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1、(10)申请公布号 CN 102751404 A (43)申请公布日 2012.10.24 C N 1 0 2 7 5 1 4 0 4 A *CN102751404A* (21)申请号 201210214124.0 (22)申请日 2012.06.27 H01L 33/10(2010.01) H01L 33/30(2010.01) H01L 33/00(2010.01) (71)申请人天津中环新光科技有限公司 地址 300385 天津市西青区津港公路微电子 工业区毕升道2号 申请人中国科学院物理研究所 (72)发明人贾海强 陈弘 王晓晖 宋京 张荣勤 丁国建 (74)专利代理机构天津三元专利商。
2、标代理有限 责任公司 12203 代理人高凤荣 (54) 发明名称 红光发光二极管及制备方法 (57) 摘要 一种红光发光二极管，包括：砷化镓（GaAs） 衬底，砷化镓（GaAs）衬底上设有砷化铝（AlAs）基 底层，砷化铝（AlAs）基底层上设有分布布拉格反 射器；其中，分布布拉格反射器上设有n型限制 层，n型限制层上设有构成发光二极管的核心发 光区域的多量子阱有源区, 多量子阱有源区上 设有p型限制层；p型限制层上设有P型窗口层以 及P型盖帽层，通过上述层结构的相互连接构成 一红光发光二极管结构。本发明会在磷化铝镓铟 分布布拉格反射器和砷化镓衬底之间形成空气夹 层，将透过布拉格反射器的光有。
3、效地反射出来，增 加了光出射的效率；其腐蚀过程会对芯片的切割 面进行一次化学处理，将残留于芯片切割面上的 半导体残渣腐蚀掉，改善了发光二极管芯片的电 流-电压特性中的反向电流特性。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/2页 2 1.一种红光发光二极管，包括：砷化镓（GaAs）衬底，砷化镓（GaAs）衬底上设有砷化铝 （AlAs）基底层，砷化铝（AlAs）基底层上设有分布布拉格反射器；其特征在于：分布布拉格 反射器上设有n型限制层，n型限制层上设有构成发光二。
4、极管的核心发光区域的多量子阱 有源区, 多量子阱有源区上设有p型限制层；p型限制层上设有P型窗口层以及P型盖帽 层，通过上述层结构的相互连接构成一红光发光二极管结构。 2.根据权利要求1所述的红光发光二极管，其特征在于：所述分布布拉格反射器由 交替的高折射率的磷化铝铟（In 0.5 Al 0.5 P）材料和低折射率的磷化铝镓铟（In 0.5 （Al x Ga 1-x ） 0.5 P）材料组成，其中，x的范围为：01；n型限制层为：磷化铝铟（InAlP）或磷化铝镓铟 （In 0.5 （Al x Ga 1-x ） 0.5 P）材料；多量子阱有源区为：不同组分的磷化铝镓铟、磷化铝镓铟In 0.5 （。
5、Al x Ga 1-x ） 0.5 P/ In 0.5 （Al y Ga 1-y ） 0.5 P 材料；p型限制层为磷化铝铟（InAlP）材料；窗口层为 P型磷化镓（GaP）材料；盖帽层为：P型砷化镓（GaAs）材料。 3.一种红光发光二极管的制备方法，其特征在于：采用如下制备步骤： 第一步：设置砷化镓（GaAs）衬底； 第二步：在砷化镓（GaAs）衬底上外延生长砷化铝（AlAs）基底层； 第三步：在砷化铝（AlAs）基底层上外延生长分布布拉格反射器； 第四步：在分布布拉格反射器上生长n型限制层； 第五步：在n型限制层之上生长多量子阱有源区,以构成发光二极管的核心发光区 域； 第六步：在多量子。
