CN101859855A - 具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管及其制备方法，在衬底形成一布拉格反射层，在布拉格反射层上形成第一型磊晶层，在第一型磊晶层上形成发光层，在发光层上形成第二型磊晶层，具有小圆洞或者网状结构的第一GaP窗口层形成于第二型磊晶层上，具有小圆洞或者网状结构的第二GaP窗口层形成于第一GaP窗口层上；第一电极形成于第二GaP窗口层顶面，第二电极形成于衬底底面；本发明在完成常规工艺后，采用在第一GaP窗口层与第二GaP窗口层间形成相互交错的小圆洞或者网状结构，改变从发光层发出的光线到达发光二极管芯片表面时的光路，使更多的光线从内部射出，使本发明的出光率比现有的二极管出光率提高20％。
Description
技术领域
本发明涉及四元系发光二极管，尤其是一种具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管及其制备方法。
背景技术
目前发光二极管已被广泛应用于显示、装饰、通讯等经济生活中，其大体结构一般包含衬底、分布布拉格反射层、第一磊晶层、发光层、第二磊晶层、窗口层、第一电极和第二电极。现有四元系AlGaInP垂直结构发光二极管窗口层(Window Layer)多采用单一的GaP层的结构，其上层表面是平面状，如此，位于中间夹层的发光层发光时，部分光线出射于元件的外部，另有大部分光线会产生全反射，致使光线的出射效果不佳，原因是半导体材料相对于外部空气而言为高折射率材料，因此当光线的出射角度大于一定临界角时，便会发生全反射；同时，全反射光在发光二极体内部会产生热能，使得发光二极体整体温度升高，大大影响了产品的可靠性。
为了抑制高低折射率相差过大而造成的全反射光较多的问题，有研究者提出采用P-GaN表面粗化的方法，即将界面按一定的规律打毛可以使部分全反射光线以散射光的形式出射，从而提高出光率；在LED的上表面直接将其打毛，但该方法对有源层及透明电极会造成一定的损伤，制作也较为困难。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管，在衬底形成一布拉格反射层，在布拉格反射层上形成第一型磊晶层，在第一型磊晶层上形成发光层，在发光层上形成第二型磊晶层，具有小圆洞或者网状结构的第一GaP窗口层形成于第二型磊晶层上，具有小圆洞或者网状结构的第二GaP窗口层形成于第一GaP窗口层上；第一电极形成于第二GaP窗口层顶面，第二电极形成于衬底底面。
具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管的制备方法，其制备步骤如下：
1)在衬底上依次外延生长形成分布布拉格反射层、第一型磊晶层、发光层及第二型磊晶层；
2)形成第一GaP窗口层于第二型磊晶层上；
3)采用湿法蚀刻或干法蚀刻，在第一GaP窗口层中形成小圆洞或者由沟道图形构成的网状结构；
4)形成第二GaP窗口层于第一GaP窗口层上；
5)采用湿法蚀刻或干法蚀刻，在第二GaP窗口层中形成小圆洞或由沟道图形构成的网状结构，使第一GaP窗口层与第二GaP窗口层的图形交错排列而不重叠；
6)在第二GaP窗口层顶面形成第一电极，在衬底底面形成第二电极；
7)切割得四元系垂直发光二极管。
本发明中衬底材料选自GaAs、GaP或前述的任意组合之一；第一GaP窗口层厚度为1～3um，其中的小圆洞直径或者网状结构的沟道宽度为2～4um，小圆洞或沟道的间隔距离为3～5um；第二GaP窗口层厚度为5～7um，其中的小圆洞直径或者网状结构的沟道宽度为2～4um，小圆洞或沟道的间隔距离为3～5um；湿法蚀刻采用的蚀刻液选自HF、NH4F、CH3COOH、H2SO4、H2O2的一种或前述的任意组合之一；干法蚀刻采用的气体选自Ar、O2、BCl3、Cl2、SiCl4的一种或前述的任意组合之一。
同现有技术相比较，本发明在完成常规工艺后，采用在第一GaP窗口层与第二GaP窗口层间形成相互交错的小圆洞或者网状结构，以改变从发光层发出的光线到达发光二极管芯片表面时的光路，使得更多的光线从内部取出，可使发光二极管出光率比采用公知技术提高20％。
附图说明
图1是本发明具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管的截面示意图。
图2是本发明具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管的俯视图。
图中附图标识如下：
1.衬底 2.布拉格反射层
3.第一型磊晶层 4.发光层
5.第二型磊晶层 6.第一GaP窗口层
7.第二GaP窗口层 8.第一电极
9.第二电极
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管的制备方法，其制作工艺步骤如下：
