[实用新型]蓝宝石衬底的AlGaInP发光二极管

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种蓝宝石衬底的铝镓铟磷(AlGaInP)发光二极管(light emittingdiode，LED)，属于光电子技术领域。

背景技术

不同颜色的发光二极管(LED)是由不同的材料体系制备的，对于黄色、橙色、红色LED，现在性能最好的是利用AlGaInP材料作为发光层制备的。AlGaInP LED是在GaAs(砷化镓)衬底上生长的，其外延材料结构由下至上依次为GaAs衬底、GaAs缓冲层、n型铝镓铟磷[(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P]下限制层、非掺杂铝镓铟磷[(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P/(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P](x≠y)发光区(也叫有源区)、p型铝镓铟磷[(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P]上限制层和p型GaP(磷化镓)电流扩展层。其制备过程如下：

1.在GaAs衬底上外延生长一层GaAs缓冲层；

2.在GaAs缓冲层上生长与GaAs晶格匹配的n型铝镓铟磷[(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P]下限制层；

3.在下限制层上生长非掺杂的铝镓铟磷[(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P/(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P](x≠y)发光区(也叫有源区)；

4.在发光区上生长p型铝镓铟磷[(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P]上限制层；

5.在上限制层上生长p型GaP具有电流扩展和欧姆接触功能的顶层。

上述结构中由于GaAs衬底对可见光是吸收的，发光区产生的向下传播的光都被吸收，从而发光效率很低，通常小于10lm/W。为抑制上述问题，业界通常的做法是在GaAs缓冲层和下限制层之间增加可以将向下传输的光反射到上表面的所谓布拉格反射层(DBR反射层)，其一般由不同组份的铝镓砷[Al_xGa_1-xAs/Al_yGa_1-yAs(x≠y)]或铝镓铟磷[(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P/(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P(x≠y)]材料制备。通过利用布拉格反射层(DBR反射层)结构，AlGaInP LED(铝镓铟磷发光二极管)发光效率提高到了15~20lm/W。

但布拉格反射层(DBR反射层)结构只能对特定角度范围内的光进行反射，为进一步提高GaAs衬底上生长的铝镓铟磷发光二极管性能，业界还采用了更换衬底的所谓倒装结构LED技术。其首先是在GaAs衬底上生长出铝镓铟磷发光二极管外延材料，然后将其P面粘接到带金属反射镜的高热导率基板上(通常为Si)，然后用选择腐蚀方法将GaAs衬底腐蚀掉，再制作上n电极和p电极，形成n电极在上、p电极在下的倒装结构LED。利用该技术制备的LED性能有了大幅度的提高，其发光效率可以达到30lm/W。但该方法工艺复杂，产品指标一致性不好，且腐蚀过程产生大量含砷(As)的化学废液需要进一步处理，对环境保护不利。

由于蓝宝石(Al₂O₃)衬底是透明的，对可见光具有不吸收性，比利用砷化镓衬底外延生长的铝镓铟磷发光二极管具有更高的提取效率，且可以避免更换吸光衬底的复杂工艺和环境污染问题，具有明显的性能优势和环保优势。但是蓝宝石衬底上制备铝镓铟磷发光二极管的最大难点是二者晶格类型不同，晶格常数差别大，热膨胀系数也有很大不同，因此业界尚无利用蓝宝石衬底生长铝镓铟磷发光二极管的产品出现。

发明内容