具有粗化電流擴展層的GaAs基LED晶片的製作方法

2023-05-29 03:22:31

本實用新型涉及一種GaAs基LED(發光二極體)晶片，屬於光電子技術領域。

背景技術：

LED作為21世紀的照明新光源，同樣亮度下，半導體燈耗電僅為普通白熾燈的l/10，而壽命卻可以延長100倍。LED器件是冷光源，光效高，工作電壓低，耗電量小，體積小，可平面封裝，易於開發輕薄型產品，結構堅固且壽命很長，光源本身不含汞、鉛等有害物質，無紅外和紫外汙染，不會在生產和使用中產生對外界的汙染。因此，半導體燈具有節能、環保、壽命長等特點，如同電晶體替代電子管一樣，半導體燈替代傳統的白熾燈和螢光燈，也將是大勢所趨。無論從節約電能、降低溫室氣體排放的角度，還是從減少環境汙染的角度，LED作為新型照明光源都具有替代傳統照明光源的極大潛力。

上世紀50年代，在IBM Thomas J.Watson Research Center為代表的諸多知名研究機構的努力下，以GaAs為代表的III–V族半導體在半導體發光領域迅速崛起。之後隨著金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)技術的出現，使得高質量的III–V族半導體的生長突破了技術壁壘，各種波長的半導體發光二極體器件相繼湧入市場。由於半導體發光二極體相對於目前的發光器件具有效率高、壽命長、抗強力學衝擊等特質，在世界範圍內被看作新一代照明器件。但是由於III–V族半導體的折射率普遍較高(GaP：3.2)，這就導致LED的發光區域發出的光在經晶片表面出射到空氣中時受制於界面全反射現象，只有極少部分的光可以出射到器件外部(GaP約為2.4％)。界面全反射現象導致LED的外量子效率低下，是制約LED替代現有照明器件的主要原因。

GaAs基LED晶片如何增加出光效率成為現階段的主要研發方向，如果通過對外延層進行粗化，一般通過化學腐蝕實現，化學腐蝕存在腐蝕圖形不穩定的問題，批量生產下會產生波動；如果採用ICP刻蝕法則受限設備，如何既能有效提升出光效率且能不影響電極及外延層成為現階段研究的主要方向。

中國專利文獻CN 105428485A公開的《GaP表面粗化的AlGaInP基LED及其製造方法》是直接將外延片浸入粗化液中，使裸露的p型GaP窗口層表面粗化，達到了溼法腐蝕粗化p型GaP窗口層表面的效果；沉積ITO膜作為電流擴展層。此方法是主要是對外延層上進行粗化，對於外延生長及外延層表面的要求較高，不易規模化生產。

現階段大部分GaAs基LED晶片都是對外延層進行粗化，外延層粗化要求較高且不易形成較好的出射角度。

技術實現要素：

針對現有GaAs基LED晶片存在的出光效率有待提高的問題，本實用新型提供一種出光效率高的具有粗化電流擴展層的GaAs基LED晶片。

本實用新型的具有粗化電流擴展層的GaAs基LED晶片，採用以下技術方案：

該GaAs基LED晶片，包括N電極、GaAs襯底和外延層，N電極、GaAs襯底和外延層自下至上依次設置，外延層上設置有電流擴展層，電流擴展層上設置有p電極，p電極外圍的電流擴展層為粗化電流擴展層。

上述GaAs基LED晶片通過在p電極下方設置未粗化的電流擴展層，而對p電極外圍的電流擴展層粗化，p電極下方通過電流擴展層使電流更好的擴展，通過對p電極外圍電流擴展層的粗化，改變光的出射角度，提高了出光效率，提升了GaAs基發光二極體的品質。

本實用新型通過設置粗化電流擴展層，避免了現有技術中對GaAs基LED晶片的外延層直接進行粗化造成的不穩定性，且通過負膠剝離的方式製備的粗化電流擴展層圖形更穩定，提高了出光效率，避免了採用常規腐蝕法製備電極過程中的腐蝕液對粗化電流擴展層的腐蝕及對粗化面影響，通過負性光刻膠剝離製備電極的方法，避免了對粗化電流擴展層的損傷且電極圖形更易焊線。

附圖說明

圖1是本實用新型中具有粗化電流擴展層的GaAs基LED晶片的結構示意圖。

圖中：1、N電極，2、GaAs襯底，3、外延層，4、粗化電流擴展層，5、未粗化電流擴展層，6、P電極。

具體實施方式

本實用新型的具有粗化電流擴展層的GaAs基LED晶片，如圖1所示，由下往上依次為N電極1、GaAs襯底2、外延層3和電流擴展層，電流擴展層上設置有p電極6，除了p電極6下方的電流擴展層區域以外p電極6外圍的電流擴展層區域為粗化電流擴展層4，也就是電流擴展層只在p電極6下方不是粗化結構，其餘部分都是粗化的。

電流擴展層中未粗化區域(即未粗化電流擴展層5)與P電極6重合，這樣在p電極6下方通過沒有粗化的電流擴展層將電流更好的擴展，通過對電流擴展層在P電極外其它區域均進行粗化改變光的出射角度，提高了出光效率，提升了GaAs基發光二極體的品質。

本實用新型中，粗化電流擴展層4製備過程採用了最簡便的方法，使用負性光刻膠，採用常規負性光刻膠剝離的方法製備，利用負性光刻膠，提高了粗化圖形的穩定，得到更好的粗化電流擴展層。

在外延層3表面上沉積一層ITO薄膜，此ITO薄膜覆蓋整個晶片表面且除P電極位置外其它區域均進行了粗化處理，電流能更好的擴展到整個晶片且通過對ITO薄膜的粗化使得光能得到更好的出射角度；通過退火使ITO薄膜與GaAs基發光二極體晶片外延層形成了良好的歐姆接觸，大大降低了晶片的電壓。

本實用新型通過生長有一層粗化電流擴展層且P電極下方為未粗化電流擴展層，在p電極下方通過電流擴展層將電流更好的擴展，通過對電流擴展層的粗化，改變光的出射角度，提高了出光效率，提升了GaAs基發光二極體的品質。