CN116072785A - 一种表面结构化的红点瞄具光源芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表面结构化的红点瞄具光源芯片及其制备方法，属于光电子领域，GaP电流扩展层上生长有纳米ITO层和P电极；GaP电流扩展层上的发光点区域之外被刻蚀至N‑AlInP下限制层，暴露出的N‑AlInP下限制层上设置有表面粗糙的结构化层；纳米ITO层、GaP电流扩展层、P‑AlInP上限制层、多量子阱有源区、结构化层表面制备有SiO2绝缘层。本发明通过MOCVD采用低温抑制生长电流扩展层、纳米ITO等技术创新，并将红点瞄具光源芯片发光区域外反射光的部分进行表面结构化，有效消除红点瞄具光源芯片的反光效应,提高光源芯片发射光点的效果,使光点更加清晰、精确。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面结构化的红点瞄具光源芯片及其制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
一般红点瞄具使用的光源芯片出的光通过透镜时,有部分光会被透镜反射,而被透镜反射回的光点又会被芯片功能区、键合导线再次反射，即传统的芯片功能区、键合导线表面光滑，反射面在一个平面上，光线经反射后大体上按反射规律向一个方向平行射出，在其他方向的光线较少，其他方向难以看清物体，即引起反光,反射现象对发射出的红点造成影响,形成光斑或重影,严重影响红点的整体效果。
传统的LED灯珠封装工艺无法消除上面所述的反射效应，因此需要提出一种光源芯片结构化工艺，消除光源的反射效应，进而解决光斑或重影对红点的影响，提高发射红点的效果，使红点点更加清晰、精确。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种表面结构化的红点瞄具光源芯片及其制备方法，通过MOCVD采用低温抑制生长电流扩展层、纳米ITO等技术创新，并将红点瞄具光源芯片发光区域外反射光的部分进行表面结构化，有效消除红点瞄具光源芯片的反光效应,提高光源芯片发射光点的效果,使光点更加清晰、精确。
本发明采用以下技术方案：
一种表面结构化的红点瞄具光源芯片，由下自上依次包括：
GaAs衬底、GaAs缓冲层、DBR反射层、N-AlInP下限制层、多量子阱有源区、P-AlInP上限制层和GaP电流扩展层；
所述GaAs衬底上设有N电极，所述GaP电流扩展层上生长有纳米ITO层和P电极；
所述GaP电流扩展层上的发光点区域之外被刻蚀至N-AlInP下限制层，暴露出的N-AlInP下限制层上设置有表面粗糙的结构化层；
所述纳米ITO层、GaP电流扩展层、P-AlInP上限制层、多量子阱有源区、结构化层表面制备有SiO2绝缘层。
本发明通过纳米ITO层的制作、湿法向异性的腐蚀使发光点区域外表面结构化，结构化层的表面反射面不在一个平面上，反射光线向四面八方传播，各个方向都能看到反射光线，所以各个方向都能看清物体，实现漫反射，从而有效消除红点瞄具光源芯片的反光效应,提高光源芯片发射光点的效果,使光点更加清晰、精确。
一种上述的表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)在GaAs衬底上通过MOCVD生长外延片，依次生长GaAs缓冲层、DBR反射层、N-AlInP下限制层、多量子阱有源区、P-AlInP上限制层；
(2)对于GaP电流扩展层的生长，先低温生长一厚约150-170nm的薄层GaP，然后高温生长1.5-2微米的厚层GaP，形成GaP电流扩展层；
此步骤先低温生长了很薄的薄层GaP，由于晶格失配在很薄的低温GaP层生长过程中得到有效驰豫，因此后续生长的高温GaP中产生穿透位错的机会大大降低，改善了GaP电流扩展层质量，从而获得高表面质量的纳米ITO的电流扩展层；
(3)将外延片N面向下、P面向上放置到电子束蒸发台内，在GaP电流扩展层上蒸镀纳米ITO层，该纳米ITO层覆盖在整个外延片表面；
