一种侧壁粗化高亮度发光二极管及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种侧壁粗化高亮度发光二极管及其制备方法，包括砷化镓永久衬底，在砷化镓永久衬底的上面依次设置有缓冲层、发光层、窗口层和第一电极，缓冲层为n型砷化镓，发光层包括AlAs/AlGaAs反射层、N?AlGaInP下限制层、AlGaInP有源层、P?AlGaInP上限制层、P?GaInP缓冲层和P?GaP粗化层，P?GaP粗化层包含P?GaP正面粗化层和P?GaP侧壁粗化层两部分，在P?GaP正面粗化层上设置第一电极，P?GaP侧壁粗化层呈V型槽结构，窗口层为SiN光学薄膜，在砷化镓永久衬底的下面设有第二电极。粗糙化表面经过钝化膜SiN的包覆，不仅可以较小发光层同封装材料间的折射率差，有助于光的取出，而且可以保护发光区减少漏电异常，提升产品可靠性。
【专利说明】
一种侧壁粗化高亮度发光二极管及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体发光二极管领域，尤其是涉及一种侧壁粗化高亮度发光二极管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]四元系AlGaInP是一种具有直接宽带隙的半导体材料，已广泛应用于多种光电子器件的制备。由于AlGaInP材料的发光波段可以覆盖可见光的红光到黄绿波段，由此制成的可见光发光二极管受到广泛关注。
[0003]传统的垂直结构AlGaInP发光二极管的表层为GaP窗口层，由于GaP同封装材料的折射率差较大，导致大部分的光在出射到GaP窗口层时发生全反射，导致光取出效率较低。有人采用表面粗化的技术来改变出光角度，但效果不佳，粗化造成P-GaP横向扩展能力变差，欧姆接触变差，由于电极下方附近区域的电流密度较高，离电极较远区域的电流密度较低，导致整体的电流注入效率偏低，从而降低了发光二极管的出光效率。高亮度反极性AlGaInP芯片采用键合工艺实现衬底置换，用热性能好的硅衬底(硅的热导率约为1.5W/K.cm)代替砷化镓衬底(砷化镓的热导率约为0.8W/K.cm) ,AlGaInP芯片具有更低热阻值、散热性能更好的优点，并且还可采用高反射率的全方位反射镜技术来提高反射效率。同时采用表面粗化技术能改善AlGaInP芯片与封装材料界面处的全反射，亮度会更高，但是由于制作步骤繁多，工艺非常复杂，导致制作成本偏高，成品率低。
【发明内容】
[0004]本发明的第一个目的在于提供一种不仅可以缩小发光层同封装材料间的折射率差、有助于光的取出、而且可以保护发光区减少漏电异常、提升产品可靠性的侧壁粗化高亮度发光二极管。
[0005]本发明的第二个目的在于提供一种侧壁粗化高亮度发光二极管的制备方法。
[0006]本发明的第一个目的是这样实现的:
一种侧壁粗化高亮度发光二极管，包括砷化镓永久衬底，在砷化镓永久衬底的上面依次设置有缓冲层、发光层、窗口层和第一电极，缓冲层为η型砷化镓，发光层包括AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、AlGaInP有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层和P-GaP粗化层，窗口层为SiN光学薄膜，在砷化镓永久衬底的下面设有第二电极，特征是:P-GaP粗化层包含P-GaP正面粗化层和P-GaP侧壁粗化层两部分，在P-GaP正面粗化层上设有第一电极，P-GaP侧壁粗化层呈V型槽结构，P-GaP粗化层的总厚度在7000?lOOOOnm。
[0007]粗化层的粗化深度在300?500nm。
[0008]窗口层的厚度在50?lOOnm，窗口层包覆了P-GaP正面粗化层的表面和P-GaP侧壁粗化层的表面。
[0009]型槽的倾斜角度60?80°，深度为20?40μπι。
[0010]具有较高的掺杂深度，掺杂深度在800?1200nm，掺杂源为镁(Mg);足够的掺杂深度一方面保证粗糙形貌，有利于光的取出，另一方面可以保证粗化后掺杂层不被破坏，有助于电流的横向扩展。V型槽的倾斜角度60?80°，深度为20?40μπι，可以保证在粗化时达到一个最佳的粗糙化效果，有助于发光区内部的光从侧面取出。粗糙化表面经过窗口层(SiN光学薄膜)的包覆，不仅可以较小发光层同封装材料间的折射率差，有助于光的取出，而且可以保护发光区减少漏电异常，提升产品可靠性。
