CN105006507A - GaAs基发光二极管芯片上P电极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种GaAs基发光二极管芯片上P电极的制备方法，包括步骤如下：（1）在GaAs基外延片的GaP窗口层表面涂上正性光刻胶，然后进行光刻，保留正性光刻胶的电极图形；对GaP表面进行腐蚀得到粗糙表面；（2）在GaAs基外延片涂上负性光刻胶，进行光刻，在表面保留负性光刻胶的电极图形；（3）在GaAs基外延片表面蒸镀上一层Au膜，将电极图形外的金属剥离掉，得到P电极。本发明通过金属剥离的方法制备GaAs基发光二极管芯片上的P电极，既保证了电极的完整性，杜绝了掉电极问题，也确保了粗糙表面不受到金属离子破坏，提高了出光效率，电极外观得到保证，稳定了芯片的品质，并能进行规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种GaAs基发光二极管芯片上P电极的制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
随着半导体照明光源在城市景观、商业大屏幕、交通信号灯、手机及PDA背光源等特殊照明领域的应用，以其饱满色光、无限混色、迅速切换、耐震、耐潮、冷温、超长寿、少维修等优势，半导体光源已成为全球最热门、最瞩目的光源，特别是LED的发光效率正在大幅度提高，半导体照明被认为是21世纪最有可能进入普通照明领域的一种新型固态冷光源和最具发展前景的高技术领域之一。
LED作为21世纪的照明新光源，同样亮度下，LED灯耗电仅为普通白炽灯的l/10，而寿命却可以延长100倍。LED器件是冷光源，光效高，工作电压低，耗电量小，体积小，可平面封装，易于开发轻薄型产品，结构坚固且寿命很长，光源本身不含汞、铅等有害物质，无红外和紫外污染，不会在生产和使用中产生对外界的污染。因此，LED灯具有节能、环保、寿命长等特点，如同晶体管替代电子管一样，LED灯替代传统的白炽灯和荧光灯，也将是大势所趋。无论从节约电能、降低温室气体排放的角度，还是从减少环境污染的角度，LED作为新型照明光源都具有替代传统照明光源的极大潜力。
现阶段GaAs基LED的研究已经取得较大的成果，特别是现阶段内量子效率已经超过90%，由于GaAs基LED出光窗口层一般都选用GaP，为了提高出光效率现阶段一般是对GaP窗口层出光界面进行表面粗糙化处理。表面粗糙化是在提高外量子效率的方法中比较简单的一种方法，这种方法的原理在于：如果器件发出的光没有在内部被吸收，则光会在器件内部反复反射，一直到通过以小于界面处临界角的角度出射至外部。如果能改变器件内部及外部的几何形状使其表面粗糙化，这样破坏了光线在器件内部的全反射，很大程度的提高了光子出射的概率。这种结构最早由I.Schnitzer 等人提出，当时他们为获得粗糙的LED 表面，使用了自然平版印刷术通过腐蚀形成。
现阶段为实现GaP窗口层的粗糙化，一般是采用化学腐蚀法、ICP刻蚀法的方式实现，因ICP刻蚀法对工艺、设备要求较多，化学腐蚀法实现GaP窗口层的粗糙化为现阶段LED厂家通用的方法。
现阶段当实现GaP窗口层的粗糙化，其GaP窗口层表面的P电极制造有两种方式，一种为粗糙化前蒸镀上电极，第二种为粗糙化完成后蒸镀上一层金属。这两种方式都存在不足，第一种粗糙化时对金属有损伤导致电极边缘毛刺等影响电极外观及后续出现掉电极问题，而第二种金属分子会留在导致粗糙表面内，后续进行化学法腐蚀无法去除干净，最终影响出光效果。
中国专利文献CN102332509A公开的《一种利用化学镀制备LED芯片的p电极的方法》是在LED外延片的p-GaN层上制备相互间隔的纳米金属颗粒，并刻蚀该p-GaN层，使得该p-GaN层表面为纳米结构；利用掩膜将所述LED外延片的激活区域镀上激活液，以对该LED外延片的激活区域进行激活，然后移去掩膜；将所述LED外延片放入化学镀液中，在将所述激活区域外的纳米金属颗粒溶解的同时，在所述LED外延片的激活区域化学镀金属，以形成金属基板；所述金属为可诱发还原金的金属；将所述LED外延片放入化学镀金液中，在所述金属基板上自动沉积金，以得到p电极。此方法主要采用化学镀膜的方式制备LED芯片的P电极，且纳米金属颗粒易残留在粗糙表面内影响出光，无法实现GaAs基LED出光GaP窗口层粗糙表面的电极制备。
中国专利文献CN1885569公开的《以ITO为P电极的两次光刻GaN基LED电极制作方法》是在GaN基LED上通过ITO制备P电极的方法，此方法主要适用于GaN基LED电极制备，因GaN基与GaAs基LED芯片的差别，其无法实现GaAs基LED出光GaP窗口层粗糙表面的电极制备。