(4)采用ICP将LED外延片表面的GaP电流扩展层上发光点区域以外刻蚀外刻蚀至N-AlInP下限制层，形成刻蚀区，刻蚀深度为2-2.5微米；
(5)将步骤(4)刻蚀完成的晶片，放置在匀胶机中涂覆光刻胶，通过显影光刻胶覆盖住电极及发光点区域，然后放入碘酸、96-98％的硫酸、氢氟酸、水的混合溶液中进行表面结构化；
(6)在步骤(5)得到的晶片上表面制备SiO2绝缘层；
(7)在步骤(6)的SiO2绝缘层上采用剥离工艺制作P电极，P电极与发光图形相接触；
(8)将衬底通过研磨的方式进行晶片减薄；
(9)通过电子束蒸镀制作N电极，完成；
(10)采用激光划片和金刚刀切割方式得到表面结构化的红点瞄具光源芯片。
优选的，步骤(1)中，通过AlGaInP外延材料有序化抑制等技术分别完成各外延层的生长。
优选的，步骤(2)中，生长薄层GaP的温度为600-630℃，生长厚层GaP的温度为720-750℃，经过对低温薄层GaP层温差和厚度的优化，制作出了高表面质量的GaP电流扩展层。
优选的，步骤(3)中，放置到电子束蒸发台内后，抽真空到3.5E-6Torr以上，加热到280-300℃，在不通氧的情况下，速率为0.04-0.05埃/秒，蒸镀厚度为450-500埃的ITO第一层膜，在低速率、无氧环境下沉积的膜层表面较为光滑，整体颗粒较小，与外延层表面之间能够形成良好的接触，然后速率1埃/秒蒸镀700-800埃的ITO第一层膜，形成纳米ITO层。
优选的，步骤(4)具体为：
a)将外延片P面向上放置在匀胶机晶片整面涂覆光刻胶，曝光出发光点区域的图形，再进行显影腐蚀，此时在纳米ITO层表面形成发光点区域；
b)将外延片P面向上放置在刻蚀机内，对纳米ITO层表面未被光刻胶覆盖的区域进行ICP刻蚀，刻蚀深度直至穿透多量子阱有源区到N-AlInP下限制层上，形成刻蚀区；
c)将刻蚀后的外延片放入去胶液中去胶，再将外延片放入丙酮溶液中，接着将外延片放入乙醇中，采用烘箱烘干。
优选的，去胶液温度控制在70-75℃，去胶时间为8-10min；丙酮温度为50-55℃，时间为4-7min；乙醇温度为68-72℃，时间为5min。
优选的，步骤(5)中，35-40％的氢氟酸、96-98％的硫酸、水的比例为1：3：6，按此比例根据作业数量进行调整即可，将晶片放入混合溶液30s后，立即放入水槽内进行冲水，将晶片表面腐蚀液冲洗干净，随后用甩干机甩干，然后重复2次，得到最优的结构化表面。
优选的，混合溶液配比为：13g碘酸+50mlHF+150mlH2SO4+300mlH20。
本发明的结构化层表面粗糙，反射面不在一个平面上，反射光线向四面八方传播，各个方向都能看到反射光线，所以各个方向都能看清物体，实现漫反射，从而解决了传统的红点瞄具封装工艺无法消除的镜面反射效应；
在本发明中，溶液的配置比例和时间控制(配制30分钟后，2小时内使用)的配合尤其重要，根据本发明中的溶液之比例和本发明中的恰当的时间控制能够得到优质的结构化表面，配置比例不合适和腐蚀时间不合适，均会导致过腐蚀或者结构化不彻底现象。
优选的，步骤(6)具体为：
取ICP刻蚀结束后的晶片，采用PECVD在在发光区域外表面沉积SiO2，其中SiO2的厚度为
再采用剥离工艺去除发光点区域和待做电极区域上覆盖的SiO2，保留刻蚀区表面的SiO2，形成SiO2绝缘层。
本发明中所涉及的电子束蒸发台、匀胶机、甩干机等设备均可采用本领域的常规设备，此处不再赘述。
本发明未详尽之处，均可参见现有技术。
本发明的有益效果为：
本发明的芯片生长有纳米ITO层及发光区域外表面粗糙的结构化层，结构化层表面粗糙，反射面不在一个平面上，反射光线向四面八方传播，各个方向都能看到反射光线，所以各个方向都能看清物体，实现漫反射，从而解决了传统的红点瞄具封装工艺无法消除的镜面反射效应，解决光斑或重影对红点的影响，提高发射红点的效果,使红点点更加清晰、精确。
附图说明
