[发明专利]一种反射镜结构粗化的AlGaInP反极性发光二极管结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种反射镜结构粗化的AlGaInP反极性发光二极管结构，属于发光二极管制造技术领域。

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势垒，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理论效率高、寿命长、抗力学冲击等特质，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，GaN：2.4)，这就导致LED的发光区域发出的光线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％，GaN约为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。

1969年Nuese等人在J.Electrochem Soc.：Solid State Sci.发表了利用环氧树脂封装LED芯片的方法，将红光GaAs基LED的外量子效率提高了1-2倍。在GaAs材料与空气之间加入一层折射率为1.5的环氧树脂可以有效增大全反射临界角度，使得更多的光线可以出射到LED器件外部。但是此方法对于外量子效率的提高有限，并且多引入了一层界面亦会导致界面菲涅尔损耗，同时树脂材料的辐照老化也会导致光提取效率下降。

1993年，Schnitzer等人在Appl.Phys.Lett.首先提出利用刻蚀的方法对半导体材料出光表面进行粗化从而提高LED芯片的外量子效率的方法，得到了50％的光提取效率。表面粗化提高LED芯片光引出效率的原理是利用LED出光表面的凹凸结构，将全反射角度的光线散射出或者引导出芯片，从而增加可以出射到LED外部的光线比例。此后，Windisch在IEEE Trans.Electron Dev.以及Appl.Phys.Lett.等期刊报道了类似的方法对LED出光表面进行粗化。利用刻蚀的方法对LED出光表面进行粗化的不足之处在于：(1)刻蚀对于半导体材料的载流子输运性质具有很大的破坏性，使得LED的电学性能明显降低；(2)刻蚀设备的购置及使用成本异常高昂，使得LED的成本大幅度上升；(3)利用刻蚀对LED出光表面进行粗化的形貌及尺寸没有办法进行控制和优化；(4)加工时间较长，生产效率较低。

Plauger在.J.Electrochem.Soc.发表文章，报道了利用电化学的方法，对GaP材料进行有效的腐蚀。此方法对LED出光表面进行粗化的不足在于：(1)需要外加电压来进行辅助，额外引入了电极制备的工艺；(2)得到的腐蚀结构不利于LED的光提取。

中国专利CN101656284提供一种利用ITO颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法，该方法包括以下步骤：(1)按常规利用金属有机化学气相沉积的方法在衬底上依次外延生长N型接触层、多量子阱有源区和P型接触层，衬底为GaAs材料；(2)在外延生长的P型接触层上用电子束溅射一层厚260nm的ITO薄膜；(3)将覆盖有ITO的外延片浸入浓盐酸中1min，腐蚀掉部分ITO，残留的为颗粒状的ITO；(4)用残留的ITO颗粒作掩膜，干法刻蚀P型接触层，形成粗化表面；(5)用浓盐酸腐蚀掉残留的ITO。此方法需要两次蒸镀ITO电流扩展层，成本较正常LED工艺明显提高。此外，亦没有避免ICP刻蚀工艺对于LED器件的电学性能的破坏。并且此方法需要使用浓盐酸，由于浓盐酸具有强腐蚀性及强挥发性，可能会对其他精密设备及操作人员造成一定损害，且不涉及本发明提供的在AlGaInP反极性LED芯片反射镜结构制备光提取结构的设计。