6、阱有源区上生长p型限制层； 第七步：在p型限制层上生长.P型窗口层； 第八步：在.P型窗口层上生长P型盖帽层； 第九步：将P型盖帽层腐蚀掉，在砷化镓（GaAs）衬底的底面和P型窗口层上分别制作 N型电极和P型电极，并形成一芯片整体； 第十步：将芯片进行切割，使整体芯片形成半切状态； 第十一步：采用腐蚀液对芯片的砷化铝（AlAs）基底层进行腐蚀； 第十二步：将半切状态的芯片进行再切割，形成完整发光二极管（LED） 芯片。 4.根据权利要求3所述的红光发光二极管的制备方法，其特征在于：所述对芯片的砷 化铝（AlAs）基底层进行腐蚀的过程如下： 砷化铝（AlAs）基底层从芯片边缘开始向内腐蚀，直至腐。
7、蚀到以能支 撑住设在砷化铝（AlAs）基底层上的芯片结构为止； 在分布布拉格反射器与砷化镓（GaAs）衬底之间形成一个空气夹层；同时，将芯片 的切割面上残存的半导体残渣腐蚀掉。 5.根据权利要求3所述的红光发光二极管的制备方法，其特征在于：所述砷化铝 （AlAs）基底层的厚度在1微米至100微米之间。 6.根据权利要求3所述的红光发光二极管的制备方法，其特征在于：所述分布布拉 格反射器由交替的高折射率的磷化铝铟（In 0.5 Al 0.5 P）材料和低折射率的磷化铝镓铟（In 0.5 （Al x Ga 1-x ） 0.5 P）材料组成，其中，x的范围为：01；n型限制层为：磷化铝铟（InAlP。
8、）或磷 化铝镓铟（InAlGaP）材料；多量子阱有源区为：不同组分的磷化铝镓铟、磷化铝镓铟In 0.5 权 利 要 求 书CN 102751404 A 2/2页 3 （Al x Ga 1-x ） 0.5 P/ In 0.5 （Al y Ga 1-y ） 0.5 P 材料；p型限制层为磷化铝铟（InAlP）材料；窗口层为 P型磷化镓（GaP）材料；盖帽层为：P型砷化镓（GaAs）材料。 7.根据权利要求3所述的红光发光二极管的制备方法，其特征在于：所述砷化铝 （AlAs）基底层的腐蚀液为：氢氟酸（HF）、硫酸（H 2 SO 4 ）、硝酸（HNO 3 ）、盐酸（HCl）、磷酸（H 3 PO 4 ）。
9、 溶液，浓度值为：1%50%，腐蚀时间为1300秒。 权 利 要 求 书CN 102751404 A 1/4页 4 红光发光二极管及制备方法 技术领域 0001 本发明涉及发光二极管，尤其涉及一种具有砷化铝（AlAs）基底层的带磷化铝镓铟 分布布拉格反射器（InAlGaP DBR）的红光发光二极管及制备方法。 背景技术 0002 发光二极管（英文lighting emitting diode，简称LED）是固态照明中的核心器 件，由于其本身具有寿命长，可靠性高，节能性好，电光转换效率高等诸多优点，因此，得到 广泛应用。 0003 发光二极管的技术发展到现在，其亮度的提高基本是基于两个效率的提高。
10、，即：内 量子效率的提高及外量子效率的提高。其中，内量子效率主要是指从发光二极管内部发光 区域射出的光子数目，该效率的提高主要是依靠对量子阱有源区的材料体系生长条件的优 化而得以实现。其优化内容包括：对量子阱势垒势阱层厚度的控制、组分的控制、生长温度 的优化，生长半导体时的化学计量比等等。而外量子效率的提高则主要依赖生长分布布拉 格反射器，表面粗化增加光萃取等技术手段。 0004 目前，现有的磷化铝镓铟（InAlGaP）四元系红光发光二极管，包括：砷化镓（GaAs） 衬底，砷化镓（GaAs）衬底上设有砷化铝（AlAs）基底层，砷化铝（AlAs）基底层上设有分布布 拉格反射器；实际使用中，通常采。
