一種反射鏡結(jié)構(gòu)粗化的AlGaInP反極性發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種反射鏡結(jié)構(gòu)粗化的AlGaInP反極性發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，屬于發(fā)光二極管制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]上世紀(jì)50年代，在IBM Thomas J.Watson Research Center為代表的諸多知名研究機(jī)構(gòu)的努力下，以GaAs為代表的II1-V族半導(dǎo)體在半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域迅速崛起。之后隨著金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)的出現(xiàn)，使得高質(zhì)量的II1-V族半導(dǎo)體的生長突破了技術(shù)勢(shì)壘，各種波長的半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件相繼涌入市場(chǎng)。由于半導(dǎo)體發(fā)光二極管相對(duì)于目前的發(fā)光器件具有理論效率高、壽命長、抗力學(xué)沖擊等特質(zhì)，在世界范圍內(nèi)被看作新一代照明器件。但是由于II1-V族半導(dǎo)體的折射率普遍較高(GaP:3.2，GaN:2.4)，這就導(dǎo)致LED的發(fā)光區(qū)域發(fā)出的光線在經(jīng)芯片表面出射到空氣中時(shí)受制于界面全反射現(xiàn)象，只有極少部分的光可以出射到器件外部(GaP約為2.4%，GaN約為4%)。界面全反射現(xiàn)象導(dǎo)致LED的外量子效率低下，是制約LED替代現(xiàn)有照明器件的主要原因。
[0003]1969 年 Nuese 等人在 J.Electrochem Soc.:Solid State Sc1.發(fā)表了利用環(huán)氧樹脂封裝LED芯片的方法，將紅光GaAs基LED的外量子效率提高了 1_2倍。在GaAs材料與空氣之間加入一層折射率為1.5的環(huán)氧樹脂可以有效增大全反射臨界角度,使得更多的光線可以出射到LED器件外部。但是此方法對(duì)于外量子效率的提高有限，并且多引入了一層界面亦會(huì)導(dǎo)致界面菲涅爾損耗，同時(shí)樹脂材料的輻照老化也會(huì)導(dǎo)致光提取效率下降。
[0004]1993年，Schnitzer等人在Appl.Phys.Lett.首先提出利用刻蝕的方法對(duì)半導(dǎo)體材料出光表面進(jìn)行粗化從而提高LED芯片的外量子效率的方法，得到了 50%的光提取效率。表面粗化提高LED芯片光引出效率的原理是利用LED出光表面的凹凸結(jié)構(gòu)，將全反射角度的光線散射出或者引導(dǎo)出芯片，從而增加可以出射到LED外部的光線比例。此后，Windisch 在 IEEE Trans.Electron Dev.以及 Appl.Phys.Lett.等期刊報(bào)道了類似的方法對(duì)LED出光表面進(jìn)行粗化。利用刻蝕的方法對(duì)LED出光表面進(jìn)行粗化的不足之處在于:
(I)刻蝕對(duì)于半導(dǎo)體材料的載流子輸運(yùn)性質(zhì)具有很大的破壞性，使得LED的電學(xué)性能明顯降低；(2)刻蝕設(shè)備的購置及使用成本異常高昂，使得LED的成本大幅度上升；(3)利用刻蝕對(duì)LED出光表面進(jìn)行粗化的形貌及尺寸沒有辦法進(jìn)行控制和優(yōu)化；(4)加工時(shí)間較長，生產(chǎn)效率較低。
[0005]Plauger在.J.Electrochem.Soc.發(fā)表文章,報(bào)道了利用電化學(xué)的方法，對(duì)GaP材料進(jìn)行有效的腐蝕。此方法對(duì)LED出光表面進(jìn)行粗化的不足在于:(I)需要外加電壓來進(jìn)行輔助，額外引入了電極制備的工藝；(2)得到的腐蝕結(jié)構(gòu)不利于LED的光提取。
[0006]中國專利CN101656284提供一種利用ITO顆粒掩膜粗化紅光發(fā)光二極管的方法，該方法包括以下步驟:(I)按常規(guī)利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積的方法在襯底上依次外延生長N型接觸層、多量子阱有源區(qū)和P型接觸層，襯底為GaAs材料；(2)在外延生長的P型接觸層上用電子束濺射一層厚260nm的ITO薄膜；(3)將覆蓋有ITO的外延片浸入濃鹽酸中l(wèi)min，腐蝕掉部分ITO，殘留的為顆粒狀的ITO ; (4)用殘留的ITO顆粒作掩膜，干法刻蝕P型接觸層，形成粗化表面；(5)用濃鹽酸腐蝕掉殘留的ΙΤ0。此方法需要兩次蒸鍍ITO電流擴(kuò)展層，成本較正常LED工藝明顯提高。此外，亦沒有避免ICP刻蝕工藝對(duì)于LED器件的電學(xué)性能的破壞。并且此方法需要使用濃鹽酸，由于濃鹽酸具有強(qiáng)腐蝕性及強(qiáng)揮發(fā)性，可能會(huì)對(duì)其他精密設(shè)備及操作人員造成一定損害，且不涉及本發(fā)明提供的在AlGaInP反極性LED芯片反射鏡結(jié)構(gòu)制備光提取結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
