GaAs基發(fā)光二極管芯片上GaP粗糙表面的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種GaAs基發(fā)光二極管芯片上GaP粗糙表面的制備方法，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]LED是第一個(gè)進(jìn)入市場(chǎng)的商用化合物半導(dǎo)體，已經(jīng)有40多年的發(fā)展歷程。最早的LED是采用LPE (液相外延生長(zhǎng))技術(shù)做成的紅光GaAsP LED,但是這些LED的性能相對(duì)于目前來(lái)說(shuō)比較低。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紅光以外的綠光、橘黃色光等LED器件。20世紀(jì)80年代初，利用液相淀積技術(shù)制成的AlGaAs LED具有較好的性能。20世紀(jì)90年代后，由于新型材料以及新的外延技術(shù)引入到紅光LED的研宄中，利用有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積法(MOCVD)制作的GaAs基AlGaInP LED大大改善了紅色和黃色光譜區(qū)的LED性能。
[0003]現(xiàn)階段GaAs基LED的研宄已經(jīng)取得較大的成果，特別是現(xiàn)階段內(nèi)量子效率已經(jīng)超過(guò)90%，由于GaAs基LED出光窗口層一般都選用GaP，而GaP的折射率為3.14和空氣的折射率差別較大，因?yàn)榘雽?dǎo)體的折射率112遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于媒質(zhì)(空氣)的折射率ηι，所以只有滿足入射角小于臨界角的光能通過(guò)半導(dǎo)體材料出射到周?chē)劫|(zhì)中，其臨界角Θ c = arcsin(ni/n2)o比如光從GaP材料出射到空氣中時(shí)，根據(jù)上式可以計(jì)算出臨界角為17°，假設(shè)出光界面為一平面，并且發(fā)出的是各向同性的自發(fā)發(fā)射光，則出光面的效率為Yext =0.5(l-cos0c) = 2%，絕大多數(shù)射向上表面的光被反射回芯片內(nèi)部；而且LED器件的電極材料為不透明的金屬，這將會(huì)導(dǎo)致器件內(nèi)射向P電極的光由于電極不透明，最終還是會(huì)發(fā)射回器件內(nèi)部；而這些反射回來(lái)的光會(huì)在LED內(nèi)部被熱吸收掉，造成溫度上升會(huì)降低內(nèi)部量子效率等問(wèn)題。GaAs基LED的發(fā)光效率低導(dǎo)致絕大部分的電能還不能以可見(jiàn)光的形式出射，從現(xiàn)實(shí)上分析，如何改變GaP窗口層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較簡(jiǎn)單的一種方法，這種方法的原理在于:如果器件發(fā)出的光沒(méi)有在內(nèi)部被吸收，則光會(huì)在器件內(nèi)部反復(fù)反射，一直到通過(guò)以小于界面處臨界角的角度出射至外部。如果能改變器件內(nèi)部及外部的幾何形狀使其表面粗糙化，這樣破壞了光線在器件內(nèi)部的全反射，很大程度的提高了光子出射的概率。這種結(jié)構(gòu)最早由1.Schnitzer等人提出，當(dāng)時(shí)他們?yōu)楂@得粗糙的LED表面，使用了自然平版印刷術(shù)通過(guò)腐蝕形成。
