[发明专利]AlGaInP四元系LED磷化镓窗口层的粗化方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED芯片的制备，特别是一种AlGaInP四元系LED磷化镓的粗化方法。

背景技术

在日常生活中，发光二极管(lightemittingdiode,LED)发挥着越来越重要的作用。从最开始的电器小指示灯迅速发展到现在的汽车尾灯、夜间景观灯具、室内照明、液晶显示屏的背光灯源以及全色显示屏等等。据统计，目前量产的蓝光荧光粉LED最高光效达到了160lm/W。2012年白光大功率LED光效达到254lm/W，成为光效最高的光源。2014年的最新报道中，实验室光效已经达到303lm/W的高水平。LED作为低能耗、环保、耐用、抗震的新型绿色光源将逐渐丰富人们的生活。

自从1907年美国工程师H.J.Round发现了第一个SiC材料的LED，人们在LED领域进行了不断的探索并取得了很大的发展。1962年，Pankove等人使用半导体砷化镓材料制作了红外光LED。Holonyak和Bevacqua报道了Ga(As_1-xP_x)结发射红光的现象，LED第一次实现了发射可见光。1993年，中村修二等人在日亚公司开发的氮化镓LED加工工艺，不仅获得了之前用其他材料难以获得的基于宽禁带材料的蓝色LED，同时也开启了一系列直接带隙半导体高亮度LED之门。

之后，随着MOCVD技术的成熟，AlGalnP材料因成本低以及其和GaAs衬底的良好匹配而得到了广泛的应用。对于AlGaInP四元系LED，调节其中Al的组分可以改变该材料的能带结构和禁带宽度（带隙宽度可从1.9ev变化到2.3ev），进而获取红光到绿光之间不同波长的光。

目前，AlGaInP四元系LED的内量子效率已达到90%以上，影响其光强的重要因素是外量子效率很低。这是由于作为电流扩展层和窗口层的GaP材料的折射率很高，约为3.4，远高于空气的折射率1，有源层发出的大部分光在界面发生了全反射，经多次反射后被介质材料吸收，减少了出光效率，同时也增大了材料的发热，影响器件的性能。所以，提高AlGaInP四元系LED的光提取效率成为一个亟待解决的问题。

为了提高LED器件的出光效率，研究人员已经发现了一些行之有效的方法，比如倒装芯片结构、光子晶体、图形化衬底技术、表面粗化等。表面粗化又分为干法粗化和湿法粗化。干法粗化虽然在腐蚀程度以及腐蚀的均匀性的可控性方面更好一些，但是其对LED器件的光学性能影响较大。之前的湿法腐蚀一般是选用HCL、H₂SO₄、HNO₃等强酸中的一种或多种。湿法腐蚀具有低成本和可大规模生产的优点。但是强酸具有强腐蚀性及强挥发性，可能会对其他精密设备及操作人员造成一定损害。

发明内容

本发明的目的是解决上述存在的问题，提供一种AlGaInP四元系LED磷化镓窗口层的粗化方法，本发明通过湿法腐蚀选用弱酸对GaP窗口层表面进行粗化，有效地减少了出光界面的全反射，增加了LED器件的外量子效应，提高了AlGaInP四元系LED芯片的光提取效率，具有较高的实用价值。

本发明的技术方案：

一种AlGaInP四元系LED磷化镓窗口层的粗化方法，在无尘室中进行，步骤如下：

1）将AlGaInP四元系红光LED外延片依次用丙酮、异丙醇和去离子水清洗，然后置于70℃氮气环境中烘干备用；

2）在上述烘干的外延片的GaP窗口层面贴上蓝膜，然后倒置于匀胶机上，在外延片的GaAs衬底面旋涂光刻胶，旋涂转数为500r/s，重复旋涂三次，每次间隔半小时，形成保护薄膜；

3）将上述LED外延片的揭掉蓝膜后进行湿法腐蚀，腐蚀溶液为饱和柠檬酸（C₆H₈O₇）溶液和30wt%的H₂O₂溶液的混合溶液，搅拌均匀静置5min后，在50℃水浴条件下进行湿法腐蚀，静置反应2h，混合溶液中饱和柠檬酸溶液和H₂O₂溶液的体积比为1-3:1；

4）腐蚀完成后，把外延片放入清洗花篮中，用显影剂清洗光刻胶，随后依次用丙酮、异丙醇和去离子水清洗外延片，得到粗化后的外延片，将粗化后的外延片进行光刻后制成芯片。