CN204441317U - 一种双反射镜结构的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
一种双反射镜结构的发光二极管，属于光电子技术领域，在背电极上依次设置的永久基板、金属键合层、P面反射层、外延层、N面反射层和主电极；P面反射层包括设置在外延层的P-GaP电流扩展层一侧的具有若干通孔的SiO2导电孔层，在所述通孔内及SiO2导电孔层与金属键合层之间蒸镀有镜面层；N面反射层包括设置在外延层的N-AlGaInP粗化层上的SiO2介质膜，在SiO2介质膜上方设置有镜面层，镜面层与扩展电极形成电连接。产品经过多次反射、折射从发光区逸出，同时在主电极下方由于介质膜的制作，形成了肖特基结，从而减小了电流的无效注入，有效提升发光二极管的光取出效率。
Description
技术领域
本实用新型属于光电子技术领域，特别涉及AlGaInP四元系发光二极管的制造技术领域。
背景技术
四元系 AlGaInP 是一种具有直接宽带隙的半导体材料，已广泛应用于多种光电子器件的制备。由于材料发光波段可以覆盖可见光的红光到黄绿波段，由此制成的可见光高亮度发光二极管受到广泛关注。四元系 AlGaInP红光高亮度发光二极管已大量用于户外显示、交通灯、汽车灯等许多方面。相对于普通结构的AlGaInP LED芯片，高亮度AlGaInP芯片采用键合工艺实现衬底置换，用到热性能好的硅衬底（硅的热导率约为1.5W/K.cm）代替砷化镓衬底（砷化镓的热导率约为0.8W/K.cm），芯片具有更低热阻值，散热性能更好，有利于提高可靠性。为了克服光在芯片与封装材料界面处的全反射而降低取光效率，还在芯片制作一些表面纹理结构。另外，在P-GaP上镀反射层，比普通红光外延层中生长DBR反射镜出光效率更高。反射层由低折射率的介质膜和金属层构成，介质膜通过光刻工艺制作出导电孔，镜面层通过导电孔同P-GaP形成电学接触。传统的反射层结构是单层的，是在外延结构的P面制作出高反射率的反射镜，但由于N面电流扩展效果较差的缘故，N面需要设置较大的电极进行辅助电流扩展，势必会造成遮光，电极同时会吸收一部分光，造成光取出效率偏低。
实用新型内容
本实用新型旨在提出在在N面和P面均制作反射层的双反射镜结构高亮度发光二极管。
本实用新型双反射镜结构的发光二极管包括在背电极上依次设置的永久基板、金属键合层、P面反射层、外延层、N面反射层和主电极；
所述外延层包括P-GaP电流扩展层、缓冲层、P-AlGaInP限制层、MQW多量子阱有源层、N-AlGaInP限制层、N-AlGaInP电流扩展层、N-AlGaInP粗化层和图形化的N-GaAs欧姆接触层；
在N-GaAs欧姆接触层上电连接有扩展电极层；
其特点是：所述P面反射层包括设置在外延层的P-GaP电流扩展层一侧的具有若干通孔的SiO2导电孔层，在所述通孔内及SiO2导电孔层与金属键合层之间蒸镀有镜面层；
所述N面反射层包括设置在外延层的N-AlGaInP粗化层上的SiO2介质膜，在SiO2介质膜上方设置有镜面层，镜面层与扩展电极形成电连接；
所述主电极由阻挡层和焊线层组成，阻挡层设置在镜面层上方，焊线层设置在阻挡层上方。
由于以上结构，所以本实用新型发光二极管可以保证从有源区发出的光就不会N面电极吸收，通过N面反射层的反射重新回到半导体中，经过多次反射、折射从发光区逸出，同时在主电极下方由于介质膜的制作，形成了肖特基结，从而减小了电流的无效注入，有效的提升了发光二极管的光取出效率。
另外，本实用新型所述P面反射层中的镜面层的厚度为100～300nm。该厚度保证表面的平整度，过厚影响平整度，进而影响反射率。
