CN105895750B - 一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，包括对所述GaP表面依次进行喷砂粗化处理和湿法腐蚀处理，以获得GaP粗糙出光表面，GaP粗糙出光表面的粗糙度范围：0.5μm＜Ra＜2μm。本发明通过对GaP表面进行喷砂处理得到有空洞、缺陷的GaP表面，再通过常规的化学腐蚀方法对GaP表面进行粗化，解决了GaP不易腐蚀的难题，得到了更稳定的GaP粗糙出光面，提升了四元芯片的出光效率。该方法操作简单，易进行规模化生产，更好的提升了芯片的品质，稳定了芯片的质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，属于光电子的技术领域。
背景技术
上世纪50年代，在IBM Thomas J.Watson Research Center为代表的诸多知名研究机构的努力下，以GaAs为代表的III–V族半导体在半导体发光领域迅速崛起。之后随着金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术的出现，使得高质量的III–V族半导体的生长突破了技术壁垒，各种波长的半导体发光二极管器件相继涌入市场。由于半导体发光二极管相对于目前的发光器件具有效率高、寿命长、抗强力学冲击等特质，在世界范围内被看作新一代照明器件。但是由于III–V族半导体的折射率普遍较高(GaP：3.2)，这就导致LED的发光区域发出的光在经芯片表面出射到空气中时受制于界面全反射现象，只有极少部分的光可以出射到器件外部(GaP约为2.4％)。界面全反射现象导致LED的外量子效率低下，是制约LED替代现有照明器件的主要原因。
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或者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厂家规模化生产通用的方法。GaP窗口的化学腐蚀受到很多条件的约束，导致现阶段规模化生产下无法得到稳定的GaP粗糙表面。
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》是通过配置对Au、GaP均能造成腐蚀作用的腐蚀液，制备p型金属电极和粗糙的GaP出光面；此方法因腐蚀液对GaP能造成腐蚀，故对工艺方面的要求比较严格，且GaP腐蚀不易控制，不易形成稳定的GaP粗糙表面，影响出光角度。
中国专利文献CN103011611公开的《一种半导体用石英的表面处理方法》是对石英表面进行喷砂处理、酸刻蚀、有机溶液浸泡、酸溶液浸泡后再进行超声处理，使石英在获得平均粗糙度Ra的基础上，再对表面进行微粗化处理；此方法是对石英表面全部进行处理，而GaP出光面的P型金属电极下方是不需要进行处理的，如使用该方法则会对P电极造成损伤影响四元芯片的品质。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法。
发明概述：
本发明解决了现有技术中，所述GaP不易腐蚀且常规化学腐蚀无法在GaP表面得到稳定的粗糙表面的不足，该方法通过对GaP表面进行喷砂处理得到有空洞、缺陷的GaP表面，再通过常规的化学腐蚀方法对GaP表面进行粗化，解决了GaP不易腐蚀的难题，得到了稳定的粗糙表面，提升了出光效率。
本发明的技术方案如下：
一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，包括对所述GaP表面依次进行喷砂粗化处理和湿法腐蚀处理，以获得GaP粗糙出光表面，GaP粗糙出光表面的粗糙度范围：0.5μm＜Ra＜2μm。
根据本发明优选的，所述喷砂粗化处理中使用的砂砾为：直径为12500目-15000目的碳化硅颗粒。
根据本发明优选的，对所述GaP表面喷砂粗化5-20分钟，喷砂法线与所述GaP表面的夹角为70-90°，喷砂速度0.125-0.5cm/分钟，喷砂砂砾密度为0.5-2g/cm2。
根据本发明优选的，所述喷砂粗化处理的条件为：温度为20-26℃、湿度为30％-65％。
一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，包括具体步骤如下：
(1)在四元芯片外延片的GaP表面制备正性光刻胶的电极图形；
在四元芯片外延片的表面涂上正性光刻胶，然后通过常规光刻方法进行光刻，保留正性光刻胶的电极图形；
