AIGaInP系LED工艺进展探析.doc

AIGaInP系LED工艺进展探析 　　摘 要：从外延工艺和芯片工艺上，对AIGaInP系LED在提升外量子效率的各种方法做了分析，探讨了各种工艺目前存在的优势和缺点。以期为GaAs基AIGaInP LED的发展提供理论依据 关键词：AIGaInP LED；GaAs；外延工艺；芯片工艺 中图分类号：TN383 文献标识码：A 0.引言 LED从投入市场到现在已有40多年的历史。20世纪80年代，出现了液相淀积LED的制作技术，使LED的性能得到了一次提升。90年代，采用金属有机化学气相沉积系统（MOCVD），使LED的性能得到了飞跃。AlGaInP系LED的技术改进主要围绕着如何提升LED的发光效率进行研究。目前影响AlGaInPLED性能的主要原因是外量子效率低，人们已研究各种方法提升AlGaInP发光二极管的外量子效率，例如DBR结构、倒装结构、表面粗化、倒金字塔、ITO电流扩展结构等。这些芯片工艺提升外量子效率方法也在企业生产中取得较大进展，但也存在各种瓶颈，工艺实现起来存在困难。本文针对这些方法进行分析，为后续AIGaInP系LED的工艺发展提供理论依据 1. AIGaInP LED外延工艺分析 1.1 能带结构分析。（AlxGa1-x）1-yInyP的材料里，通过对In的摩尔组分y进行调节，能使与GaAs的衬底进行较好匹配。当y=0.5，（AlxGa1-x）1-yInyP和GaAs的衬底能够进行更好的晶格匹配。目前商业中采用的红光的LED多是采用在GaAs衬底上使用MOCVD生长（AlxGa1-x）0.5In0.5P作为有源层。有源区（AlxGa1-x）0.5In0.5P的直接带隙变化范围从1.9eV（x=0）到2.23eV（x=0.543），对应的发射波长从650nm到550nm，也可以制备出黄绿光到红光波段的LED。MOCVD技术应用到AIGaInP LED的生产中是LED制作技术发展的一大进步，使LED的性能得到了很好的提升。目前在各个企业里，制备黄绿光到红光波段的LED，有源区一般采用（AlxGa1-x）0.5In0.5P材料，得到良好的效果 1.2 AIGaInP LED的外延层结构分析。传统的GaAsP LED的外延层结构相对比较简单，其功率和各方面性能都比较低。AIGaInP LED在外延层结构设计上更加复杂，同时较为复杂的结构层设计也为AIGaInP LED带来了更好的性能。目前常见的AIGaInP LED外延层结构一般包括有衬底、分布布拉格反射层（DBR反射层）、NP限制层、电流扩展层等 衬底采用GaAs衬底，其中GaAs衬底的选择至关重要，良好的衬底是决定能否外延出高质量的前提条件，目前一般选择衬底掺杂浓度介于（0.5-5）×1018cm-3，位错密度EDP 　　通过表面粗糙化处理进行结构设计，主要是采用对介面进行打毛的方式让部分反射光能够通过一种散射的方式射出，从而使外量子效率提高。但是这种方式是直接对LED的表面进行处理，因此对于透明电极会造成危害，同时这种处理方式难度也较高，因此一般使用较少 2.3 改变晶粒外形结构设计。由于LED的晶粒其外形一般多以一种立方体的形式展现，而这种形状下的截面呈相对平行状态，因此光在其中会全部发生反射，从而造成了光被有源层的吸收。在这种设计下，许多光会被转化成热能消散 改变晶粒外形的结构设计就是建立在这种基础上的一种设计，是利用一种特殊的刀片将LED制作成为一种倒金字塔型的形状，这种形状的LED设计当中，光线会在侧内表面发生折射，然后反射到其上表面上，然后再以一种低于临界值的角度射出，与此同时，其他大于临界值的光则是从侧面射出。光在内部传递的路程会被缩短，同时通过这种设计，光可以高效地被引导出来。这种设计下，外量子效率可以实现50%的保留，发光效率非常高 2.4 采用ITO电极结构。在外延结构里，GaP主要用于电流扩展，常规芯片工艺中，GaP的厚度越厚，电流扩展效果越好。在该工艺里，电流从电极注入，往GaP层扩展，反射光会受到电极阻挡，降低发光效率。为了提升亮度，人们研究采用了ITO作为电极，并在表?由杓埔徊愕缌髯璧膊悖?目的为了使得电流能往电极周围扩展，电流更多地注入到电极周边下面的GaP区域，电流密度更高，发光效率越好，研究表明当GaP越厚，电流仍会沿着电极下面扩展，产生的光被电极遮住，无法出射。因此，为了配合芯片ITO工艺制程，在外延结构里，将GaP厚度设计在合理的范围内，亮度最亮。该方法在企业里得到较大的影响，芯片工艺相对简单，且良率较高 结语 对于LED的技术改造，如何提升其外量子效率，我们做了许多努力。本文提到的外延工艺和芯片工艺设计方法虽然已经实现LED外量子效率的提升，但仍然还有很