一种AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构及其制备方法，该薄膜芯片包括：P电极、键合基板、键合金属层、金属反射导电层、介质层、P面接触电极、P型电流扩展层、P型限制层、P侧空间层、多量子阱发光区、N侧空间层、N型限制层、N型粗化层、N型欧姆接触层、N电极，特征是：在N型限制层和N型粗化层之间设有N型电流扩展层，N型粗化层使用的(Al

AlGaInP light-emitting diode film chip structure and preparation method thereof

The invention discloses a light emitting diode chip AlGaInP thin film structure and a preparation method of the thin film chip includes: P electrode, bonding substrate, metal bonding layer and a metal reflective conductive layer, a dielectric layer, P contact electrode, P type, P type limiting current spreading layer layer, P layer, multi lateral space quantum well light emitting area, N side space layer, the type N restriction layer, N rough layer, N layer, N type ohmic contact electrode, characterized in that it is provided with N type current spreading layer between the N layer and the N type limit roughening layer, N thick layer use (Al

【技术实现步骤摘要】
一种AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构及其制备方法
本专利技术涉及半导体发光器件领域，尤其是涉及一种AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构及其制备方法。
技术介绍
半导体发光二极管(Light-EmittingDiodes，LED)已经在很多领域被广泛应用，被公认为下一代绿色照明光源。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发光二极管在固态照明和显示领域中有着重要应用，例如全色彩屏幕显示器、汽车用灯、背光源、交通信号灯及日常照明灯等。近年来，人们在AlGaInP发光二极管外延材料生长技术上取得了很大进步，其内量子效率可达到90％以上。但直接在砷化镓衬底上生长的外延材料直接在衬底制备N电极、表面制备P电极的LED芯片存在衬底吸收和全反射损耗这两大影响因素，电光转换效率很低，一般小于10％。为降低衬底吸收、抑制全反射提高电光转换效率，一种非常有效的办法是制备薄膜芯片。其采用在砷化镓衬底上生长AlGaInP发光二极管外延材料，然后P面向下键合到硅、锗、蓝宝石等其他具有反射结构的基板上，将砷化镓衬底去除，然后制作N电极并进行表面粗化来减少光输出面的全反射损耗，这种薄膜芯片可以将LED的电光转换效率提升3～6倍，达到30～60％。AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构业界有多方案，其典型结构如图1所示，其主要包括：键合基板100、键合金属层101、反射金属导电层102、介质层103、P面接触电极104、P型电流扩展层105、P型限制层106、P侧空间层107、多量子阱发光区108、N侧空间层109、N型限制层110、N型粗化层112、N型欧姆接触层113、N电极114、P电极115。代表性专利有：专利CN200410101246.4，其主要创新为P面采用银反射镜，并采用通孔P面电极和透明介质层制备高反射、低欧姆接触P面结构；专利CN200610114080.9，其在P面使用了ITO透明导电膜，配合SixNy介质制备P面高反射率、高P面电流扩展能力结构；专利CN200810177820.2，其在P面采用双层氧化物透明导电层中间夹带介质层，配合金属反射层制备ODR结构提高P面光反射能力；专利201410538800.9，其通过在N面欧姆接触层上制备适合电流扩展的图形来提高N型电流扩展能力。由于该类薄膜芯片的P面为键合面，不是最终出光面表面，因此可以使用点状或条状电极加上金属反射或金属/介质制备反射导电层进行性能提升。但在N型出光面的电流扩展提升方面，都局限于优化金属电极图形来改良，即尽量减少电极图形面积，并让N面电极均匀覆盖在上表面，电极外其他区域进行粗化处理减少全发射损耗。AlGaInP材料铝组份越高，其腐蚀粗化越容易，因此薄膜芯片的粗化层多使用铝组份高于50％的高铝组份AlGaInP材料，但高铝组份的N型AlGaInP材料的载流子迁移率很低，因此电流扩展能力较差，为保证电流扩展良好，粗化层的厚度通常要生长5微米以上，且N电极条之间距离不能太大(通常小于80微米)，成本高且N电极遮光严重。因此，设计和制备能够兼顾表面粗化和电流扩展需求的AlGaInP薄膜芯片具有非常重要的价值。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种兼顾粗化和N面电流扩展需求的AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构。本专利技术的第二个目的在于提供一种AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构的制备方法。本专利技术的第一个目的是这样实现的：一种AlGalnP发光二极管薄膜芯片结构，自下而上依次包括：P电极、键合基板、键合金属层、金属反射导电层、介质层、P面接触电极、P型电流扩展层、P型限制层、P侧空间层、多量子阱发光区、N侧空间层、N型限制层、N型粗化层、N型欧姆接触层、N电极，特征是：在N型限制层和N型粗化层之间设有N型电流扩展层。N型粗化层和N限制层之间的N型电流扩展层所使用的(AlxGa1-x)0.5In0.5P材料中的铝组份x满足0.1≤x≤0.5。N型粗化层和N限制层之间的N型电流扩展层的厚度为2∽4微米。N型粗化层和N限制层之间的N型电流扩展层的掺杂浓度为0.7∽4E18cm-3。N型粗化层所使用的(AlxGa1-x)0.5In0.5P材料中的铝组份为0.5≤x≤1.0，厚度为0.5∽2微米，掺杂浓度为1∽4E18cm-3。本专利技术的第二个目的是这样实现的：一种AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构的制备方法，包括以下步骤：首先利用金属有机化学气相沉积技术生长包含N型电流扩展层和N型粗化层的外延材料，生长过程中，三族元素使用的原材料包括三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三甲基铝(TMAl)，五族元素使用的原材料包括砷烷(AsH3)、磷烷(PH3)，N型掺杂采用硅元素(Si)，P型掺杂使用镁元素(Mg)；生长过程是将上述原材料以气相方式送入反应室，依次在N型砷化镓衬底上逐层外延生长砷化镓缓冲层、腐蚀阻挡层、N型欧姆接触层、N型粗化层、N型电流扩展层、N型限制层、N侧空间层、多量子阱发光区、P侧空间层、P型限制层、P型电流扩展层，各层的材料组份、掺杂和厚度通过常规外延技术来实现，即通过控制不同元素进入反应室的流量比例和时间来调控；外延材料制备完毕后，利用金属蒸发、光刻、腐蚀、键合、合金、切割这些常规的管芯制备工艺将外延材料转移到键合基板上制备N面出光的AlGaInP发光二极管薄膜芯片。N型粗化层的粗化腐蚀使用盐酸∶水＝x∶3(1＜x＜3)腐蚀液在30±2度下腐蚀2～4分钟。本专利技术是在N型限制层和N型粗化层之间增设有N型电流扩展层，N型粗化层所使用的(AlxGa1-x)0.5In0.5P材料中的铝组份x满足0.5≤x≤1，使用盐酸∶水＝x∶3(1＜x＜3)腐蚀液进行粗化，提高出光效率；N型电流扩展层所使用的(AlxGa1-x)0.5In0.5P材料中的铝组份x满足0.1≤x≤0.5，这种低铝组份的(AlxGa1-x)0.5In0.5P材料电子迁移率高，可以提高电流扩展能力，从而提高LED电光转换效率。因此，本专利技术具有兼顾粗化和N面电流扩展需求，可大幅度提升AlGaInP发光二级管的电光转换效率。附图说明图1为已知典型AlGaInP发光二级管薄膜芯片的结构示意图；图2为本专利技术的AlGaInP发光二极管外延材料的结构示意图；图3为本专利技术的结构示意图；附图中标记说明：图1中：100：键合基板，101：键合金属层，102：反射金属导电层，103：介质层，104：P面接触电极，105：P型电流扩展层，106：P型限制层，107：P侧空间层，108：多量子阱发光区，109：N侧空间层，110：N型限制层，112：N型粗化层，113：N型欧姆接触层，114：N电极，115：P电极；图2中：200：砷化镓衬底，205：P型电流扩展层，206：P型限制层，207：P侧空间层，208：多量子阱发光区，209：N侧空间层，210：N型限制层，211：N型电流扩展层，212：N型粗化层，213：N型欧姆接触层，288：砷化镓缓冲层，299：腐蚀阻挡层；图3中：300：键合基板，301：键合金属层，302：金属反射导电层，303：介质层，304：P面接触电极，305：P型电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构，自下而上依次包括：P电极、键合基板、键合金属层、金属反射导电层、介质层、P面接触电极、P型电流扩展层、P型限制层、P侧空间层、多量子阱发光区、N侧空间层、N型限制层、N型粗化层、N型欧姆接触层、N电极，其特征在于：在N型限制层和N型粗化层之间设有N型电流扩展层。