[0011 ]本发明的第二个目的是这样实现的:
一种侧壁粗化高亮度发光二极管的制备方法，特征是:具体步骤如下:
(1)、在GaAs永久衬底的上面依次外延生长N-GaAs缓冲层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、AlGaInP有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层、P-GaP粗化层；
(2)、在P-GaP粗化层上制作第一电极，并作退火处理；
(3)、采用V型刀片在P-GaP粗化层的侧壁制作出V型槽；
(4)、对包含V型槽的P-GaP粗化层一起浸泡在粗化液中进行粗化处理；
(5)、在粗化过的表面制作出作为窗口层的光学薄膜，通过光刻蚀刻将第一电极露出作为焊盘；
(6 )、在GaAs永久衬底的下面制作第二电极；
(7)、对第二电极做退火处理，即得到侧壁粗化高亮度发光二极管。
[0012]在步骤(I)中，P-GaP具有较高的掺杂深度，掺杂深度在800?1200nm，掺杂源为镁，掺杂浓度为8 X 1017cm-3?I X 1018cm_3o
[0013]在步骤(3)中，对包含V型槽的粗化层进行粗化时不需要做掩膜，工艺简单，粗化液为碘酸、硫酸、氢溴酸、硝酸、冰醋酸、盐酸、柠檬酸中的一种或多种组合，粗化时间60-300S。
[0014]在步骤(5)中，窗口层为通过PECVD沉积的SiN光学薄膜，厚度在50?lOOnm。
[0015]第一电极和第二电极的材料均为Au、Cr、T1、Al、AuBe、AuGe中的一种或多种组合。
[0016]本发明通过直接浸泡在粗化液中将P-GaP的表面和侧壁同时粗化，不仅可以增大芯片正面的全反射角，也可以增大侧面的全反射角，提升正面和侧面的光取出效率，从而提升发光效率。粗糙化表面经过窗口层(SiN光学薄膜)的包覆，不仅可以缩小发光层同封装材料间的折射率差，有助于光的取出，而且可以保护发光区减少漏电异常，提升产品可靠性。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
[0019]—种侧壁粗化高亮度发光二极管，包括砷化镓永久衬底101，在砷化镓永久衬底101的上面依次设置有N-GaAs缓冲层102、AlAs/AlGaAs反射层103、N-AlGaInP下限制层104、AlGaInP 有源层 105、P-AlGaInP 上限制层 106、P-GaInP 缓冲层 107 和 P-GaP 粗化层 108，P-GaP粗化层108包含P-GaP正面粗化层112和P-GaP侧壁粗化层113两部分，在P-GaP正面粗化层112上设置第一电极110，P-GaP侧壁粗化层113呈V型槽结构，窗口层109为SiN光学薄膜，在砷化镓永久衬底101的下面设有第二电极层111。P-GaP粗化层108的总厚度在7000?1000nm0
[0020]粗化层108的粗化深度在300?500nm。
[0021]窗口层109的厚度在50?lOOnm，窗口层109包覆了P-GaP正面粗化层112的表面和P-GaP侧壁粗化层113的表面。
[0022]型槽114的倾斜角度60?80°，深度为20?40μπι，可以保证在粗化时达到一个最佳的粗糙化效果，有助于发光层内部的光从侧面取出。
[0023]—种侧壁粗化高亮度发光二极管的制备方法，具体步骤如下:
1、制作外延片:利用MOCVD设备在一GaAs永久衬底101面上依次生长N-GaAs缓冲层102、AlAs/AlGaAs反射层103、N-AlGaInP下限制层104、MQW多量子阱有源层105、P-AlGaInP上限制层106、P-Ga InP缓冲层107、P-GaP粗化层108。
[0024]其中:P-GaP粗化层108优选厚度8000nm，优选掺杂浓度9X1017cm-3，优选掺杂深度100nm;
2、利用511和215清洗液清洗表层的P-GaP粗化层108，通过电子束和热蒸镀在P-GaP正面粗化层112表面蒸镀第一电极层，第一电极层的材料依次为AuBe、T1、Au，厚度分别为50nm>100nm>2000nm；
3、在第一电极层上以4000转/min转速旋涂正性光刻胶，通过烘烤，曝光，显影，制作出第一电极层的图形;再通过等离子打胶处理后，利用Au蚀刻液蚀刻300s，Ti蚀刻液蚀刻40s，Au蚀刻液蚀刻30s，去除光刻胶便制作出第一电极110;
4、采用管式退火炉对AlGaInP芯片进行退火，退火温度450°C，退火时间20min;
