一种高亮度发光二极管及其制造方法技术

本发明专利技术揭示了一种高亮度发光二极管，发光二极管包括半导体衬底和发光区域，所述半导体衬底为砷化镓材质，所述发光区域依次由重掺杂GaAs接触层、AlGaInP上覆层、AlGaInP活性层、AlGaInP下覆层、AlAs蚀刻停止层和GaAs缓冲层构成，所述GaAs缓冲层接触半导体衬底。本发明专利技术实现了一种具有金属涂层反射永久衬底的发光二极管，有效可靠的保证了发光二极管的亮度。

A high brightness LED and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种高亮度发光二极管及其制造方法
本专利技术涉及具有金属涂层反射永久衬底的发光二极管(LED)技术。
技术介绍
传统发光二极管的横截面图如图1所示，发光二极管100包括半导体衬底102、所述半导体衬底102后侧形成的第一欧姆接触电极101、半导体衬底102上形成的发光区域103、发光区域103上形成的第二欧姆接触电极106。发光区103由p型区和n型区组成，生长在砷化镓(GaAs)衬底102上，由于电流拥挤效应，光的发射角有限，衬底的光吸收有限，使得该发光二极管的照度不强。大部分发光区域103的晶格常数与砷化镓衬底的晶格常数相匹配，即可见光的发光二极管直接在砷化镓衬底102上制备。由于砷化镓的能隙比可见光的能隙小1.43eV，且从二极管发射的光是各向同性的，所以部分光进入衬底并被砷化镓衬底吸收，使得发光二极管的照度不强。为了增强二极管的亮度，目前采用的方案有以下两种：如图2所示，发光二极管200的结构是由图1所示的发光二极管100上生长的透明窗层204组成的，通过透明窗层，降低了传统发光二极管的电流拥挤效应，增加了电流的发散性。透明窗层204的合适材料有GaP、GaAsP、AlGaAs等，其能量间隙大于AlGaInP发光区域的材料，在这种情况下，可以增加发射光的临界角，降低电流拥挤效应，从而增强发光二极管的照明。在电特性方面，由于透明窗口层204的最上层和AlGaInP光发生区域上的材料具有异质结，因此，能量间隙差导致发光二极管的正向偏置电压vf增加，结果，发光二极管的功耗增加。如图3所示，发光二极管包括半导体衬底302、在半导体衬底302上形成的下多层反射体305、在下多层反射体305上形成的生光区303、在生光区303上形成的上多层反射体304、在上多层反射体304上形成的第一欧姆接触电极306、在半导体衬底302的后侧面形成的第二欧姆接触电极301。通过半导体多层反射器，即分布式布拉格反射器(DBR)，将透射到衬底的光反向反射，使其从发光二极管发射出去，从而增加了光照。在本现有技术的发光二极管中，下一层的多层反射体305将发光区发出的90％的光反射到吸光基板上，而上一层的多层反射体将光引导到发光二极管的上表面，从而增加了光的照度。因此，衬底对光的吸收问题得到了缓解，与有限的临界角有关的问题也得到了改善，但是由于多层反射器有许多异质结，使得能隙差的影响增大，从而增加了正向偏压Vf。对于斜入射光(如图3所示的d2、d3、d4)，反射率降低，使得发光二极管在可见光波段的照明改善受到限制，而DBR结构增加了薄膜外延层生长的难度，增加了制造成本。因此，可以完全解决基体的光吸收问题，由于现有技术中公开的透明基体是由缝隙构成的，需要有一个厚的缝隙窗层来恰当地处理薄外延层。因此，去除砷化镓衬底后，由于其具有较厚的窗层，使得LED器件相对较薄，使得发光二极管更容易断裂，制造难度更大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是实现一种具有更高照度和色调的LED结构。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高亮度发光二极管，发光二极管包括半导体衬底和发光区域，所述半导体衬底为砷化镓材质，所述发光区域依次由重掺杂GaAs接触层、AlGaInP上覆层、AlGaInP活性层、AlGaInP下覆层、AlAs蚀刻停止层和GaAs缓冲层构成，所述GaAs缓冲层接触半导体衬底。所述发光区域具有p/i/n结构和/或n/i/p结构，所述AlAs蚀刻停止层用作蚀刻停止层。所述重掺杂GaAs接触层的厚度为0.1-0.3mm，所述AlGaInP上覆层的厚度为0.2-1mm，所述AlGaInP活性层的厚度为0.2-1mm，所述AlGaInP下覆层的厚度为0.2-1mm，所述AlAs蚀刻停止层的厚度为0.1mm，所述GaAs缓冲层的厚度为0.1mm。一种制造所述高亮度发光二极管的制造方法：1)选择临时衬底，在临时衬底上生长发光区域构成LED元件；2)选择涂有金属反射镜的永久性衬底，并使用金属粘结剂将LED元件粘附到永久性衬底上；3)去除临时衬底；4)在发光区域上形成欧姆接触电极；5)将蚀刻发光区域至露出金属结合剂。所述3)通过机械研磨或化学蚀刻去除临时衬底。所述5)中，如果金属结合剂的材料与金属接触电极的材料相同，则用金属结合剂替换欧姆接触电极。所述临时衬底选用GaAs或InP，所述永久衬底选用导热系数高的材料，所述金属结合剂为金属合金。所述蚀刻采用的蚀刻剂由盐酸和磷酸形成。一种晶圆键合工具，所述晶圆键合工具用于键合临时衬底和永久衬底，包括不锈钢螺杆、石墨上盖、石墨柱、石墨垫片和石墨下腔，所述石墨上盖和石墨下腔两端连接并在中间构成键合腔体，所述石墨上盖上设有螺孔，所述不锈钢螺杆旋入到螺孔内并延伸至键合腔体内，所述不锈钢螺杆位于键合腔体一端与石墨柱固接，所述石墨下腔位于键合腔体内一侧固定有石墨垫片，所述石墨垫片和石墨柱用于配合夹持临时衬底和永久衬底并完成键合。本专利技术的有益效果如下：(1)采用带有反射镜的永久性基片代替传统的吸光基片(如GaAs)或有色基片(如GaP)，基片的光学性能无关，因为光在到达基片之前就被反射了，因此提高了LED的照度和色调；(2)本专利技术在较低温度下(约300-450℃)热处理约5-10分钟，提供粘结能量，不影响LED原有的p-n结，且在较低温度下不发生杂质形貌的污染和再分布；(3)本专利技术的键合工具的特点是用不锈钢螺钉代替石英套管，因为不锈钢的热膨胀系数大于石墨，在高温键合过程中，不锈钢对晶片施加轴向压力。附图说明下面对本专利技术说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：图1是
技术介绍
发光二极管的横截面图；图2是具有透明窗口层的常规发光二极管的截面图；图3显示了一种具有传统多层反射结构的发光二极管；图4A－4D为本专利技术的发光二极管的制造流程图，通过将LED元件粘接在金属涂层反射永久衬底上；图5是本专利技术的一个实施例的LED元件的横截面图；图6是本专利技术的LED元件贴附在带有反射镜的永久性衬底上的流程图；图7是本专利技术的晶圆键合工具的横截面图。具体实施方式下面对照附图，通过对实施例的描述，本专利技术的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。本专利技术中，首先在临时衬底上生长LED元件，该LED元件还附着于具有金属反射镜的永久衬底上。然后去除临时衬底，使发光二极管元件发出的光不被衬底吸收，以增强发出的光的照度。采用本专利技术技术的发光二极管元件如图5所示。LED元件包括发光区域52和砷化镓衬底53。发光区域包括厚度为0.1-0.3mm的重掺杂GaAs接触层521、厚度为0.2-1mm的AlGaInP上覆层52本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高亮度发光二极管，发光二极管包括半导体衬底和发光区域，所述半导体衬底为砷化镓材质，其特征在于：所述发光区域依次由重掺杂GaAs接触层、AlGaInP上覆层、AlGaInP活性层、AlGaInP下覆层、AlAs蚀刻停止层和GaAs缓冲层构成，所述GaAs缓冲层接触半导体衬底。/n

