CN101656284B - 一种利用ito颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用ITO颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法，包括以下步骤：(1)按常规利用金属有机化学气相沉积的方法在衬底上依次外延生长N型接触层、多量子阱有源区和P型接触层，衬底为GaAs材料；(2)在外延生长的P型接触层上用电子束溅射一层厚260nm的ITO薄膜；(3)将覆盖有ITO的外延片浸入浓盐酸中1分钟，腐蚀掉部分ITO，残留的为颗粒状的ITO；(4)用残留的ITO颗粒作掩膜，干法刻蚀P型接触层，形成粗化表面；(5)用浓盐酸腐蚀掉残留的ITO。本发明使用颗粒状ITO作为干法刻蚀的掩膜材料，经刻蚀后可得到刻蚀尺寸和深度可控的粗化表面发光二极管，经表面粗化的红光LED的光提取可提高30％以上。

Description

一种利用ITO颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法
技术领域
本发明涉及一种利用铟锡氧化物(ITO)颗粒制作发光二极管粗化表面的方法，属于发光二极管制作技术领域。
背景技术
近几年，半导体发光二极管(LED)在交通信号灯、全色显示、数码产品指示灯、液晶显示和日常照明中得到了广泛的应用。目前，虽然红光LED的内量子效率可以达到95％以上，但是一般的AlGaInP基红光LED发光效率却在10％以下，这是因为在LED表面和空气的界面，大多数的光都被全反射到器件内部，经过多次反射后可能被器件完全吸收。
有源区产生的光在出射过程中，从最上层的GaP(折射率约为3.4)入射到空气(折射率约为1)中，因折射率相差较大，全反射临界角约为17°，因此在界面处发生了大量的全反射现象。根据现有文献记载，仅有大约4％的光通过管芯表面和侧面可以出射，其余96％的光反射回LED内部，最终被吸收掉。
因此，减少全反射，增大逃逸光锥的临界角，成为提高提取效率的有效手段。通过LED表面的表面织构化，可以抑制内部光的反射并使光向上散射。通常，可制作LED表面织构的粗化腐蚀方法包括湿法腐蚀和干法刻蚀。目前，湿法腐蚀粗化GaP的方法因其操作简单、适于量产等优点，已被广泛采用，如中国专利文献CN101248537公开的《带有经粗化的高折射率表面层以便进行高度光提取的发光二极管》和CN101409321公开的《一种具界面粗化的发光二极管及其制作方法》，但是，湿法粗化也存在明显的缺点：由于湿法腐蚀的各向同性，很容易产生钻蚀和过蚀，导致粗化的尺寸和深度受到一定的限制(通常小于100nm)。干法刻蚀技术因其所特有的各项异性刻蚀、刻蚀速率快等优点，很适合粗化工艺的要求，如CN1339828公开的《具粗化界面发光元件及其制作方法》。但是，干法刻蚀需要制作掩膜结构。目前在半导体制作工艺中光刻技术用得最多，然而光刻技术存在光刻图形与波长相比偏大、图形较小时显影困难、光刻胶耐受性较差等问题。
发明内容
针对现有发光二极管表面粗化技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种刻蚀尺寸和深度可控的利用ITO颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法，粗化采用ITO颗粒作掩膜介质，感应耦合等离子体(ICP)刻蚀GaP。
本发明利用ITO颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法，包括以下步骤：
(1)按常规利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法在衬底上依次外延生长N型接触层、多量子阱有源区和P型接触层，其中红光LED的衬底为GaAs材料；
(2)在外延生长的P型接触层上用电子束溅射一层厚260nm的ITO(铟锡氧化物)薄膜；
(3)将覆盖有ITO的外延片浸入浓盐酸中1分钟，腐蚀掉部分ITO，残留的为颗粒状的ITO；
(4)用残留的ITO颗粒作掩膜，干法刻蚀P型接触层，形成粗化表面；
(5)用浓盐酸腐蚀掉残留的ITO。
本发明使用颗粒状ITO作为干法刻蚀的掩膜材料，经刻蚀后可得到刻蚀尺寸和深度可控的粗化表面发光二极管，经表面粗化的红光LED的光提取可提高30％以上。
附图说明
图1是本发明制作步骤的图解示意图。
图2是经ICP刻蚀后得到的粗化表面的扫描电子显微镜(SEM)图像。
其中：1、衬底，2、N型接触层，3、多量子阱有源区，4、P型接触层，5、ITO薄膜，6、ITO颗粒，7、P型接触层的粗化结构，8、P金属接触电极，9、N接触电极。
具体实施方式
图1给出了本发明的操作步骤流程，本发明的利用ITO颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法，具体流程包括如下步骤：
(1)首先按常规利用金属有机化学气相沉积的方法在GaAs衬底1上依次外延生长N型接触层2、多量子阱有源区3和GaP P型接触层4。
(2)在外延生长的P型接触层4上采用电子束沉积一层厚度为260nm的ITO薄膜5。参见图1中的(a)图。沉积过程在密闭腔室中进行：首先对腔体抽真空，用红外灯把腔体加热到300℃并保温10分钟；然后通入氧气(流量为45sccm)并开始用电子束加热IT0源；在电子束的加热下，ITO气化并沉积在上方的外延片上，沉积速率约为1
Figure G2009100187712D00021
/s，沉积时间约为43分钟。
(3)将覆盖ITO薄膜的外延片固定在花架上，然后置于浓盐酸中腐蚀1分钟，形成粗糙结构的IT0颗粒6。参见图1中的(b)图。
(4)采用感应耦合等离子体技术刻蚀ITO颗粒6覆盖的GaP P型接触层4，并用浓盐酸去除残留的ITO，得到GaP P型接触层的粗化结构7。参见图1中的(c)图。其中干法刻蚀采用的刻蚀气体可为三氯化硼和氯气，流量分别为25和15sccm，ICP和RF功率分别为300和50W，刻蚀腔体内压强为10mTorr，刻蚀时间为2分钟；刻蚀后的粗糙结构SEM平面和断面图像，如图2所示。
最后，再按常规方法在ITO掩膜粗化的GaP上制备P金属接触电极8；将衬底1的GaAs材料减薄至100微米左右并进行抛光，然后制备N接触电极9；将制作完成的器件解理，即可形成单个LED芯片，参见图1中的(d)图。

Claims (1)

1.一种利用ITO颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)利用金属有机化学气相沉积的方法在衬底上依次外延生长N型接触层、多量子阱有源区和P型接触层，其中红光LED的衬底为GaAs材料；
(2)在外延生长的P型接触层上用电子束溅射一层厚260nm的ITO(铟锡氧化物)薄膜；
(3)将覆盖有ITO的外延片浸入浓盐酸中1分钟，腐蚀掉部分ITO，残留的为颗粒状的ITO；
(4)用残留的ITO颗粒作掩膜，干法刻蚀P型接触层，形成粗化表面；
(5)用浓盐酸腐蚀掉残留的ITO。
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