一種串聯(lián)pn結(jié)發(fā)光二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體元器件一一發(fā)光二極管的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，簡(jiǎn)稱LED)屬半導(dǎo)體元器件之一，由于LED具有壽命長(zhǎng)、功耗小、體積小、堅(jiān)固耐用、多色顯示、響應(yīng)時(shí)間快、冷光發(fā)射、工作溫度穩(wěn)定性好、電壓低和有利于環(huán)保，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑物外觀照明、景觀照明、標(biāo)識(shí)與指示性照明、室內(nèi)空間展示照明、娛樂(lè)場(chǎng)所及舞臺(tái)照明和視頻屏幕，隨著顯示屏采用LED當(dāng)背光源后，LED將打開(kāi)了新的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]傳統(tǒng)四元系A(chǔ)lGaInP LED有源區(qū)的帶寬決定了器件的電壓范圍在1.8?2.2伏之間，而GaN藍(lán)綠光LED的電壓范圍在2.8?3.5伏之間，由于電壓范圍不匹配，電路要單獨(dú)設(shè)計(jì)，增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜度和成本。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]鑒于上述傳統(tǒng)LED的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提出一種通過(guò)串聯(lián)可實(shí)現(xiàn)電壓范圍在2.2?
3.5V之間的串聯(lián)PN結(jié)發(fā)光二極管。
[0005]本實(shí)用新型包括在基板一側(cè)設(shè)置下電極，在基板另一側(cè)依次設(shè)置DBR層、N限制層、有源層、P限制層、電流擴(kuò)展層、歐姆接觸層和上電極，其特征在于在P限制層和電流擴(kuò)展層之間設(shè)置相互串聯(lián)的P型層和N型層。
[0006]本實(shí)用新型形成了量子阱(MQW)PiN結(jié)和串聯(lián)PN結(jié)，PiN結(jié)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)一致，串聯(lián)PN的生長(zhǎng)可根據(jù)電壓的需求，來(lái)對(duì)外延層的組分、摻雜和厚度進(jìn)行調(diào)整。本實(shí)用新型在量子阱的任意一側(cè)串聯(lián)可調(diào)節(jié)電壓的串聯(lián)PN結(jié)，實(shí)現(xiàn)四元系A(chǔ)lGaInP發(fā)光二極管的電壓可調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電壓范圍在2.2?3.5V之間，使得產(chǎn)品與藍(lán)綠光的搭配更簡(jiǎn)單，并拓展了應(yīng)用領(lǐng)域。
[0007]另外，本實(shí)用新型還可在歐姆接觸層和上電極之間設(shè)置ITO層。ITO材料具備良好的導(dǎo)電及透光性能，通常其厚度在1000至5000A的范圍內(nèi)，透過(guò)率可以達(dá)到90%以上，可以作為增透膜提高透過(guò)率。另外，ITO的電導(dǎo)率接近金屬，有良好的電流擴(kuò)展功能。因此，ITO在光電領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
[0008]【附圖說(shuō)明】:
[0009]圖1為傳統(tǒng)的正極性LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為傳統(tǒng)正極性ITO-LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3為本實(shí)用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖4為本實(shí)用新型的另一種結(jié)構(gòu)不意圖。
[0013]其中:101、201為上電極；102、202為歐姆接觸層；103、203為電流擴(kuò)展層；104、204為P限制層；105、205為有源層；106、206為N限制層；107、207為DBR層；108、208為GaAs基板；109、209為下電極；212為ITO層；301、401為P型層；302、402為N型層。
[0014]【具體實(shí)施方式】:
[0015]圖1和圖2為典型的兩類(lèi)產(chǎn)品。
[0016]圖1顯示了在GaAs基板108—側(cè)設(shè)置下電極109，在基板108另一側(cè)依次設(shè)置DBR層107、N限制層106、有源層105、P限制層104、電流擴(kuò)展層103、歐姆接觸層102和上電極101。
[0017]圖2顯示了在GaAs基板208—側(cè)設(shè)置下電極209，在基板208另一側(cè)依次設(shè)置DBR層207、N限制層206、有源層205、P限制層204、電流擴(kuò)展層203、歐姆接觸層202、IT0層212和上電極201。
[0018]圖1為發(fā)展最早的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖，目前主要應(yīng)用于數(shù)碼點(diǎn)陣，指示領(lǐng)域，圖2為ITO技術(shù)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖，因其成本低和性能高的優(yōu)點(diǎn)，目前應(yīng)用比較廣泛，主要應(yīng)用于市內(nèi)顯示屏，并可取代圖1產(chǎn)品。
[0019]本實(shí)用新型在量子阱(MQW PiN)的任意一側(cè)串聯(lián)可調(diào)節(jié)電壓的串聯(lián)PN結(jié)，實(shí)現(xiàn)四元系A(chǔ)lGaInP發(fā)光二極管的電壓可調(diào)節(jié)，與藍(lán)綠光的搭配更簡(jiǎn)單，并拓展了應(yīng)用領(lǐng)域。
[0020]實(shí)施實(shí)例一:
[0021]如圖3示，在材料為GaAs的生長(zhǎng)基板108上通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延法在基板108同一側(cè)依序生長(zhǎng) DBR 層 107(GaAs/AlGaAs);N 限制層 106(Α1ΙηΡ);有源層 105(AlxGa(1—χ)ΙηΡ);Ρ限制層104(八111^);?型層302(八1八8或八16&八8或八111^或6&11^，并符合:(八14&91^))
0.5InQ.5P，其中，X為O或1。)，該層的摻雜劑可選擇Mg或C，摻雜濃度范圍lel7至lel9;N型層301(厶1厶8或厶163厶8或厶111^或6311^，并符合:(厶143911))().5111().5?，其中4為0或1。)，該層的摻雜劑可選擇Si或Te，摻雜濃度范圍lel7至lel9;電流擴(kuò)展層103(GaP或(AlxGau-x))0.5InQ.5P);歐姆接觸層102(InxGa(1—x)As或GaP)，形成完整的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
[0022]芯片工藝制作:選用215和511溶液清洗，利用電子束蒸發(fā)和熱蒸發(fā)的方式在歐姆接觸層102表面蒸鍍電極層，電極層中的歐姆接觸金屬選用AuBe，焊線電極選用金屬Au或Al，阻擋層選用金屬Ti。蒸鍍金屬后，涂覆2微米左右的正性光刻膠，光刻尺寸為60至100微米，曝光158，120度烘烤301^11，顯影11^11吹干。再經(jīng)過(guò)金蝕刻液蝕刻51^11，選用42700去膠液，去除溫度60?100°C，上電極101制作完成。歐姆接觸的退火溫度范圍為400?550°C。再經(jīng)研磨，將GaAs的生長(zhǎng)基板108減薄至160?190微米內(nèi)，選用215溶液清洗后，利用熱蒸發(fā)的方式，在GaAs的生長(zhǎng)基板108表面蒸鍍金屬電極109，金屬選用AuGe，厚度500至2000埃。
[0023]通過(guò)以上流程制作出圖3的產(chǎn)品，該產(chǎn)品為反極性LED芯片。
[0024]實(shí)施實(shí)例二:
[0025]如圖4所示，在材料為GaAs的生長(zhǎng)基板208上通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延法在基板208同一側(cè)依序生長(zhǎng) DBR 層 207(GaAs/AlGaAs);N 限制層 206(Α1ΙηΡ);有源層 MQW105(AlxGa(1—x)InP) ; P限制層204(Al InP) ; P型層402 (AlAs或AlGaAs或Al InP或GaInP，并符合:(AlxGa91-x))Q.5In().5P，其中，X為O或1。)，該層的摻雜劑可選擇Mg或C，摻雜濃度范圍lel7至lel9;N型層401 (AlAs或AlGaAs或AlInP或GalnP，并符合:(AlxGa91-χ))ο.5Ιηο.5Ρ，其中，x為O或1。)，該層的摻雜劑可選擇Si或Te，摻雜濃度范圍lel7至lel9;電流擴(kuò)展層203(GaP或(AlxGau-χ))ο.5Ιηο.5Ρ);;歐姆接觸層202(GaInP)，形成完整的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
[0026]芯片工藝制作:選用ACE溶液清洗，利用電子束蒸發(fā)的方式在歐姆接觸層202表面蒸鍍ITO層212，采用負(fù)膠剝離的方式制作上電極，負(fù)膠厚度4至7微米，曝光5至15s，顯影30至60s，利用電子束蒸發(fā)的方式蒸鍍金屬，上電極201分兩種結(jié)構(gòu)，第一種的結(jié)構(gòu)為Cr\Ti\Pt\Al，第二種結(jié)構(gòu)為Cr\Au，蒸鍍完成后，浸泡ACE中5至20min，將負(fù)膠剝離，上電極101制作完成。再用大盤(pán)研磨，將GaAs的生長(zhǎng)基板108減薄至160?190微米，利用熱蒸發(fā)的方式，在GaAs的生長(zhǎng)基板108表面蒸鍍金屬電極209，金屬選用AuGe，厚度500?2000埃，采用管式爐退火1min，退火溫度380?450°C。
[0027]通過(guò)以上流程制作出圖4的產(chǎn)品，該產(chǎn)品為串聯(lián)PN結(jié)正極性LED芯片。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種串聯(lián)PN結(jié)發(fā)光二極管，包括在基板一側(cè)設(shè)置下電極，在基板另一側(cè)依次設(shè)置DBR層、N限制層、有源層、P限制層、電流擴(kuò)展層、歐姆接觸層和上電極，其特征在于在P限制層和電流擴(kuò)展層之間設(shè)置相互串聯(lián)的P型層和N型層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述串聯(lián)PN結(jié)發(fā)光二極管，其特征在于在歐姆接觸層和上電極之間設(shè)置ITO層。
【專利摘要】一種串聯(lián)PN結(jié)發(fā)光二極管，涉及半導(dǎo)體元器件的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型包括在基板一側(cè)設(shè)置下電極，在基板另一側(cè)依次設(shè)置DBR層、N限制層、有源層、P限制層、電流擴(kuò)展層、歐姆接觸層和上電極，其特征在于在P限制層和電流擴(kuò)展層之間設(shè)置相互串聯(lián)的P型層和N型層。本實(shí)用新型形成了量子阱（MQW）PiN結(jié)和串聯(lián)PN結(jié)，串聯(lián)PN的生長(zhǎng)可根據(jù)電壓的需求，來(lái)對(duì)外延層的組分、摻雜和厚度進(jìn)行調(diào)整。本實(shí)用新型在量子阱的任意一側(cè)串聯(lián)可調(diào)節(jié)電壓的串聯(lián)PN結(jié)，實(shí)現(xiàn)四元系A(chǔ)lGaInP？發(fā)光二極管的電壓可調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電壓范圍在2.2～3.5V之間，使得產(chǎn)品與藍(lán)綠光的搭配更簡(jiǎn)單。
【IPC分類(lèi)】H01L33/42, H01L33/06
【公開(kāi)號(hào)】CN205303502
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】楊凱, 徐洲, 何勝, 李波, 李俊承, 李洪雨, 林鴻亮, 張雙翔, 張永
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州乾照光電有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2015年12月22日