[发明专利]一种高反射低电压的倒装发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

具有高反射、低电压结构的倒装发光二极管及制备方法，涉及一种新型的LED器件结构，属于光电子技术领域。

背景技术

近年来，高亮度AlGaInP发光二极管(LED)由于在大屏幕彩色显示、交通指示等领域的广泛应用，受到人们广泛关注。尽管AlGaInP LED的内量子效率接近100％，但是其提取效率仍旧很低，主要原因是向上发出的光受到表面全内反射效应的限制，只有一小部分光才能出射到表面，而向下发的光却几乎被GaAs衬底全部吸收。表面粗化缓解了全内反射的问题，给光子逃出芯片表面提供了机会，文献报道表面粗化技术使得芯片的提取效率提高了22％。采用金属反光镜结构的倒装发光二极管结构将向下发射的光反射到出光表面，大大提高了器件的外量子效率，文献报道的该结构外量子效率相比普通结构的提高了35％。

图1是倒装LED外延结构示意图。带反光镜的倒装LED制作过程为：首先，在外延片发光单元100的上表面溅射金属反光层及金属扩散阻挡层101；接着，溅射倒装样品面的键合金属层102；然后，将表面有金属的倒装外延片和溅射有硅面键合金属层103的Si衬底104进行金属键合。最后，把键合完成的样品去除GaAs衬底002和AlAs腐蚀停层001，图2为带反光镜的倒装结构示意图。

由于金属反光镜的存在，使得此种结构的倒装器件将向下发出的光反射出发光表面，其发光强度在一定程度上得到提高。但是由于金属-半导体界面(发光单元100的上表面与金属反光层及金属扩散阻挡层101交界处)在高温形成欧姆接触以及长时间键合过程中均存在界面之间的元素扩散问题，使得反光层不清晰，造成反光效果变差，甚至元素向外延结构中的扩散带来了器件电压增高现象。于是人们就在半导体和金属之间加上一层SiO₂或铟锡氧化物(ITO)，用来阻挡元素的扩散，结果有效地提高了器件的出光效率，并一定程度上降低了界面间元素扩散，进而降低了元素扩散带来的高电压。但是，SiO₂不导电，使用时需要采用打孔的方式，金属必须穿过SiO₂中的孔才能与半导体形成欧姆接触，这种方式不仅工艺复杂，而且减小了金属半导体的接触面积，最终还是增加了器件的工作电压。另外，当把SiO₂换上一层透明导电的ITO时，P型半导体表面和呈n型的ITO直接接触，它们之间存在接触势垒的问题，结果仍是增大器件的工作电压。

对于发光二极管而言，器件中的电流分布是影响器件电压和光功率高低的一个主要因素。通过对芯片尺寸为300μm×300μm、电极尺寸为100μm，表面蒸发有300nm ITO电流扩展层的AlGaInP基红光LED(外延结构如图1所示)的电流密度分布的数值模拟，得到的模拟结果为：当注入20mA电流时，分布在电极以下部分的电流密度要占总注入电流密度的33％以上。无论对于正装器件还是倒装器件来说，分布在电极以下部分的电流产生的光，几乎都被电极挡住或吸收而不能发射出器件，最终将以热的形式产生。结果，造成了器件发光效率低、光功率小、热特性差等问题。虽然倒装器件的Si衬底的热导率(1.4W/cm□K)比正装GaAs衬底的热导率(0.54W/cm□K)高，但电极以下分布的电流占总注入电流的比例并没有改变。因此，目前仅通过反光镜结构的方式来提高器件的光功率很难再进一步，于是人们将表面粗化等方式引入到倒装器件中，但是仍旧很难将倒装LED的电压降至2.2V以下。

针对器件中电流分布的问题，人们提出了电流阻挡层的方法。通过光刻等工艺把电流阻挡层引入到器件中，它将驱使电流流向电极以外部分，来减少电极以下电流分布的比例，最终在一定程度上提高了光功率。然而，电流阻挡层附近拥挤的电流分布，将带来此处差的热特性，最终造成器件的可靠性差等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高反射低电压结构的倒装发光二极管结构及其制备方法。图3显示的是本发明的倒装发光二极管的结构示意图。

一种高反射低电压结构的倒装发光二极管结构，从上到下依次包括：倒装发光二极管上电极105、发光单元100、金属反光层及金属扩散阻挡层101、倒装样品面键合金属层102、硅面键合金属层103、Si衬底104和倒装发光二极管的下电极106；其特征在于：发光单元100与金属反光层及金属扩散阻挡层101之间设置有图形欧姆接触层201、非金属层203和元素扩散阻挡层202；