[发明专利]带电流调整层的AlGaInP系LED芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种AlGaInP(铝镓铟磷)系LED(发光二极管)的结构及其制备方法，属于 光电子技术领域。

背景技术

发射红光或黄光的高亮度AlGaInP系的LED具有体积小、寿命长、功耗低等优点，在RGB 白色光源、全色显示、交通信号灯、城市亮化工程等领域具有广阔的应用前景。

目前，普通AlGaInP系LED芯片的结构如图1所示，自下而上包括下电极2、衬底3、布 拉格反射层4、下限制层5、有源区6、上限制层7、电流扩展层8和上电极1，从上电极1 注入电流，电子和空穴在有源区辐射复合发光，产生的光子从LED的上表面发射出来。这种 结构的LED存在的主要问题是：从上电极1注入的电流通过电流扩展层8横向扩展而流经有 源区6辐射复合产生光子。由于目前的外延生长技术难以获得高掺杂、厚度较厚的电流扩展 层8，导致电流扩展层8的横向电流扩展能力不强。因此，从上电极1注入的电流绝大部分 汇集在上电极1的正下方。而P型电极一般为非透明电极，对应电极区域在有源区辐射复合 产生的光子，不但不能发射到体外，而且在体内被吸收并产生大量的热，严重影响LED性能 的进一步提高。因此，对于此结构的LED，存在发光效率低、光功率较小、热特性差等问题， 影响了发光二极管的寿命。

关于解决上电极1正下方电流密度较大的问题，有学者提出过在上限制层7和电流扩展 层8之间制作电流阻挡层，如中国专利文献CN101388431公开了一种《电流阻挡层的分布与 上电极对应的发光二极管及其制备方法》，其结构包括上电极、电流扩展层、上限制层、有源 区、下限制层、缓冲层、衬底、下电极，还包括有位于上电极的正下方的电流阻挡层，电流 阻挡层的分布与上电极相对应，在上电极与电流扩展层之间设置有导电光增透层；并且电流 阻挡层设置在导电光增透层或电流扩展层或上限制层或有源区里面，或相邻的两层、三层、 四层的里面；其中电流阻挡层是通过后工艺实现的。该方法有效的阻挡了电流从上电极直接 向下输运，增加电流的扩展，提高了发光效率。电流阻挡层的制作方法一般是采用二次外延 的办法，即先生长部分GaP电流扩展层，取出外延片在对应电极的GaP处进行刻蚀，然后在 GaP电流扩展层上蒸SiO₂绝缘层(即电流阻挡层)，去除电极外的SiO₂绝缘层；再放到外延炉 中生长全部GaP电流扩展层，故称为二次外延，也就是先通过光刻等工艺在上限制层7与电 流扩展层8之间制备好电流阻挡层之后，再外延生长电流扩展层，并在电流扩展层上方制备 上电极，该工艺复杂、成本高、成品率低。也有人通过离子注入的方法，在电流扩展层和接 触层所构成的厚电流扩展层上进行离子注入或扩散形成阻挡层，此方法中的电流阻挡层厚度 很难精确控制，其下方仍存有电流扩展，因而不能阻挡电流在电极下方的汇聚，且厚电流扩 展层(8-50um)和离子注入及扩散工艺复杂，减少工艺可控性和可成品率，从而增加产品成 本。

中国专利文献CN1655369公开了《一种高效发光二极管的结构及其制备方法》，根据该 发明，发光二极管结构中至少有一层易氧化的III-V半导体结构。在发光二极管制备过程中 通过对此易氧化的III-V半导体结构氧化，在发光二极管侧面形成不导电的载流子阻挡层， 以减少载流子在发光二极管侧面复合，提高发光二极管效率。但是该文献只描述了侧向氧化， 且未提及氧化后的绝缘层与电极相对应来作为电流阻挡层，不能解决上电极正下方电流密度 较大的问题。

发明内容

本发明针对现有带电流阻挡层的AlGaInP系LED存在的电流阻挡层厚度难以精确控制、 制备工艺复杂、阻挡电流效果差的问题，提供一种能够彻底阻挡电流从上电极直接向下输运、 增加电流的扩展，发光效率高的带电流调整层的AlGaInP系LED芯片，同时提供一种该带电 流调整层的AlGaInP系LED芯片的制备方法。

本发明的带电流调整层的AlGaInP系LED芯片自下而上包括下电极、衬底、布拉格反射 层、下限制层、有源区、上限制层、电流扩展层和上电极，在上限制层和电流扩展层之间设 有电流调整层，电流扩展层和电流调整层形成复合窗口层，该电流调整层采用易氧化材料高 铝含量的铝镓砷(Al_xGa_1-xAs)材料，铝的摩尔量大于80％而小于100％(0.8＜x＜1)，电流调 整层上设有绝缘的三氧化二铝电流阻挡区，且电流阻挡区与上电极形状和位置对应一致。