图1为本发明的表面结构化的红点瞄具光源芯片的图形示意图；
图2为纳米ITO层的SEM图形；
图3为表面粗糙的结构化层SEM图形；
其中，1-GaP电流扩展层，2-P-AlInP上限制层，3-多量子阱有源区，4-N-AlInP下限制层，5-DBR反射层，6-GaAs缓冲层，7-GaAs衬底，8-结构化层，9-N电极，10-SiO2绝缘层，11-纳米ITO层，12-P电极。
具体实施方式：
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。
实施例1：
一种表面结构化的红点瞄具光源芯片，如图1所示，由下自上依次包括：
GaAs衬底7、GaAs缓冲层6、DBR反射层5、N-AlInP下限制层4、多量子阱有源区3、P-AlInP上限制层2和GaP电流扩展层1；
GaAs衬底7上设有N电极9，GaP电流扩展层1上生长有纳米ITO层11和P电极12；
GaP电流扩展层1上的发光点区域之外被刻蚀至N-AlInP下限制层4，暴露出的N-AlInP下限制层4上设置有表面粗糙的结构化层8；
纳米ITO层11、GaP电流扩展层1、P-AlInP上限制层2、多量子阱有源区3、结构化层8表面制备有SiO2绝缘层10。
本实施例通过纳米ITO层的制作、湿法向异性的腐蚀使发光点区域外表面结构化，结构化层的表面反射面不在一个平面上，反射光线向四面八方传播，各个方向都能看到反射光线，所以各个方向都能看清物体，实现漫反射，从而有效消除红点瞄具光源芯片的反光效应,提高光源芯片发射光点的效果,使光点更加清晰、精确。
实施例2：
一种表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)在GaAs衬底上通过MOCVD生长外延片，依次生长GaAs缓冲层、DBR反射层、N-AlInP下限制层、多量子阱有源区、P-AlInP上限制层；
(2)对于GaP电流扩展层的生长，先低温生长一厚约150-170nm的薄层GaP，然后高温生长1.5-2微米的厚层GaP，形成GaP电流扩展层；
此步骤先低温生长了很薄的薄层GaP，由于晶格失配在很薄的低温GaP层生长过程中得到有效驰豫，因此后续生长的高温GaP中产生穿透位错的机会大大降低，改善了GaP电流扩展层质量，从而获得高表面质量的纳米ITO的电流扩展层；
(3)将外延片N面向下、P面向上放置到电子束蒸发台内，在GaP电流扩展层上蒸镀纳米ITO层，该纳米ITO层覆盖在整个外延片表面；
(4)采用ICP将LED外延片表面的GaP电流扩展层上发光点区域以外刻蚀外刻蚀至N-AlInP下限制层，形成刻蚀区，刻蚀深度为2-2.5微米；
(5)将步骤(4)刻蚀完成的晶片，放置在匀胶机中涂覆光刻胶，通过显影光刻胶覆盖住电极及发光点区域，然后放入碘酸、96-98％的硫酸、氢氟酸、水的混合溶液中进行表面结构化；
(6)在步骤(5)得到的晶片上表面制备SiO2绝缘层；
(7)在步骤(6)的SiO2绝缘层上采用剥离工艺制作P电极，P电极与发光图形相接触；
(8)将衬底通过研磨的方式进行晶片减薄；
(9)通过电子束蒸镀制作N电极，完成；
(10)采用激光划片和金刚刀切割方式得到表面结构化的红点瞄具光源芯片。
实施例3：
一种表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤(1)中，通过AlGaInP外延材料有序化抑制等技术分别完成各外延层的生长。
实施例4：
一种表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤(2)中，生长薄层GaP的温度为600-630℃，生长厚层GaP的温度为720-750℃，经过对低温薄层GaP层温差和厚度的优化，制作出了高表面质量的GaP电流扩展层。
实施例5：
