GaP表面粗化的AlGaInP基LED的制作方法

文档序号:10770597
GaP表面粗化的AlGaInP基LED的制作方法
【专利摘要】GaP表面粗化的AlGaInP基LED,属于半导体技术领域,从下至上依次为背电极、GaAs衬底、GaAs缓冲层、DBR反射镜层、n型限制层、MQW多量子阱有源层、p型限制层、p型GaP窗口层和ITO电流扩展层和主电极;其特征在于p型GaP窗口层朝向ITO电流扩展层一侧呈粗化状,在p型GaP窗口层与ITO电流扩展层之间设置欧姆接触点。本实用新型可进一步提高AlGaInP基LED的出光效率,从而提高电光转换效率,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。
【专利说明】
GaP表面粗化的AI Ga I nP基LED
技术领域
[0001]本实用新型属于半导体技术领域,具体涉及AlGaInP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AlGaInP基材料是一种直接带隙半导体,通过调整Al和Ga的比例,禁带宽度可在1.9eV?2.3eV之间变化,AlGaInP基LED的波长范围可以覆盖550nm?650nm。因此,AlGaInP基材料已广泛应用于红光、橙光、黄绿光LED的制造。由于AlGaInP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AlGaInP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)]0S.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)]0M.R.Krames等将AlGaInP 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)]。C.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)]o
[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ITO颗粒掩膜,干法蚀刻粗化GaP的方法[中国实用新型专利,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[中国实用新型专利,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[中国实用新型专利,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ITO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ITO作为电流扩展层的方案[中国实用新型专利,申请号201110363791.0]。然而,该专利并未涉及表面粗化的GaP与ITO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,ITO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。
【实用新型内容】
[0005]针对上述提到的表面粗化的GaP与ITO难以形成欧姆接触的问题,本实用新型提出一种GaP表面粗化的AlGaInP基LED。
[000?]本实用新型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、p型限制层、p型GaP窗口层和ITO电流扩展层和主电极;其特征在于P型GaP窗口层朝向ITO电流扩展层一侧呈粗化状,在P型GaP窗口层与ITO电流扩展层之间设置欧姆接触点。
[0007]本实用新型有益效果:(I)可以进一步提高AlGaInP基LED的出光效率,从而提高电光转换效率;(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,本实用新型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?Ιμπι。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ITO电流扩展层出现断层现象,导致电流不能有效扩展。
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型的一种剖面结构示意图。
[0011]图2为图1的俯视图。
[0012]其中,101为背电极,S卩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P型限制层、108为P型GaP窗口层、109为欧姆接触点、110为ITO电流扩展层、111为主电极,S卩P电极。
【具体实施方式】
[0013]—、结合图1、2详细描述本实用新型的制造工艺步骤:
[0014]1、采用MOCVD设备在GaAs衬底102上生长外延层,形成AlGaInP基LED外延片。外延层包括GaAs缓冲层103、DBR反射镜层104、n型限制层105、MQW多量子阱有源层106、p型限制层 107、p-GaP 窗口层 108。
[0015]其中p-GaP窗口层108的优选厚度为600nm至8000nm,掺杂浓度在I X 118Cnf3以上,掺杂元素为Mg,以保证与欧姆接触点109形成良好的电学接触,并具有良好的电流扩展能力。
[0016]2、采用丙酮、异丙醇、去离子水依次清洗外延片正面的p-GaP窗口层108,氮气吹干,通过旋涂负性光刻胶,曝光、显影做出掩膜图形,在P-GaP窗口层108表面蒸镀厚度为300nm的AuZn和200nm的Au,Lift-off工艺完成欧姆接触点109的制作。AuZn与p-GaP窗口层经过氮气氛围440 0C退火I Omin形成良好的电学接触。
[0017]欧姆接触点的材料也可以采用Au、Pt、T1、Cr、Al、N1、AuBe、AuZn、AuGe或AuGeNi中的至少任意一种。
[0018]3、将P型GaP窗口层108表面制备好欧姆接触点109的外延片浸入粗化液中进行无掩膜粗化。粗化完成后分别用去离子水和异丙醇冲洗干净,氮气吹干。
[0019]本例中粗化液采用体积比为1: 1:5的H2SO4:HF = CH3COOH混合液组成。
[0020]粗化液也可以采用HC1、H2 S04、H3PO4、HNO3、HBr、12水溶液、CH3COOH、HF、NH4F、NH4OH、KOH水溶液或H2O2中的至少任意一种。
[0021]4、在粗化的P型GaP窗口层108和欧姆接触点109表面采用电子束蒸发法或磁控溅射镀膜法沉积一层ITO膜作为电流扩展层110,ITO电流扩展层110的厚度为50nm?500nm,本例选300nm。
[0022]5、在ITO电流扩展层110表面旋涂负性光刻胶,曝光、显影形成主电极窗口图形。
[0023]6、电子束蒸发或热蒸发厚度为10nm的Cr、200nm的Pt和2500nm的Au作为主电极。
[0024]7、Lift_off工艺完成主电极111的制作,然后依次采用丙酮、异丙醇、去离子水清洗,氮气吹干。
[0025 ] 8、利用机械研磨方式将步骤7制作的半制成品的GaAs衬底102减薄至剩余150μηι。
[0026]9、在减薄的GaAs衬底102背面蒸镀厚度为10nm的AuGe和200nm的Au作为背电极101。
[0027]10、在450°C氮气氛围退火炉进行退火5min处理,使背电极101与GaAs衬底102之间形成良好的电学接触,并增强背电极101与GaAs衬底102之间的附着力;同时也使主电极111与ITO电流扩展层110之间、以及ITO电流扩展层110与欧姆接触点109之间都形成良好的电学接触,并增强主电极111与ITO电流扩展层110之间的附着力。
[0028]11、将步骤10制作的半制成品正面半切,半切深度20um至lOOum。然后测试光电参数、最后切穿,完成LED芯片制造流程。
[0029 ] 二、制成的产品结构特点:
[0030]如图1所示,从下至上依次为背电极101、6&48衬底102、6&48缓冲层103、081?反射镜层104、n型限制层105、MQW多量子阱有源层106、p型限制层107、p型GaP窗口层108和ITO电流扩展层110和主电极111; P型GaP窗口层108与ITO电流扩展层110之间设置有欧姆接触点109。P型GaP窗口层108朝向ITO电流扩展层110的一侧呈粗化状。
[0031]如图2所示,欧姆接触点109的尺寸、形状及分布可以根据芯片尺寸及LED芯片的工作电流进行调整。
【主权项】
1.GaP表面粗化的AlGaInP基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、P型限制层、P型GaP窗口层和ITO电流扩展层和主电极;其特征在于P型GaP窗口层朝向ITO电流扩展层一侧呈粗化状,在P型GaP窗口层与ITO电流扩展层之间设置欧姆接触点。
【文档编号】H01L33/00GK205452332SQ201521068093
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月21日
【发明人】徐洲, 杨凯, 何胜, 李波, 李俊承, 林鸭亮, 赵宇, 徐培强, 张永, 张双翔
【申请人】扬州乾照光电有限公司
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