專利名稱：一種提高半導體發(fā)光二極管光提取效率的表面鈍化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體發(fā)光二極管(LED)表面鈍化方法，適合于多種波長(紅光、藍光、綠光等)的半導體LED。
二.
背景技術：
發(fā)光二極管由于其具有體積小、壽命長、效率高、高耐震性、同時耗電量少、發(fā)熱少，廣泛應用到日常生活中的各項用品，如各種家電的指示燈或光源等。近年來更由于多色彩及高亮度化的發(fā)展趨勢，應用范圍更向戶外顯示發(fā)展如照明燈、大型戶外顯示屏、交通信號燈等。
半導體表面是具有特殊性質的表面，對外界氣氛極為敏感，嚴重的影響半導體器件的特性，半導體LED也不例外。為了提高器件的可靠性和穩(wěn)定性，必須對表面采取有效的保護措施。由于鈍化層的生長是在完成電極制備之后，因此生長溫度不易過高，否則電極性能會變壞。而低溫下生長的鈍化層往往存在黏附性不好，易剝落，致密度差，針孔密度大等缺點?，F用在LED上的鈍化層是SiO2和SiNx，但是對于LED器件來說，不僅要求有好的電特性，更要求有高的光提取效率。SiO2和SiNx作為鈍化層不能很好的改善LED光特性。
公知的LED的構造如圖1、圖2所示。其結構至少包括P電極2，P型半導體3，多量子阱有源區(qū)4，N型電極5，N型半導體6，襯底7。器件制備過程如下在一塊生長好LED結構晶圓上，用光刻法在晶圓上用光刻膠或者二氧化硅為掩膜做出LED的臺結構圖型，然后用離子刻蝕系統(tǒng)ICP刻過多量子阱有源區(qū)4一直到N型半導體6形成LED臺面；刻出LED臺后剝離去掉光刻膠；樣品用王水清洗后，用光刻法掩膜，用濺射或蒸發(fā)的方法在LED臺頂部的P半導體3上制作P電極2；對P電極2進行合金；利用光刻法對P電極2和LED臺的側壁進行膠保護，用濺射金屬或蒸發(fā)金屬的方法在LED臺的底部N型半導體6上沉積N電極5；N電極5不與LED臺的側壁相接觸；剝離光刻膠，這樣在器件上就制備好了N電極5和P電極2，鈍化工藝過程就在制備好N電極5和P電極2之后進行，用來提高器件的光提取效率和可靠性。
三.

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出用一種新的材料替換SiO2和SiNx作為半導體發(fā)光二極管表面和側壁鈍化層，采用新工藝方法，制備出的鈍化膜具有黏附性好、致密度高、均勻性好，并且能夠極大的提高LED的光提取效率等優(yōu)點。
本發(fā)明提供了一種提高半導體發(fā)光二極管光提取效率的表面鈍化方法，其特征在于，包括以下步驟1)已經制備好N電極5和P電極2的LED樣品放入到等離子增強化學氣相沉積(PECVD)設備的腔室；2)N2預熱使用流量為400～1000sccm的N2預熱5～20分鐘；3)等離子體處理等離子體的射頻功率為10～30W，N2為400～1000sccm，啟輝5至15分鐘；4)在LED的出光面制備SiOxNy增透膜通入硅烷，氮氣，一氧化二氮的混合氣或者硅烷，氨氣，一氧化二氮混合氣，使用13.56MHz的高頻源和50～460kHz低頻源交替的方法用PECVD生長鈍化層，該鈍化層的光學厚度為LED發(fā)射波長四分之一的奇數倍，折射率為P型半導體3折射率的開方；5)使用光刻腐蝕的方法去掉出光面電極上的SiOxNy增透膜。
SiOxNy不同與SiO2和SiNx材料，一般來說SiO2的折射率為1.46左右，SiN的折射率為2.0左右，SiOxNy可以通過調節(jié)反應氣體的比例值使得折射率在1.5～1.9之間變化。采用N2預熱的過程，能夠使得樣品在腔室內受熱均勻。在生長SiOxNy增透膜前對樣品進行N2等離子體處理是為了增加樣片的表面和側壁的表面活性，已達到提高黏附性的目的。在生長過程中使用高頻和低頻交替生長，可以達到降低膜層應力和提高膜層均勻性以及提高致密度的目的。因為使用這個高頻條件生長出的膜具有張應力，使用低頻制備的SiOxNy具有壓應力，高頻和低頻交替使用，就能夠使得應力相互抵消，以達到降低應力的目的。而且在低頻下生長的SiOxNy比高頻下生長的膜要致密，采用這種方法，能夠在保證高的生長速率的情況下得到性能好的鈍化層。由于P型半導體3與空氣的折射率差很大，導致很多從有源區(qū)發(fā)射到表面的光子又被反射到內部，使得光提取效率低。在N電極5和P電極2之外的地方生長光學厚度為四分之一LED發(fā)射波長的奇數倍，折射率為P型半導體3折射率的開方的SiOxNy，能夠降低LED器件表面與空氣之間的折射率差，起到增透作用，從而能夠極大地提高半導體LED的光提取效率。
上述發(fā)明的工藝方法具有以下優(yōu)點1)采用氮氣預熱能夠提高樣品受熱均勻性，從而有利于提高PECVD法生長膜的均勻性；2)采用氮氣等離子體處理，增加了樣品表面和側壁的活性，有利于提高鈍化膜的黏附性；3)采用高頻源和低頻源交替生長，有利于降低膜的應力和提高致密性，提高芯片可靠性和成品率；4)采用的折射率為P型半導體3折射率的開方，降低了器件表面材料和空氣的折射率差，能極大地提高器件的光提取效率；5)鈍化層的光學厚度為四分之一LED發(fā)射波長的奇數倍，能夠達到最佳的增透效果，提高LED的光提取效率，在器件上生長SiOxNy增透膜后，光功率能夠提高20％以上。
四.


