一種四元發(fā)光二極管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種四元發(fā)光二極管及其制造方法，其中一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底、緩沖層、布拉格反射器、下包覆層、發(fā)光層、上包覆層、局部摻雜突變區(qū)、外延窗口層、上電極和下電極，局部摻雜突變區(qū)位于上電極的正下方，在襯底上通過第一次外延生長依次形成緩沖層、布拉格反射器、下包覆層、發(fā)光層和上包覆層，通過第二次外延生長形成外延窗口層。本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，不僅是在電極下方通過外延手段制作的局部摻雜突變區(qū)，減少載流子在電極正下方復(fù)合，同時(shí)結(jié)合氧化布拉格反射器外圍區(qū)域，使發(fā)光二極管的出光效率得到了有效提高。
【專利說明】一種四元發(fā)光二極管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED領(lǐng)域，特別是指一種四元發(fā)光二極管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，紅黃光LED使用的都是基于GaAs的II1-V族化合物半導(dǎo)體材料；在正向電壓驅(qū)使下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，進(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子一部分與多數(shù)載流子復(fù)合發(fā)光。四元系發(fā)光二級管發(fā)光效率主要受到吸光襯底GaAs的影響，其次還有金屬電極對光的阻擋作用，導(dǎo)致光不能從發(fā)光二極管表面發(fā)出，從而影響出光效率。
[0003]為此，改善LED發(fā)光效率的研究較為活躍，主要技術(shù)有采用圖形襯底技術(shù)、分布電流阻隔層、分布布拉格反射層(英文為Distributed Bragg Reflector,簡稱DBR)結(jié)構(gòu)、透明襯底、表面粗化、光子晶體技術(shù)等。其中采用分布電流阻隔層提高LED發(fā)光效率，目前一般常見的做法是在P電極底下鍍絕緣材料，如二氧化硅(S12)、氮化硅(Si3N4)等，但由于電極材料為金屬，當(dāng)光從多重量子阱發(fā)出來，到達(dá)電極時(shí)仍會(huì)有約10%的光損失。
[0004]傳統(tǒng)減少電流在電極正下方擁擠的方法是利用絕緣介質(zhì)層或者肖特基結(jié)來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)工藝較為復(fù)雜，電極可焊性差。本發(fā)明通過外延技術(shù)直接實(shí)現(xiàn)了減少電流在電極下方的擁擠，電流在有源區(qū)的有效擴(kuò)展，提高了芯片的可焊性。布拉格反射器從材料體系、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和降低串電阻方法等方面在發(fā)光二極管中應(yīng)用與發(fā)展，因此同時(shí)引入局部高反射率布拉格反射器，改善其光提取效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種四元發(fā)光二極管及其制造方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中電流在電極正下方擁擠的問題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底、緩沖層、布拉格反射器、下包覆層、發(fā)光層、上包覆層、局部摻雜突變區(qū)、外延窗口層、上電極和下電極，局部摻雜突變區(qū)位于上電極的正下方，在襯底上通過第一次外延生長依次形成緩沖層、布拉格反射器、下包覆層、發(fā)光層和上包覆層，通過第二次外延生長形成外延窗口層。
[0007]優(yōu)選地，布拉格反射器的中心區(qū)域位于局部摻雜突變區(qū)的正下方。
[0008]優(yōu)選地，布拉格反射器的中心區(qū)域的面積 > 局部摻雜突變區(qū)的面積。
[0009]優(yōu)選地，布拉格反射器包括高鋁含量層和低鋁含量層，布拉格反射器的外圍區(qū)域?yàn)椴祭穹瓷淦餮趸瘏^(qū)。
