[發(fā)明專利]一種提高GaN LED發(fā)光效率的方法及其應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410305702.0
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN105206713A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發(fā)明（設計）人: 徐化勇;吳向龍;夏偉;徐現(xiàn)剛
• 申請（專利權）人: 山東浪潮華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/22
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發(fā)明涉及一種提高GaNLED發(fā)光效率的方法及其應用，屬于半導體發(fā)光二極管的技術領域。

背景技術

近年來，發(fā)光二極管(Lightemittingdiode，簡稱LED)作為一種新型光源在社會生活各個領域得到廣泛的應用，例如戶外顯示、儀表指示、一般照明等。

隨著GaN材料生長技術的發(fā)展，GaNLED芯片內(nèi)部發(fā)光量子效率接近理論極限，在這種情況下，提高LED發(fā)光效率的主要方法是提高其光提取效率，使LED內(nèi)部產(chǎn)生的光出射到LED外部。對于同面電極的正裝LED芯片，一般采用ITO作為其透明電極，雖然ITO透明電極的透過率超過90％，仍然會對LED產(chǎn)生的光具有較強的吸收，降低LED的光提取效率。目前，在實際工業(yè)化量產(chǎn)中，降低ITO吸收的一個主要方法是：在ITO透明電極上做一些尺度在1-10微米的圖形化孔洞的鏤空結構，在鏤空區(qū)域ITO被腐蝕掉，舍棄部分發(fā)光面積，以提高芯片出光能力。這樣帶來的一個不良結果是，由于發(fā)光面積減小，芯片工作電壓會略微升高，但是芯片亮度提升更大，所以LED整體發(fā)光效率會提升。

對于上述ITO圖形化孔洞技術，雖然鏤空區(qū)域的ITO被腐蝕掉，減少了吸光，但是由于該區(qū)域缺少透明電極，電流無法橫向擴展，導致區(qū)域的p-GaN、InGaN多量子阱、n-GaN并不參與LED內(nèi)部發(fā)光，對LED發(fā)光沒有正面作用。另外，由于p-GaN、InGaN多量子阱、n-GaN材料本身對光具有一定的吸收，對LED出光不利。單一的ITO圖形化孔洞技術具有進一步改善的空間。

另外，一種提高LED發(fā)光效率的方法是在LED芯片表面做粗化結構，如對ITO或者p-GaN進行粗化。由于ITO和p-GaN的厚度很薄，為了做出有效的粗化圖形，粗化的方法一般為采用一些亞微米尺寸的掩膜進行濕法腐蝕或者干法刻蝕。亞微米尺寸掩膜包括聚苯乙烯球、納米金屬顆粒等。這些亞微米尺寸的掩膜，一般是依靠其自然分布來實現(xiàn)圖形化。依靠自然分布的微掩膜的圖形重復性差，不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種提高GaNLED發(fā)光效率的方法，在ITO圖形化孔洞之后，保留光刻膠掩膜，采用ICP方法將鏤空區(qū)域的p-GaN、InGaN多量子阱以及部分n-GaN刻蝕掉，減少該不發(fā)光區(qū)域?qū)獾奈眨煌瑫r通過控制掩膜的形狀以及ICP條件，在鏤空區(qū)域刻蝕出圓柱形、圓臺形或碗形的凹坑，達到表面粗化、提高LED出光的目的。

本發(fā)明還提供一種利用上述方法制備的GaNLED芯片。

術語解釋：

1、ITO：氧化銦錫(Indium-TinOxide)，是一種透明導電材料；本領域通用ITO表示。

2、ICP刻蝕：感應耦合等離子(InductiveCoupledPlasma)刻蝕，一種刻蝕方法。

3、RIE：ReactiveIonEtching，反應離子刻蝕；

4、MOCVD：Metal-organicChemicalVaporDePosition，金屬有機化學氣相沉積。

本發(fā)明技術方案如下：

一種提高GaNLED發(fā)光效率的方法，包括步驟如下：

(1)在襯底上自下而上依次生長n-GaN層、InGaN多量子阱層和p-GaN層，形成GaN外延片；

(2)在GaN外延片上蒸鍍或者濺射一層ITO薄膜，厚度為20-200nm；

(3)按照現(xiàn)有技術，采用掩膜工藝在步驟(2)處理完畢的GaN外延片上光刻腐蝕出ITO孔洞圖形以及臺面圖形；

(4)保留步驟(3)掩膜工藝中的光刻掩膜，采用ICP或RIE方法刻蝕無光刻掩膜的區(qū)域，自上而下依次刻蝕p-GaN層、InGaN多量子阱層以及部分n-GaN層，刻蝕至n-GaN層，刻蝕深度0.5-3μm；去除掉光刻掩膜后得到圖形化凹坑；

(5)在GaN外延片上制備p電極和n電極；按照現(xiàn)有技術，在GaN外延片上采用光刻膠光刻p電極區(qū)域、n電極區(qū)域，再采用電子束蒸發(fā)法分別在p電極區(qū)域和n電極區(qū)域依次蒸鍍金屬Cr、Au，剝離光刻膠后形成p電極和n電極；

(6)將襯底減薄，劃裂成單獨芯片。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(1)中采用MOCVD方法在襯底上自下而上依次生長n-GaN層、InGaN多量子阱層和p-GaN層，形成GaN外延片。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中并對ITO薄膜進行退火，退火溫度500-650℃，退火時間1-10分鐘。采用退火工藝使ITO薄膜與p-GaN形成良好接觸。