[发明专利]一种AlGaInP发光二极管芯片结构

说明书

本发明涉及半导体发光器件领域，尤其是涉及一种AlGaInP发光二极管结构。本发明采用N型Ga_xIn_1‑xP欧姆接触层(0.4≤x≤0.6)代替N型GaAs欧姆接触层。Ga_xIn_1‑xP(0.4≤x≤0.6)材料与GaAs衬底具有很好的晶格匹配性，禁带宽度较大，对红光有较好的透明性，并且与GaAs有很好的选择腐蚀性，在制造芯片过程中也可以看到P面的图形而无需开窗工艺。而且，通过合理的掺杂设计，可以很好的与N电极形成良好的欧姆接触，保证较低的工作电压。在外延生长过程中，可在缓冲层生长后直接生长N型Ga_xIn_1‑xP欧姆接触层(0.4≤x≤0.6)，然后生长N型层，与现有工艺相比更加简单，成本更低。

技术领域

本发明涉及半导体发光器件领域，尤其是涉及一种AlGaInP发光二极管结构。

背景技术

半导体发光二极管(LED)被公认为新一代照明光源。与砷化镓衬底晶格匹配的AlGaInP材料可覆盖从560nm到650nm范围的可见光波长，是制备红色到黄绿色LED的优良材料。AlGaInP发光二极管在显示领域中有着重要的应用，如全色彩屏幕显示器、汽车用灯、交通信号灯等。随着InGaN基黄光LED光效的不断提升，纯LED照明光源(无荧光粉，采用多基色LED合成白光)已经达到实用化水平。在纯LED照明光源(尤其是低色温LED光源)中，红光有着不可替代的作用，需求将大幅增加。

近年来，AlGaInP发光二极管外延材料生长技术取得了很大进步，其红光波段的内量子效率可达到90％以上。然而，由于砷化镓衬底吸光以及全反射损耗的缘故，不剥离砷化镓衬底的芯片结构电光转换效率很低，一般小于10％。为消除衬底吸收、减缓全反射对电光转换效率的影响，提升AlGaInP发光二极管的取光效率，人们发明了将砷化镓衬底剥离的薄膜型芯片结构。薄膜型AlGaInP发光二极管芯片制作过程为：首先在砷化镓衬底上依次生长包括缓冲层、腐蚀截止层、N型GaAs欧姆接触层、N型层、发光层、P型层和高阻半导体层在内的AlGaInP发光二极管外延薄膜；AlGaInP发光二极管外延材料，之后P面向下键合到具有反射结构的硅、锗、金属等基板上，将砷化镓衬底和缓冲层去除，然后腐蚀掉腐蚀截止层，在N型GaAs欧姆接触层上制作N电极，最后腐蚀掉N电极之外的N型GaAs欧姆接触层，并在N型层上进行表面粗化来减少光输出面的全反射损耗，这种薄膜型芯片结构可大幅提升AlGaInP发光二极管的电光转换效率，达到30～60％。

现有的薄膜型AlGaInP发光二极管芯片的典型结构如图1所示，其主要包括：基板、键合金属层、反射金属层、介质层、P型接触电极、P型层、发光层、N型层、N型GaAs欧姆接触层、N电极、P电极。

在现有薄膜型AlGaInP发光二极管芯片结构中，为了避免对发光层106发光的吸收，通常要求各层都选择禁带宽度比发光层发光光子能量更大的材料，如N型层一般选择(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P(0.1≤x≤0.5)材料。然而(Al_xGa_1-x)_0.5

In_0.5P(0.1≤x≤0.5)很难做好N电极的欧姆接触，因此现有结构中都在N型层上方设置一层N型GaAs欧姆接触层来实现与N电极良好的欧姆接触，这样很好的解决了N电极欧姆接触的问题。然而，GaAs的禁带宽度仅有1.42eV(对应红外波段)，对于(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P(0≤x≤0.3)发光层发出的黄绿光到红光波段的光有非常强的吸收。N型GaAs欧姆接触层位于有N电极的区域，在不同尺寸的薄膜型AlGaInP发光二极管芯片结构中，占芯片总面积的10～40％不等，对发光层的发光具有较强的吸收，从而降低了薄膜型AlGaInP发光二极管芯片的出光效率。换言之，现有薄膜型AlGaInP发光二极管芯片结构在N型欧姆接触与芯片取光效率之间存在矛盾。