一种垂直结构AlGaInP基发光二极管及其制造方法与流程

本发明属于光电子技术领域，特别涉及algainp四元系发光二极管的制造技术领域。

背景技术：

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。由于材料发光波段可以覆盖可见光的红光到黄绿波段，由此制成的可见光高亮度发光二极管受到广泛关注。四元系algainp红光高亮度发光二极管已大量用于户外显示、交通灯、汽车灯等许多方面。

由于gaas衬底晶格匹配的algainp基材料led具有节能、寿命长、体积小、低电压和环保等优点，所以它将引发照明产业的革命。通过调整al、ga的浓度比，禁带宽度可以被调节至1.9～2.3ev之间变化，另一方面，algainp基的发光二极管的波长范围几乎覆盖了550～650nm的范围，因此可以被用于红、橙和黄绿的发光二极管的制造。由于algainp基材料的折射率与空气的折射率相差很大，出光角度很小，同时又大于用于封装的材料如环氧树脂、硅胶（n≈1.5），因此根据光的全反射定律可知，绝大部分光被全反射回led器件内部，这使得algainp基led的出光效率很低。采用粗化技术，通过对出光面进行粗化，可以有效提高led的发光效率，事实证明，出光面的粗化面积越大，越有利于光的提取。

文献【ieeephotonic.technol.lett.,vol.16,no.3,750-752,(2004)】指出，对ganled侧壁形成半圆形周期性图案，可以有效提高出光效率。

文献【appl.phys.lett.,vol.63,no.16,2174-2176,(1993)】指出，led表面的粗化能提高gaasled的外量子效应。

文献【j.appl.phys.,vol.93,pp.9383–9385,2003.】指出，对ingan基led通过表面的微粗化，可以有效提高出光率和改善光电性能。

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。在algainp基led中，现有技术主要是对外延层表面和侧壁进行粗化。在中国专利申请号为201310108349.2的文件中提出采用光刻制备掩膜图形，再利用湿法腐蚀在algainpled侧壁形成周期性图形的方法。在中国专利号为201510653644.5的文件中提出了采用湿法腐蚀的方法对各颗led芯片外延层的四周蚀刻出至少达到p-gap窗口层的切割道，再对外延层的表面和侧壁作粗化处理，以使外延层表面和侧壁都是呈粗化状的方法。

以上现有技术方法仅是led芯片的表面上进行粗化，粗化前的表面为水平的led粗化层，粗化后形成的粗糙不平的水平面，得到的粗化面积还是有限，所以对提高光的提取率的贡献不大，并不能达到理想的效果。

技术实现要素：

本发明目的是提出一种可进一步增加粗化面积，提高光提取率的垂直结构algainp基发光二极管。

本发明包括设置在衬底背面的背电极，在衬底正面依次设置dbr层、n限制层、有源层、p限制层、电流扩展层、粗化层，在部分粗化层上设置欧姆接触层，在欧姆接触层上设置正电极；其特征在于所述粗化层设置有若干沟槽，在沟槽的底面和侧面分别设置粗化的表面。

本发明通过在粗化层设置沟槽，并在沟槽的底面和侧面分别设置粗化的表面，大大提高了粗化层的粗化面积，使外量子效应得以大幅提高，而且粗化层蚀刻出的沟槽不影响电流的横向扩展，故而实现了提高光提取率的目的。

进一步地，为了再加大沟槽的表面积，本发明所述沟槽可以具有n个分层结构，n≥1，且沟槽的分层结构呈现台阶形貌。

所述沟槽以正电极为中心呈环绕分布。即在自正电极的俯视图观察沟槽可以是圆环形、四边形、多边形等规则或不规则的图形。

本发明另一目的是提出以上垂直结构algainp基发光二极管的制备方法。

方法包括以下步骤：

1）在衬底的同一侧依次外延生长形成dbr层、n限制层、有源层、p限制层、电流扩展层、粗化层、欧姆接触层，取得外延片；

2）以外延片进行清洗、制干后，在外延片的欧姆接触层表面生长形sio2材料层；

3）在sio2材料层上通过涂胶、光刻、显影制作出光刻胶图形；

4）将外延片经过boe蚀刻，得到供需蚀刻的图形化粗化面区域；

5）对图形化粗化面区域采用湿法或干法腐蚀的方法，自sio2材料层向下腐蚀至粗化层；

6）将处延片置于粗化液中进行腐蚀处理；

7）去除图形化粗化面区域以外的欧姆接触层上剩余的sio2材料层后，在欧姆接触层上制作形成正电极；

8）对衬底进行减薄研磨，然后在衬底的背面制作背电极；

9）经裂片，得垂直结构algainp基发光二极管；

本发明工艺特点是：所述步骤5）中，在图形化粗化面区域内蚀刻出若干沟槽，且各沟槽的最大深度不大于粗化层的厚度。

本发明大多采用常规工艺，仅是在图形化粗化面区域内蚀刻出若干沟槽，加大了粗化层的表面积，在此基础上再进行粗化处理，可大大提高粗化的总面积。本发明可借助现有的湿法和干法蚀刻，尤其是湿法蚀刻，可以蚀刻出不同形状的沟槽形状。本发明工艺简单，易于生产，而其效果却显著高于同类产品。

