[发明专利]基于激光器的LED大面积可控表面粗化及刻蚀方法

摘要

基于激光器的LED大面积可控表面粗化及刻蚀方法，属于发光二极管技术领域。本发明此方法利用半导体材料对于波长小于其带边吸收波长的大功率激光强吸收发生气化，实现对LED表面半导体材料的表面粗化。高速振镜或者精密位移台控制激光加工的区域及加工图形；控制激光的功率和聚焦程度调节加工的线宽和深度。本发明可应用于各种结构的GaAs基LED、GaN基LED表面粗化及刻蚀。激光器选用以波长小于被加工半导体带边吸收波长为准。具有适用材料广，加工速度快、面积大，成本低，粗化效果好，对半导体材料损伤小，系统的加工参数可控性高等优势，可有效解决p-GaN层粗化这一难题，在高亮度LED生产中具有很大的应用潜力。

主权项

一种基于激光器的LED大面积可控表面粗化及刻蚀方法，其特征在于，粗化及刻蚀方法如下：(1)激光器选择：激光波长小于待加工外延片材料带边吸收波长；激光功率密度大于待加工外延片材料气化的阈值功率密度，对于GaN基、GaAs基LED外延片，功率密度大于1012W/m2；对于GaN基材料，选用355nm激光，阈值功率为300mW；对于GaAs基材料，选用532nm激光，阈值功率为250mW；(2)激光光束能量分布调节：调整光束整形模块调节光斑能量分布为高斯分布或者平头分布，实现粗化侧壁为倾斜或者陡直；(3)激光光束聚焦程度调节：通过调节聚焦模块或者样品的高度，调节激光光束在样品表面的聚焦程度，实现粗化线宽的控制；若使用焦距为100mm的透镜聚焦，最小加工线宽为1微米；若要获得更宽的加工线宽，则通过调节样品高度，使样品表面处于欠焦状态实现；(4)加工深度的调节：通过调节激光器的输入功率控制激光的功率密度，或调节加工的次数，实现粗化深度的调节；可以实现的粗化深度范围为10nm至无限深；对蓝光GaN外延层进行粗化时，若激光输出功率400mW、光斑直径10微米，一次加工的粗化深度为150nm；对GaAs基外延层进行粗化时，在400mW激光功率、光斑直径10微米的条件下，一次粗化深度为250nm；(5)不同加工图形的实现：粗化图形以微米级周期的二维网状图形或同心圆环图形光引出效果最好；LED粗化形貌的控制通过调节高速振镜或者高精度电动位移台实现，将设计好的粗化图形导入高速振镜或者高精度电动位移台的控制软件，系统即可按照导入的图形进行粗化加工；通过高速振镜实现的粗化图形最小分辨率为10微米，应用高精度电动位移台最小分辨率可达1微米；(6)清洗：加工完成后，室温下使用稀盐酸超声1-2分钟清洗样品表面残留的Ga2O3。