一种图案化高亮度AlGaInP发光二极管的制作方法

本实用新型属于LED生产应用技术领域，具体涉及AlGaInP发光二极管的芯片生产工艺。

背景技术：

四元系LED 芯片由于其发光效率高，颜色范围广耗电量少、寿命长、单色发光、反应速度快、耐冲击、体积小等优点而被广泛的应用于指示、显示各种装置上、汽车内部指示灯、家电指示灯、交通停信号灯、家用照明上，特别是高亮度及高功率的发光二极管组件需求量大增，因此，对于高亮度的发光二极管研究及制作必须加紧脚步，以满足高亮度发光二极管于照明市场的需求。

常规垂直结构AlGaInP 发光二极管是基于P-GaP 电流扩展层进行横向扩展，将电流注入发光区，但由于P-GaP 电流扩展能力有限，电极下方附近区域电流密度较高，离电极较远的区域电流密度较低，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。

高亮度倒装垂直结构AlGaInP 芯片采用键合工艺实现衬底置换，用到热性能好的硅衬底代替砷化镓衬底，并结合表面粗化与全方位反射镜技术可获得具有更低热阻值、散热性能更好、亮度会更高的芯片。但是由于倒装垂直结构工艺制作步骤繁多，工序非常复杂，导致成品率低，制作成本偏高。

图案化AlGaInP 芯片表层可以减少光的全反射，增加芯片的出光效率，目前主要的做法有利用纳米压印技术或是聚焦离子束蚀刻，在表面时刻出小孔，可以提升光取出效率，但这种方式工艺前期设备投入成本比较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种生产成本较低、出光效率高的图案化高亮度AlGaInP发光二极管。

本实用新型在GaAs 衬底正面设置N-GaAs 缓冲层、AlAs/AlGaAs 反射层、N-AlGaInP 下限制层、MQW 多量子阱有源层、P-AlGaInP 上限制层、P-GaInP缓冲层、P-GaP 电流扩展层和氧化铟锡透明薄膜层，在氧化铟锡透明薄膜层上设置P电极，在GaAs 衬底背面设置N电极；其特征在于：在P-GaP 电流扩展层和氧化铟锡透明薄膜层之间设置具有阵列分布多个圆形孔的P-GaP 图案化层。

氧化铟锡透明薄膜具有良好的电流扩展能力，电流通过氧化铟锡透明薄膜、P-GaP 图案化层可以均匀地注入到整个芯片表面，从而减小了电流在局部区域内的积聚，提升电流的有效效率，阵列分布有圆形孔的P-GaP 图案化层可减少发出的光子经P-GaP 电流扩展层全反射的机率，从而提升了发光效率。

进一步地，本实用新型所述P-GaP 电流扩展层的厚度为2～5μm，所述P-GaP 图案化层的圆形孔的孔径为3～5μm，深度为1～2μm，相邻的圆形孔的间距为4～8μm。

电流扩展层的厚度2～5μm，此层需要电流扩展与粗化，厚度不能薄，否则会影响到电流注入。P-GaP 图案化层的圆形孔的孔径为3～5μm，深度为1～2μm，相邻的圆形孔的间距为4～8μm，是具有最佳的出光效果的图案阵列，圆形孔的深度不能太深，才能保证良好的电流扩展，否则会影响电流扩展与电性导通。

附图说明

图1 为本实用新型产品的一种结构示意图。

图2为图1的俯向视图。

具体实施方式

一、具体实施步骤：

在厚度为160～200μm的GaAs 衬底100正面通过MOCVD技术制作芯片：

依次外延生长N-GaAs 缓冲层200、AlAs/AlGaAs 反射层201、N-AlGaInP 下限制层202、MQW 多量子阱有源层203、P-AlGaInP 上限制层204、P-GaInP缓冲层205、P-GaP 电流扩展层206。

其中外延生长的高掺杂镁的P-GaP 电流扩展层206厚度2～5μm （本例为4.5μm），以保证能形成良好的欧姆接触，镁的掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3到1×10 ¹⁹cm^-3。

将完成外延制作的芯片用511 溶液液清洗P-GaP 电流扩展层206，在P-GaP 电流扩展层206上旋涂正性光刻胶，通过曝光，显影，制作出呈阵列式分布的圆形孔图案：各圆形孔的直径分别为3～5μm，相邻的圆形孔的间距均为4～8μm。再通过等离子打胶后，利用体积比为2∶1∶2∶4的KOH、Na₂SO₄、高锰酸钾、铁酸钾和水的混合液，或是体积比为1∶1∶3的HCl、H₂O₂和CH₃COOH的混合液进行湿化蚀刻，湿化蚀刻时间为60～90s，圆形孔的蚀刻深度为1～2μm。

再去除圆形孔之间剩余的正性光刻胶，即完成P-GaP 电流扩展层的图案化，取得P-GaP图案化层207。

将制成P-GaP图案化层207的芯片使用丙酮、IPA溶液进行超声清洗10min，采用电子束蒸镀的方式，在P-GaP图案化层207的表面沉积厚度为200～350nm （本例为260nm） 的氧化铟锡透明薄膜208，氧化铟锡透明薄膜208的透过率保证在95% 以上，方块电阻在8 Ώ 以内。

将制作完成氧化铟锡透明薄膜208的芯片使用丙酮、IPA溶液进行超声清洗10min，旋涂负性光刻胶，经过烘烤，曝光，烘烤，显影通过高速旋干机将样品旋干、等离子打胶后，采用电子束蒸镀方式蒸镀P电极300，P电极300的材料为Cr、Ti、Al，厚度分别为50nm、300nm、3500nm，采用剥离的方式去除负性光刻胶。

将制作完成P电极300的芯片贴附于研磨盘上，将背面GaAs衬底100减薄至190μm 厚度。

将减薄后的芯片使用丙酮、IPA溶液进行超声清洗10min，采用电子束蒸镀的方式在衬底GaAs100 表面制作N电极301，N电极301的材料为AuGe、Au，厚度分别为120nm、150nm。

将制作完成N面电极301的芯片快速退火炉对芯片进行退火，退火温度380～480℃（本例为430℃），退火时间5～20s（本例为12s）。

上述步骤完成图案化高亮度AlGaInP发光二极管的制作。

二、产品结构特点：

如图1 、2所示，在GaAs 衬底100正面依次设置N-GaAs 缓冲层200、AlAs/AlGaAs 反射层201、N-AlGaInP 下限制层202、MQW 多量子阱有源层203、P-AlGaInP 上限制层204、P-GaInP缓冲层205、P-GaP 电流扩展层206、P-GaP 图案化层207和氧化铟锡透明薄膜层208，在氧化铟锡透明薄膜层208上设置P电极300，在GaAs 衬底100背面设置N电极301。

P-GaP 电流扩展层的厚度为2～5μm。

其中，在P-GaP 电流扩展层206和氧化铟锡透明薄膜层208之间的P-GaP 图案化层207中具有阵列分布多个圆形孔，各圆形孔的孔径为3～5μm，深度为1～2μm，相邻的圆形孔的间距为4～8μm。

以上实施例并非对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围情况下，还可做出同等的变化或变换。因此所有等同的技术方案也应该以属于本实用新型的范畴。