專利名稱：具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光二極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及四元系發(fā)光二極管，尤其是一種具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光 二極管及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前發(fā)光二極管已被廣泛應(yīng)用于顯示、裝飾、通訊等經(jīng)濟(jì)生活中，其大體結(jié)構(gòu)一般 包含襯底、分布布拉格反射層、第一磊晶層、發(fā)光層、第二磊晶層、窗口層、第一電極和第二 電極?，F(xiàn)有四元系A(chǔ)lGalnP垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管窗口層(Window Layer)多采用單一的GaP 層的結(jié)構(gòu)，其上層表面是平面狀，如此，位于中間夾層的發(fā)光層發(fā)光時(shí)，部分光線出射于元 件的外部，另有大部分光線會(huì)產(chǎn)生全反射，致使光線的出射效果不佳，原因是半導(dǎo)體材料相 對(duì)于外部空氣而言為高折射率材料，因此當(dāng)光線的出射角度大于一定臨界角時(shí)，便會(huì)發(fā)生 全反射；同時(shí)，全反射光在發(fā)光二極體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生熱能，使得發(fā)光二極體整體溫度升高，大 大影響了產(chǎn)品的可靠性。為了抑制高低折射率相差過大而造成的全反射光較多的問題，有研究者提出采用 P-GaN表面粗化的方法，即將界面按一定的規(guī)律打毛可以使部分全反射光線以散射光的形 式出射，從而提高出光率；在LED的上表面直接將其打毛，但該方法對(duì)有源層及透明電極會(huì) 造成一定的損傷，制作也較為困難。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光二極 管及其制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā) 光二極管，在襯底形成一布拉格反射層，在布拉格反射層上形成第一型磊晶層，在第一型磊 晶層上形成發(fā)光層，在發(fā)光層上形成第二型磊晶層，具有小圓洞或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的第一 GaP 窗口層形成于第二型磊晶層上，具有小圓洞或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的第二 GaP窗口層形成于第一 GaP窗口層上；第一電極形成于第二 GaP窗口層頂面，第二電極形成于襯底底面。具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光二極管的制備方法，其制備步驟如下1)在襯底上依次外延生長(zhǎng)形成分布布拉格反射層、第一型磊晶層、發(fā)光層及第二 型幕晶層；2)形成第一 GaP窗口層于第二型磊晶層上；3)采用濕法蝕刻或干法蝕刻，在第一 GaP窗口層中形成小圓洞或者由溝道圖形構(gòu) 成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；4)形成第二 GaP窗口層于第一 GaP窗口層上；5)采用濕法蝕刻或干法蝕刻，在第二 GaP窗口層中形成小圓洞或由溝道圖形構(gòu)成 的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使第一 GaP窗口層與第二 GaP窗口層的圖形交錯(cuò)排列而不重疊；6)在第二 GaP窗口層頂面形成第一電極，在襯底底面形成第二電極；
7)切割得四元系垂直發(fā)光二極管。本發(fā)明中襯底材料選自GaAs、GaP或前述的任意組合之一；第一 GaP窗口層厚度為 1 3um，其中的小圓洞直徑或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的溝道寬度為2 4um，小圓洞或溝道的間隔距 離為3 5um ；第二 GaP窗口層厚度為5 7um，其中的小圓洞直徑或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的溝道寬 度為2 4um，小圓洞或溝道的間隔距離為3 5um ；濕法蝕刻采用的蝕刻液選自HF、NH4F、 CH3C00H、H2S04、H202的一種或前述的任意組合之一；干法蝕刻采用的氣體選自Ar、02、BC13、 Cl2、SiCl4的一種或前述的任意組合之一。同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明在完成常規(guī)工藝后，采用在第一 GaP窗口層與第二 GaP 窗口層間形成相互交錯(cuò)的小圓洞或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以改變從發(fā)光層發(fā)出的光線到達(dá)發(fā)光二極 管芯片表面時(shí)的光路，使得更多的光線從內(nèi)部取出，可使發(fā)光二極管出光率比采用公知技 術(shù)提高20%。






圖1是本發(fā)明具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光: 圖2是本發(fā)明具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光: 圖中附圖標(biāo)識(shí)如下
襯底
第一型磊晶層 第二型磊晶層 第二 GaP窗口層 第二電極
2.布拉格反射層 4.發(fā)光層 6.第一 GaP窗口層 8.第一電極極管的截面示意圖. 極管的俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖1所示，具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光二極管的制備方法，其制作工 藝步驟如下在GaAs襯底1上依次外延生長(zhǎng)形成分布布拉格反射層2、第一型磊晶層3、發(fā)光層 4及第二型磊晶層5。在第二型磊晶層5上形成第一 GaP窗口層6，第一 GaP窗口層6的厚度為2um。采用濕法蝕刻，蝕刻液由HF、NH4F、CH3C00H、H2S04、H202組成，在第一 GaP窗口層6 中蝕刻形成由小圓洞構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；其中的小圓洞直徑為4um，小圓洞間隔距離為3um。在第一 GaP窗口層6上形成一厚度為6um的第二 GaP窗口層7。采用干法蝕刻，蝕刻氣體由Ar2、02、BC13、Cl2、SiCl4組成，在第二 GaP窗口層7中 蝕刻形成由小圓洞構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使第一 GaP窗口層6與第二 GaP窗口層7的圖形交錯(cuò) 排列而不重疊；其中的小圓洞直徑為3um，小圓洞間隔距離為4um。