11、用交替生长于砷化镓（GaAs）衬底上的多周期的砷化铝、 砷化铝镓（AlAs、AlGaAs）分布布拉格反射器来阻挡砷化镓（GaAs）衬底层对光的吸收，以增 加磷化镓（GaP）窗口层厚度，并通过在磷化镓（GaP）窗口层做粗化工艺来提高出光效率。但 是，随着砷化铝、砷化铝镓分布布拉格反射器数目的增加，加在其上的电压也会增加，因此， 不利于红光发光二极管工作电压的降低；为了使加于分布布拉格反射器上的电压降低，通 常的做法是：在构成分布布拉格反射器的砷化铝和砷化铝镓材料中采取重掺杂的方法，但 是，大量杂质的出现会加强光子的吸收，不利于发光强度的提高；另外，砷化铝材料对于空 气介质中的氧特别敏感，在使用过。
12、程中会有一定量的砷化铝被氧化成三氧化二铝，这是一 种绝缘物质，导电能力非常差，会额外增加发光二极管的工作电压，并且，还会伴随着三氧 化二砷的生成，对环境有一定危害。 发明内容 0005 本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种红光发光二极 管及制备方法，其经过腐蚀的砷化铝（AlAs）层会在磷化铝镓铟（InAlGaP）分布布拉格反射 器和砷化镓（GaAs）衬底之间形成空气夹层，可以将透过磷化铝镓铟（InAlGaP）分布布拉格 反射器的光有效地反射出来，增加了光出射的效率；并且，其腐蚀过程会对发光二极管芯片 的切割面进行一次化学处理，将切割时残留于芯片切割面上的半导体残渣腐蚀掉，。
13、从而改 善了发光二极管（LED）芯片的电流-电压特性中的反向电流特性。 0006 本发明的目的是由以下技术方案实现的： 0007 一种红光发光二极管，包括：砷化镓（GaAs）衬底，砷化镓（GaAs）衬底上设有砷化 说 明 书CN 102751404 A 2/4页 5 铝（AlAs）基底层，砷化铝（AlAs）基底层上设有分布布拉格反射器；其特征在于：分布布拉 格反射器上设有n型限制层，n型限制层上设有构成发光二极管的核心发光区域的多量子 阱有源区, 多量子阱有源区上设有p型限制层；p型限制层上设有P型窗口层以及P型盖 帽层，通过上述层结构的相互连接构成一红光发光二极管结构。 0008 所述分布布。
14、拉格反射器由交替的高折射率的磷化铝铟（In 0.5 Al 0.5 P）材料和低折射 率的磷化铝镓铟（In 0.5 （Al x Ga 1-x ） 0.5 P）材料组成，其中，x的范围为：01；n型限制层为：磷 化铝铟（InAlP）或磷化铝镓铟（In 0.5 （Al x Ga 1-x ） 0.5 P）材料；多量子阱有源区为：不同组分的 磷化铝镓铟、磷化铝镓铟In 0.5 （Al x Ga 1-x ） 0.5 P/ In 0.5 （Al y Ga 1-y ） 0.5 P 材料；p型限制层为磷 化铝铟（InAlP）材料；窗口层为P型磷化镓（GaP）材料；盖帽层为：P型砷化镓（GaAs）材料。 0009。
15、 一种红光发光二极管的制备方法，其特征在于：采用如下制备步骤： 0010 第一步：设置砷化镓（GaAs）衬底； 0011 第二步：在砷化镓（GaAs）衬底上外延生长砷化铝（AlAs）基底层； 0012 第三步：在砷化铝（AlAs）基底层上外延生长分布布拉格反射器； 0013 第四步：在分布布拉格反射器上生长n型限制层； 0014 第五步：在n型限制层之上生长多量子阱有源区,以构成发光二极管的核心发光 区域； 0015 第六步：在多量子阱有源区上生长p型限制层； 0016 第七步：在p型限制层上生长.P型窗口层； 0017 第八步：在.P型窗口层上生长P型盖帽层； 0018 第九步：将P型盖帽层。