[0010]優(yōu)選地，高鋁含量層具體為高鋁含量的AlGaAs層或高鋁含量的AlGaInP層，鋁含量范圍為80 %?100 %，低鋁含量層具體為低鋁含量的AlGaAs層或低鋁含量的AlGaInP層，鋁含量范圍為0%?80%。
[0011]優(yōu)選地，布拉格反射器由AlGaAs/AlGaAs、AlGaAs/AlGalnP、AlGalnP/AlGalnP 或AlGalnP/AlGaAs的重復(fù)單元組成。[0012]優(yōu)選地，襯底和緩沖層所用材料相同，材料具體為GaAs ;局部摻雜突變區(qū)由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體材料具體為P型半導(dǎo)體材料，P型半導(dǎo)體材料具體為GaP ;上電極所用材料為Au/BeAu/Au,下電極所用材料為GeAu/Au。
[0013]一種四元發(fā)光二極管的制造方法，包含以下步驟:
[0014]I)第一次外延生長:在襯底上自下而上依次形成緩沖層、布拉格反射器、下包覆層、發(fā)光層和上包覆層；
[0015]2)光刻刻蝕:在上包覆層上進(jìn)行ICP干法刻蝕形成局部摻雜突變區(qū)；
[0016]3)第二次外延生長:在步驟2)所得結(jié)構(gòu)上形成外延窗口層；
[0017]4)上電極制備:在步驟3)所得結(jié)構(gòu)上蒸鍍Au/BeAu/Au，在450?500°C下退火10?30min，光刻刻蝕，去膠；
[0018]5)下電極制備:將襯底用研磨的方式減薄至190±10μπι，在襯底的背面蒸鍍GeAu/Au,在 350 ?40CTC下退火 10 ?40min ；
[0019]6)透切:通過切割方式將步驟5)所得結(jié)構(gòu)形成獨(dú)立芯片。
[0020]優(yōu)選地，執(zhí)行所述步驟6)之前進(jìn)行半切和氧化操作，將半切所得結(jié)構(gòu)放入通有濕氧或者濕氮的氧化爐中，在400?480°C下氧化布拉格反射器，布拉格反射器的外圍區(qū)域形成布拉格反射器氧化區(qū)。
[0021]優(yōu)選地，執(zhí)行步驟3)、步驟4)和步驟5)之前先進(jìn)行清洗操作，清洗具體為超聲清洗。
[0022]本發(fā)明的有益效果為:
[0023]本發(fā)明是一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)的新型復(fù)合增亮發(fā)光二極管，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，不僅在電極下方通過外延手段制作的局部摻雜突變區(qū)減少了載流子在電極正下方復(fù)合，同時(shí)結(jié)合氧化布拉格反射器外圍區(qū)域，使發(fā)光二極管的出光效率得到了有效提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管第一次外延生長所得結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管第二次外延生長所得結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管的制造方法的流程示意圖。
[0030]圖中:
[0031]1、襯底；2、緩沖層；3、布拉格反射器；4、下包覆層；5、發(fā)光層；6、上包覆層；7、局部摻雜突變區(qū)；8、外延窗口層；9、上電極；10、下電極；11、布拉格反射器氧化區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0033]實(shí)施例1
[0034]如圖3所示，本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底1、緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5、上包覆層6、局部摻雜突變區(qū)7、外延窗口層8、上電極9和下電極10，局部摻雜突變區(qū)7位于上電極9的正下方，在襯底I上通過第一次外延生長依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6，通過第二次外延生長形成外延窗口層8。
[0035]布拉格反射器3的中心區(qū)域位于局部摻雜突變區(qū)7的正下方。布拉格反射器3的中心區(qū)域的面積>局部摻雜突變區(qū)7的面積。襯底I和緩沖層2所用材料相同，材料具體為GaAs。布拉格反射器3由AlGaAs/AlGaAs的重復(fù)單兀組成。局部摻雜突變區(qū)7由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體材料具體為P型半導(dǎo)體材料。上電極9所用材料為Au/BeAu/Au,下電極10所用材料為GeAu/Au。