在第二 GaP窗口層7頂面形成第一電極8，在襯底1底面形成第二電極9。切割得四元系垂直發(fā)光二極管。依上述方法制備的具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光二極管，如圖1所示，包 括GaAs襯底1 ；分布布拉格反射層2形成于GaAs襯底1上；第一型磊晶層3形成于分布布拉格反射層2上；發(fā)光層4形成于第一型磊晶層3上；第二型磊晶層5形成于發(fā)光層4上； 具有小圓洞構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的第一 GaP窗口層6形成于第二型磊晶層5上；具有小圓洞構(gòu) 成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的第二 GaP窗口層7形成于第一 GaP窗口層6上；第一電極8形成于第二 GaP 窗口層7頂面；第二電極9形成于GaAs襯底1底面。從圖1和圖2中可以看出從發(fā)光層4出射的光線先經(jīng)過第一 GaP窗口層6與第二 GaP窗口層7的交界面，由于第一 GaP窗口層6上具有小圓洞構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以光線會(huì) 產(chǎn)生散射；隨后，光線經(jīng)過第二 GaP窗口層7與空氣的交界面，由于第二 GaP窗口層7上也 具有小圓洞構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，光線會(huì)產(chǎn)生第二次散射，使發(fā)光二極管的出光效率大幅提升。 以上實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化；因此，所有等 同的技術(shù)方案屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光二極管，在襯底形成一布拉格反射層，在布拉格反射層上形成第一型磊晶層，在第一型磊晶層上形成發(fā)光層，在發(fā)光層上形成第二型磊晶層，具有小圓洞或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的第一GaP窗口層形成于第二型磊晶層上，具有小圓洞或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的第二GaP窗口層形成于第一GaP窗口層上；第一電極形成于第二GaP窗口層頂面，第二電極形成于襯底底面。
2.具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光二極管的制備方法，其制備步驟如下1)在襯底上依次外延生長(zhǎng)形成分布布拉格反射層、第一型磊晶層、發(fā)光層及第二型磊 晶層；2)形成第一GaP窗口層于第二型磊晶層上；3)采用濕法蝕刻或干法蝕刻，在第一GaP窗口層中形成小圓洞或者由溝道圖形構(gòu)成的 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；4)形成第二GaP窗口層于第一 GaP窗口層上；5)采用濕法蝕刻或干法蝕刻，在第二GaP窗口層中形成小圓洞或由溝道圖形構(gòu)成的網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)，使第一 GaP窗口層與第二 GaP窗口層的圖形交錯(cuò)排列而不重疊；6)在第二GaP窗口層頂面形成第一電極，在襯底底面形成第二電極；7)切割得四元系垂直發(fā)光二極管。
3.如權(quán)利要求2所述的具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光二極管的制備方法，其特 征在于襯底材料選自GaAs、GaP或前述的任意組合之一。
4.如權(quán)利要求2所述的具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光二極管的制備方法，其特 征在于第一 GaP窗口層厚度為1 3um，其中的小圓洞直徑或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的溝道寬度為 2 4um，小圓洞或溝道的間隔距離為3 5um。
5.如權(quán)利要求2所述的具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光二極管的制備方法，其特 征在于第二 GaP窗口層厚度為5 7um，其中的小圓洞直徑或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的溝道寬度為 2 4um，小圓洞或溝道的間隔距離為3 5um。
6.如權(quán)利要求2所述的具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于濕法蝕刻采用的蝕刻液選自HF、NH4F、CH3C00H、H2S04、H202的一種或前述的任意組合.
7.如權(quán)利要求2所述的具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光二極管的制備方法，其特 征在于干法蝕刻采用的氣體選自Ar、02、BCl3、Cl2、SiCl4的一種或前述的任意組合之一。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種具有表面雙層粗化的四元系垂直發(fā)光二極管及其制備方法，在襯底形成一布拉格反射層，在布拉格反射層上形成第一型磊晶層，在第一型磊晶層上形成發(fā)光層，在發(fā)光層上形成第二型磊晶層，具有小圓洞或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的第一GaP窗口層形成于第二型磊晶層上，具有小圓洞或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的第二GaP窗口層形成于第一GaP窗口層上；第一電極形成于第二GaP窗口層頂面，第二電極形成于襯底底面；本發(fā)明在完成常規(guī)工藝后，采用在第一GaP窗口層與第二GaP窗口層間形成相互交錯(cuò)的小圓洞或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改變從發(fā)光層發(fā)出的光線到達(dá)發(fā)光二極管芯片表面時(shí)的光路，使更多的光線從內(nèi)部射出，使本發(fā)明的出光率比現(xiàn)有的二極管出光率提高20％。
文檔編號(hào)H01L33/20GK101859855SQ20101018121
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者尹靈峰, 林瀟雄, 林科闖, 林素慧, 蔡家豪 申請(qǐng)人:廈門市三安光電科技有限公司