[发明专利]高亮度发光二极管及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管，尤其是一种以磷化镓（GaP）作为永久衬底，并带有高反射率金属反射镜的高亮度发光二极管及制备方法。

背景技术

发光二极管（lighting emitting diode，LED）是一种冷光发光器件，其具有体积小，寿命长，响应速度快，可靠性高等优点，在现代社会生活中大量应用于显示屏，交通指示灯，信号灯，汽车灯等等诸多方面。

磷化铝镓铟（InAlGaP）四元系材料适合制造红、橙、黄和黄绿光发光二极管，拥有晶格匹配的砷化镓（GaAs）外延生长衬底，具有很高的内量子效率。然而由于光萃取效率低下，导致外量子效率很低。影响光提取效率的因素主要包括窗口层内部反射，金属电极的遮挡和砷化镓衬底的吸收等。

一方面，芯片内部向上传播的光，只有小于临界反射角入射芯片表面的部分光才能离开芯片发射出来，其余部分则被芯片表面反射回来，最终在芯片内部被俘获和吸收。由于半导体折射率通常较高，临界反射角较小，导致光提取效率很低。另一方面，砷化镓衬底会吸收磷化铝镓铟有源区发出的向下传播的可见光，且其热传导性较差。

现有的磷化铝镓铟（InAlGaP）四元系红光发光二极管，采用砷化镓（GaAs）作为衬底，并在砷化镓（GaAs）衬底上由下至上依次设有分布布拉格反射器（DBRs），n型限制层，多量子阱有源区，p型限制层和p型磷化镓（GaP）窗口层。其中，磷化镓（GaP）层是良好的光窗材料，若增加其厚度，侧出光面积也随之增加，电极遮挡影响也相对减弱，能够显著改善其发射效率。为了充分发挥磷化镓的优点，目前一般采用将透明的磷化镓衬底键合（bonding）到发光二极管芯片上，以取代原先不透明的砷化镓GaAs衬底，从而完全消除衬底的吸收。但是，此键合技术工艺难度大，成品率低，成本较高。另外，上述结构中，分布布拉格反射器（DBRs）是用来阻挡砷化镓衬底对光的吸收的，由于布拉格反射器（DBRs）的反射率角比较窄，只对接近法向入射的光反射率大，仍然有相当部分的光会被砷化镓衬底吸收，而且，布拉格反射器（DBRs）容易增加发光二极管的工作电压和不可靠性。

为了使发光二极管的光萃取效率提高，通常采取以金属反射器取代布拉格反射器（DBRs）方式，用以将任何角度的光有效反射回发光二极管正面，而且，不会导致发光二极管工作电压升高。在金属反射器制作工艺过程中，一般采取以下步骤：

⑴ 将外延片转移到新的临时衬底上；

⑵ 去除生长衬底；

⑶ 蒸镀金属反射器；

⑷ 将蒸镀后的金属反射器再贴附（bonding）到永久衬底上；

⑸ 去除临时衬底。

由于上述工艺步骤比较繁杂，批量生产时，稍有误差就会影响到工艺的稳定性，增加不良产品率。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种高亮度发光二极管及制备方法，其采用直接在外延生长一层磷化镓（GaP）做为发光窗口层和永久衬底层的方式，用以取代现有金属反射器工艺中二次衬底贴附（bonding）的步骤，不仅大大增加了光的提取效率、简化了制作工艺，而且，还提高了发光二极管制作工艺的稳定性和产品的良品率。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种高亮度发光二极管，设有砷化镓（GaAs）衬底，其特征在于：砷化镓（GaAs）衬底上由下至上依次设有砷化铝（AlAs）剥离层，n型限制层，构成发光二极管的核心发光区域的多量子阱有源区, p型限制层，作为永久衬底层的p型窗口层，通过上述层结构的相互连接构成一发光二极管结构。

所述 n型限制层的底面上还设有高反射率金属反射层；在高反射率金属反射层的底面上设有n型电极，并形成一芯片整体；经切割后的芯片整体成为发光二极管（LED）所需的芯片。

所述n型限制层为：n型磷化铝镓铟[(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP]材料，其中，x为：0.6～1，y为0.4～0.6。