[发明专利]一种倒梯形微结构高亮度发光二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子半导体，特别是一种倒梯形微结构高亮度发光二极管及其制作方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种冷光发光组件，发光二极管的优点在于体积小、寿命长、驱动电压低、反应速率快、耐震性特佳，能够配合各种应用设备的轻、薄、及小型化的需求，因而广泛应用于照明、数码显示等领域。以磷化铝镓铟(AlGaInP)发光二极管为例，磷化铝镓铟为一四元素化合物半导体材料，适合用于制造高亮度红、橙、黄、及黄绿光发光二极管，其拥有高发光效率、并生长在与其晶格匹配的砷化镓(GaAs)衬底上。然而，由于砷化镓衬底具有吸光性，因此会吸收磷化铝镓铟发出的可见光，且其热传导性较差，因此限制了其在大电流工作时的发光效率。

如图1是传统的用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)技术在GaAs衬底上外延生长的现有常规AlGaInP多量子阱(MQW)发光二极管100剖面结构示意图。此AlGaInP多量子阱(MQW)发光二极管结构包括n-GaAs衬底101，n-GaAs缓冲层102，n-AlInP下限制层(n-cladding layer)103，非掺杂的(Al_0.15Ga_0.85)_0.5In_0.5P MQW有源区104，p-AlInP上限制层(p-cladding layer)105，p型欧姆接触层106，底部平面金属接触108和上表面电极107。电子和空穴在有源区复合发光，发出的光是随机取向的。对于这种结构的发光二极管来说，有几种因素限制了光的提取效率：半导体材料和其周围煤质之间折射率差偏大导致的内部反射，金属电极的遮挡，GaAs衬底吸收等。这样，有源区发出的光射向上表面的光子有一定的几率能提取出来，而向下传播的光子大部分被GaAs衬底吸收。因此，即使有很高的内部量子效率，外部量子效率也仅有4～5％。

为了提高光的提取效率，把向下传播的光子和上表面反射回半导体材料内部的光子也能大部分提取出来，减少GaAs衬底的吸收，人们在GaAs衬底和有源区之间生长了布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflectors，DBRs)，以便把背面的光反射到芯片表面。图2是一现有带有高反射率DBR的AlGaInP多量子阱(MQW)发光二极管200剖面结构示意图。此AlGaInP多量子阱(MQW)发光二极管结构包括n-GaAs衬底201，n-GaAs缓冲层202，DBRs结构层203，n-AlInP下限制层(n-cladding layer)204，非掺杂的(Al_0.15Ga_0.85)_0.5In_0.5P MQW有源区205，p-AlInP上限制层(p-cladding layer)206，p型电流扩展层207，p型欧姆接触层208，底部平面金属接触210和上表面电极209。

也就是在图1结构的基础上在GaAs衬底和有源区之间生长了DBRs结构，在p型欧姆接触层下生长了电流扩展层也即窗口层来有效扩展电流，但因为实际的DBRs反射镜的反射率角带宽有限，只对接近法向入射的光反射率大，对此范围以外的光反射率急剧下降，所以不能有效的反射向吸收衬底GaAs传播的光，还是有相当部分的光被GaAs衬底吸收。

发明内容

本发明旨在提出一种倒梯形微结构高亮度发光二极管及其制作方法，以提高发光二极管芯片的取光效率，从而提高LED芯片的外量子效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种倒梯形微结构高亮度发光二极管，其特征在于：在GaAs衬底上生长发光二极管外延片，其由第一导电型欧姆接触电极、第一导电型欧姆接触层、第一导电型电流扩展层、第一导电型下限制层、非掺杂的有源区、第二导电型上限制层、第二导电型电流扩展层、第二导电型欧姆接触层堆叠而成；外延片中设有反光镜，反光镜依次由介质层，金属层和阻挡层层层积淀形成；永久性衬底是在基板上是淀积生长粘贴层、金属焊料层积淀在粘贴层上；金属电极淀积在永久性衬底底部；外延片以倒装方式叠置于永久衬底上，并在真空下键合。

一种倒梯形微结构高亮度发光二极管的制作方法，其特征在于：包括发光二极管外延片及永久性衬底的制作方法，制作步骤如下：