[发明专利]侧壁粗化的AlGaInP基LED及其制造方法

说明书

侧壁粗化的AlGaInP基LED及其制造方法，属于半导体技术领域。通过外延片上的金属键合层和永久衬底上的金属键合层，将外延片键合到永久衬底上，形成键合的半制品；再去除键合好的半制品上的临时衬底、缓冲层和截止层，露出欧姆接触层；并蚀刻图形化欧姆接触层、制作n型扩展电极、制作主电极和背电极；在各颗LED芯片外延层的四周蚀刻出至少达到p‑GaP窗口层的切割道，再对外延层的表面和侧壁作粗化处理，以使外延层表面和侧壁都是呈粗化状。本发明工艺简单、方便生产，可提高电光转换效率，延长LED的寿命，增大可视角度，提高LED屏的显示效果。

技术领域

本发明涉及一种侧壁粗化的AlGaInP基LED的结构及制造方法，属于半导体技术领域。

背景技术

与GaAs衬底晶格匹配的AlGaInP基材料是一种直接带隙半导体，通过调整Al和Ga的比例，禁带宽度可在1.9eV至2.3eV之间变化，AlGaInP基LED的波长范围可以覆盖550nm-650nm。因此，AlGaInP基材料已广泛应用于红光、橙光、黄绿光LED的制造。由于AlGaInP基材料的折射率n高达3.0至3.5，远高于环氧树脂、硅胶(n≈1.5)等LED常规封装材料。根据光的全反射定律可知，光从光密媒质进入光疏媒质会在界面处产生全反射现象，而且界面两侧的折射率差异越大，全反射临界角越小。这使得AlGaInP基LED的出光效率很低。事实上，该问题也存在于GaAs LED和GaN LED中。

对此，I. Schnitzer等提出了表面粗化提高GaAs LED的外量子效率的方法[Appl.Phys. Lett., Vol.63, No.16, 2174-2176, (1993)]。S. Fan等提出采用二维光子晶体将有源区发出的光耦合输出，从而提高出光效率[Phys. Rev. Lett., Vol.78, No.17,3294-3297, (1997)]。M. R. Krames等将AlGaInP LED芯片切割成截角倒金字塔形(truncated-inverted-pyramid)，从而改变射向侧壁的光线与侧壁法向之间的夹角，减少界面全反射，提高出光效率[Appl. Phys. Lett., Vol.75, No.16, 2365-2367,(1999)]。C. S. Chang等采用光刻制备掩膜图形，再采用ICP干法刻蚀在GaN LED侧壁形成半圆形周期性图案，提高出光效率[IEEE Photonic. Technol. Lett., Vol.16, No.3, 750-752,(2004)]。

在上述方法中，通过表面粗化来提高LED出光效率的方法已被业界广泛采用，成为LED行业的一种惯用技术。在AlGaInP基LED中，现有技术主要是对外延层表面进行粗化，侧壁粗化方法仅有少量报道。左致远等人提出采用光刻制备掩膜图形，再利用湿法腐蚀在AlGaInP LED侧壁形成周期性图形的方法，见中国专利申请号201310108349.2。

但至目前为止，非周期性无规则的亚微米尺寸图形是常规光刻制备掩膜图形方法无法实现的。

发明内容

针对上述提到的由于界面全反射现象导致AlGaInP基LED的出光效率很低的问题，在已有表面粗化技术的基础上，本发明提出一种侧壁粗化的AlGaInP基LED结构。

本发明在具有背电极的永久衬底上依次设置有金属键合层、ODR反射镜、外延层、n型扩展电极和主电极；ODR反射镜由金属反射层和介质膜层构成，介质膜层与外延层相连接；金属反射层和金属键合层相连接；n型扩展电极和主电极电学连接；其特点是外延层表面和侧壁都是呈粗化状。

本发明有益效果有：(1)可以进一步提高AlGaInP基LED的出光效率，将LED芯片亮度提高10%至30%，从而提高电光转换效率；(2)由于出光效率提高，LED材料本身吸收的光减少，发热量也相应减小，从而可以延长LED的寿命；(3)由于侧壁粗化使LED芯片的发光角度相应增大，这对于LED显示屏而言，可以增大可视角度，提高LED屏的显示效果。