[发明专利]一种LED芯片GaP层用刻蚀液及刻蚀方法以及表面粗化方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，具体地说，涉及一种LED芯片GaP层用刻蚀液及刻蚀方法以及表面粗化方法，更具体地说，涉及一种能高效使LED的GaP层表面粗化的制作方法。

背景技术

随着发光二极管(LED)于1960年的问世，LED在我们的周围环境中开始广泛的应用，这不仅可以用来提升生活品质，而且在我们的日常生活中更是扮演这举足轻重的角色，如各种指示灯、显示器光源以及照明设备等都可以看到LED的应用。相较于传统型照明光源如：荧光灯、白炽钨丝灯泡等，LED拥有耗电量小、寿命长、发热量低、体积小、环保节能等优势，被视为下一代照明器件，受到人们广泛关注。然而，LED目前仍存在发光效率和发光亮度不高，可靠性低等问题，从而制约了它迈向照明及其它领域的速度。LED作为一种光源，衡量它的一个重要指标就是光电转换效率。如何提高LED的发光效率越来越成为关注的焦点。提高LED发光效率的两个基本出发点是提高其内量子效率和外量子效率。在实践中，光电转换效率就是LED的外量子效率。对于一个LED，它的外量子效率η_ex＝η_in·C_ex，其中η_in是内量子效率；C_ex是逃逸率。由于C_ex非常低，所以LED内量子效率与外量子效率之间存在巨大的差距。一般来说，内量子效率主要由LED芯片的外延生长技术和外延材料特性所决定，如采用GaN外延材料制成的LED芯片目前可达到99％，已基本接近其理论极限状况，引起内量子效率的提高已经没有较大空间，而外量子效应主要由LED芯片表面结构决定，目前LED芯片的出光效率普遍在10-70％左右，因此出光效率的提高空间较大。从芯片角度有几种方法可以提高出光效率，包括表面粗化、晶片键合、透明衬底技术、激光衬底剥离技术、金属反射膜技术、倒装芯片、光子晶体、DBR和衬底设计。其中，表面粗化法被普遍认为是提高LED芯片出光效率的有效方法。例如中国专利号：2003801109459，公开日一种氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)，通过将N面的表面被粗化形成一个或多个六角形锥面来减少LED内部的光反射的重复发生，提高LED的发光亮度。

现有常规LED芯片的主要制作工艺为：衬底依次制作成由n-GaN层、发光层以及p-GaN层组成的外延层，然后在p-GaN层成形透明导电层(一般采用ITO材料)，最后分别在n-GaN层和p-GaN层依次制作成形n型电极和p型电极。在GaAS系列普通的LED结构中通常采用GaN衬底上生长的单晶GaP薄膜作为P面的电流扩展层，GaP的折射率约为3.4，而空气的折射率为1，GaP界面与空气发生全反射的临界角为18°，所以LED芯片与空间界面上存在较严重的全反射现象，导致LED芯片中发光层产生的光仅有少部分能出射，大多数光由于全反射现象而被限制在LED芯片内部，因此有技术人员提出通过对LED芯片的GaP表面进行表面粗化，可以避免如前所述的全反射现象，增加LED芯片的表面出光，进而提高LED芯片的转换效率。

但粗化GaP的难度较大，粗化的均匀性较难把握。而现有公开的LED芯片表面粗化技术需改变外延层的制作成形工艺，以增加p-GaN层的厚度，进而满足对p-GaN层进行表面粗化中干法或湿法刻蚀的要求，普遍存在技术要求较高、制作过程不易控制，粗化的均匀性较难把握等缺点。以离子轰击和反应为主的干法刻蚀所引入的刻蚀损伤对器件的光学性能和接触特性有很大的影响。例如，中国专利公开号CN103456855A中公开了一种LED表面粗化芯片以及制作方法，其提到的LED芯片表面粗化方法工艺繁琐，湿法刻蚀温度高，不易操作。中国专利公开号CN102185040A公开了一种湿法化学腐蚀LED表面粗化工艺，该粗化工艺中使用的化学腐蚀液为王水和去离子水的混合液，经过对LED表面化学湿法腐蚀后，在出光表面形成直径大小为6μm的小坑，对出光效率最多只可提高29％，提高效果差。因此，迫切需要研究一种工艺简单，操作简便，能有效提高出光效率的表面粗化的方法，尤其是针对GaAs系半导体发光二极管(LED)的GaP表面粗化方法。