一种表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤(3)中，放置到电子束蒸发台内后，抽真空到3.5E-6Torr以上，加热到280-300℃，在不通氧的情况下，速率为0.04-0.05埃/秒，蒸镀厚度为450-500埃的ITO第一层膜，在低速率、无氧环境下沉积的膜层表面较为光滑，整体颗粒较小，与外延层表面之间能够形成良好的接触，然后速率1埃/秒蒸镀700-800埃的ITO第一层膜，形成纳米ITO层，如图2所示。
实施例6：
一种表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤(4)具体为：
a)将外延片P面向上放置在匀胶机晶片整面涂覆光刻胶，曝光出发光点区域的图形，再进行显影腐蚀，此时在纳米ITO层表面形成发光点区域；
b)将外延片P面向上放置在刻蚀机内，对纳米ITO层表面未被光刻胶覆盖的区域进行ICP刻蚀，刻蚀深度直至穿透多量子阱有源区到N-AlInP下限制层上，形成刻蚀区；
c)将刻蚀后的外延片放入去胶液中去胶，再将外延片放入丙酮溶液中，接着将外延片放入乙醇中，采用烘箱烘干；
其中，去胶液温度控制在70-75℃，去胶时间为8-10min；丙酮温度为50-55℃，时间为4-7min；乙醇温度为68-72℃，时间为5min。
实施例7：
一种表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤(5)中，35-40％的氢氟酸、96-98％的硫酸、水的比例为1：3：6，将晶片放入混合溶液30s后，立即放入水槽内进行冲水，将晶片表面腐蚀液冲洗干净，随后用甩干机甩干，然后重复2次，得到最优的结构化表面，如图3所示。
本实施例中，混合溶液配比为：13g碘酸+50mlHF+150mlH2SO4+300mlH20。
本实施例的结构化层表面粗糙，反射面不在一个平面上，反射光线向四面八方传播，各个方向都能看到反射光线，所以各个方向都能看清物体，实现漫反射，从而解决了传统的红点瞄具封装工艺无法消除的镜面反射效应；
在本发明中，溶液的配置比例和时间控制(配制30分钟后，2小时内使用)的配合尤其重要，根据本发明中的溶液之比例和本发明中的恰当的时间控制能够得到优质的结构化表面，配置比例不合适和腐蚀时间不合适，均会导致过腐蚀或者结构化不彻底现象。
实施例8：
一种表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤(6)具体为：
取ICP刻蚀结束后的晶片，采用PECVD在在发光区域外表面沉积SiO2，其中SiO2的厚度为
再采用剥离工艺去除发光点区域和待做电极区域上覆盖的SiO2，保留刻蚀区表面的SiO2，形成SiO2绝缘层。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种表面结构化的红点瞄具光源芯片，其特征在于，由下自上依次包括：
GaAs衬底、GaAs缓冲层、DBR反射层、N-AlInP下限制层、多量子阱有源区、P-AlInP上限制层和GaP电流扩展层；
所述GaAs衬底上设有N电极，所述GaP电流扩展层上生长有纳米ITO层和P电极；
所述GaP电流扩展层上的发光点区域之外被刻蚀至N-AlInP下限制层，暴露出的N-AlInP下限制层上设置有表面粗糙的结构化层；
所述纳米ITO层、GaP电流扩展层、P-AlInP上限制层、多量子阱有源区、结构化层表面制备有SiO2绝缘层。
2.一种权利要求1所述的表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在GaAs衬底上通过MOCVD生长外延片，依次生长GaAs缓冲层、DBR反射层、N-AlInP下限制层、多量子阱有源区、P-AlInP上限制层；
(2)先低温生长一厚150-170nm的薄层GaP，然后高温生长1.5-2微米的厚层GaP，形成GaP电流扩展层；
(3)将外延片N面向下、P面向上放置到电子束蒸发台内，在GaP电流扩展层上蒸镀纳米ITO层，该纳米ITO层覆盖在整个外延片表面；
