GaAs基发光二极管芯片上GaP粗糙表面的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种GaAs基发光二极管芯片上GaP粗糙表面的制备方法，属于光电子技术领域。
【背景技术】
[0002]LED是第一个进入市场的商用化合物半导体，已经有40多年的发展历程。最早的LED是采用LPE (液相外延生长)技术做成的红光GaAsP LED,但是这些LED的性能相对于目前来说比较低。1970年，在GaP和GaAsP中加入氮的方法提出后，提升了 LED的性能并且制作出了除红光以外的绿光、橘黄色光等LED器件。20世纪80年代初，利用液相淀积技术制成的AlGaAs LED具有较好的性能。20世纪90年代后，由于新型材料以及新的外延技术引入到红光LED的研宄中，利用有机金属化学气相淀积法(MOCVD)制作的GaAs基AlGaInP LED大大改善了红色和黄色光谱区的LED性能。
[0003]现阶段GaAs基LED的研宄已经取得较大的成果，特别是现阶段内量子效率已经超过90%，由于GaAs基LED出光窗口层一般都选用GaP，而GaP的折射率为3.14和空气的折射率差别较大，因为半导体的折射率112远远大于媒质(空气)的折射率ηι，所以只有满足入射角小于临界角的光能通过半导体材料出射到周围媒质中，其临界角Θ c = arcsin(ni/n2)o比如光从GaP材料出射到空气中时，根据上式可以计算出临界角为17°，假设出光界面为一平面，并且发出的是各向同性的自发发射光，则出光面的效率为Yext =0.5(l-cos0c) = 2%，绝大多数射向上表面的光被反射回芯片内部；而且LED器件的电极材料为不透明的金属，这将会导致器件内射向P电极的光由于电极不透明，最终还是会发射回器件内部；而这些反射回来的光会在LED内部被热吸收掉，造成温度上升会降低内部量子效率等问题。GaAs基LED的发光效率低导致绝大部分的电能还不能以可见光的形式出射，从现实上分析，如何改变GaP窗口层出光界面是提高出光效率最有效的方法。
[0004]表面粗糙化是在提高外量子效率的方法中比较简单的一种方法，这种方法的原理在于:如果器件发出的光没有在内部被吸收，则光会在器件内部反复反射，一直到通过以小于界面处临界角的角度出射至外部。如果能改变器件内部及外部的几何形状使其表面粗糙化，这样破坏了光线在器件内部的全反射，很大程度的提高了光子出射的概率。这种结构最早由1.Schnitzer等人提出，当时他们为获得粗糙的LED表面，使用了自然平版印刷术通过腐蚀形成。
[0005]现阶段，为实现GaP窗口层的粗糙化，都是采用单独对GaP窗口层进行化学腐蚀的方法或其它单独对GaP进行刻蚀的方法改变LED的表面形貌，让表面变得粗糙，将会使光出射至表面时入射角度变得随机，这样使光能更多的出射。单独进行化学法腐蚀的方法容易对P型电极下方的GaP进行破坏，如果P型电极制造完成再进行单独化学腐蚀则容易造成P型电极的损伤。
【发明内容】
[0006]针对常规化学腐蚀GaP表面形成粗糙表面技术存在的不足，本发明提出一种流程简便，生产周期短的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，该方法在常规的LED电极金属刻蚀工艺中就能实现对GaP表面的粗糙化，使晶片表面的粗糙化得到更稳定的出射角度，保证了粗糙表面，提高GaAs基LED的出光效率并确保了 P型电极的完整。
[0007]本发明的GaAs基发光二极管芯片上GaP粗糙表面的制备方法，包括步骤如下:
[0008](I)在GaAs基外延片的GaP窗口层表面蒸镀一层Au膜作为P型电极，在GaP窗口层上保留电极图形；
[0009]首先在GaAs基外延片的上表面蒸镀一层Au膜作为p型电极；再在所述Au膜上涂上正性光刻胶，然后进行光刻，保留正性光刻胶的电极图形；
[0010](2)在步骤⑴保留的电极图形保护下制备P型金属电极和粗糙的GaP出光面；
[0011]首先配置对Au和GaP均能造成腐蚀作用的腐蚀液，将步骤(I)制备的GaAs基外延片放入所述腐蚀液进行腐蚀，腐蚀掉未被正性光刻胶保护的Au膜并对GaP窗口层粗糙化处理，腐蚀完成后再去除正性光刻胶，得到P型金属电极和粗糙的GaP出光面，即在GaAs基发光二极管芯片上得到GaP粗糙表面；
[0012]所述腐蚀液按质量浓度69.8%的硝酸、质量浓度36.5%的盐酸、质量浓度99.5%的醋酸和纯水按照体积比1:3:1:1或1:3:2:1的比例配置。