[0005]現(xiàn)階段，為實(shí)現(xiàn)GaP窗口層的粗糙化，都是采用單獨(dú)對(duì)GaP窗口層進(jìn)行化學(xué)腐蝕的方法或其它單獨(dú)對(duì)GaP進(jìn)行刻蝕的方法改變LED的表面形貌，讓表面變得粗糙，將會(huì)使光出射至表面時(shí)入射角度變得隨機(jī)，這樣使光能更多的出射。單獨(dú)進(jìn)行化學(xué)法腐蝕的方法容易對(duì)P型電極下方的GaP進(jìn)行破壞，如果P型電極制造完成再進(jìn)行單獨(dú)化學(xué)腐蝕則容易造成P型電極的損傷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)常規(guī)化學(xué)腐蝕GaP表面形成粗糙表面技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種流程簡(jiǎn)便，生產(chǎn)周期短的GaAs基發(fā)光二極管芯片的制備方法，該方法在常規(guī)的LED電極金屬刻蝕工藝中就能實(shí)現(xiàn)對(duì)GaP表面的粗糙化，使晶片表面的粗糙化得到更穩(wěn)定的出射角度，保證了粗糙表面，提高GaAs基LED的出光效率并確保了 P型電極的完整。
[0007]本發(fā)明的GaAs基發(fā)光二極管芯片上GaP粗糙表面的制備方法，包括步驟如下:
[0008](I)在GaAs基外延片的GaP窗口層表面蒸鍍一層Au膜作為P型電極，在GaP窗口層上保留電極圖形；
[0009]首先在GaAs基外延片的上表面蒸鍍一層Au膜作為p型電極；再在所述Au膜上涂上正性光刻膠，然后進(jìn)行光刻，保留正性光刻膠的電極圖形；
[0010](2)在步驟⑴保留的電極圖形保護(hù)下制備P型金屬電極和粗糙的GaP出光面；
[0011]首先配置對(duì)Au和GaP均能造成腐蝕作用的腐蝕液，將步驟(I)制備的GaAs基外延片放入所述腐蝕液進(jìn)行腐蝕，腐蝕掉未被正性光刻膠保護(hù)的Au膜并對(duì)GaP窗口層粗糙化處理，腐蝕完成后再去除正性光刻膠，得到P型金屬電極和粗糙的GaP出光面，即在GaAs基發(fā)光二極管芯片上得到GaP粗糙表面；
[0012]所述腐蝕液按質(zhì)量濃度69.8%的硝酸、質(zhì)量濃度36.5%的鹽酸、質(zhì)量濃度99.5%的醋酸和純水按照體積比1:3:1:1或1:3:2:1的比例配置。
[0013]腐蝕液在溫度40-50°C、濕度30% -65%下腐蝕時(shí)間為1_3分鐘，腐蝕液需在配置后I小時(shí)內(nèi)進(jìn)行腐蝕。
[0014]本發(fā)明通過(guò)配置對(duì)Au、GaP均能造成腐蝕作用的腐蝕液，制備P型金屬電極和粗糙的GaP出光面，可徹底的去除不需要的金屬，并保證粗糙表面的角度，取消了需要單獨(dú)進(jìn)行表面粗糙的工藝，簡(jiǎn)化了工藝流程，縮短了生產(chǎn)周期，提高了出光效率，穩(wěn)定了芯片品質(zhì)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明中步驟(I)制得的GaAs基外延片剖視圖；
[0016]圖2是本發(fā)明中步驟⑵制得的GaAs基外延片剖視圖；
[0017]圖中，1、正性光刻膠，2、P型金屬電極，3、GaAs基外延片。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明的GaAs基發(fā)光二極管芯片上GaP粗糙表面的制備方法，包括步驟如下:
[0019](I)如圖1所示，首先在GaAs基外延片3的p型GaP窗口層蒸鍍上1.5 μπι厚的Au膜；其次，在所述Au膜上涂上2-3 μ m厚的正性光刻膠I，然后通過(guò)常規(guī)光刻方法進(jìn)行光刻，在表面保留正性光刻膠的電極圖形。
[0020](2)在步驟⑴保留的電極圖形保護(hù)下制備P型金屬電極2和粗糙的GaP出光面。
