[發(fā)明專利]一種濕法加工窗口層側(cè)壁傾斜的AlGaInP四元LED芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210318969.4
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN103682003A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 左致遠(yuǎn);夏偉;陳康;蘇建;張秋霞
• 申請（專利權(quán)）人: 山東華光光電子有限公司
• 主分類號: H01L33/10
• 分類號: H01L33/10;H01L33/22;H01L33/30
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種濕法加工窗口層側(cè)壁傾斜的AlGaInP四元LED芯片，屬于發(fā)光二極管制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

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構(gòu)的努力下，以GaAs為代表的III–V族半導(dǎo)體在半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域迅速崛起。之后隨著金屬有機物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）技術(shù)的出現(xiàn)，使得高質(zhì)量的III–V族半導(dǎo)體的生長突破了技術(shù)壁壘，各種波長的半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件相繼涌入市場。由于半導(dǎo)體發(fā)光二極管相對于目前的發(fā)光器件具有效率高、壽命長、抗強力學(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III–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)出的光在經(jīng)芯片表面出射到空氣中時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。

1969年Nuese等人在J.Electrochem?Soc.:Solid?State?Sci.發(fā)表了利用環(huán)氧樹脂封裝的LED芯片，將紅光GaAs基LED的外量子效率提高了1-2倍。在GaP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。但是此方法引入的仍舊是平整出光表面，對于外量子效率的提高有限，并且多引入了一層界面亦會導(dǎo)致界面菲涅爾損耗，同時樹脂材料的輻照老化也會導(dǎo)致光提取效率下降。

1993年，Schnitzer等人在Appl.Phys.Lett.首先利用干法刻蝕的方法對半導(dǎo)體材料出光表面進(jìn)行粗化制得了表面粗化LED，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.等期刊報道了類似的表面粗化LED。利用干法刻蝕加工的表面粗化LED不足之處在于：（1）干法刻蝕對于半導(dǎo)體材料的載流子輸運性質(zhì)具有很大的破壞性，使得LED的電學(xué)性能明顯降低；（2）干法刻蝕設(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）利用干法刻蝕對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）加工時間較長，生產(chǎn)效率較低。

在半導(dǎo)體材料的外延過程中進(jìn)行一定的設(shè)計和調(diào)控，也可以制備出表面粗化LED，如中國專利文件CN?101521258提供一種提高發(fā)光二極管外量子效率的方法，該方法是通過發(fā)光二極管外延片結(jié)構(gòu)中P型層的生長時提高P型層Mg的摻雜濃度，從而達(dá)到外延片表面粗糙化的效果。粗化層可以是P型復(fù)合層中任意一層，或多層，或某一層某一個區(qū)域。既保證了較高的空穴濃度又提供了粗化表面，LED表面粗化層將那些滿足全反射定律的光改變方向，破壞光線在LED內(nèi)部的全反射，提升出光效率，從而提高外量子效率。但是改變外延生長參數(shù)會導(dǎo)致LED芯片電學(xué)以及光學(xué)性質(zhì)的下降。利用此方法得到的粗化表面粗糙度有限，難以得到理想的光提取效率提高。

1999年，Krames在Appl.Phys.Lett.提出了干法加工的芯片側(cè)壁均為35°傾斜的LED芯片結(jié)構(gòu)，并且得到了40%的光提取效率增強（US?2007/0284607A1）。其提出的LED結(jié)構(gòu)中，從表面出光窗口層至襯底側(cè)壁均為傾斜狀，整個芯片呈現(xiàn)為倒金字塔形。此種芯片在干法過程中需要去除芯片邊緣的量子阱有源發(fā)光區(qū)，導(dǎo)致在光提取效率提升的同時需要放棄部分有效發(fā)光區(qū)域。復(fù)雜的芯片制作工藝并沒有使這種設(shè)計思路發(fā)揮最大的作用。并且采用干法技術(shù)設(shè)備成本高、加工效率低，并且對于芯片的性質(zhì)有一定的損傷。干法加工無法同時對出光面進(jìn)行粗化，需額外引入多步工藝實現(xiàn)。

綜上所述，以上LED芯片均不完全具備以下特點：不降低量子阱有源發(fā)光區(qū)面積、出光面表面粗化、易于與現(xiàn)有LED工藝結(jié)合、無毒害、對于LED芯片電學(xué)性能無破壞的特點。

發(fā)明內(nèi)容

術(shù)語解釋：

1、分散布拉格反射鏡：依靠折射率周期變化增加反射率的結(jié)構(gòu)的反射鏡；

2、ODR反射鏡：金屬反射鏡與四分之一波片復(fù)合反射鏡。

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種濕法加工窗口層側(cè)壁傾斜的AlGaInP四元LED芯片，旨在提供一種光提取效率高的LED芯片。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：