5、利用V型金刚石刀片沿切割道进行划片，制作出具有V型槽结构的P-GaP侧壁粗化层113，V型槽114的倾斜角度控制在70°，V型槽1114的深度控制在30μπι;
6、无须做掩膜，将AlGaInP芯片浸入体积比为1:2:1的碘酸、冰醋酸和硫酸的混合液进行粗化，粗化时间90s;
7、将粗化好的AlGaInP芯片浸入丙酮溶液进行超声清洗1min，利用PECVD在P-GaP粗化层108的表面沉积作为窗口层109的SiN光学薄膜，SiN光学薄膜的厚度控制在80nm，折射率控制在2.0;
8、在沉积好SiN光学薄膜的表面旋涂正性光刻胶，经过烘烤，曝光，显影后制作出图形，利用体积比为1:1O的氢氟酸:水混合液，蚀刻60s，露出第一电极110作为焊盘；
9、将制作好正面图形的AlGaInP芯片浸入丙酮溶液进行超声清洗lOmin，利用热蒸镀在GaAs永久衬底101的下面制作第二电极111，第二电极111的材料依次为AuGe、Au，厚度分别为lOOnm、10nm;
10、采用管式退火炉对AlGaInP芯片进行退火处理，退火温度360°C，退火时间1minJP完成器件的制作。
【主权项】
1.一种侧壁粗化高亮度发光二极管，包括砷化镓永久衬底，在砷化镓永久衬底的上面依次设置有缓冲层、发光层、窗口层和第一电极，缓冲层为η型砷化镓，发光层包括AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、AlGaInP有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层和P-GaP粗化层，窗口层为SiN光学薄膜，在砷化镓永久衬底的下面设有第二电极，其特征在于:P-GaP粗化层包含P-GaP正面粗化层和P-GaP侧壁粗化层两部分，在P-GaP正面粗化层上设有第一电极，P-GaP侧壁粗化层呈V型槽结构，P-GaP粗化层的总厚度在7000?lOOOOnm。2.根据权利要求1所述的侧壁粗化高亮度发光二极管，其特征在于:P_GaP粗化层的粗化深度在300?500nmo3.根据权利要求1所述的侧壁粗化高亮度发光二极管，其特征在于:窗口层的厚度在50?lOOnm，窗口层包覆了P-GaP正面粗化层的表面和P-GaP侧壁粗化层的表面。4.根据权利要求1所述的侧壁粗化高亮度发光二极管，其特征在于:V型槽的倾斜角度60?80°，深度为20?40μπι。5.一种侧壁粗化高亮度发光二极管的制备方法，其特征在于:具体步骤如下: (1)、在GaAs永久衬底的上面依次外延生长N-GaAs缓冲层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、AlGaInP有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层、P-GaP粗化层； (2)、在P-GaP正面粗化层上制作第一电极，并作退火处理； (3)、采用V型刀片在P-GaP粗化层制作出V型槽； (4)、对包含V型槽的P-GaP粗化层一起浸泡在粗化液中进行粗化处理； (5)、在粗化过的表面制作出作为窗口层的光学薄膜，通过光刻蚀刻将第一电极露出作为焊盘； (6)、在GaAs永久衬底的下面制作第二电极； (7)、对第二电极做退火处理，即得到侧壁粗化高亮度发光二极管。6.根据权利要求5所述的侧壁粗化高亮度发光二极管的制备方法，其特征在于:在步骤(I)中，P-GaP具有较高的掺杂深度，掺杂深度在800?1200nm，掺杂源为镁，掺杂浓度为8 X1lYcm-G?I X1018cm-3o7.根据权利要求5所述的侧壁粗化高亮度发光二极管的制备方法，其特征在于:在步骤(3 )中，粗化液为碘酸、硫酸、氢溴酸、硝酸、冰醋酸、盐酸、柠檬酸中的一种或多种组合，粗化时间 60-300s。8.根据权利要求5所述的侧壁粗化高亮度发光二极管的制备方法，其特征在于:在步骤(5)中，窗口层为通过PECVD沉积的SiN光学薄膜，厚度在50?100nm。9.根据权利要求5所述的侧壁粗化高亮度发光二极管的制备方法，其特征在于:第一电极和第二电极的材料均为Au、Cr、T1、Al、AuBe、AuGe中的一种或多种组合。
【文档编号】H01L33/00GK105914274SQ201610418650
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】张银桥, 潘彬
【申请人】南昌凯迅光电有限公司