[0036]襯底I表面可能存在缺陷，直接生長布拉格反射器3以及后續(xù)各層，可能導(dǎo)致缺陷增多；形成緩沖層2目的是屏蔽襯底I表面缺陷，為后續(xù)各生長層提供理想的GaAs表面。
[0037]實(shí)施例2
[0038]如圖3所示，本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底1、緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5、上包覆層6、局部摻雜突變區(qū)7、外延窗口層8、上電極9和下電極10，局部摻雜突變區(qū)7位于上電極9的正下方，在襯底I上通過第一次外延生長依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6，通過第二次外延生長形成外延窗口層8。
[0039]布拉格反射器3的中心區(qū)域位于局部摻雜突變區(qū)7的正下方。布拉格反射器3的中心區(qū)域的面積>局部摻雜突變區(qū)7的面積。襯底I和緩沖層2所用材料相同，材料具體為GaAs。布拉格反射器3由AlGaAs/AlGalnP的重復(fù)單元組成。局部摻雜突變區(qū)7由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體材料具體為GaP。上電極9所用材料為Au/BeAu/Au，下電極10所用材料為GeAu/Au。
[0040]襯底I表面可能存在缺陷，直接生長布拉格反射器3以及后續(xù)各層，可能導(dǎo)致缺陷增多；形成緩沖層2目的是屏蔽襯底I表面缺陷，為后續(xù)各生長層提供理想的GaAs表面。
[0041]實(shí)施例3
[0042]如圖3和圖4所示，本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底1、緩沖層
2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5、上包覆層6、局部摻雜突變區(qū)7、外延窗口層8、上電極9和下電極10，局部摻雜突變區(qū)7位于上電極9的正下方，在襯底I上通過第一次外延生長依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6，通過第二次外延生長形成外延窗口層8。
[0043]布拉格反射器3的中心區(qū)域位于局部摻雜突變區(qū)7的正下方。布拉格反射器3的中心區(qū)域的面積>局部摻雜突變區(qū)7的面積。襯底I和緩沖層2所用材料相同，材料具體為GaAs。布拉格反射器3由AlGalnP/AlGalnP的重復(fù)單元組成。局部摻雜突變區(qū)7由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體材料具體為P型半導(dǎo)體材料，P型半導(dǎo)體材料具體為GaP。上電極9所用材料為Au/BeAu/Au,下電極10所用材料為GeAu/Au。
[0044]布拉格反射器3包括高鋁含量層和低鋁含量層，布拉格反射器3的外圍區(qū)域?yàn)椴祭穹瓷淦餮趸瘏^(qū)11。高鋁含量層具體為高鋁含量的AlGaInP層，鋁含量為80%，低鋁含量層具體為低鋁含量的AlGaInP層，鋁含量為50%。
[0045]實(shí)施例4
[0046]如圖3和圖4所示，本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底1、緩沖層
2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5、上包覆層6、局部摻雜突變區(qū)7、外延窗口層8、上電極9和下電極10，局部摻雜突變區(qū)7位于上電極9的正下方，在襯底I上通過第一次外延生長依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6，通過第二次外延生長形成外延窗口層8。
[0047]布拉格反射器3的中心區(qū)域位于局部摻雜突變區(qū)7的正下方。布拉格反射器3的中心區(qū)域的面積>局部摻雜突變區(qū)7的面積。襯底I和緩沖層2所用材料相同，材料具體為GaAs0布拉格反射器3由AlGalnP/AlGaAs的重復(fù)單元組成。局部摻雜突變區(qū)7由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體材料具體為P型半導(dǎo)體材料，P型半導(dǎo)體材料具體為GaP。上電極9所用材料為Au/BeAu/Au，下電極10所用材料為GeAu/Au。
