[发明专利]具有电流阻塞结构的四元系垂直发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及四元系垂直发光二极管，特别是一种具有电流阻塞结构的四元系垂直发光二极管及其制备方法。

背景技术

目前，发光二极管已被广泛应用于显示、装饰、通讯等领域，其结构一般包含衬底、分布布拉格反射层、第一磊晶层、发光层、第二磊晶层、窗口层、第一电极和第二电极。通过采用不同的半导体材料和结构，发光二极管能覆盖从紫外到红外的全色范围，并使其发光效率和亮度不断提高。提高发光二极管发光效率的一直是研发人员努力的追求目标，提高外延材料的质量，通过分布布拉格反射层减少GaAs衬底吸收，透明衬底键合，厚电流扩展窗口，改变电流扩展分布等方法都对发光效率的提高起到很好的效果。

现有四元系AlGaInP垂直结构发光二极管窗口层（Window Layer）多采用平面结构的GaP窗口层；如此，当对发光二极管施加电压时，电流扩展主要汇集在电极下面，芯片电极周围的发光区域就有部分因电流扩展不均，导致发光亮度较低。这是因为直接在GaP窗口层制作电极时，电极与GaP窗口层欧姆接触较好，对其施加电压或电流时，电流直接选择从电极下面的区域通过，使到达发光区边缘区域的电流很少，导致出现电极周围发光亮度较高，四周亮度较低的现象。

为了解决因欧姆接触不同导致电流扩展不均匀而存在的亮度差异问题，有研究者提出采用电流阻塞结构的方法，即在电极的下面以一定的规律通过一定的材料降低电极与GaP窗口层的欧姆接触，使电流能够更均匀的向四周扩展，达到提升亮度的作用。但是上述方法因要考虑材料的电性能，同时要考虑材料与窗口层的接触性能，在制作上往往较为困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种具有电流阻塞结构的四元系垂直发光二极管及其制备方法，LED的发光亮度大大提高，发光亮度可比采用公知技术的同类产品提高30%～50%。

为达上述目的，本发明解决其技术问题所采用一种具有电流阻塞结构的四元系垂直发光二极管，包括一衬底，分布布拉格反射层形成于衬底上，第一型磊晶层形成于分布布拉格反射层上，发光层形成于第一型磊晶层上，第二型磊晶层形成于发光层上，表面呈凹陷的十字交叉状扩展条的图形化GaP窗口层形成于第二型磊晶层上；第一电极形成于图形化GaP窗口层正上方，第一电极与图形化GaP窗口层呈中空电流阻塞结构；第二电极形成于衬底背面。

制备上述具有电流阻塞结构的四元系垂直发光二极管的工艺步骤如下：

1)    在衬底的正面上依次形成分布布拉格反射层、第一型磊晶层、发光层及第二型磊晶层；

2)    形成GaP窗口层于第二型磊晶层上，构成晶片；

3)    采用湿蚀刻或干蚀刻方法，形成表面呈凹陷的十字交叉状扩展条的图形化GaP窗口层；

4)    在图形化GaP窗口层上低温生长SiO₂或Si₃N₄用于填充凹陷的十字交叉状扩展条上；

5)    通过光罩、蚀刻、蒸镀作业，形成第一电极于含SiO₂或Si₃N₄的GaP窗口层正上方；

6)    采用金刚砂轮在晶片的表面切割一刀；

7)    采用湿蚀刻，蚀刻通过十字交叉的电流扩展条将第一电极正下方的SiO₂蚀刻掉，使第一电极与图形化GaP窗口层之间形成中空电流阻塞结构；

8)    在衬底的背面蒸镀金属，形成第二电极；

9)    切割二刀切穿后形成芯粒。

上述衬底材料选用GaAs、GaP或前述的任意组合之一，本发明优先采用GaAs衬底。

上述十字交叉状扩展条的内环为圆形，直径为50～70um，本发明优先采用扩展条的内环的直径为60um；十字交叉状扩展条的外边为矩形，宽度为5～10um，本发明优先采用扩展条的矩形外边宽度为8um；十字交叉状扩展条的凹陷深度为300～500nm，本发明优选扩展条的凹陷深度为400nm。

上述第一电极为圆形，直径为90～100um，本发明优先采用直径为95 um的第一电极。

上述采用金刚砂轮在晶片的表面切割一刀的深度为30～50um，宽度为40～60um，本发明中优先选择晶片表面的切割深度50 um，切割宽度40 um；本发明中在窗口层上生长SiO₂或Si₃N₄的温度为60～100℃，本发明优先采用的SiO₂或Si3N4的生长温度为80℃；