圖1為帶有SiOxNy增透膜的LED的剖面圖1-SiOxNy增透膜，2-P電極，3-P型半導體，4-多量子阱有源區(qū)，5-N型電極，6-N型半導體，7-襯底；圖2為帶有SiOxNy增透膜的LED的俯視圖1-SiOxNy增透膜，2-P型電極，5-N型電極五.具體實施方式
實施例11)已經制備好N電極5和P電極2的GaAs基紅光LED樣品放入到PECVD的腔室；2)N2預熱N2流量為400sccm，時間為5分鐘；3)等離子體處理等離子體的高頻功率為10W，N2為400sccm，啟輝時間5分鐘；4)在LED的出光面制備SiOxNy增透膜沉積溫度為300℃，通入硅烷，一氧化二氮，氨氣的流量分別為400sccm，30sccm，20sccm，使用12秒的13.56MHz高頻源和8秒的50kHz低頻源交替生長的方法，用PECVD沉積的光學厚度為四分之三的紅光波長，即4650，折射率為1.84；5)使用光刻腐蝕的方法去掉出光面電極上的SiOxNy增透膜。
將樣品減薄、解理后封裝，并用杭州遠方PMS-50(PLUS)UV光功率儀器對生長SiOxNy增透膜的LED和沒有SiOxNy增透膜的LED封裝后測試，有SiOxNy增透膜的LED光總輻射功率為1.73mW，光強141.2mcd；沒有SiOxNy增透膜的LED光總輻射功率為1.23mW，光強為99.1mcd；本發(fā)明使得紅光LED光功率提高了40.6％，光強提高了42.5％。兩種LED測試條件同為20mA恒流下測得。
實施例21)將已經制備好N電極5和P電極2的GaN基藍光LED樣品放入到PECVD的腔室；2)N2預熱N2流量為600sccm，時間為10分鐘；3)等離子體處理等離子體的高頻功率為20W，N2為600sccm，啟輝時間10分鐘；4)在LED的出光面制備SiOxNy增透膜沉積溫度為200℃，通入硅烷，一氧化二氮，氮氣的流量分別為250sccm，180sccm，600sccm，使用12秒的13.56MHz高頻源和8秒的200kHZ低頻源交替生長的方法，用PECVD沉積的光學厚度為四分之三的藍光波長，即3450，折射率為1.56；5)使用光刻腐蝕的方法去掉出光面電極上的SiOxNy增透膜。
用臺灣維明LED tester LED-628A型探針測試儀對同一樣品，分別對生長SiOxNy增透膜前后的GaN基藍光LED進行了測試，沒有SiOxNy增透膜的LED光輸出量主要范圍值為0.18～0.2；鍍有SiOxNy增透膜的LED的光輸出量主要范圍提高為0.26～0.28；本發(fā)明使得GaN基藍光LED的光輸出提高了40％。兩種LED測試條件同為20mA恒流下測得。如表1所示。并且在提高光特性的同時，器件的電特性沒有變壞。
實施例31)已經制備好N電極5和P電極2的GaN基綠光LED樣品放入到PECVD的腔室；2)N2預熱N2流量為1000sccm，時間為20分鐘；3)等離子體處理等離子體的高頻功率為30W，N2為1000sccm，啟輝時間15分鐘；4)在LED的出光面制備SiOxNy增透膜沉積溫度為100℃，通入硅烷，一氧化二氮，氮氣的流量分別為250sccm，120sccm，400sccm，使用12秒的13.56MHz高頻源和8秒的460kHZ低頻源交替生長的方法，用PECVD沉積的光學厚度為四分之三的綠光波長，即3900，折射率為1.56；5)使用光刻腐蝕的方法去掉出光面電極上的SiOxNy增透膜。
用臺灣維明LED tester LED-628A型探針測試儀針對同一樣品，分別對生長SiOxNy增透膜前后的GaN基綠光LED進行了測試，沒有SiOxNy增透膜的LED光輸出量主要范圍值為0.65～0.7；鍍有SiOxNy增透膜的LED的光輸出量主要范圍提高到0.8～0.85；本發(fā)明使得GaN基綠光LED的光輸出提高了21.4％。兩種LED測試條件同為20mA恒流下測得。如表2所示。并且在提高光特性的同時，器件的電特性沒有變壞。
表1

表2

權利要求
1.一種提高半導體發(fā)光二極管光提取效率的表面鈍化方法，其特征在于，包括以下步驟1)將已經制備好N電極(5)和P電極(2)的LED樣品放入到等離子增強化學氣相沉積PECVD設備的腔室；2)N2預熱使用流量為400～1000sccm的N2預熱5～20分鐘；3)等離子體處理等離子體的射頻功率為10～30W，N2為400～1000sccm，啟輝5至15分鐘；4)在LED的出光面制備SiOxNy增透膜通入硅烷，氮氣，一氧化二氮的混合氣或者硅烷，氨氣，一氧化二氮混合氣，用13.56MHz的高頻源和50～460kHz低頻源交替的方法用PECVD生長鈍化層，該鈍化層的光學厚度為LED發(fā)射波長四分之一的奇數倍，折射率為P型半導體(3)折射率的開方；5)使用光刻腐蝕的方法去掉出光面電極上的增透膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體發(fā)光二極管表面鈍化方法，適于多種波長的LED?，F用在LED上的鈍化層是SiO
文檔編號H01L33/00GK1822403SQ20061000106
公開日2006年8月23日 申請日期2006年1月18日 優(yōu)先權日2006年1月18日
發(fā)明者沈光地, 達小麗, 郭霞, 高國 申請人:北京工業(yè)大學