[0048]布拉格反射器3包括高鋁含量層和低鋁含量層，布拉格反射器3的外圍區(qū)域?yàn)椴祭穹瓷淦餮趸瘏^(qū)11。高鋁含量層具體為高鋁含量的AlGaInP層，鋁含量為100%，低鋁含量層具體為低鋁含量的AlGaAs層，鋁含量為80%。
[0049]實(shí)施例5
[0050]如圖3和圖4所示，本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底1、緩沖層
2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5、上包覆層6、局部摻雜突變區(qū)7、外延窗口層8、上電極9和下電極10，局部摻雜突變區(qū)7位于上電極9的正下方，在襯底I上通過第一次外延生長依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6，通過第二次外延生長形成外延窗口層8。
[0051]布拉格反射器3的中心區(qū)域位于局部摻雜突變區(qū)7的正下方。布拉格反射器3的中心區(qū)域的面積>局部摻雜突變區(qū)7的面積。襯底I和緩沖層2所用材料相同，材料具體為GaAs。布拉格反射器3由AlGaAs/AlGaAs的重復(fù)單兀組成。局部摻雜突變區(qū)7由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體材料具體為P型半導(dǎo)體材料。上電極9所用材料為Au/BeAu/Au,下電極10所用材料為GeAu/Au。
[0052]布拉格反射器3包括高鋁含量層和低鋁含量層，布拉格反射器3的外圍區(qū)域?yàn)椴祭穹瓷淦餮趸瘏^(qū)11。高鋁含量層具體為高鋁含量的AlGaAs層，鋁含量為90%，低鋁含量層具體為低鋁含量的AlGaAs層，鋁含量為O %。
[0053]實(shí)施例6
[0054]如圖1?3和圖5所示，本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管的制造方法，包含以下步驟:
[0055]I)第一次外延生長:在襯底I上自下而上依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6 ；
[0056]2)光刻刻蝕:在上包覆層6上進(jìn)行ICP干法刻蝕形成局部摻雜突變區(qū)7 ；
[0057]3)第二次外延生長:在步驟2)所得結(jié)構(gòu)上形成外延窗口層8 ；
[0058]4)上電極9制備:在步驟3)所得結(jié)構(gòu)上蒸鍍Au/BeAu/Au,在500°C下退火1min,光刻刻蝕，去膠；
[0059]5)下電極10制備:將襯底I用研磨的方式減薄至190 ±10 μ m，在襯底I的背面蒸鍛 GeAu/Au,在 35CTC下退火 1min ；
[0060]6)透切:通過切割方式將步驟5)所得結(jié)構(gòu)形成獨(dú)立芯片。
[0061]執(zhí)行步驟3)、步驟4)和步驟5)之前先進(jìn)行清洗操作。
[0062]實(shí)施例7
[0063]如圖1?3和圖5所示，本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管的制造方法，包含以下步驟:
[0064]I)第一次外延生長:在襯底I上自下而上依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6 ；
[0065]2)光刻刻蝕:在上包覆層6上進(jìn)行ICP干法刻蝕形成局部摻雜突變區(qū)7 ；
[0066]3)第二次外延生長:在步驟2)所得結(jié)構(gòu)上形成外延窗口層8 ；
[0067]4)上電極9制備:在步驟3)所得結(jié)構(gòu)上蒸鍍Au/BeAu/Au,在450°C下退火30min,光刻刻蝕，去膠；
[0068]5)下電極10制備:將襯底I用研磨的方式減薄至190 ±10 μ m，在襯底I的背面蒸鍛 GeAu/Au,在 40CTC下退火 40min ；
[0069]6)透切:通過切割方式將步驟5)所得結(jié)構(gòu)形成獨(dú)立芯片。
[0070]執(zhí)行步驟3)、步驟4)和步驟5)之前先進(jìn)行超聲清洗。
[0071]實(shí)施例8