所述步骤5）腐蚀出的沟槽可以具有n个分层结构，n≥1，且沟槽的分层结构呈现台阶形貌。

为了使制得的产品中沟槽以正电极为中心呈环绕分布，经过步骤5）腐蚀后，在各剩余的sio2材料层外周形成环绕分布的沟槽。

另外，为了利于后期制成沟槽而不会将粗化层刻穿，本发明所述步骤1）中，外延取得的粗化层的厚度为3～10μm。

附图说明

图1为实施例1制得的产品结构示意图。

图2为图1的俯向视图。

图3为实施例2制得的产品结构示意图。

图4为图3的俯向视图。

图5为实施例3制得的产品结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

1、通过有机金属气相外延法，以gaas为衬底，在其同一侧依序生长dbr层（选用的材料为：gaas/algaas）；n限制层（选用的材料为：(alxga91-x))0.5in0.5p，其中，x为0至1，并以si或te进行掺杂，掺杂浓度为1e17～1e19）；有源层（选用的材料为：alxga(1-x)inp）；p限制层（选用的材料为：alinp）；电流扩展层（选用的材料为：gap或(alxga(1-x))0.5in0.5p,其中，x为0至1，并以si或c进行掺杂，掺杂浓度为1e17～1e18）；粗化层（选用的材料为：gap或(alxga(1-x))0.5in0.5p，），厚度为3～5μm；欧姆接触层（选用的材料为：inxga(1-x)as，其中以mg或c进行掺杂，掺杂浓度为：1e19～1e21），形成完整的发光二极管外延结构，取得外延片。

2、将外延片经过511和215进行清洗，然后烘烤，在欧姆接触层上通过pecvd生长厚度为200nm的sio2层。

3、在sio2层上通过涂胶、光刻、显影制作出光刻胶图形。

4、将制作出光刻图形的外延片经过boe蚀刻60s，得到供需蚀刻的图形化粗化面区域。

5、对图形化粗化面区域采用湿法腐蚀的方法，自sio2层向下腐蚀至粗化层，以使在图形化粗化面区域内蚀刻出若干沟槽，并使各沟槽深度不大于粗化层的厚度。得到具有沟槽的图形化的粗化面。

经过步骤5腐蚀后，在各剩余的sio2材料层外周形成环绕分布的沟槽。

6、将图形化的粗化面置于粗化液中进行腐蚀，以使粗化层表面（包括各沟槽的底面和侧面）都得以粗化处理，得到图形化粗化面的粗化层。

7、去除图形化粗化面区域以外的欧姆接触层上剩余的sio2层，再按常规方法，在欧姆接触层上制作形成上电极。

8、对gaas衬底进行研磨至设计所需的厚度，然后在gaas衬底的背面制作背电极。

9、经切割、裂片，制得如图1所示的led产品。

10、led产品特点：

如图1所示，在衬底1背面设置有背电极2，在衬底1的正面依次设置有dbr层3、n限制层4、有源层5、p限制层6、电流扩展层7、粗化层8，在部分粗化层8上设置欧姆接触层9，在欧姆接触层9上设置正电极10。

粗化层8设置有若干沟槽，本例中沟槽的侧面呈曲面形，在各沟槽的底面和侧面分别设置粗化的表面。

如图2所示，每个沟槽11为环形，各个沟槽11以正电极10为中心呈发散形分布，并且，沟槽11的环形可以是圆环形、四边形、多边形等规则或不规则的图形。图2显示了圆环形。

实施例二：

1、通过有机金属气相外延法，在材料为gaas的生长基板同一侧依序生长dbr层（选用的材料为：gaas/algaas）；n限制层（选用的材料为：(alxga91-x))0.5in0.5p，其中，x为0至1，并以si或te进行掺杂，掺杂浓度为1e17～1e19）；有源层（选用的材料为：alxga(1-x)inp）；p限制层（选用的材料为：alinp）；电流扩展层（选用的材料为：gap或(alxga(1-x))0.5in0.5p,其中，x为0至1，并以si或c进行掺杂，掺杂浓度为1e17～1e18）；粗化层（选用的材料为：gap或(alxga(1-x))0.5in0.5p，），厚度为5～10μm；欧姆接触层（选用的材料为：inxga(1-x)as，其中以mg或c进行掺杂，掺杂浓度为：1e19～1e21），形成完整的发光二极管外延结构，取得外延片。

