GaP表面粗化的AlGaInP基LED及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体技术领域，具体涉及AlGalnP基LED的结构及其制造方法。
【背景技术】
[0002]与GaAs衬底晶格匹配的AlGalnP基材料是一种直接带隙半导体，通过调整A1和Ga的比例，禁带宽度可在1.9eV?2.3eV之间变化，AlGalnP基LED的波长范围可以覆盖550nm?650nm。因此，AlGalnP基材料已广泛应用于红光、橙光、黄绿光LED的制造。由于AlGalnP基材料的折射率η高达3.0?3.5，远高于环氧树脂、硅胶(η?1.5)等LED常规封装材料。根据光的全反射定律可知，光从光密媒质进入光疏媒质会在界面处产生全反射现象，而且界面两侧的折射率差异越大，全反射临界角越小。这使得AlGalnP基LED的出光效率很低。事实上，该问题也存在于GaAs LED和GaN LED中。
[0003]对此，1.Schnitzer等提出了表面粗化提高GaAs LED的外量子效率的方法[Appl.Phys.Lett., Vol.63, N0.16, 2174-2176，(1993)]。S.Fan 等提出采用二维光子晶体将有源区发出的光耦合输出，从而提高出光效率[Phys.Rev.Lett., Vol.78,N0.17, 3294-3297，(1997)]。M.R.Krames 等将 AlGalnP LED 芯片切割成截角倒金字塔形(truncated-1nverted-pyramid)，从而改变射向侧壁的光线与侧壁法向之间的夹角，减少界面全反射，提高出光效率[Appl.Phys.Lett., Vol.75, N0.16, 2365-2367, (1999)] 0C.S.Chang等采用光刻制备掩膜图形，再采用ICP干法刻蚀在GaN LED侧壁形成半圆形周期性图案，提高出光效率[IEEE Photonic.Technol.Lett., Vol.16, N0.3, 750-752，(2004) ]0
[0004]在上述方法中，通过表面粗化来提高LED出光效率的方法已被业界广泛采用，成为LED行业的一种惯用技术。郝霄鹏等人提出了采用ΙΤ0颗粒掩膜，干法蚀刻粗化GaP的方法[中国发明专利，授权公告号CN101656284]。廖伟等人提出了采用干法蚀刻和湿法腐蚀相结合使LED芯片表面的GaP粗化的方法[中国发明专利，申请号201410239956.7]。杨海方等人提出了采用干法蚀刻在GaP表面形成类球形结构或锥状结构的方法[中国发明专利，申请号201310061485.0和201310093588.5]。然而，上述专利技术方案只涉及GaP表面粗化，并未涉及GaP表面覆盖ΙΤ0电流扩展层。肖志国等人提出了光刻和湿法腐蚀相结合在GaP表面形成周期性纹理并进行表面粗化的方法，并提出在GaP表面覆盖ΙΤ0作为电流扩展层的方案[中国发明专利，申请号201110363791.0]。然而，该专利并未涉及表面粗化的GaP与ΙΤ0如何形成欧姆接触的问题。由于GaP表面粗化后，其表面高掺层被破坏，ΙΤ0与表面粗化的GaP层难以形成欧姆接触，从而导致LED芯片正向电压异常高。
【发明内容】
[0005]针对上述提到的表面粗化的GaP与ΙΤ0难以形成欧姆接触的问题，本发明提出一种GaP表面粗化的AlGalnP基LED。
[0006]本发明LED从下至上依次为背电极、GaAs衬底、GaAs缓冲层、DBR反射镜层、η型限制层、MQW多量子阱有源层、ρ型限制层、ρ型GaP窗口层和ITO电流扩展层和主电极；其特征在于ρ型GaP窗口层朝向ITO电流扩展层一侧呈粗化状，在ρ型GaP窗口层与ITO电流扩展层之间设置欧姆接触点。