[0072]如圖1?3和圖5所示，本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管的制造方法，包含以下步驟:
[0073]I)第一次外延生長:在襯底I上自下而上依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6 ；
[0074]2)光刻刻蝕:在上包覆層6上進(jìn)行ICP干法刻蝕形成局部摻雜突變區(qū)7 ；
[0075]3)第二次外延生長:在步驟2)所得結(jié)構(gòu)上形成外延窗口層8 ；
[0076]4)上電極9制備:在步驟3)所得結(jié)構(gòu)上蒸鍍Au/BeAu/Au，在480°C下退火20min，光刻刻蝕，去膠；
[0077]5)下電極10制備:將襯底I用研磨的方式減薄至190 ±10 μ m，在襯底I的背面蒸鍛 GeAu/Au,在 380°C下退火 20min ；
[0078]6)透切:通過切割方式將步驟5)所得結(jié)構(gòu)形成獨(dú)立芯片。
[0079]執(zhí)行步驟3)、步驟4)和步驟5)之前先進(jìn)行清洗操作。
[0080]實(shí)施例9
[0081]如圖1?3和圖5所示，本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管的制造方法，包含以下步驟:
[0082]I)第一次外延生長:在襯底I上自下而上依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6 ；
[0083]2)光刻刻蝕:在上包覆層6上進(jìn)行ICP干法刻蝕形成局部摻雜突變區(qū)7 ；
[0084]3)第二次外延生長:在步驟2)所得結(jié)構(gòu)上形成外延窗口層8 ；
[0085]4)上電極9制備:在步驟3)所得結(jié)構(gòu)上蒸鍍Au/BeAu/Au,在465°C下退火15min,光刻刻蝕，去膠；
[0086]5)下電極10制備:將襯底I用研磨的方式減薄至190 ±10 μ m，在襯底I的背面蒸鍛 GeAu/Au,在 36CTC下退火 30min ；[0087]6)透切:通過切割方式將步驟5)所得結(jié)構(gòu)形成獨(dú)立芯片。
[0088]執(zhí)行步驟3)、步驟4)和步驟5)之前先進(jìn)行超聲清洗操作。
[0089]實(shí)施例10
[0090]如圖1?5所示，本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管的制造方法，包含以下步驟:
[0091]I)第一次外延生長:在襯底I上自下而上依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6 ；
[0092]2)光刻刻蝕:在上包覆層6上進(jìn)行ICP干法刻蝕形成局部摻雜突變區(qū)7 ；
[0093]3)第二次外延生長:在步驟2)所得結(jié)構(gòu)上形成外延窗口層8 ；
[0094]4)上電極9制備:在步驟3)所得結(jié)構(gòu)上蒸鍍Au/BeAu/Au,在465°C下退火15min,光刻刻蝕，去膠；
[0095]5)下電極10制備:將襯底I用研磨的方式減薄至190 ±10 μ m，在襯底I的背面蒸鍛 GeAu/Au,在 36CTC下退火 30min ；
[0096]6)半切，氧化:將半切所得結(jié)構(gòu)放入通有濕氧的氧化爐中，在400°C下氧化布拉格反射器3，布拉格反射器3的外圍區(qū)域形成布拉格反射器氧化區(qū)11 ；
[0097]7)透切:通過切割方式將步驟6)所得結(jié)構(gòu)形成獨(dú)立芯片。
[0098]執(zhí)行步驟3)、步驟4)和步驟5)之前先進(jìn)行清洗操作。
[0099]實(shí)施例11
[0100]如圖1?5所示，本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管的制造方法，包含以下步驟:
[0101]I)第一次外延生長:在襯底I上自下而上依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6 ；
[0102]2)光刻刻蝕:在上包覆層6上進(jìn)行ICP干法刻蝕形成局部摻雜突變區(qū)7 ；
[0103]3)第二次外延生長:在步驟2)所得結(jié)構(gòu)上形成外延窗口層8 ；
[0104]4)上電極9制備:在步驟3)所得結(jié)構(gòu)上蒸鍍Au/BeAu/Au,在450°C下退火30min,光刻刻蝕，去膠；
