一种粗化led芯片的外延结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种粗化LED芯片的外延结构及其制备方法，属于发光二极管制造技术领域。
【背景技术】
[0002]在1980年和1990年代早期，AlGaInP四元II1-V族材料成为人们研究的焦点，AlGaInP四元II1-V族材料的特点是AlGaInP为直接能隙材料，而且直接能隙的值会随着材料组分的变化而变化，可以覆盖可见光范围。适当调整AlGaInP四元II1-V族材料的组分，该材料可以和GaAs衬底相匹配，因此广泛被人们关注。尤其伴随着近几年MOCVD技术的发展，AlGaInP四元II1-V族材料成为高亮度的红光(625nm)、橙光(61Onm)、黄光(590nm)以及黄绿光(570nm)LED的主要材料。
[0003]虽然目前AlGaInP四元II1-V族材料作为发光层在红光、橙光、黄光和黄绿光LED的应用日益成熟，但是伴随着人们对流明效率的不断追求，如何增强LED外量子效率，提高LED芯片的出光成为人们研究的主要课题。其中最受人们关注的便是全反射现象。光从折射率大的介质射到折射率小的介质界面时，全部被反射会原介质的现象，称为全反射现象。目前利用AlGaInP四元II1-V族材料作为发光层的外延片，表面一般采用GaP作为窗口层。GaP材料的折射率比较高(3.2)，远远大于空气折射率(I)。因此，若窗口层GaP发射的光入射到GaP材料和空气的界面时，由于全反射现象，光会被限制在半导体材料中，这些限制在半导体材料中的光会被衬底、发光区材料等吸收，极大的降低了 LED的外量子效率。人们也研究出一些方法，克服全反射现象，提高LED芯片的外量子效率。
[0004]中国专利CN10228053B提供了一种光辅助红光LED的磷化镓窗口层湿法粗化的方法。利用氢氟酸与氧化剂的混合溶液借助光辅助照明，腐蚀磷化镓窗口层，实现红光LED的表面粗化。本发明虽然不使用掩膜，但是首先光辅助照明粗化，对光辅助的光照均匀性提出较为严格的要求；其次限于外延片本身结构因素，磷化镓材料的腐蚀较为困难，腐蚀速率和均匀性控制较困难；第三，使用光辅助照明粗化，辅助光照明光源存在光衰减问题，伴随着光衰减，粗化效果极易发生变化且不容易察觉，限制大规模生产。
[0005]中国专利CN102593280A提供了一种利用分散的微球溶液与酒精混合，然后通过缓冲器将单分散的微球转移到去离子水的表面并且均匀散开；滴入表面活性剂改变水的表面张力，使微球自组装的呈六角密排阵列，形成单层微球膜；将单层微球膜转移到LED表面加热样品，一次固定微球为止作为刻蚀掩膜；以加工的掩膜作为LED表面粗化图案，提升LED发光效率。该方法使用掩膜，而且掩膜制备方法复杂，稳定性差，不能适用于规模化生产，而且该专利使用ICP的方法刻蚀成本较高。
[0006]中国专利CN10290386A提供了一种利用纳米级ZnO提高LED光提取效率的方法，其通过LED窗口层进行纳米级ZnO沉积，以实现表面粗化。该方法使用化学方法沉积ZnO，ZnO的牢固度以及ZnO沉积的均匀性均受到限制，尤其是ZnO的牢固度，在经过LED下游产业封装过程，极易造成沉积的ZnO脱落。
[0007]因此，以上方法不仅受限于外延片本身窗口层的材料，而且从成本、大规模生产以及稳定性上均存在不同的问题，不适用于稳定、廉价、规模化生产。
【发明内容】
[0008]根据现有技术不足，本发明提出一种粗化LED芯片的外延结构。
[0009]本发明还提出一种上述粗化LED芯片外延结构的制备方法。
[0010]发明概述:
[0011]本发明首先在n-GaAs衬底上依次生长n_GaAs缓冲层、DBR、下限制层、有源区、上限制层、隧穿结、粗化层和帽子层。芯片制备先在帽子层上蒸镀电极，光刻电极图形，同时去掉多余的帽子层，用湿法方法，对粗化层进行粗化，然后减薄、蒸镀背金，然后依次经过合金、测试、切割，制备出表面粗化的高光提取效率的LED芯片。
[0012]本发明的技术方案如下:
[0013]一种粗化LED芯片的外延结构，其结构自下而上依次包括n-GaAs衬底、n_GaAs缓冲层、DBR、下限制层、有源区、上限制层、隧穿结、粗化层和帽子层。
[0014]根据本发明优选的，所述下限制层为AlGaInP、AlInP II1-V族材料体系；
[0015]根据本发明优选的，所述有源区为AlGaInP材料体系；
[0016]根据本发明优选的，所述上限制层为AlGalnP、AlInP材料体系；
[0017]根据本发明优选的，所述粗化层为AlGaInP材料体系；
[0018]根据本发明优选的，所述帽子层为GaAs、InGaAs II1-V材料体系。
[0019]如上述一种粗化LED芯片的外延结构的制备方法，包括以下步骤:
[0020](I)采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在η-GaAs衬底上自下而上依次生长η-GaAs缓冲层、DBR、下限制层、有源区、上限制层、隧穿结、粗化层和帽子层，各层厚度和掺杂浓度均按照现有技术；
[0021](2)采用电子束蒸发技术，衬底温度100-200°C，在帽子层上生长厚度为1_3 μ m的金属层；
[0022](3)用金蚀刻液对步骤(2)所述金属层进行腐蚀，腐蚀出电极图形，同时去除电极图形以外的帽子层；
[0023](4)用光刻方法对步骤(3)所述欧姆接触层金属电极图形进行粗化保护；
[0024](5)用湿法腐蚀的方法对粗化层粗化腐蚀，粗化液采用HC1、H3P04或者乙酸溶液，根据粗化效果进行浓度配比，使用HCl: H20系列、H3P04: H20系列或者纯乙酸，体积比范围1: 1-1: 10，粗化时间10-300S，粗化完毕后去胶；
[0025](6)甩负胶并光刻焊线盘金属层图形后，蒸镀焊线金属层，并剥离去胶；
[0026](7)用化学减薄或者机械减薄的方法对衬底减薄；
[0027](8)蒸镀厚度为0.5-1 μ m的背金；
[0028](9)在300°C _400°C温度下，对背金进行合金10min_20min ；
[0029](10)半切、测试、切割，得到单颗LED芯片。
[0030]根据本发明优选的,所述步骤(2)中金属层材料为AuBe、TiAu、TiAl ;
[0031]根据本发明优选的，所述步骤(4)中光刻方法为光刻胶掩膜法、S12介质掩膜法；
[0032]根据本发明优选的，所述步骤⑶中背金材料为TiAu、GeAu。
[0033]本发明上述技术方案中未做详细说明和限定的，均参照发光二极管制作的现有技术。
[0034]本发明的有益效果:
[0035]本发明提出一种直接用于粗化的LED结构，本方法不利用掩膜，直接进行湿法粗化。克服了传统LED外延片窗口层为GaP难刻蚀的方法，用粗化层代替GaP窗口层，具有粗化层极易粗化、粗化均匀、稳定性较好的优点，非常适合规模化生产。利用本发明方法制作的粗化LED芯片可提高约40%的出光效率。
【附图说明】
[0036]图1是本发明制得的LED芯片的外延结构示意图。
[0037]图中，Un-GaAs衬底；2、n_GaAs缓冲层；3、DBR ;4、下限制层；5、有源区；6、上限制层；7、隧穿结；8、粗化层；9、帽子层；10、电极；11、背金。
【具体实施方式】
[0038]下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例中使用的材料及设备均为现有技术。
[0039]实施例1、
[004