所述N面反射层中的镜面层的厚度为100～300nm。该厚度保证表面的平整度，过厚影响平整度，进而影响反射率。
N面电极反射层中的阻挡层的厚度为50～100nm。在高温时有很好的稳定性，阻挡上下层材质互扩散，该厚度可保证电极的可靠性，过厚影响电极焊线。
所述图形化的N-GaAs欧姆接触层的厚度为40～80nm，该厚度不会造成N-GaAs的吸光。
所述P-GaP电流扩展层的厚度为2～5μnm，该厚度保证电流良好的横向扩展。
附图说明
图1为制作过程中的外延片的结构示意图。
图2为制作过程中的永久基板的结构示意图。
图3为本实用新型成品的结构示意图。
图4为图3的俯向示意图。
具体实施方式
一、本实用新型制造步骤如下：
1、如图1所示，利用MOCVD设备在一临时的GaAs基板101上依次生长过渡层102、N-GaInP截止层103、N-GaAs欧姆接触层104、N-AlGaInP粗化层105、N-AlGaInP电流扩展层106、N-AlGaInP限制层107、MQW多量子阱有源层108、P-AlGaInP限制层109、缓冲层110、P-GaP电流扩展层111。
其中N-GaAs欧姆接触层104优选厚度60nm，掺入的杂质元素为Si，掺杂浓度在8×1018cm-3以上，以保证N面有良好的电学接触。
P-GaP电流扩展层111优选厚度3000nm，掺入的杂质元素为Mg，掺杂浓度在7×1018cm-3以上，以保证P面有良好的电学接触。
2、利用511清洗液清洗P-GaP电流扩展层111，在P-GaP电流扩展层111上沉积100nm的SiO2介质膜，通过旋涂正性光刻胶，经过曝光、显影做出掩膜图形，再利用体积比为10：1的NH4F：H2O混合溶液，在SiO2导电孔层112上蚀刻出介质孔。
3、采用电子束蒸镀方式，在SiO2导电孔层112的介质孔内和SiO2导电孔层112上先后制作厚度为200nm的AuZn和300nm的Al层，该AuZn/Al共同形成了镜面层113。由SiO2导电孔层112同AuZn/Al镜面层113共同构成了P面反射层。
再经过460℃退火20min，使SiO2导电孔层112的介质孔中AuZn同P-GaP电流扩展层111形成良好的电学接触。
4、在镜面层113上采用电子束蒸镀方式制作厚度为2000nm的Au作为金属键合层114。
5、如图2所示，在永久Si基板201上采用电子束蒸镀方式制作厚度为2000nm的Au作为金属键合层202。
6、如图3所示，将步骤4制成的制品和步骤5制成的制品浸入丙酮溶液中，并将键合层114和键合层202相对，进行超声清洗10min，在350℃条件下，于6000kg外力作用下，经过10min将两者键合到一起。
7、利用机械研磨方式先将键合后的半制品的GaAs衬底101去除至剩余约20μm厚，再用体积比为1：7的NH4OH: H2O2溶液反应10min，化学腐蚀停止在GaInP截止层103上。
8、通过在N-GaAs欧姆接触层104上旋涂正胶，经过光刻显影后，再浸入体积比为1：2：2的H3PO4：H2O2：H2O混合溶液，蚀刻出图形化的N-GaAs欧姆接触层104。
9、采用体积比为1：1：7的H3PO4：H2SO4：CH3COOH混合溶液湿法在图形化的N-GaAs欧姆接触层104外周制出N-AlGaInP粗化层105。
10、在图形化的N-GaAs欧姆接触层104上采用热蒸镀的方式蒸镀厚度为200nm的AuGe合金材料，再经过上胶，光刻，显影等工艺后采用金蚀刻液蚀刻出扩展电极204。通过360℃氮气氛围退火炉进行退火20min处理，使扩展电极204与N-GaAs欧姆接触层104形成良好的电学接触。
11、制作反射层和主电极：