[0105]5)下電極10制備:將襯底I用研磨的方式減薄至190 ±10 μ m，在襯底I的背面蒸鍛 GeAu/Au,在 40CTC下退火 40min ；
[0106]6)半切，氧化:將半切所得結(jié)構(gòu)放入通有濕氮的氧化爐中，在450°C下氧化布拉格反射器3，布拉格反射器3的外圍區(qū)域形成布拉格反射器氧化區(qū)11 ；
[0107]7)透切:通過切割方式將步驟6)所得結(jié)構(gòu)形成獨(dú)立芯片。
[0108]執(zhí)行步驟3)、步驟4)和步驟5)之前先進(jìn)行超聲清洗。
[0109]實(shí)施例12
[0110]如圖1?5所示，本發(fā)明一種四元發(fā)光二極管的制造方法，包含以下步驟:
[0111]I)第一次外延生長:在襯底I上自下而上依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6 ；
[0112]2)光刻刻蝕:在上包覆層6上進(jìn)行ICP干法刻蝕形成局部摻雜突變區(qū)7 ；
[0113]3)第二次外延生長:在步驟2)所得結(jié)構(gòu)上形成外延窗口層8 ;
[0114]4)上電極9制備:在步驟3)所得結(jié)構(gòu)上蒸鍍Au/BeAu/Au,在500°C下退火1min,光刻刻蝕，去膠；
[0115]5)下電極10制備:將襯底I用研磨的方式減薄至190 ±10 μ m，在襯底I的背面蒸鍛 GeAu/Au,在 350°C下退火 1min ；
[0116]6)半切，氧化:將半切所得結(jié)構(gòu)放入通有濕氮的氧化爐中，在480°C下氧化布拉格反射器3，布拉格反射器3的外圍區(qū)域形成布拉格反射器氧化區(qū)11 ；
[0117]7)透切:通過切割方式將步驟6)所得結(jié)構(gòu)形成獨(dú)立芯片。
[0118]執(zhí)行步驟3)、步驟4)和步驟5)之前先進(jìn)行清洗操作。
[0119]襯底I表面可能存在缺陷，直接生長布拉格反射器3以及后續(xù)各層，可能導(dǎo)致缺陷增多；形成緩沖層2的目的是屏蔽襯底I表面缺陷，為后續(xù)各生長層提供理想的GaAs表面。
[0120]上包覆層6和外延窗口層8材料相同；局部摻雜突變區(qū)7包括低摻雜層和高摻雜層，低摻雜層通過對上包覆層6進(jìn)行光刻和刻蝕形成，上包覆層6的上表面屬于高摻雜層，約幾千A的厚度，外延窗口層8的整體為高摻雜層，即外延窗口層8的摻雜與上包覆層6上表面的摻雜相同或者相近。發(fā)光區(qū)5不摻雜，起始摻雜濃度相同，濃度不連續(xù)，高低濃度交界區(qū)即局部摻雜突變區(qū)7。上電極9要設(shè)置在局部摻雜突變區(qū)7的正上方，切割時(shí)要保證上電極9位于芯片中心位置。局部摻雜突變區(qū)7為電流阻擋層，主要起到電流阻擋的作用。下電極10通過真空鍍膜的方式制備，即蒸鍍操作。
[0121]布拉格反射器3從材料體系、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和降低串電阻方法等方面在發(fā)光二極管中應(yīng)用有著良好的技術(shù)優(yōu)勢。布拉格反射器3可以是多個(gè)或多層。高鋁含量層和低鋁含量層交疊分布形成布拉格反射器3。布拉格反射器3的外圍區(qū)域被氧化形成布拉格反射器氧化區(qū)11，布拉格反射器3的中心區(qū)域不含氧化物。布拉格反射器氧化區(qū)11的主要氧化物成分為氧化鋁。氧化鋁與半導(dǎo)體材料相比折射率高，用氧化鋁作為布拉格反射器3的高折射率材料增大高低折射率材料的折射率差值，提高布拉格反射器3的反射系數(shù)，但氧化鋁不導(dǎo)電。
[0122]通過第一次外延生長步驟，形成外延層基本結(jié)構(gòu):通過第二次外延生長形成外延窗口層8與低摻雜層構(gòu)成局部摻雜突變區(qū)7，形成完整外延結(jié)構(gòu)。通過兩次外延與光刻刻蝕方法，在上電極9下方制作局部摻雜突變區(qū)7，該區(qū)域方塊電阻大于周圍區(qū)域，當(dāng)電流從電極注入到半導(dǎo)體材料中時(shí)，電流自然向方塊電阻低的區(qū)域擴(kuò)展，從而減少載流子在電極正下方輻射復(fù)合的幾率，減少電極擋光導(dǎo)致的光損失。同時(shí)引入局部高反射率布拉格反射器3，與局部摻雜突變區(qū)7有機(jī)配合，大大提高器件的光提取效率，約提高一倍。