(4)LED外延片表面的GaP电流扩展层上发光点区域以外刻蚀外刻蚀至N-AlInP下限制层；
(5)将步骤(4)刻蚀完成的晶片，放置在匀胶机中涂覆光刻胶，通过显影光刻胶覆盖住电极及发光点区域，然后放入碘酸、96-98％的硫酸、氢氟酸、水的混合溶液中进行表面结构化；
(6)在步骤(5)得到的晶片上表面制备SiO2绝缘层；
(7)在步骤(6)的SiO2绝缘层上制作P电极，P电极与发光图形相接触；
(8)将衬底通过研磨的方式进行晶片减薄；
(9)通过电子束蒸镀制作N电极，完成；
(10)采用激光划片和金刚刀切割方式得到表面结构化的红点瞄具光源芯片。
3.根据权利要求2所述的表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，通过AlGaInP外延材料有序化抑制技术分别完成各外延层的生长。
4.根据权利要求2所述的表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，生长薄层GaP的温度为600-630℃，生长厚层GaP的温度为720-750℃。
5.根据权利要求2所述的表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，放置到电子束蒸发台内后，抽真空到3.5E-6Torr以上，加热到280-300℃，在不通氧的情况下，速率为0.04-0.05埃/秒，蒸镀厚度为450-500埃的ITO第一层膜，然后速率1埃/秒蒸镀700-800埃的ITO第一层膜，形成纳米ITO层。
6.根据权利要求2所述的表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，其特征在于，步骤(4)具体为：
a)将外延片P面向上放置在匀胶机晶片整面涂覆光刻胶，曝光出发光点区域的图形，再进行显影腐蚀，此时在纳米ITO层表面形成发光点区域；
b)将外延片P面向上放置在刻蚀机内，对纳米ITO层表面未被光刻胶覆盖的区域进行ICP刻蚀，刻蚀深度直至穿透多量子阱有源区到N-AlInP下限制层上，形成刻蚀区；
c)将刻蚀后的外延片放入去胶液中去胶，再将外延片放入丙酮溶液中，接着将外延片放入乙醇中，采用烘箱烘干。
7.根据权利要求6所述的表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，其特征在于，去胶液温度控制在70-75℃，去胶时间为8-10min；丙酮温度为50-55℃，时间为4-7min；乙醇温度为68-72℃，时间为5min。
8.根据权利要求2所述的表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，35-40％的氢氟酸、96-98％的硫酸、水的比例为1：3：6，将晶片放入混合溶液30s后，立即放入水槽内进行冲水，将晶片表面腐蚀液冲洗干净，随后用甩干机甩干，然后重复2次，得到最优的结构化表面。
9.根据权利要求8所述的表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，其特征在于，混合溶液配比为：13g碘酸+50mlHF+150mlH2SO4+300mlH20。
10.根据权利要求2所述的表面结构化的红点瞄具光源芯片的制备方法，其特征在于，步骤(6)具体为：
取ICP刻蚀结束后的晶片，采用PECVD在在发光区域外表面沉积SiO2，其中SiO2的厚度为
再采用剥离工艺去除发光点区域和待做电极区域上覆盖的SiO2，保留刻蚀区表面的SiO2，形成SiO2绝缘层。
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- 2021-11-03 CN CN202111292752.6A patent/CN116072785A/zh active Pending
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