[0021]具體過(guò)程為:首先配置腐蝕液，使用硝酸(質(zhì)量濃度為69.8% )、鹽酸(質(zhì)量濃度為36.5% )、醋酸(質(zhì)量濃度為99.5% )和純水按照體積比為1:3:1:1或1:3:2:1的比例配置金屬腐蝕液；其次將步驟(I)所述制備的GaAs基外延片放入腐蝕液腐蝕1-3分鐘(腐蝕液配置完成I小時(shí)內(nèi)完成腐蝕作業(yè)，在溫度40-50 °C、濕度30 % -65 %下進(jìn)行腐蝕)，腐蝕掉未被正性光刻膠保護(hù)的Au膜及對(duì)GaP窗口粗糙化處理，然后通過(guò)有機(jī)溶劑去除GaAs基外延片表面的光刻膠，最終在GaP窗口層上得到了有小坑狀粗糙表面及P型金屬電極2，即可在GaAs基發(fā)光二極管芯片上得到GaP粗糙表面，如圖2所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種GaAs基發(fā)光二極管芯片上GaP粗糙表面的制備方法，其特征是，包括步驟如下: (1)在GaAs基外延片的GaP窗口層表面蒸鍍一層Au膜作為p型電極，在GaP窗口層上保留電極圖形； 首先在GaAs基外延片的上表面蒸鍍一層Au膜作為P型電極；再在所述Au膜上涂上正性光刻膠，然后進(jìn)行光刻，在GaP窗口層上保留正性光刻膠的電極圖形； (2)在步驟⑴保留的電極圖形保護(hù)下制備P型金屬電極和粗糙的GaP出光面； 首先配置對(duì)Au和GaP均能造成腐蝕作用的腐蝕液，將步驟(I)制備的GaAs基外延片放入所述腐蝕液進(jìn)行腐蝕，腐蝕掉未被正性光刻膠保護(hù)的Au膜并對(duì)GaP窗口層粗糙化處理，腐蝕完成后再去除正性光刻膠，得到P型金屬電極和粗糙的GaP出光面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述GaAs基發(fā)光二極管芯片上GaP粗糙表面的制備方法，其特征是，所述所述腐蝕液按質(zhì)量濃度69.8%的硝酸、質(zhì)量濃度36.5%的鹽酸、質(zhì)量濃度99.5%的醋酸和純水按照體積比1:3:1:1或1:3:2:1的比例配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述GaAs基發(fā)光二極管芯片上GaP粗糙表面的制備方法，其特征是，所述腐蝕液在溫度40-50°C、濕度30 % -65 %下腐蝕時(shí)間為1_3分鐘，腐蝕液需在配置后I小時(shí)內(nèi)進(jìn)行腐蝕。
【專(zhuān)利摘要】一種GaAs基發(fā)光二極管芯片上GaP粗糙表面的制備方法，包括步驟如下：（1）在GaAs基外延片的GaP窗口層表面蒸鍍一層Au膜作為p型電極，在GaP窗口層上保留電極圖形；（2）在步驟（1）保留的電極圖形保護(hù)下制備p型金屬電極和粗糙的GaP出光面；首先配置對(duì)Au和GaP均能造成腐蝕作用的腐蝕液，將步驟（1）制備的GaAs基外延片放入所述腐蝕液進(jìn)行腐蝕，得到p型金屬電極和粗糙的GaP出光面。本發(fā)明通過(guò)配置對(duì)Au、GaP均能造成腐蝕作用的腐蝕液，制備p型金屬電極和粗糙的GaP出光面，可徹底的去除不需要的金屬，并保證粗糙表面的角度，取消了需要單獨(dú)進(jìn)行表面粗糙的工藝，簡(jiǎn)化了工藝流程，縮短了生產(chǎn)周期，提高了出光效率，穩(wěn)定了芯片品質(zhì)。
【IPC分類(lèi)】C23F1-30, H01L33-22
【公開(kāi)號(hào)】CN104600168
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410850697
【發(fā)明人】李曉明, 陳康, 申加兵, 蓋克彬, 徐現(xiàn)剛
【申請(qǐng)人】山東浪潮華光光電子股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日