[发明专利]一种利用双光束干涉辅助湿法腐蚀实现发光二极管表面图形制备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用双光束干涉辅助湿法腐蚀实现发光二极管表面图形制备的方法，属于半导体光电材料及器件制备领域。

背景技术

近年来，发光二极管（LED）在固体照明、大面积显示屏、汽车工业以及新型照明领域的应用市场在快速的增长，各个国家都在加大对发光二极管的研究。在节能要求和商业应用的推动下，发光二极管（LED）技术得到了长足的发展，其被认为是二十一世纪最具有发展前景的新型固态光源。

对发光二极管的各种技术指标来说，最关键的就是其发光效率。根据LED结构特征，提高其发光效率的方法主要由两个：一是提高内量子效率，主要通过改进外延片量子阱结构和提高外延结构的晶体质量来实现。随着多量子阱结构的应用和薄膜生长技术的不断改进，LED外延结构的质量得到了很大的提高，红光发光二极管的内量子效率已经接近于99%。因此，发光二极管的内量子效率的提高空间已经很小。二是通过提高光提取效率来提高发光二极管的外量子效率。以AlGaInP红光LED为例，其电流扩展层和窗口层为p-GaP，GaP的折射率为3.5，根据菲涅尔定律，只有入射角小于16.9°的光子才能逃逸出GaP的表面，也就是说只有2.16%的光可以出射到红光LED的表面，其余的绝大部分的光都会被反射回外延片结构内，经过多次反射后最终被量子阱等半导体结构材料吸收。现在技术上提高LED的光提取效率的方法中最为有效的方法是在LED的表面制备表面图形和微结构。

1974年，Lillian Rankel Plauger对n型和p型(100)和（111）方向的GaP在铁氰化钾的浓KOH溶液中进行了腐蚀（J.Electrochem.Soc.121,455,1974）。但是这种腐蚀方法需要在GaP的表面制备金属电极，另外其所得的腐蚀结构无法在LED结构上使用。

2010年W.J.Jing等人在Journalof Semiconductors上发表文章利用等离子体刻蚀的方法处理了红光LED的窗口层p-GaP  （Journal of Semiconductros,31,64008,2010）。所使用的红光发光二极管的结构为在（100）向（111）方向偏转15°的GaAs衬底上利用MOCVD技术依次生长Al_0.6GaAs-AlAs DBR结构，Si掺杂的n型（Al_0.7Ga₀₃）In_0.5P覆盖层，由未掺杂的（Al_0.5Ga_0.5）_0.5In_0.5P-(Al_0.1Ga_0.9)_0.5In_0.5P组成的辐射620nm红光的多量子阱层，Mg掺杂的p型（Al_0.7Ga₀₃）_0.5In_0.5P覆盖层，Mg掺杂的p型GaP窗口层，最后为p面电极。然后需要在p-GaP的表面制备一层SiO₂覆盖层，防止在后面的热处理的过程中金属原子扩散到GaP窗口层内而引起对光的吸收；利用等离子体溅射技术在SiO₂的表面溅射出相应厚度的贵金属层，并在氮气环境中400℃-500℃下热处理相应的时间，最后利用由SiCl₄、Cl₂和Ar₂组成的混合腐蚀气体对p-GaP进行等离子体刻蚀，在p-GaP上制备出相应的刻蚀结构，刻蚀结束后分别利用稀释的KI溶液和HF溶液去除红光LED外延片表面的金属覆盖层和SiO₂保护层。本方法的不足之处在于（1）这种方法制备表面刻蚀结构需要通过SiO₂保护层的沉积，贵金属溅射与热处理，等离子体刻蚀以及保护层与贵金属层的清洗等步骤，制备过程非常的复杂，且费用较高，无法实现大规模的应用；（2）等离子体刻蚀会对窗口层结构造成一定的损伤，影响LED的电学性能。