在GaAs衬底1上依次外延生长形成分布布拉格反射层2、第一型磊晶层3、发光层4及第二型磊晶层5。
在第二型磊晶层5上形成第一GaP窗口层6，第一GaP窗口层6的厚度为2um。
采用湿法蚀刻，蚀刻液由HF、NH4F、CH3COOH、H2SO4、H2O2组成，在第一GaP窗口层6中蚀刻形成由小圆洞构成的网状结构；其中的小圆洞直径为4um，小圆洞间隔距离为3um。
在第一GaP窗口层6上形成一厚度为6um的第二GaP窗口层7。
采用干法蚀刻，蚀刻气体由Ar2、O2、BCl3、Cl2、SiCl4组成，在第二GaP窗口层7中蚀刻形成由小圆洞构成的网状结构，使第一GaP窗口层6与第二GaP窗口层7的图形交错排列而不重叠；其中的小圆洞直径为3um，小圆洞间隔距离为4um。
在第二GaP窗口层7顶面形成第一电极8，在衬底1底面形成第二电极9。
切割得四元系垂直发光二极管。
依上述方法制备的具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管，如图1所示，包括GaAs衬底1；分布布拉格反射层2形成于GaAs衬底1上；第一型磊晶层3形成于分布布拉格反射层2上；发光层4形成于第一型磊晶层3上；第二型磊晶层5形成于发光层4上；具有小圆洞构成的网状结构的第一GaP窗口层6形成于第二型磊晶层5上；具有小圆洞构成的网状结构的第二GaP窗口层7形成于第一GaP窗口层6上；第一电极8形成于第二GaP窗口层7顶面；第二电极9形成于GaAs衬底1底面。
从图1和图2中可以看出从发光层4出射的光线先经过第一GaP窗口层6与第二GaP窗口层7的交界面，由于第一GaP窗口层6上具有小圆洞构成的网状结构，所以光线会产生散射；随后，光线经过第二GaP窗口层7与空气的交界面，由于第二GaP窗口层7上也具有小圆洞构成的网状结构，光线会产生第二次散射，使发光二极管的出光效率大幅提升。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化；因此，所有等同的技术方案属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。
Claims (7)
1.具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管，在衬底形成一布拉格反射层，在布拉格反射层上形成第一型磊晶层，在第一型磊晶层上形成发光层，在发光层上形成第二型磊晶层，具有小圆洞或者网状结构的第一GaP窗口层形成于第二型磊晶层上，具有小圆洞或者网状结构的第二GaP窗口层形成于第一GaP窗口层上；第一电极形成于第二GaP窗口层顶面，第二电极形成于衬底底面。
2.具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管的制备方法，其制备步骤如下：
1)在衬底上依次外延生长形成分布布拉格反射层、第一型磊晶层、发光层及第二型磊晶层；
2)形成第一GaP窗口层于第二型磊晶层上；
3)采用湿法蚀刻或干法蚀刻，在第一GaP窗口层中形成小圆洞或者由沟道图形构成的网状结构；
4)形成第二GaP窗口层于第一GaP窗口层上；
5)采用湿法蚀刻或干法蚀刻，在第二GaP窗口层中形成小圆洞或由沟道图形构成的网状结构，使第一GaP窗口层与第二GaP窗口层的图形交错排列而不重叠；
6)在第二GaP窗口层顶面形成第一电极，在衬底底面形成第二电极；
7)切割得四元系垂直发光二极管。
3.如权利要求2所述的具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：衬底材料选自GaAs、GaP或前述的任意组合之一。
4.如权利要求2所述的具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：第一GaP窗口层厚度为1～3um，其中的小圆洞直径或者网状结构的沟道宽度为2～4um，小圆洞或沟道的间隔距离为3～5um。
5.如权利要求2所述的具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：第二GaP窗口层厚度为5～7um，其中的小圆洞直径或者网状结构的沟道宽度为2～4um，小圆洞或沟道的间隔距离为3～5um。
6.如权利要求2所述的具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：湿法蚀刻采用的蚀刻液选自HF、NH4F、CH3COOH、H2SO4、H2O2的一种或前述的任意组合之一。
7.如权利要求2所述的具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：干法蚀刻采用的气体选自Ar、O2、BCl3、Cl2、SiCl4的一种或前述的任意组合之一。
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