[0123]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，自下而上依次包括襯底(I)、緩沖層(2)、布拉格反射器(3)、下包覆層(4)、發(fā)光層(5)、上包覆層(6)、局部摻雜突變區(qū)(7)、外延窗口層(8)、上電極(9)和下電極(10)，所述局部摻雜突變區(qū)(7)位于所述上電極(9)的正下方，在所述襯底(I)上通過第一次外延生長依次形成所述緩沖層(2)、所述布拉格反射器(3)、所述下包覆層(4)、所述發(fā)光層(5)和所述上包覆層(6)，通過第二次外延生長形成所述外延窗口層(8) ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)的中心區(qū)域位于所述局部摻雜突變區(qū)(7)的正下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)的中心區(qū)域的面積>所述局部摻雜突變區(qū)(7)的面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)包括高鋁含量層和低鋁含量層，所述布拉格反射器(3)的外圍區(qū)域?yàn)椴祭穹瓷淦餮趸瘏^(qū)(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述高鋁含量層具體為高鋁含量的AlGaAs層或高鋁含量的AlGaInP層，鋁含量范圍為80%~100%，所述低鋁含量層具體為低鋁含量的AlGaAs層或低鋁含量的AlGaInP層，鋁含量范圍為0%~80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)由AlGaAs/AlGaAs、AlGaAs/AlGalnP、AlGalnP/AlGalnP 或 AlGalnP/AlGaAs 的重復(fù)單兀組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述襯底(I)和所述緩沖層(2)所用材料相同，所述材料具體為GaAs ;所述局部摻雜突變區(qū)(7)由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，所述半導(dǎo)體材料具體為P型半導(dǎo)體材料，所述P型半導(dǎo)體材料具體為GaP ;所述上電極(9)所用材料為Au/BeAu/Au,所述下電極(10)所用材料為GeAu/Au。
8.—種如權(quán)利要求1所述的四元發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，包含以下步驟: 1)第一次外延生長:在所述襯底(I)上自下而上依次形成所述緩沖層(2)、所述布拉格反射器(3)、所述下包覆層(4)、所述發(fā)光層(5)和所述上包覆層(6)； 2)光刻刻蝕:在所述上包覆層(6)上進(jìn)行ICP干法刻蝕形成所述局部摻雜突變區(qū)(7)； 3)第二次外延生長:在所述步驟2)所得結(jié)構(gòu)上形成所述外延窗口層(8)； 4)所述上電極(9)制備:在所述步驟3)所得結(jié)構(gòu)上蒸鍍Au/BeAu/Au,在450~500°C下退火10~30min，光刻刻蝕，去膠； 5)所述下電極(10)制備:將襯底(I)用研磨的方式減薄至190±10 μ m,在所述襯底(I)的背面蒸鍍GeAu/Au,在350~40CTC下退火10~40min ； 6)透切:通過切割方式將所述步驟5)所得結(jié)構(gòu)形成獨(dú)立芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種四元發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，執(zhí)行所述步驟6)之前進(jìn)行半切和氧化操作，將半切所得結(jié)構(gòu)放入通有濕氧或者濕氮的氧化爐中，在400~480°C下氧化所述布拉格反射器(3)，所述布拉格反射器(3)的外圍區(qū)域形成布拉格反射器氧化區(qū)(11)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的一種四元發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，執(zhí)行所述步驟3)、所述步驟4)和所述步驟5)之前先進(jìn)行清洗操作，所述清洗具體為超聲清洗。
【文檔編號】H01L33/10GK104037283SQ201410256130
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】杜曉東 申請人:北京太時(shí)芯光科技有限公司