中国专利文献CN104600168A公开的《GaAs基发光二极管芯片上GaP粗糙表面的制备方法》主要是GaP粗糙表面的制备，其方法中电极制备与GaP粗糙表面同时化学腐蚀作业完成，存在损伤金属隐患导致后续出现掉电极问题。
发明内容
本发明针对现有GaAs基LED出光GaP窗口层的粗糙表面上电极制备技术存在的不足，提供一种流程简便、保证出光效果的GaAs基发光二极管芯片上P电极的制备方法。
本发明的GaAs基发光二极管芯片P电极的制备方法，包括步骤如下：
（1）在GaAs基外延片的GaP窗口层表面涂上正性光刻胶，然后进行光刻，保留正性光刻胶的电极图形；再对GaP窗口层表面进行腐蚀得到粗糙表面，并去除正性光刻胶；
所述正性光刻胶的厚度为1.5μm-3.5μm。
所述对GaP窗口层表面进行腐蚀得到粗糙表面的具体过程是，通过GaP粗糙腐蚀液（采用常规腐蚀液，如王水）对GaP表面进行腐蚀1-10分钟，得到粗糙表面。
（2）在步骤（1）制备GaAs基外延片GaP粗糙表面上制备负性光刻胶图形；
在步骤（1）制备的GaAs基外延片GaP粗糙表面上涂上负性光刻胶，然后进行光刻，在表面保留负性光刻胶的电极图形；
所述负性光刻胶的厚度为2.5-4.5μm。
（3）通过步骤（2）保留的负性光刻胶的电极图形制备P电极；
在步骤（3）制备的GaAs基外延片表面蒸镀上一层Au膜，再将电极图形以外的金属剥离掉，在GaAs基发光二极管芯片上得到P电极。
所述Au膜的厚度为1.8-2.8μm。
本发明通过金属剥离的方法制备GaAs基发光二极管芯片上的P电极，既保证了电极的完整性，杜绝了掉电极问题，确保了粗糙表面不受到金属离子破坏，提高了出光效率，电极外观得到保证，稳定了芯片的品质，并能进行规模化生产。
附图说明
图1是本发明中步骤（1）制得的GaAs基外延片的剖视图。
图2是本发明中步骤（2）制得的GaAs基外延片的剖视图。
图3是本发明中步骤（3）制得的GaAs基外延片的剖视图。
图中，1、GaAs基外延片，2、GaP粗糙表面，3、负性光刻胶图形，4、P电极。
具体实施方式
本发明的GaAs基发光二极管芯片P电极的制备方法，是通过电极剥离的方式，确保了电极完整不受损伤，避免了掉电极问题，也保护了粗糙表面无金属离子残留，确保了p型电极的完整并保证GaAs基LED的出光效率。具体包括如下步骤：
（1）如图1所示，在GaAs基外延片1的GaP窗口层表面涂上1.5μm-3.5μm厚的正性光刻胶，然后通过常规光刻方法进行光刻，在表面保留正性光刻胶的电极图形。
再通过常规的GaP粗糙腐蚀液（常规王水类腐蚀液）对GaP表面进行腐蚀1-10分钟，并去除正性光刻胶，得到GaP粗糙表面2。
（2）在步骤（1）制备的GaAs基外延片GaP粗糙表面上制备负性光刻胶图形
如图2所示，在步骤（1）制备的GaAs基外延片GaP粗糙表面上涂上厚度为2.5-4.5μm负性光刻胶3，然后通过常规光刻方法进行光刻，在表面保留负性光刻胶的电极图形3。
（3）通过步骤（2）保留的负性光刻胶图形制备P电极。
在步骤（2）得到的GaAs基外延片表面蒸镀上一层1.8-2.8μm 厚的Au膜，再利用剥离去胶的方法将负性光刻胶上的金属剥离掉，并去除负性光刻胶，即可在GaAs基发光二极管芯片上得到金属P电极4，如图3所示（剥离负性光刻胶后得到的是负性光刻胶图形以外的图形）。
Claims (5)
1.一种GaAs基发光二极管芯片P电极的制备方法，其特征是，包括步骤如下：
（1）在GaAs基外延片的GaP窗口层表面涂上正性光刻胶，然后进行光刻，保留正性光刻胶的电极图形；再对GaP窗口层表面进行腐蚀得到粗糙表面，并去除正性光刻胶；
（2）在步骤（1）制备GaAs基外延片GaP粗糙表面上制备负性光刻胶图形；
在步骤（1）制备的GaAs基外延片GaP粗糙表面上涂上负性光刻胶，然后进行光刻，在表面保留负性光刻胶的电极图形；
（3）通过步骤（2）保留的负性光刻胶的电极图形制备P电极；
在步骤（3）制备的GaAs基外延片表面蒸镀上一层Au膜，再将电极图形以外的金属剥离掉，在GaAs基发光二极管芯片上得到P电极。
2.根据权利要求1所述的GaAs基发光二极管芯片P电极的制备方法，其特征是，所述正性光刻胶的厚度为1.5μm-3.5μm。
3.根据权利要求1所述的GaAs基发光二极管芯片P电极的制备方法，其特征是，所述对GaP窗口层表面进行腐蚀得到粗糙表面的具体过程是，通过GaP粗糙腐蚀液对GaP表面进行腐蚀1-10分钟，得到粗糙表面。
4.根据权利要求1所述的GaAs基发光二极管芯片P电极的制备方法，其特征是，所述负性光刻胶的厚度为2.5-4.5μm。
5.根据权利要求1所述的GaAs基发光二极管芯片P电极的制备方法，其特征是，所述Au膜的厚度为1.8-2.8μm。
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