【技术特征摘要】
1.一种高亮度发光二极管，发光二极管包括半导体衬底和发光区域，所述半导体衬底为砷化镓材质，其特征在于：所述发光区域依次由重掺杂GaAs接触层、AlGaInP上覆层、AlGaInP活性层、AlGaInP下覆层、AlAs蚀刻停止层和GaAs缓冲层构成，所述GaAs缓冲层接触半导体衬底。


2.根据权利要求1所述的高亮度发光二极管，其特征在于：所述发光区域具有p/i/n结构和/或n/i/p结构，所述AlAs蚀刻停止层用作蚀刻停止层。


3.根据权利要求2所述的高亮度发光二极管，其特征在于：所述重掺杂GaAs接触层的厚度为0.1-0.3mm，所述AlGaInP上覆层的厚度为0.2-1mm，所述AlGaInP活性层的厚度为0.2-1mm，所述AlGaInP下覆层的厚度为0.2-1mm，所述AlAs蚀刻停止层的厚度为0.1mm，所述GaAs缓冲层的厚度为0.1mm。


4.一种制造如权利要求1-3中任一所述高亮度发光二极管的制造方法，其特征在于：
1)选择临时衬底，在临时衬底上生长发光区域构成LED元件；
2)选择涂有金属反射镜的永久性衬底，并使用金属粘结剂将LED元件粘附到永久性衬底上；
3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏金鑫，俞红，陈前锋，陈乐然，赵亮，张金旺，邱苏苏，汤大伟，乔莉沐，张强，周鑫明，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司南陵县供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34