[0013]腐蚀液在温度40-50°C、湿度30% -65%下腐蚀时间为1_3分钟，腐蚀液需在配置后I小时内进行腐蚀。
[0014]本发明通过配置对Au、GaP均能造成腐蚀作用的腐蚀液，制备P型金属电极和粗糙的GaP出光面，可彻底的去除不需要的金属，并保证粗糙表面的角度，取消了需要单独进行表面粗糙的工艺，简化了工艺流程，缩短了生产周期，提高了出光效率，稳定了芯片品质。
【附图说明】
[0015]图1是本发明中步骤(I)制得的GaAs基外延片剖视图；
[0016]图2是本发明中步骤⑵制得的GaAs基外延片剖视图；
[0017]图中，1、正性光刻胶，2、P型金属电极，3、GaAs基外延片。
【具体实施方式】
[0018]本发明的GaAs基发光二极管芯片上GaP粗糙表面的制备方法，包括步骤如下:
[0019](I)如图1所示，首先在GaAs基外延片3的p型GaP窗口层蒸镀上1.5 μπι厚的Au膜；其次，在所述Au膜上涂上2-3 μ m厚的正性光刻胶I，然后通过常规光刻方法进行光刻，在表面保留正性光刻胶的电极图形。
[0020](2)在步骤⑴保留的电极图形保护下制备P型金属电极2和粗糙的GaP出光面。
[0021]具体过程为:首先配置腐蚀液，使用硝酸(质量浓度为69.8% )、盐酸(质量浓度为36.5% )、醋酸(质量浓度为99.5% )和纯水按照体积比为1:3:1:1或1:3:2:1的比例配置金属腐蚀液；其次将步骤(I)所述制备的GaAs基外延片放入腐蚀液腐蚀1-3分钟(腐蚀液配置完成I小时内完成腐蚀作业，在温度40-50 °C、湿度30 % -65 %下进行腐蚀)，腐蚀掉未被正性光刻胶保护的Au膜及对GaP窗口粗糙化处理，然后通过有机溶剂去除GaAs基外延片表面的光刻胶，最终在GaP窗口层上得到了有小坑状粗糙表面及P型金属电极2，即可在GaAs基发光二极管芯片上得到GaP粗糙表面，如图2所示。
【主权项】
1.一种GaAs基发光二极管芯片上GaP粗糙表面的制备方法，其特征是，包括步骤如下: (1)在GaAs基外延片的GaP窗口层表面蒸镀一层Au膜作为p型电极，在GaP窗口层上保留电极图形； 首先在GaAs基外延片的上表面蒸镀一层Au膜作为P型电极；再在所述Au膜上涂上正性光刻胶，然后进行光刻，在GaP窗口层上保留正性光刻胶的电极图形； (2)在步骤⑴保留的电极图形保护下制备P型金属电极和粗糙的GaP出光面； 首先配置对Au和GaP均能造成腐蚀作用的腐蚀液，将步骤(I)制备的GaAs基外延片放入所述腐蚀液进行腐蚀，腐蚀掉未被正性光刻胶保护的Au膜并对GaP窗口层粗糙化处理，腐蚀完成后再去除正性光刻胶，得到P型金属电极和粗糙的GaP出光面。
2.根据权利要求1所述GaAs基发光二极管芯片上GaP粗糙表面的制备方法，其特征是，所述所述腐蚀液按质量浓度69.8%的硝酸、质量浓度36.5%的盐酸、质量浓度99.5%的醋酸和纯水按照体积比1:3:1:1或1:3:2:1的比例配置。
3.根据权利要求1所述GaAs基发光二极管芯片上GaP粗糙表面的制备方法，其特征是，所述腐蚀液在温度40-50°C、湿度30 % -65 %下腐蚀时间为1_3分钟，腐蚀液需在配置后I小时内进行腐蚀。
【专利摘要】一种GaAs基发光二极管芯片上GaP粗糙表面的制备方法，包括步骤如下：（1）在GaAs基外延片的GaP窗口层表面蒸镀一层Au膜作为p型电极，在GaP窗口层上保留电极图形；（2）在步骤（1）保留的电极图形保护下制备p型金属电极和粗糙的GaP出光面；首先配置对Au和GaP均能造成腐蚀作用的腐蚀液，将步骤（1）制备的GaAs基外延片放入所述腐蚀液进行腐蚀，得到p型金属电极和粗糙的GaP出光面。本发明通过配置对Au、GaP均能造成腐蚀作用的腐蚀液，制备p型金属电极和粗糙的GaP出光面，可彻底的去除不需要的金属，并保证粗糙表面的角度，取消了需要单独进行表面粗糙的工艺，简化了工艺流程，缩短了生产周期，提高了出光效率，稳定了芯片品质。
【IPC分类】C23F1-30, H01L33-22
【公开号】CN104600168
【申请号】CN201410850697
【发明人】李晓明, 陈康, 申加兵, 盖克彬, 徐现刚
【申请人】山东浪潮华光光电子股份有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月31日