[发明专利]一种四元发光二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED领域，特别是指一种四元发光二极管及其制造方法。

背景技术

目前，红黄光LED使用的都是基于GaAs的III-V族化合物半导体材料；在正向电压驱使下，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一部分与多数载流子复合发光。四元系发光二级管发光效率主要受到吸光衬底GaAs的影响，其次还有金属电极对光的阻挡作用，导致光不能从发光二极管表面发出，从而影响出光效率。

为此，改善LED发光效率的研究较为活跃，主要技术有采用图形衬底技术、分布电流阻隔层、分布布拉格反射层(英文为Distributed Bragg Reflector，简称DBR)结构、透明衬底、表面粗化、光子晶体技术等。其中采用分布电流阻隔层提高LED发光效率，目前一般常见的做法是在P电极底下镀绝缘材料，如二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)等，但由于电极材料为金属，当光从多重量子阱发出来，到达电极时仍会有约10％的光损失。

传统减少电流在电极正下方拥挤的方法是利用绝缘介质层或者肖特基结来实现，实现工艺较为复杂，电极可焊性差。本发明通过外延技术直接实现了减少电流在电极下方的拥挤，电流在有源区的有效扩展，提高了芯片的可焊性。布拉格反射器从材料体系、结构设计和降低串电阻方法等方面在发光二极管中应用与发展，因此同时引入局部高反射率布拉格反射器，改善其光提取效率。

发明内容

本发明提出一种四元发光二极管及其制造方法，解决了现有技术中电流在电极正下方拥挤的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种四元发光二极管，自下而上依次包括衬底、缓冲层、布拉格反射器、下包覆层、发光层、上包覆层、局部掺杂突变区、外延窗口层、上电极和下电极，局部掺杂突变区位于上电极的正下方，在衬底上通过第一次外延生长依次形成缓冲层、布拉格反射器、下包覆层、发光层和上包覆层，通过第二次外延生长形成外延窗口层。

优选地，布拉格反射器的中心区域位于局部掺杂突变区的正下方。

优选地，布拉格反射器的中心区域的面积≥局部掺杂突变区的面积。

优选地，布拉格反射器包括高铝含量层和低铝含量层，布拉格反射器的外围区域为布拉格反射器氧化区。

优选地，高铝含量层具体为高铝含量的AlGaAs层或高铝含量的AlGaInP层，铝含量范围为80％～100％，低铝含量层具体为低铝含量的AlGaAs层或低铝含量的AlGaInP层，铝含量范围为0％～80％。

优选地，布拉格反射器由AlGaAs/AlGaAs、AlGaAs/AlGaInP、AlGaInP/AlGaInP或AlGaInP/AlGaAs的重复单元组成。

优选地，衬底和缓冲层所用材料相同，材料具体为GaAs；局部掺杂突变区由相同导电类型的半导体材料制成，半导体材料具体为P型半导体材料，P型半导体材料具体为GaP；上电极所用材料为Au/BeAu/Au，下电极所用材料为GeAu/Au。

一种四元发光二极管的制造方法，包含以下步骤：

1)第一次外延生长：在衬底上自下而上依次形成缓冲层、布拉格反射器、下包覆层、发光层和上包覆层；

2)光刻刻蚀：在上包覆层上进行ICP干法刻蚀形成局部掺杂突变区；

3)第二次外延生长：在步骤2)所得结构上形成外延窗口层；

4)上电极制备：在步骤3)所得结构上蒸镀Au/BeAu/Au，在450～500℃下退火10～30min，光刻刻蚀，去胶；

5)下电极制备：将衬底用研磨的方式减薄至190±10μm，在衬底的背面蒸镀GeAu/Au，在350～400℃下退火10～40min；

6)透切：通过切割方式将步骤5)所得结构形成独立芯片。

优选地，执行所述步骤6)之前进行半切和氧化操作，将半切所得结构放入通有湿氧或者湿氮的氧化炉中，在400～480℃下氧化布拉格反射器，布拉格反射器的外围区域形成布拉格反射器氧化区。

优选地，执行步骤3)、步骤4)和步骤5)之前先进行清洗操作，清洗具体为超声清洗。

本发明的有益效果为：

本发明是一种优化结构的新型复合增亮发光二极管，通过结构优化，不仅在电极下方通过外延手段制作的局部掺杂突变区减少了载流子在电极正下方复合，同时结合氧化布拉格反射器外围区域，使发光二极管的出光效率得到了有效提高。

附图说明