一種提高GaAs基發(fā)光二極管電流擴(kuò)展和出光效率的電極制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種提高GaAs基發(fā)光二極管電流擴(kuò)展和出光效率的電極制備方法，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，LED)是一種以半導(dǎo)體材料將電能轉(zhuǎn)換為光能的光電子器件，是第一個(gè)進(jìn)入市場(chǎng)的商用化合物半導(dǎo)體。它具有體積小、壽命長(zhǎng)、光電轉(zhuǎn)換效率高、節(jié)能環(huán)保等特性，能夠適應(yīng)各種應(yīng)用設(shè)備的輕薄小型化的要求，廣泛應(yīng)用于城市亮化、大屏幕顯示、IXD背光源、通信、交通標(biāo)識(shí)、照明等方面。
[0003]GaAs基LED是指以GaAs襯底為基板，外延生長(zhǎng)ΙΠ-V族化合物半導(dǎo)體材料，制作成外延片，然后通過(guò)芯片工藝制備出P、n電極的一種LED AaAs基LED的基本結(jié)構(gòu)包括:自上而下依次為P電極、P型電流擴(kuò)展層、P型半導(dǎo)體層、有源發(fā)光區(qū)、η型半導(dǎo)體層、GaAs襯底。AlGaInP材料不僅具有寬的直接帶隙，而且能與GaAs襯底形成良好的晶格匹配，是如今紅黃光波段GaAs基LED的主要材料。
[0004]現(xiàn)階段GaAs基LED的研究已經(jīng)取得較大的成果，內(nèi)量子效率已經(jīng)超過(guò)90%，但是受制于電流擴(kuò)展分布不佳和界面全反射的影響，LED芯片的外量子效率還處于比較低的水平。另外，小尺寸GaAs基LED( <8.5mil2)，其電極焊盤會(huì)對(duì)出光面造成10%-40%的遮擋，致使一部分出射光線被金屬電極吸收。并且這種遮擋對(duì)光提取效率的影響，會(huì)隨著芯片尺寸的減小加劇。為提高LED芯片的外量子效率，人們做了大量的嘗試和研究，并且開發(fā)出很多行之有效的方法。改善LED芯片電流擴(kuò)展的方法主要有:優(yōu)化電極形狀設(shè)計(jì)、使用透明導(dǎo)電電極(ΙΤ0)、制作電流阻擋層等。提高LED芯片光提取效率的方法主要有:粗化出光面、使用反射電極、增大側(cè)向出光、DBR反射鏡層等。目前，出于成本和技術(shù)復(fù)雜性的考慮，人們一般選取以上方法中一種或兩種，取得一定的改善效果。
[0005]中國(guó)專利CN101714605A公開了一種帶電流調(diào)整層的AlGaInP系LED芯片及其制備方法，該LED芯片自上而下包括下電極、襯底、布拉格反射層、下限制層、有源區(qū)、上限制層、電流擴(kuò)展層和上電極，在上限制層和電流擴(kuò)展層之間設(shè)有電流調(diào)整層，電流調(diào)整層上設(shè)有與上電極形狀和位置對(duì)應(yīng)一致的電流阻擋區(qū)。該電流阻擋區(qū)的制備方法需要先光刻腐蝕出濕氧化孔，然后再進(jìn)行濕氧化，這種制備方法相對(duì)復(fù)雜，且重復(fù)穩(wěn)定性較差，不適用于規(guī)?；a(chǎn)。
[0006]中國(guó)專利CN103426990A公開的一種具有反射電極的裝置，其包含:半導(dǎo)體發(fā)光疊層，以及電極位于半導(dǎo)體發(fā)光疊層之上，電極包含反射層、粘著層位于反射層及半導(dǎo)體發(fā)光疊層之間、打線層以及屏障層位于反射層及打線層之間并覆蓋反射層以防止反射層和打線層起反應(yīng)。該專利反射電極之下未設(shè)置電流阻擋區(qū)，且未提及利用ITO薄膜來(lái)改善電流擴(kuò)展，還有優(yōu)化提升空間。
[0007]中國(guó)專利CN10461719A公開了一種近紅外發(fā)光二極管及其生產(chǎn)方法，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，在臨時(shí)襯底形成外延片，在外延片的電流擴(kuò)展層上制作透明導(dǎo)電層，經(jīng)過(guò)退火工藝使透明導(dǎo)電層具有透過(guò)率和方塊電阻;再將透明導(dǎo)電層和透明的永久襯底相對(duì)，通過(guò)粘合劑，將外延片和透明的永久襯底粘結(jié)在一起，去除臨時(shí)襯底以及N-GaAs緩沖層和N-GaInP截止層，暴露出N-GaAs歐姆接觸層并腐蝕出圖形，經(jīng)粗化處理，再在圖形化的N-GaAs區(qū)域上制作第一電極，通過(guò)退火工藝使第一電極和N-GaAs形成電學(xué)連接。該專利僅利用透明導(dǎo)電層來(lái)改善電流擴(kuò)展，沒(méi)有使用反射電極，也未在電極下方設(shè)置電流阻擋區(qū)域，相比本專利的電流擴(kuò)展來(lái)說(shuō)，方法單一，效果有限。該專利所述發(fā)光二極管P電極和N電極處于同一平面，與本專利發(fā)光二極管的垂直電極結(jié)構(gòu)不同