【技术特征摘要】
1.一种AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构，自下而上依次包括：P电极、键合基板、键合金属层、金属反射导电层、介质层、P面接触电极、P型电流扩展层、P型限制层、P侧空间层、多量子阱发光区、N侧空间层、N型限制层、N型粗化层、N型欧姆接触层、N电极，其特征在于：在N型限制层和N型粗化层之间设有N型电流扩展层。2.根据权利要求1所述的AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构，其特征在于：N型粗化层和N限制层之间的N型电流扩展层所使用的(AlxGa1-x)0.5In0.5P材料中的铝组份x满足0.1≤x≤0.5。3.根据权利要求1或2所述的AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构，其特征在于：N型粗化层和N限制层之间的N型电流扩展层的厚度为2∽4微米。4.根据权利要求3所述的AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构，其特征在于：N型粗化层和N限制层之间的N型电流扩展层的掺杂浓度为0.7∽4E18cm-3。5.根据权利要求1所述的AlGaInP发光二极管薄膜芯片结构，其特征在于：N型粗化层所使用的(AlxGa1-x)0.5In0.5P材料中的铝组份为0.5≤x≤1.0，厚度为0.5∽2微米，掺杂浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：李树强，江风益，
申请(专利权)人：南昌大学，南昌黄绿照明有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36