[实用新型]一种基于ELO技术的倒装结构发光二极管

说明书

技术领域

在发光二极管（LED）中引入ELO（Epitaxial lift-off）技术，开发一种新型倒装结构的发光二极管，涉及一种新型的LED器件结构，属于半导体光电子技术领域。 

背景技术

目前，普通正装结构发光二极管的设计方法及其结构：一般采用金属有机物化学气相淀积（MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition）进行外延生长，器件结构如图1所示，包括有从上往下依次纵向层叠设计的上电极10、电流扩展层20、上限制层30、有源区40、下限制层50、缓冲层60、衬底70、下电极80。通过注入电流，电子-空穴对在有源区辐射复合发光，产生的光子从器件的上电极方向发射出来。该种器件存在的主要问题是：吸收衬底（如GaAs，Si等）对发光材料（如AlGaInP，InGaN，ZnO等）产生的光有强的吸收，使得发射到衬底方向的光子几乎全被吸收，最终以热的形式释放，不仅大大降低了器件的出光效率，而且产生的大量的热严重损伤了器件的光电性能。 

目前，针对衬底吸收的问题，人们通常提出的办法是：在缓冲层和下限制层之间生长高反射率的分布布拉格反射层（DBR，Distributed Bragg Reflector），该结构能够对垂直发射到衬底方向的光子进行反射，以提高光的提取效率，如图2所示。这种结构的局限性在于DBR只是对于垂直发射到衬底方向的光子有着较强的反射效果，对斜入射的光子仍然显示出透明的特性，导致大量的光子依然透过DBR发射到衬底，最终被衬底吸收，因此，DBR结构的引入对LED发光效率的提高所起到作用不是很大。 

 另外，有人提出去除外延生长用的衬底（如图1所示的衬底70，其材料一般为GaAs），通过键合或者粘合的办法重新制作一个新的转移衬底71，新的转移衬底的材料通常为Si，这样做的好处是一方面解决了衬底对光子的吸收问题，另一方面，可以在转移衬底与外延片之间制备一层反光镜，对光子起到宽角度反射的作用，其结构如图3所示。不足之处也很明显，衬底70的厚度一般大于250微米，要想完整去除，必须先用研磨的方法将衬底减薄，当衬底被研磨到一定的 厚度，开始使用湿法腐蚀的办法，这样做的缺点很明显：第一，因为研磨采用的是物理的办法，而衬底70一般很脆，所以，容易导致整个外延片在研磨的过程中破裂，从而降低生产时的成品率；第二，为了在研磨后进行湿法腐蚀，一般是通过在外延片和衬底70之间生长一个腐蚀停层来实现，由于研磨过程中会产生厚度差，或者外延片本身的厚度偏差在3-5个微米的范围，这就要求腐蚀停层的生长具有高的掺杂浓度，既要保证衬底70的完全去除，又必须保护电流扩展层21没有受到破坏，这样一来，就增加了外延生长的难度；第三，一般衬底70采用的是GaAs材料，研磨或者湿法腐蚀都会带来对衬底的彻底性破坏，会造成材料的浪费以及环境的污染，同时，在生产时也大大增加了生产成本。 

以上提到的两种最常见的方法虽然都能从某一方面解决目前发光二极管存在的衬底吸收的问题，但是各自均具有一定的局限性。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于ELO技术的倒装结构发光二极管，可以同时解决倒装结构LED中衬底去除工艺复杂，生产成本高等问题。该新型工艺及结构不仅可以大大提高LED的发光效率，而且制备工艺简单，非常适合于大规模生产，产品成本低，成品率高，具有很强的市场竞争力。 

ELO技术简单介绍：在常规LED外延生长过程中，生长一层牺牲层（sacrificial layer），该层位于衬底70与LED发光单元之间，为了使得LED发光单元在去除衬底后能够完整地保留下来，必须先在衬底去除之前在LED的表面制备一层后置层（backing layer），后置层的材料通常为金属，既有导电性又有反光性，如：金属铜，银，金，或者铜与其他金属的合金。通过侧向湿法腐蚀的方式将牺牲层和衬底完整地剥离，被剥离下来的衬底经过适当的处理，可以进行重复使用。图4是ELO 技术的简单工艺流程示意图。 

本实用新型中器件组成部分包括两部分，一部分是专门针对ELO技术开发的外延片结构（如图5所示），其主要结构包括：衬底70、从下往上依次纵向层叠生长的缓冲层60、牺牲层62、第一限制层50、发光单元40、第二限制层30、电流扩展层20。另一部分是利用ELO技术制备完成的基于ELO技术的倒装结构LED（如图6所示），其主要结构包括：从下往上依次层叠的下电极80、转移衬底71、后置层63、电流扩展层20、第二限制层30、发光单元40、第一限制 层50、窗口层21，上电极10。