16、腐蚀掉，在砷化镓（GaAs）衬底的底面和P型窗口层上分别 制作N型电极和P型电极，并形成一芯片整体； 0019 第十步：将芯片进行切割，使整体芯片形成半切状态； 0020 第十一步：采用腐蚀液对芯片的砷化铝（AlAs）基底层进行腐蚀； 0021 第十二步：将半切状态的芯片进行再切割，形成完整发光二极管（LED） 0022 芯片。 0023 所述对芯片的砷化铝（AlAs）基底层进行腐蚀的过程如下： 0024 砷化铝（AlAs）基底层从芯片边缘开始向内腐蚀，直至腐蚀到以能支 0025 撑住设在砷化铝（AlAs）基底层上的芯片结构为止； 0026 在分布布拉格反射器与砷化镓（GaAs）衬底之间形成一。
17、个空气夹层；同时，将 芯片的切割面上残存的半导体残渣腐蚀掉。 0027 所述砷化铝（AlAs）基底层的厚度在1微米至100微米之间。 0028 所述分布布拉格反射器由交替的高折射率的磷化铝铟（In 0.5 Al 0.5 P）材料和低折射 率的磷化铝镓铟（In 0.5 （Al x Ga 1-x ） 0.5 P）材料组成，其中，x的范围为：01；n型限制层为： 磷化铝铟（InAlP）或磷化铝镓铟（InAlGaP）材料；多量子阱有源区为：不同组分的磷化铝 镓铟、磷化铝镓铟In 0.5 （Al x Ga 1-x ） 0.5 P/ In 0.5 （Al y Ga 1-y ） 0.5 P 材料；p型限制层。
18、为磷化铝铟 （InAlP）材料；窗口层为P型磷化镓（GaP）材料；盖帽层为：P型砷化镓（GaAs）材料。 0029 所述砷化铝（AlAs）基底层的腐蚀液为：氢氟酸（HF）、硫酸（H 2 SO 4 ）、硝酸（HNO 3 ）、盐 酸（HCl）、磷酸（H 3 PO 4 ）溶液，浓度值为：1%50%，腐蚀时间为1300秒。 0030 本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，其经过腐蚀的砷化铝（AlAs） 说 明 书CN 102751404 A 3/4页 6 层会在磷化铝镓铟（InAlGaP）分布布拉格反射器和砷化镓（GaAs）衬底之间形成空气夹层， 可以将透过磷化铝镓铟（InAlGaP）分布布拉。
19、格反射器的光有效地反射出来，增加了光出射 的效率；并且，其腐蚀过程会对发光二极管芯片的切割面进行一次化学处理，将切割时残留 于芯片切割面上的半导体残渣腐蚀掉，从而改善了发光二极管（LED）芯片的电流-电压特 性中的反向电流特性。 附图说明 ： 0031 图1为本发明芯片外延生长制备过程截面示意图。 0032 图2为本发明芯片制备过程截面示意图。 0033 图中主要标号说明： 0034 1.砷化镓（GaAs）衬底、2.砷化铝（AlAs）基底层、3. 分布布拉格反射器、4.n型限 制层、5.多量子阱有源区、6.p型限制层、7.P型窗口层、8.P型盖帽层、9.P型电极、10.N型 电极。 具体实施方。
20、式 0035 如图1，图2所示，本发明设有砷化镓（GaAs）衬底1，砷化镓（GaAs）衬底1上设有 砷化铝（AlAs）基底层2，砷化铝（AlAs）基底层2上设有分布布拉格反射器3，分布布拉格反 射器3上设有n型限制层4，n型限制层4上设有构成发光二极管的核心发光区域的多量子 阱有源区5, 多量子阱有源区5上设有p型限制层6；p型限制层6上设有P型窗口层7以 及P型盖帽层8，通过上述层结构的相互连接构成一红光发光二极管结构。 0036 其中，上述分布布拉格反射器3由交替的高折射率的磷化铝铟（In 0.5 Al 0.5 P）材料 和低折射率的磷化铝镓铟（In 0.5 （Al x Ga 1-x ） 。