2、将外延片经过511和215进行清洗、烘烤，在欧姆接触层上通过pecvd生长200nm的sio2层。

3、在sio2层上通过涂胶、光刻、显影制作出光刻胶图形。

4、将制作出光刻图形的外延片经过boe蚀刻60秒，得到供需蚀刻的图形化粗化面区域。

5、对图形化粗化面区域采用湿法腐蚀的方法，自sio2层向下腐蚀至粗化层，以使在图形化粗化面区域内蚀刻出若干沟槽，并使各沟槽深度不大于粗化层的厚度。得到具有沟槽的图形化的粗化面。

经过步骤5腐蚀后，在各剩余的sio2材料层外周形成环绕分布的沟槽。

6、将图形化的粗化面置于粗化液中进行腐蚀，以使粗化层表面（包括各沟槽的底面和侧面）都得以粗化处理，得到图形化粗化面的粗化层。

7、去除图形化粗化面区域以外的欧姆接触层上剩余的sio2层，再按常规方法，在欧姆接触层上制作形成上电极。

8、对gaas衬底进行研磨至设计所需的厚度，然后在gaas衬底的背面制作背电极。

9、经切割、裂片，制得如图2所示的led产品。

10、led产品特点：

如图3所示，在衬底1背面设置有背电极2，在衬底1的正面依次设置有dbr层3、n限制层4、有源层5、p限制层6、电流扩展层7、粗化层8，在部分粗化层8上设置欧姆接触层9，在欧姆接触层9上设置正电极10。

粗化层8设置有若干沟槽，本例中沟槽的侧面呈平面形，在各沟槽的底面和侧面分别设置粗化的表面。

如图4所示，每个沟槽为环形，各个沟槽以正电极10为中心呈发散形分布，并且，沟槽的环形为四边环形。

实施例三：

1、通过有机金属气相外延法，在材料为gaas的生长基板同一侧依序生长dbr层（选用的材料为：gaas/algaas）；n限制层（选用的材料为：(alxga91-x))0.5in0.5p，其中，x为0至1，并以si或te进行掺杂，掺杂浓度为1e17～1e19）；有源层（选用的材料为：alxga(1-x)inp）；p限制层（选用的材料为：alinp）；电流扩展层（选用的材料为：gap或(alxga(1-x))0.5in0.5p,其中，x为0至1，并以si或c进行掺杂，掺杂浓度为1e17～1e18）；粗化层（选用的材料为：gap或(alxga(1-x))0.5in0.5p，），厚度为5～10μm；欧姆接触层（选用的材料为：inxga(1-x)as，其中以mg或c进行掺杂，掺杂浓度为：1e19～1e21），形成完整的发光二极管外延结构，取得外延片。

2、将外延片经过511和215进行清洗、烘烤，在欧姆接触层上通过pecvd生长200nm的sio2层。

3、在sio2层上通过涂胶、光刻、显影制作出光刻胶图形。

4、将制作出光刻图形的外延片经过boe蚀刻60秒，得到供需蚀刻的图形化粗化面区域一。

5、再将具有图形化粗化面区域一的外延片进行有机清洗，通过pecvd生长200nm的sio2层。

6、在sio2层上通过涂胶、光刻、显影，在粗化面区域一上面制作出光刻胶图形区域二。

7、将图形化粗化面区域一和区域二，采用湿法或干法蚀刻的方法，自sio2层向下腐蚀至粗化层，以使在图形化粗化面区域内蚀刻出若干沟槽，并使各沟槽深度不大于粗化层的厚度。

得到具有台阶状沟槽的图形化的粗化面。

8、去除图形化粗化面区域以外的欧姆接触层上剩余的sio2层，再按常规方法，在欧姆接触层上制作形成上电极。

9、对gaas衬底进行研磨至设计所需的厚度，然后在gaas衬底的背面制作背电极。

10、经切割、裂片，制得如图3所示的led产品。

11、led产品特点：

如图5所示，在衬底1背面设置有背电极2，在衬底1的正面依次设置有dbr层3、n限制层4、有源层5、p限制层6、电流扩展层7、粗化层8，在部分粗化层8上设置欧姆接触层9，在欧姆接触层9上设置正电极10。

粗化层8设置有若干沟槽，本例中各沟槽有2个台阶，在各沟槽的底面和侧面分别设置粗化的表面。