[發(fā)明專利]一種n面電極下沉的反極性AlGaInP發(fā)光二極管芯片

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410440523.8
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN105374916A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 左致遠(yuǎn);夏偉;徐現(xiàn)剛
• 申請（專利權(quán)）人: 山東浪潮華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01L33/38
• 分類號: H01L33/38
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務(wù)所 37224
• 代理人: 王書剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種n面電極下沉的反極性AlGaInP發(fā)光二極管，屬于發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

上世紀(jì)50年代，以GaAs為代表的III–V族半導(dǎo)體在半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域迅速崛起。之后隨 著金屬氧化物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)的出現(xiàn)，使得高質(zhì)量的III–V族半導(dǎo)體的生長突 破了技術(shù)勢壘，各種波長的半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件相繼涌入市場。由于半導(dǎo)體發(fā)光二極管相 對于目前的發(fā)光器件具有理論效率高、壽命長、抗力學(xué)沖擊等特質(zhì)，在世界范圍內(nèi)被看作新 一代照明器件。但是由于III–V族半導(dǎo)體的折射率普遍較高(GaP：3.2，GaN：2.4)，這就 導(dǎo)致LED的發(fā)光區(qū)域發(fā)出的光線在經(jīng)芯片表面出射到空氣中時受制于界面全反射現(xiàn)象，只有 極少部分的光可以出射到器件外部(GaP約為2.4％，GaN約為4％)。界面全反射現(xiàn)象導(dǎo)致LED 的外量子效率低下，是制約LED替代現(xiàn)有照明器件的主要原因。

1969年Nuese等人在J.ElectrochemSoc.:SolidStateSci.(116)212發(fā)表了利用 環(huán)氧樹脂封裝LED芯片的方法，將紅光GaAs基LED的外量子效率提高了1-2倍。在GaAs材 料與空氣之間加入一層折射率為1.5的環(huán)氧樹脂可以有效增大全反射臨界角度，使得更多的 光線可以出射到LED器件外部。但是此方法對于外量子效率的提高有限，并且多引入了一層 界面亦會導(dǎo)致界面菲涅爾損耗，同時樹脂材料的輻照老化也會導(dǎo)致光提取效率下降。

1993年，Schnitzer等人在Appl.Phys.Lett.(63)2174首先提出利用刻蝕的方法對 半導(dǎo)體材料出光表面進行粗化從而提高LED芯片的外量子效率的方法，得到了50％的光提取 效率。表面粗化提高LED芯片光引出效率的原理是利用LED出光表面的凹凸結(jié)構(gòu)，將全反射 角度的光線散射出或者引導(dǎo)出芯片，從而增加可以出射到LED外部的光線比例。此后， Windisch在IEEETrans.ElectronDev.(47)1492以及Appl.Phys.Lett.(74)2256等 期刊報道了類似的方法對LED出光表面進行粗化。利用刻蝕的方法對LED出光表面進行粗化 的不足之處在于：(1)刻蝕對于半導(dǎo)體材料的載流子輸運性質(zhì)具有很大的破壞性，使得LED 的電學(xué)性能明顯降低；(2)刻蝕設(shè)備的購置及使用成本異常高昂，使得LED的成本大幅度上 升；(3)利用刻蝕對LED出光表面進行粗化的形貌及尺寸沒有辦法進行控制和優(yōu)化。(4)加 工時間較長，生產(chǎn)效率較低。

Plauger在J.Electrochem.Soc.(121)1974發(fā)表文章，報道了利用電化學(xué)的方法，對 GaP材料進行有效的腐蝕。此方法對LED出光表面進行粗化的不足在于：(1)需要外加電壓 來進行輔助，額外引入了電極制備的工藝；(2)得到的腐蝕結(jié)構(gòu)不利于LED的光提取。

中國專利文獻CN101656284公開的一種《利用ITO顆粒掩膜粗化紅光發(fā)光二極管的方法》、 CN101656285公開的一種《利用PS球作模板制作發(fā)光二極管粗化表面的方法》、CN102148324B 公開的《一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片及其制作方法》以及CN202423369U公開的《一 種發(fā)光二極管芯片》都涉及提高LED的光提取效率，但是均存在各種不足之處，如CN101656284 需要使用具有強腐蝕性及強揮發(fā)性的濃鹽酸，可能會對其他精密設(shè)備及操作人員造成一定損 害，CN101656285需要利用PS微球作為掩膜，步驟繁瑣，成本較高且難以保證獲得較大面積 的均勻粗化結(jié)構(gòu)。CN102148324B僅適于在透明襯底LED芯片中應(yīng)用。CN202423369U僅適用于 具有透明襯底的GaN基LED器件，對于襯底不透光的AlGaInP基LED芯片不適用。

AlGaInP發(fā)光二極管(LED)具有壽命長、穩(wěn)定性好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于戶 內(nèi)外顯示屏、城市亮化、交通信號燈、汽車用燈、液晶顯示背光源等領(lǐng)域。現(xiàn)有常規(guī)AlGaInP 發(fā)光二極管芯片，其芯片的結(jié)構(gòu)包括外延層和GaAs基底，采用GaAs作為基底，外延層由上 至下依次為N型AlGaInP層、發(fā)光層、P型AlGaInP層P型GaP層，在外延層的頂面N型AlGaInP 層上設(shè)置N型電極，在基底的底面設(shè)置P型電極。這種LED結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，但是電流 的擴展能力不好，芯片邊緣電流少，造成亮度較低。