[0007]中國專利CN101656285公開了利用PS球作模板制作發(fā)光二極管粗化表面的方法，該方法包括步驟:(I)按常規(guī)外延生長外延片；(2)在外延生長的P型接觸層上鋪設(shè)一層由PS球緊密排布組成的單層膜；(3)以硅酸四乙酯、金屬的氯化物或硝酸鹽為前軀體，將前軀體、乙醇和水混合后填充在單層膜的PS球與P型接觸層之間的間隙中，室溫靜置并加熱分解為相應(yīng)的氧化物；(4)將外延片置于二氯甲烷中，用二氯甲烷溶解去除掉PS球，在PS球與P型接觸層之間的間隙中形成的氧化物按碗狀周期排列結(jié)構(gòu)保留在P型接觸層上；(5)用形成的氧化物作掩膜，干法刻蝕P型接觸層，形成粗化表面；(6)腐蝕掉殘留的氧化物。此方法需要利用PS微球作為掩膜，步驟繁瑣，成本較高且難以保證獲得較大面積的均勻粗化結(jié)構(gòu)，且不涉及本發(fā)明提供的在AlGaInP反極性LED芯片反射鏡結(jié)構(gòu)制備光提取結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
[0008]中國專利201110024650公開了在透明襯底的LED器件背面制備帶有光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射鏡制備方法，主要內(nèi)容包括:一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，包括芯片上表面和芯片下表面，所述芯片下表面上設(shè)有具有對(duì)入射光反射后起到會(huì)聚作用的聚光反射鏡陣列，其制作方法是通過金剛石切割刀或激光切割在芯片下表面進(jìn)行切割制成縱橫交錯(cuò)的切割道，相鄰交叉的切割道之間形成聚光反射鏡，若干個(gè)聚光反射鏡組成聚光反射鏡陣列，或是通過光刻在芯片下表面上制作若干個(gè)圓形保護(hù)膜，然后采用磷酸系列的混合腐蝕液或等離子體刻蝕設(shè)備對(duì)芯片下表面上圓形保護(hù)膜以外的區(qū)域進(jìn)行刻蝕，由此制作出聚光反射鏡陣列，本發(fā)明LED芯片能夠獲得更高的光效，同時(shí)，通過襯底聚光反射鏡陣列的制作也可以增加一部分器件的散熱面積，從而進(jìn)一步提升器件的性能。此發(fā)明僅適于在透明襯底LED芯片中應(yīng)用，不涉及本發(fā)明提供的在AlGaInP反極性LED芯片反射鏡結(jié)構(gòu)制備光提取結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
[0009]綜上所述，以上技術(shù)、專利均不涉及本發(fā)明提供的在AlGaInP反極性LED芯片反射鏡結(jié)構(gòu)制備光提取結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種反射鏡結(jié)構(gòu)粗化的AlGaInP反極性發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，目的在于提聞LED芯片的光提取效率。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0012]一種反射鏡結(jié)構(gòu)粗化的AlGaInP反極性發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)如圖1所示，由底部至頂部的結(jié)構(gòu)依次為P電極、襯底、鍵合層、帶有粗化結(jié)構(gòu)的反射鏡層、絕緣層、電流擴(kuò)展層、P型半導(dǎo)體層、有源區(qū)、η型半導(dǎo)體層、窗口層，η電極。
[0013]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的P電極制備在襯底背面，可以選用Au、Ge、N1、T1、Cr、Al、Ag、Cu、Be、Pd、Pt材料的單一材料或多個(gè)材料的組合，使用蒸發(fā)或?yàn)R射的方式制備；厚度為 0.5 μ m-10 μ m ；
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的襯底可以選用S1、GaAs、Al203、GaP、InP、SiC、Cu、Mo、Al材料;厚度為20 μ m-300 μ m ；
[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的,所述的鍵合層可以選用Au、In、Sn、T1、Pt、Al、Cr材料中的單一材料或多個(gè)材料的組合，使用蒸發(fā)或?yàn)R射的方式制備；厚度為0.2 μ m-10 μ m ；
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的帶有粗化結(jié)構(gòu)的反射鏡層可以選用Au、Ge、N1、T1、Al、Ag、Cu、Cr、Be、Pd、Pt材料的單一材料或多個(gè)材料的組合，兼顧與電流擴(kuò)展層的歐姆接觸，使用蒸發(fā)或?yàn)R射的方式制備；覆蓋于鍵合層之上，厚度為0.1 μ m-10 μ m,呈現(xiàn)粗化形式，并以開孔的形式穿透絕緣層與電流擴(kuò)展層直接接觸；開孔直徑的范圍為1_50μπι ;
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的絕緣層可以選用Si02、Si3N4、Ti02、Al2O3等絕緣材料，使用CVD或?yàn)R射或蒸發(fā)方式制備；覆蓋于帶有粗化結(jié)構(gòu)的反射鏡層之上，厚度為0.1 μ m-5 μ m,呈現(xiàn)粗化形式；
[0018]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的電流擴(kuò)展層可以是MOCVD技術(shù)制各的p-GaP、P-Al InP、p-GalnP、p-GaAs、p-AlAs、p-AlGaAs、p-AlAsP、p-AlGalnP 材料，p 型慘雜的濃度為I X 1018cm_3-l X 1021cm_3，厚度為0.1 μ m-10 μ m ;與絕緣層接觸一側(cè)的表面帶有隨機(jī)密布的錐狀粗化結(jié)構(gòu)，錐狀結(jié)構(gòu)的基座尺度范圍為0.5μπ?-20μπ?，高度范圍為0.Ιμ??-ΙΟμπ? ;
[0019]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的P型半導(dǎo)體層可以是MOCVD技術(shù)制