电流产生的光子由于电极的阻挡和体内吸收，而不能发射到体外，在体内产生大量的热，大大减低了器件性能。同时由于四元系红黄光发光二极管材料本身的吸光性较强，因此普通结构的发光二极管出光效率较低，为了解决上述问题，本发明提出了一种四元发光二极管及其制备方法。

一种四元发光二极管，包括自下而上的衬底1、缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、活性层5、上包覆层6，其特征在于：在上包覆层6与电极相对的位置制作有电流阻挡层7，在电流阻挡层7的表面生长有外延窗口层8，电流阻挡层7上安装有电极9；所述的布拉格反射器3的边缘为反射系数较含铝层高的含氧化铝层。

电流阻挡层7的材料为绝缘非金属材料。

所述的一种四元发光二极管的制造方法，包含下列步骤：

a.外延第一次生长，完成外延层基本结构：由底部开始依次为衬底1、缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、活性层5和上包覆层6；如图1所示。

b.制作电流阻挡层7：该阻挡层通过沉积、光刻和刻蚀工艺，在外延表面与电极相对的位置制作电流阻挡层7；

c.外延第二次生长：在电流阻挡层7表面生长外延窗口层8，形成完整外延结构，完成外延的制备；

d.在外延表面制作与电流阻挡层7相位置相对的电极9；如图2所示。

e.对外延层中的布拉格反射器的边缘进行氧化：将布拉格反射器的含铝层的边缘氧化为含氧化铝层，提高该层的反射系数；

f.研磨减薄衬底，通过金属镀膜在衬底底部淀积金属层；

g.将外延切割成独立芯片。

上述的电流阻挡层7是通过对外延层本身的光刻、刻蚀过程而形成的对电流有阻挡效果的外延表面。

上述的四元发光二极管的制造方法，对于布拉格反射器7的氧化方法包含湿氮或湿氧的氧化方式。

上述的窗口层8的制作即为外延的第二次生长，在电流阻挡层7表面生长外延GaP层。

本发明可以获得如下有益效果，提出了一种四元发光二极管极，它是一种优化结构的新型复合增亮发光二极管，优化结构不仅是在电极下方制作电流阻挡层，让电流从电极周围流过，减少了发光损失，而且通过氧化的方式改善外延结构，提高布拉格反射器层的反射效率，两者的复合作用使发光二极管的出光效率得到了大幅度提高。

将以上两种方法同时应用到发光二极管器件制作当中，由于二者的复合作用，可以使器件的发光效率提升一倍以上。

附图说明

图1为普通外延片的外延结构示意图；

图2为增加电流阻挡层的外延结构示意图；

图3为本发明公开的一种四元发光二极管的结构示意图。

图4为本发明公开的一种四元发光二极管的制作流程图。

图中：1、衬底，2、缓冲层，3、布拉格反射器，4、下包覆层，5、活性层，6、上包覆层，7、电流阻挡层，8、窗口层，9、电极，10氧化层

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对于本发明做进一步的说明：

如图3所示，一种四元发光二极管，包括自下而上的衬底1、缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、活性层5、上包覆层6，其特征在于：在上包覆层6与电极相对的位置制作有电流阻挡层7，在电流阻挡层7的表面生长有外延窗口层8，电流阻挡层上安装有电极9；所述的布拉格反射器7为反射系数较含铝层高的含氧化铝层。

电流阻挡层7的材料为绝缘非金属材料。

所述的一种四元发光二极管的制造方法如图4所示，包含下列步骤：

a.外延第一次生长，完成外延基本结构：由底部开始依次为衬底1、缓冲层2、布拉格反射器3、下包覆层4、活性层5和上包覆层6，如图1所示；

b.制作电流阻挡层7：该阻挡层通过沉积、光刻和刻蚀工艺，在外延表面与电极相对的位置制作电流阻挡层7；

c.外延第二次生长：在电流阻挡层7表面生长外延窗口层8，形成完整外延结构，完成外延的制备；

d.在外延表面制作与电流阻挡层7相位置相对的电极9，如图2；

e.对外延层中的布拉格反射器的边缘氧化：将布拉格反射器的含铝层氧化为含氧化铝层，提高该层的反射系数；

f.研磨减薄衬底，通过金属镀膜在衬底底部淀积金属层；

g.将外延切割成独立芯片。

所述的电流阻挡层7是通过对外延层本身的光刻、刻蚀过程而形成的对电流有阻挡效果的外延表面述的四元发光二极管的制造方法，对于布拉格反射器7的氧化方法包含湿氮或湿氧的氧化方式。

上述的窗口层8的制作即为外延的第二次生长，在电流阻挡层7表面生长外延GaP层。

如上所述，本发明提供一种优化结构的新型复合增亮发光二极管的结构及其制造方法，于是依法提呈发明专利的申请，然而，以上的实施说明是本发明较佳实施例，并非以此局限本发明，是以，举凡与本发明的构造、装置、特征等近似、雷同的，均应属本发明的创设目的及申请专利范围之内。

Claims (5)

1.一种四元发光二极管，包括自下而上的衬底(1)、缓冲层(2)、布拉格反射器(3)、下包覆层(4)、活性层(5)、上包覆层(6)，其特征在于：在上包覆层(6)与电极相对的位置制作有电流阻挡层(7)，在电流阻挡层(7)的表面生长有外延窗口层(8)，电流阻挡层上安装有电极(9)；所述的布拉格反射器(7)的边缘为含氧化铝层。

2.根据权利要求1所述的一种四元发光二极管，其特征在于：电流阻挡层(7)的材料为绝缘非金属材料。

3.如权利要求1所述四元发光二极管，其特征在于：所述的电流阻挡层(7)是通过对外延层本身的光刻、刻蚀过程而形成的对电流有阻挡效果的外延表面。

4.权利要求1所述的一种四元发光二极管的制造方法，其特征在于：包含下列步骤：

a.外延第一次生长，完成外延基本结构：由底部开始依次为衬底(1)、缓冲层(2)、布拉格反射器(3)、下包覆层(4)、活性层(5)和上包覆层(6)；

b.制作电流阻挡层(7)：该阻挡层通过沉积、光刻和刻蚀工艺，在外延表面与电极相对的位置制作电流阻挡层(7)；

c.外延第二次生长：在电流阻挡层(7)表面生长外延窗口层(8)，形成完整外延结构，完成外延的制备；

d.在外延表面制作与电流阻挡层(7)相位置相对的电极(9)；

e.对外延层中的布拉格反射器氧化：将布拉格反射器的含铝层的边缘氧化为含氧化铝层，提高该层的反射系数；

f.研磨减薄衬底，通过金属镀膜在衬底底部淀积金属层；

g.将外延切割成独立芯片。

5.如权利要求4所述的四元发光二极管的制造方法，其特征在于：对于布拉格反射器(7)的氧化方法包含湿氮或湿氧的氧化方式。

Images