[0007]本发明有?效果:(1)可以进一步提尚AlGalnP基LED的出光效率，从而提尚电光转换效率；(2)由于出光效率提高，LED材料本身吸收的光减少，发热量也相应减小，从而可以延长LED的寿命。
[0008]进一步地，本发明所述粗化状的形貌为非周期性的无规则图形，所述图形尺寸为亚微米级。非周期性的无规则图形，可以对不同波长的光都有散射和衍射效果，如果是周期性的规则图形，则只对特定波长的光有效。由于本专利申请书所述LED为可见光LED，亚微米级的图形能够更加有效地对这一波段的光产生散射和衍射。
[0009]所述图形尺寸为50nm?1 μπι。该图形尺寸一方面为了获得更高的出光效率，粗化图形尺寸应该与可见光波长范围380nm至760nm相比拟；另一方面，粗化图形的起伏深度不能太大，以免表面覆盖的ΙΤ0电流扩展层出现断层现象，导致电流不能有效扩展。
[0010]本发明另一目的是提出以上GaP表面粗化的AlGalnP基LED的制造方法。
[0011]包括以下步骤:
1)在GaAs衬底的同一侧依次生长GaAs缓冲层、DBR反射镜层、η型限制层、MQW多量子讲有源层、Ρ型限制层、ρ-GaP窗口层，形成AlGalnP基LED外延片；
2)在ρ型GaP窗口层表面制备欧姆接触点；然后直接将外延片浸入粗化液中，使裸露的ρ型GaP窗口层表面粗化；
3)在ρ型GaP窗口层表面沉积一层ΙΤ0膜形成电流扩展层；
4)在ΙΤ0膜表面旋涂光刻胶，曝光、显影形成主电极图形窗口；
5)蒸镀主电极，然后采用Lift-off工艺完成主电极的制作；
6)将GaAs衬底研磨减薄后，在GaAs衬底背面蒸镀背电极；
7)经合金、半切、测试后进行切穿。
[0012]本发明所述制造方法的关键环节，同时也是区别于常规AlGalnP基LED制造方法之处在于:(1)在GaP表面制备欧姆接触点；(2)无掩膜条件下，直接将外延片浸入粗化液中，使裸露的P型GaP窗口层表面粗化，达到了湿法腐蚀粗化ρ型GaP窗口层表面的效果；
(3)沉积ΙΤ0膜作为电流扩展层。本发明工艺流程简单、适合大规模量产。
[0013]由于采用ΙΤ0膜作为电流扩展层，后续主电极的制备需要采用Lift-off工艺。如果采用光刻、湿法腐蚀工艺制备主电极则可能导致ΙΤ0膜被意外腐蚀。
[0014]另外，本发明所述粗化状的形貌为非周期性的无规则的尺寸为50nm?1μπι的图形。
[0015]所述粗化液为HC1、H2S04、H3P04、HN03、HBr、I2水溶液、CH 3C00H、HF、NH4F、NH40H、KOH水溶液或H202中的至少任意一种。
[0016]所述欧姆接触点的材料为Au、Pt、T1、Cr、Al、N1、AuBe、AuZn、AuGe 或 AuGeNi 中的至少任意一种。由于GaP表面粗化后，其表面高掺层被破坏，这时如果直接在GaP表面覆盖ΙΤ0电流扩展层，会出现ΙΤ0与GaP难以形成欧姆接触的问题，导致LED芯片正向电压异常高，制作欧姆接触点能解决这个问题。
[0017]所述ΙΤ0膜的沉积方式为电子束蒸发或磁控溅射镀膜。
[0018]所述ITO膜的厚度为50nm?500nm。
[0019]蒸镀主电极的方式为电子束蒸发或热蒸发。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的一种剖面结构示意图。
[0021]图2为图1的俯视图。
[0022]图3为扫描电子显微镜拍摄的ρ型GaP窗口层表面粗化后的形貌特征照片。
[0023]其中，101为背电极，即η电极，102为GaAs衬底、103为GaAs缓冲层、104为DBR反射镜层、105为η型限制层、106为MQW多量子阱有源层、107为ρ型限制层、108为ρ型GaP窗口层、109为欧姆接触点、110为ΙΤ0电流扩展层、111为主电