[0008]中國(guó)專利CN103489976A公開了一種提高GaAs襯底AlGaInP四元單面雙電極發(fā)光二極管亮度的方法，本發(fā)明將氧化后的DBR層、電極結(jié)構(gòu)化、高電流擴(kuò)展和同面雙電極等多種技術(shù)相融合，避免了 LED斷路或半斷路現(xiàn)象，使之成為具有高反射、無(wú)焦耳熱的高亮度同面雙電極發(fā)光二級(jí)管。在本發(fā)明所述的高亮發(fā)光二級(jí)管芯片的外延生長(zhǎng)、電極制作步驟完成后，對(duì)芯片半切，最后對(duì)芯片進(jìn)行一次氧化，改變DBR層導(dǎo)電性，使之成為絕緣層，大大提高反射率，消除因產(chǎn)生焦耳熱、散射等引起的損耗，實(shí)現(xiàn)100 %的出光效率。該專利在改善電流擴(kuò)展方面僅使用了透明導(dǎo)電膜，且此專利針對(duì)的是一種單面雙電極的發(fā)光二極管，與本專利發(fā)光二極管的電極結(jié)構(gòu)有較大區(qū)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種提高GaAs基發(fā)光二極管電流擴(kuò)展和出光效率的電極制備方法。本發(fā)明針對(duì)GaAs基LED芯片電流擴(kuò)展效果不佳，以及電極遮擋出光導(dǎo)致光提取效率不高的問(wèn)題，以改善GaAs基LED芯片的電流擴(kuò)展和光提取效率。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011]—種提高GaAs基發(fā)光二極管電流擴(kuò)展和出光效率的電極制備方法，包括以下步驟:
[0012](I)電流阻擋區(qū):利用光刻膠涂覆和等離子刻蝕在GaAs基外延片上制備圖形凹陷區(qū)域，并去除光刻膠；
[0013](2)在GaAs基外延片上沉積ITO薄膜，并對(duì)ITO薄膜進(jìn)行熱退火處理；
[0014](3)利用光刻膠涂覆和電子束蒸發(fā)在ITO薄膜上依次蒸鍍多層金屬薄膜，形成圖形電極:所述圖形電極包括粘接層、反射層、阻擋層和焊接層；
[0015](4)利用剝離方法，將圖形電極以外區(qū)域的金屬薄膜去除，完成GaAs基發(fā)光二極管的P電極的制備；
[0016](5)去除殘余光刻膠；
[0017](6)將GaAs基外延片的GaAs襯底減薄，并在其表面蒸鍍一層金屬薄膜，完成GaAs基發(fā)光二極管的N電極的制備。
[0018]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(I)利用光刻膠涂覆是指在GaAs基外延片上涂覆光刻膠，并光刻圖形。
[0019]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中，在GaAs基外延片上沉積ITO薄膜是利用磁控濺射法完成的。
[0020]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)利用光刻膠涂覆是指在ITO薄膜上涂覆光刻膠，并光刻圖形。
[0021]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(6)中在GaAs襯底的表面蒸鍍一層金屬薄膜的方法是電子束蒸發(fā)法。
[0022]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(I)和步驟(3)中所述的光刻圖形為圓形;優(yōu)選的，所述步驟(I)中所述的光刻圖形直徑比所述步驟(3)中所述的光刻圖形直徑長(zhǎng)10±5μπι。
[0023]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中ITO薄膜厚度為60-120nm。
[0024]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述粘接層為鉻金屬膜、所述反射層為鋁金屬膜、所述阻擋層為鈦金屬膜、所述焊接層為金金屬膜;優(yōu)選的，所述鉻金屬膜厚度為5_20nm、所述鋁金屬膜厚度為200-500nm、所述鈦金屬膜的厚度為60-120nm、所述金金屬膜的厚度為1360-1735nmo
[0025]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(6)中的金屬薄膜為鍺金合金;優(yōu)選的，厚度為300-500nmo
[0026]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
[0027]本發(fā)明利用ITO薄膜，改善GaAs基LED的電流擴(kuò)展。
[0028]本發(fā)明利用等離子刻蝕掉GaAs基外延片表層摻雜，使P電極區(qū)域的外延層和ITO薄膜之間不能形成良好歐姆接觸，從而進(jìn)一步提高電流擴(kuò)展效率。
[0029]本發(fā)明中的電流阻擋區(qū)面積大于P電極，從而更大限度改善電流擴(kuò)展、減少電極遮擋出光。
[0030 ]本發(fā)明中的P電極采用反射電極，避免了電極對(duì)光的吸收，提高出光效率。
【附圖說(shuō)明】
[0031 ]圖1為本發(fā)明中所述GaAs基外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明所述制作出電流阻擋區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為在GaAs基