将半制品浸入丙酮溶液超声清洗10min，然后通过等离子体增强化学气相沉积法（PECVD），于N-AlGaInP粗化层105上沉积出100nm的SiO2薄膜，通过光刻流程制作介质膜图形，再利用体积比为10：1的NH4F：H2O混合溶液将发光区区域的SiO2蚀刻掉，将光刻胶去除，以此形成SiO2介质膜205。
利用光刻流程，旋涂负性光刻胶、光刻、显影、旋干，然后进行等离子打胶，采用电子束冷蒸的方式，在SiO2介质膜205表面形成厚度为200nm的Al镜面层206，再在Al镜面层206上制作出80nm的Ti或Pt阻挡层207以及3μm的Au焊线层208。并将Al镜面层206同扩展电极204形成电连接。
以上的SiO2介质膜层205同Al镜面层形成反射层，阻挡层207同焊线层208形成主电极。
12、在Si衬底201背面采用电子束热蒸镀的方式分别蒸镀厚度为50nm的Ti，厚度为50nm的Pt和厚度为100nm的Au，即图2和图3中Ti/Pt/Au背电极203，即完成器件的制作。
二、制成的产品结构特点：
如图3、4所示，在背电极203上依次设置有永久基板201、金属键合层202、镜面层113、SiO2导电孔层112、P-GaP电流扩展层111、缓冲层110、P-AlGaInP限制层109、MQW多量子阱有源层108、N-AlGaInP限制层107、N-AlGaInP电流扩展层106、N-AlGaInP粗化层105和图形化的N-GaAs欧姆接触层104。
在N-AlGaInP粗化层105上设有SiO2介质膜205，在SiO2介质膜205上方依次设置有镜面层206、阻挡层207和焊线层208。Al镜面层206同扩展电极204形成电连接。
另外制作时，P面反射层和N面反射层中的介质膜层SiO2厚度均可设计至最佳光学厚度。
本实用新型由于具有双反射镜结构，可以保证从有源区发出的光就不会N面电极吸收，通过N面反射层的反射重新回到半导体中，经过多次反射、折射从发光区逸出，同时在主电极下方由于介质膜的制作，形成了肖特基结，从而减小了电流的无效注入，有效的提升了发光二极管的光取出效率。
Claims (6)
1.一种双反射镜结构的发光二极管，包括在背电极上依次设置的永久基板、金属键合层、P面反射层、外延层、N面反射层和主电极；
所述外延层包括P-GaP电流扩展层、缓冲层、P-AlGaInP限制层、MQW多量子阱有源层、N-AlGaInP限制层、N-AlGaInP电流扩展层、N-AlGaInP粗化层和图形化的N-GaAs欧姆接触层；
在N-GaAs欧姆接触层上电连接有扩展电极层；
其特征在于：所述P面反射层包括设置在外延层的P-GaP电流扩展层一侧的具有若干通孔的SiO2导电孔层，在所述通孔内及SiO2导电孔层与金属键合层之间蒸镀有镜面层；
所述N面反射层包括设置在外延层的N-AlGaInP粗化层上的SiO2介质膜，在SiO2介质膜上方设置有镜面层，镜面层与扩展电极形成电连接；
所述主电极由阻挡层和焊线层组成，阻挡层设置在镜面层上方，焊线层设置在阻挡层上方。
2.根据权利要求1所述双反射镜结构的发光二极管，其特征在于所述P面反射层中的镜面层的厚度为100～300nm。
3.根据权利要求1所述双反射镜结构的发光二极管，其特征在于所述N面反射层中的镜面层的厚度为100～300nm。
4.根据权利要求1或3所述双反射镜结构的发光二极管，其特征在于所述N面电极反射层中的阻挡层的厚度为50～100nm。
5. 根据权利要求1所述双反射镜结构的发光二极管，其特征在于所述图形化的N-GaAs欧姆接触层的厚度为40～80nm。
6.根据权利要求1所述双反射镜结构的发光二极管，其特征在于所述P-GaP电流扩展层的厚度为2～5μnm。
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