(2)在步骤(1)保留的电极图形保护下对GaP表面进行喷砂粗化处理：
将未被正性光刻胶保护的GaP表面进行喷砂粗化处理，喷砂粗化处理完成后再去除正性光刻胶；得到有缺陷的空洞的粗糙GaP出光面；
(3)在步骤(2)得到的GaP出光面上蒸镀一层Au膜，并制备P型电极：
在步骤(2)得到的GaP出光面上蒸镀上Au膜；再在所述Au膜上涂上正性光刻胶，然后进行光刻，在未喷砂粗化处理的表面保留正性光刻胶的电极图形，再通过常规Au腐蚀液进行湿法腐蚀处理将未被正性光刻胶保护的Au膜去除；
(4)对GaP表面再进行湿法腐蚀得到GaP粗糙出光表面；
(5)去除正性光刻胶即在表面得到了P型Au电极及GaP粗糙出光表面。
由于喷砂处理后表面为有缺陷的空洞的粗糙GaP表面，再对GaP表面再使用磷酸或硫酸系化学腐蚀液进行化学腐蚀，可克服GaP不易腐蚀粗化的难题，得到了更稳定的粗糙表面。
根据本发明优选的，步骤(4)所述湿法腐蚀所使用的化学制剂为：磷酸系化学腐蚀液或硫酸系化学腐蚀液。
根据本发明优选的，所述磷酸系化学腐蚀液是质量浓度85％的磷酸、质量浓度30％的双氧水和纯水按照体积比4:2:1或4:1:1的比例配置而成。
根据本发明优选的，所述硫酸系化学腐蚀液是质量浓度98％的硫酸、质量浓度30％的双氧水和纯水按照体积比2:1:2或3:2:2的比例配置而成。
根据本发明优选的，所述步骤(4)所述湿法腐蚀的温度25-30℃、湿度30％-65％，腐蚀时间为60秒-150秒。
本发明的优势在于：
本发明通过对GaP表面进行喷砂处理得到有空洞、缺陷的GaP表面，再通过常规的化学腐蚀方法对GaP表面进行粗化，解决了GaP不易腐蚀的难题，得到了更稳定的GaP粗糙出光面，提升了四元芯片的出光效率。该方法操作简单，易进行规模化生产，更好的提升了芯片的品质，稳定了芯片的质量。
附图说明
图1是本发明中步骤(1)制得的四元芯片剖视图；
图2是本发明中步骤(2)制得的四元芯片剖视图；
图3是本发明中步骤(4)、(5)制得的四元芯片剖视图；
图中，1、衬底，2、四元芯片外延片，3、GaP表面，4、正性光刻胶，5、经喷砂粗化处理后的GaP出光面，6、P型Au电极，7、GaP粗糙出光表面。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，包括对所述GaP表面3依次进行喷砂粗化处理和湿法腐蚀处理，以获得GaP粗糙出光表面7，GaP粗糙出光表面7的粗糙度范围：0.5μm＜Ra＜2μm。
实施例2、
如实施例1所述的一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，其区别在于，所述喷砂粗化处理中使用的砂砾为：直径为12500目-15000目的碳化硅颗粒。
实施例3、
如实施例2所述的一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，其区别在于，对所述GaP表面喷砂粗化5-20分钟，喷砂法线与所述GaP表面的夹角为70-90°，喷砂速度0.125-0.5cm/分钟，喷砂砂砾密度为0.5-2g/cm2。
实施例4、
如实施例3所述的一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，其区别在于，所述喷砂粗化处理的条件为：温度为20-26℃、湿度为30％-65％。
实施例5、
如实施例1-4所述的一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，包括具体步骤如下：
(1)在四元芯片外延片2的GaP表面3制备正性光刻胶4的电极图形；
在四元芯片外延片2的表面涂上2.8-3.8μm正性光刻胶4，然后通过常规光刻方法进行光刻，保留正性光刻胶4的电极图形；
(2)在步骤(1)保留的电极图形保护下对GaP表面3进行喷砂粗化处理：
将未被正性光刻胶4保护的GaP表面3进行喷砂粗化处理，喷砂粗化处理完成后再去除正性光刻胶4；得到有缺陷的空洞的粗糙GaP出光面5；
喷砂法线与所述GaP表面3的夹角为90°；
(3)在步骤(2)得到的GaP出光面5上蒸镀一层厚度为1-2μm的Au膜，并制备P型电极：
在步骤(2)得到的GaP出光面5上蒸镀上Au膜；再在所述Au膜上涂上厚度为1.8-2.5μm的正性光刻胶，然后进行光刻，在未喷砂粗化处理的表面保留正性光刻胶的电极图形，再通过常规Au腐蚀液进行湿法腐蚀处理将未被正性光刻胶保护的Au膜去除；
(4)对GaP表面再进行湿法腐蚀得到GaP粗糙出光表面7；