21、0.5 P）材料组成，其中，x的范围为：01；n型限 制层4为：磷化铝铟（InAlP）或磷化铝镓铟（InAlGaP）材料；多量子阱有源区5为：不同组 分的磷化铝镓铟、磷化铝镓铟In 0.5 （Al x Ga 1-x ） 0.5 P/ In 0.5 （Al y Ga 1-y ） 0.5 P 材料；p型限制层 6为磷化铝铟（InAlP）材料；窗口层7为P型磷化镓（GaP）材料；盖帽层8为：P型砷化镓 （GaAs）材料。 0037 上述结构采用如下制备步骤： 0038 第一步：设置砷化镓（GaAs）衬底1； 0039 第二步：在砷化镓（GaAs）衬底1上外延生长砷化铝（AlAs）基底层2，以供后续腐。
22、 蚀之用； 0040 第三步：在砷化铝（AlAs）基底层2上外延生长分布布拉格反射器3； 0041 第四步：在分布布拉格反射器3上生长n型限制层4； 0042 第五步：在n型限制层4之上生长多量子阱有源区5,以构成发光二极管的核心发 光区域； 0043 第六步：在多量子阱有源区5上生长p型限制层6； 0044 第七步：在p型限制层6上生长.P型窗口层7； 0045 第八步：在.P型窗口层7上生长P型盖帽层8； 0046 第九步：将P型盖帽层8腐蚀掉，在砷化镓（GaAs）衬底1的底面和P型窗口层7 上分别制作P型电极9和N型电极10，并形成一芯片整体； 说 明 书CN 102751404 A 4。
23、/4页 7 0047 第十步：将芯片进行切割，使整体芯片形成半切状态； 0048 第十一步：采用腐蚀液对芯片的砷化铝（AlAs）基底层2进行腐蚀，腐蚀过程如 下： 0049 砷化铝（AlAs）基底层2从芯片边缘开始向内腐蚀，直至腐蚀到以能支撑住设在砷 化铝（AlAs）基底层上的芯片结构为止，该步结束之后，会在磷化铝镓铟（InAlGaP）分布布 拉格反射器3与砷化镓（GaAs）衬底1之间形成一个空气夹层；该空气夹层会有效地增加发 光二极管芯片的出光率5%10%，与此同时，经过腐蚀之后，芯片的切割面上残存的半导体残 渣会被很好地腐蚀掉，从而，改善了发光二极管的反向电流特性。 0050 第十二步：将。
24、半切状态的芯片进行再切割，形成完整发光二极管（LED）芯片。 0051 上述生长于砷化镓（GaAs）衬底1之上的砷化铝（AlAs）基底层2，其厚度在1微米 至100微米之间；其分布布拉格反射器3是由交替的高折射率材料磷化铝铟（In 0.5 Al 0.5 P）和 低折射率材料磷化铝镓铟（In 0.5 （Al x Ga 1-x ） 0.5 P）组成，其中，x的范围为：01；n型限制层4 为：磷化铝铟（InAlP）或磷化铝镓铟（InAlGaP）材料；多量子阱有源区5为：不同组分的磷 化铝镓铟、磷化铝镓铟In 0.5 （Al x Ga 1-x ） 0.5 P/ In 0.5 （Al y Ga 1-y 。
25、） 0.5 P 材料；p型限制层6为磷 化铝铟（InAlP）材料；窗口层7为P型磷化镓（GaP）材料；盖帽层8为：P型砷化镓（GaAs） 材料。砷化铝（AlAs）基底层2的腐蚀液选自氢氟酸（HF）、硫酸（H 2 SO 4 ）、硝酸（HNO 3 ）、盐酸 （HCl）、磷酸（H 3 PO 4 ）溶液，其浓度值为：1%50%，腐蚀时间为1300秒。 0052 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡 是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于 本发明技术方案的范围内。 说 明 书CN 102751404 A 1/1页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102751404 A 。