一种高效电流注入发光二极管及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电子技术领域，特别涉及AlGaInP四元系发光二极管的制造技术领域。
【背景技术】
[0002]四元系AlGaInP是一种具有直接宽带隙的半导体材料，已广泛应用于多种光电子器件的制备。由于材料发光波段可以覆盖可见光的红光到黄绿波段，由此制成的可见光发光二极管受到广泛关注。
[0003]传统的垂直结构AlGaInP发光二极管借助厚的P-GaP电流扩展层进行横向扩展后将电流注入发光区，一方面由于P-GaP电流扩展能力有限，电极下方附近区域电流密度较高，离电极较远的区域电流密度较低，导致整体的电流注入效率偏低，从而降低了发光二极管的出光效率。另一方面厚的P-GaP需要较长的生长时间，源耗较高，导致成本大大增加。
[0004]高亮度反极性AlGaInP芯片采用键合工艺实现衬底置换，用到热性能好的硅衬底(硅的热导率约为1.5W/K.cm)代替砷化镓衬底(砷化镓的热导率约为0.8W/K.cm),芯片具有更低热阻值，散热性能更好。采用高反射率的全方位反射镜技术来提高反射效率。采用表面粗化技术改善芯片与封装材料界面处的全反射，亮度会更高。但是由于制作步骤繁多，工艺非常复杂，导致制作成本偏高，成品率低。
【发明内容】
[0005]本发明目的是提出一种能提升发光二极管出光效率的高效电流注入发光二极管。
[0006]本发明从下到上依次包括第二电极、衬底、N-GaAs过渡层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、MQW多量子阱有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层、P-GaP电流扩展层、透明导电层和第一电极，其特点是:所述P-GaP电流扩展层为三层，分别为第一P-GaP电流扩展层、图形化的第二 P-GaP电流扩展层和图形化的第三P-GaP电流扩展层。
[0007]电流经过第一电极注入到透明导电层后，在透明导电层进行横向扩展，主要通过第三P-GaP电流扩展层将大部分电流注入到有源区，第二 P-GaP电流扩展层注入部分电流到有源区，第一 P-GaP电流扩展层注入少量电流到有源区，分布式电流注入方式减缓了电流在电极下方的积聚，减少电流的无效注入，因此本发明改变了电流注入的分布，大大提升电流注入效率，提升了发光二极管的发光强度，可以有效提升发光效率。
[0008]另外，本发明第一 P-GaP电流扩展层厚度为1500?2000nm，图形化的第二 P-GaP电流扩展层厚度为50?70nm，图形化的第三P-GaP电流扩展层厚度为50?70nm。
[0009]第一 P-GaP电流扩展层该厚度利于电电流注入后的横向扩展，第二 P-GaP电流扩展层和第三P-GaP电流扩展层设计较薄的厚度是为避免在进行图形化时蚀刻深度太深，造成图形侧壁台阶太高，透明导电薄膜台阶覆盖性变差，会导致电阻增大，影响电流的扩展。
[0010]第一 P-GaP电流扩展层以镁为掺杂元素，掺杂浓度为8 X 117cnT3?IX 10 18Cm_3。
[0011]第二 P-GaP电流扩展层以镁为掺杂元素，掺杂浓度为5 X 118CnT3?8 X 10 18cm_3。
[0012]第三P-GaP电流扩展层以镁为掺杂元素，掺杂浓度为I X 119CnT3?3X10 19cm_3。
[0013]本发明掺杂镁的三层P-GaP电流扩展层中掺杂镁的浓度沿纵向呈阶梯式分布，越接近缓冲层的镁的掺杂浓度越低。掺杂浓度呈阶梯式分布是为了保证电流在通过透明导电层注入到三层P-GaP传导时具有方向性，避免电流直接从电极周围直接注入到电流扩展层，而是通过三层P-GaP电流扩展层分流后从发光区周围注入有源区，提升电流注入效率。
[0014]另外，本发明透明导电层为铟锡氧化物，厚度为250?300nm。该厚度为通过光学计算所得对应红光起到增光作用的最佳光学厚度。
[0015]本发明的另一目的是提出一种能实现高成品率和低成本的上述一种高效电流注入发光二极管的生产方法。
[0016]本发明生产方法包括以下步骤:
1)制作外延片:在永久衬底GaAs的一面依次外延生长N-GaAs缓冲层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、MQW多量子阱有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层、第一P-GaP电流扩展层、第二 P-GaP电流扩展层和第三P-GaP电流扩展层；第一 P-GaP电流扩展层、第二 P-GaP电流扩展层和第三P-GaP电流扩展层掺杂元素均为镁(Mg)元素，且第一P-GaP电流扩展层掺杂浓度为8 X 117CnT3?I X 10 18cm_3，第二 P-GaP电流扩展层掺杂浓度为5 X 118Cm 3?8 X 10 18cm 3,第三 P-GaP 电流扩展层惨杂浓度为 I X 119Cm 3?3 X 10 19cm 3;
2)在第三P-GaP电流扩展层上制作出图形，刻蚀出第二P-GaP电流扩展层，然后在第二P-GaP电流扩展层上制作出图形，蚀刻出第一 P-GaP电流扩展层；
3)在经过图形化处理的P-GaP电流扩展层上沉积透明导电薄膜；
4)在透明导电薄膜上制作第一电极；
5)在永久衬底GaAs的另一面制作第二电极；
6)采用RTA进行退火处理。
[0017]本发明的特点是:在制作外延片的P-GaP电流扩展层时，以镁为掺杂元素，采用不同的掺杂浓度，制作出三层P-GaP电流扩展层，再经过二次湿法蚀刻方法制作出P-GaP电流扩展层的图形后，沉积透明导电薄膜的材料为铟锡氧化物。
[0018]本发明具有三层不同掺杂浓度的P-GaP电流扩展层结构通过图形化处理，形成同铟锡氧化物不同的接触效果，电流经过第一电极流入铟锡氧化物薄膜层，铟锡氧化物薄膜层横向电阻小于同P-GaP的接触电阻，电流先在铟锡氧化物上进行横向扩展后，再经过三层P-GaP电流扩展层重新分流，进而进入到有源层，从而改变了电流注入的分布，大大提升电流注入效率，提升了发光二极管的发光强度。工艺简单，同时由于降低了 P-GaP电流扩展层的厚度，具有低成本，高良率的优点，适宜批量化生产，利于取得高质量、低成本的产品。
[0019]经过所述步骤2)中，先在第三P-GaP电流扩展层上制作出图形，再在第二P-GaP电流扩展层上制作出图形，图形化处理后，漏出第一 P-GaP电流扩展层区域位于发光区中心区域，占整个发光区面积40?60%，漏出第二 P-GaP电流扩展层区域位于发光区中部区域，占整个发光区面积20?40%，剩余的第三P-GaP电流扩展层区域位于发光区边缘区域占发光区面积10?30%。
[0020]在进行图形化时掺杂浓度较高的第三P-GaP电流扩展层区域位于发光区边缘区域占发光区面积10?30%，可以保证同铟锡氧化物形成良好的电学接触，利于电流的注入，为电流注入的第一通道，掺杂浓度适中的第二 P-GaP电流扩展层区域位于发光区中部区域，占整个发光区面积20?40%，能够同铟锡氧化物形成良好的电学接触，但接触电阻大于第三P-GaP电流扩展层同铟锡氧化物的接触电阻，为电流注入的第二通道，掺杂浓度最低的第一 P-GaP电流扩展层区域位于发光区中心区域，占整个发光区面积40?60%，同铟锡氧化物形成较差的电学接触，有较大的接触电极，相当与形成肖特基结，避免电极的大量注入。
[0021]另外，为了保障铟锡氧化物同P-GaP形成良好的电学接触，保障衬底GaAs同第二电极形成良好的电学接触，本发明所述RTA退火温度为400?450°C，退火时间10?30s。
【附图说明】
[0022]图1为本发明成品的一种结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]一、如图1所示是本发明制造步骤如下:
1、制作外延片:利用MOCVD设备在一永久衬底GaAslOl面上依次生长N-GaAs过渡层102、AlAs/AlGaAs反射层103、N-AlGaInP下限制层104、MQW多量子阱有源层105、P-AlGaInP上限制层106、P-GaInP缓冲层107、掺杂镁的第一 P-GaP电流扩展层108，第二P-GaP电流扩展层109，第三P-GaP电流扩展层110。
[0024]其中第一 P-GaP电流扩展层108优选厚度1800nm，第二