(5)去除正性光刻胶即在表面得到了P型Au电极6及GaP粗糙出光表面7。
由于喷砂处理后表面为有缺陷的空洞的粗糙GaP表面，再对GaP表面再使用磷酸或硫酸系化学腐蚀液进行化学腐蚀，可克服GaP不易腐蚀粗化的难题，得到了更稳定的粗糙表面。
步骤(4)所述湿法腐蚀所使用的化学制剂为：磷酸系化学腐蚀液或硫酸系化学腐蚀液。
实施例6、
如实施例5所述的一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，其区别在于，所述磷酸系化学腐蚀液是质量浓度85％的磷酸、质量浓度30％的双氧水和纯水按照体积比4:2:1或4:1:1的比例配置而成。所述步骤(4)所述湿法腐蚀的温度25-30℃、湿度30％-65％，腐蚀时间为60秒-150秒。
实施例7、
如实施例5所述的一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，其区别在于，所述硫酸系化学腐蚀液是质量浓度98％的硫酸、质量浓度30％的双氧水和纯水按照体积比2:1:2或3:2:2的比例配置而成。所述步骤(4)所述湿法腐蚀的温度25-30℃、湿度30％-65％，腐蚀时间为60秒-150秒。
对比应用例：
分别利用本发明所述的方法和现有技术所述化学腐蚀方法对相同尺寸和结构的四元芯片GaP表面进行处理，最后得到的对比技术效果如下：
Claims (7)
1.一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，其特征在于，该方法包括对所述GaP表面依次进行喷砂粗化处理和湿法腐蚀处理，以获得GaP粗糙出光表面，GaP粗糙出光表面的粗糙度范围：0.5μm＜Ra＜2μm；
所述喷砂粗化处理中使用的砂砾为：直径为12500目-15000目的碳化硅颗粒；
对所述GaP表面喷砂粗化5-20分钟，喷砂法线与所述GaP表面的夹角为70-90°，喷砂速度0.125-0.5cm/分钟，喷砂砂砾密度为0.5-2g/cm2。
2.根据权利要求1所述的一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，其特征在于，所述喷砂粗化处理的条件为：温度为20-26℃、湿度为30％-65％。
3.根据权利要求1所述的一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，其特征在于，该方法包括具体步骤如下：
(1)在四元芯片外延片的GaP表面制备正性光刻胶的电极图形；
(2)在步骤(1)保留的电极图形保护下对GaP表面进行喷砂粗化处理：
将未被正性光刻胶保护的GaP表面进行喷砂粗化处理，喷砂粗化处理完成后再去除正性光刻胶；得到有缺陷的空洞的粗糙GaP出光面；
(3)在步骤(2)得到的GaP出光面上蒸镀一层Au膜，并制备P型电极：
在步骤(2)得到的GaP出光面上蒸镀上Au膜；再在所述Au膜上涂上正性光刻胶，然后进行光刻，在未喷砂粗化处理的表面保留正性光刻胶的电极图形，再通过常规Au腐蚀液进行湿法腐蚀处理将未被正性光刻胶保护的Au膜去除；
(4)对GaP表面再进行湿法腐蚀得到GaP粗糙出光表面；
(5)去除正性光刻胶即在表面得到了P型Au电极及GaP粗糙出光表面。
4.根据权利要求3所述的一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述湿法腐蚀所使用的化学制剂为：磷酸系化学腐蚀液或硫酸系化学腐蚀液。
5.根据权利要求4所述的一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，其特征在于，所述磷酸系化学腐蚀液是质量浓度85％的磷酸、质量浓度30％的双氧水和纯水按照体积比4:2:1或4:1:1的比例配置而成。
6.根据权利要求4所述的一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，其特征在于，所述硫酸系化学腐蚀液是质量浓度98％的硫酸、质量浓度30％的双氧水和纯水按照体积比2:1:2或3:2:2的比例配置而成。
7.根据权利要求5或6所述的一种四元芯片的GaP粗糙表面的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)所述湿法腐蚀的温度25-30℃、湿度30％-65％，腐蚀时间为60秒-150秒。
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