维普资讯 http://www.cqvip.com 编者按：刘禹锡有《金陵怀古５５诗：潮满冶城渚，日斜征虏亭。蔡洲新草 绿，幕府旧烟青……白居易赞此诗“前四句已探骊珠”，而《湿法表面粗化技 术初探》则探得经过粗＇％￣ＧａＩＮ基ＬＥＤ芯片，亮度增加可达２４％以上。 湿法表面粗化 技术初探 Ｉ文，王立达刘娉娉罗群柯志杰 摘要：本文采用热Ｈ。ＰＯ 湿法腐蚀方法对ＧａＮ表面进行粗化处理，比较了不同腐蚀条件对表面形貌的影响，并对最终器件 光电性能进行测量，分析结果显示经过粗化的ＧａＮ基ＬＥＤ芯片，亮度增加可达２４％以上。 关键词：表面粗化湿法腐蚀 ＧａＮ基ＬＥＤ量子效率 刖罱 面进行粗化处理，形成不规则凹凸，从而减少或者破坏 Ｕ－－－ｔ，９，１９９４￣日本日亚公司在基于蓝宝石衬底Ｉ￣ＧａＮ基 口ＬＥＤ的研究上取得重大突破后，世界各大公司和研 究机构都在投入巨资加入到高亮度ＧａＮ基ＬＥＩ）的开发中，极大 地推动了高亮度ＬＥＤ的产业化进程。最近，由于ＧａＮ基ＬＥⅡ）亮 ＧａＮ材料与空气界面处的全反射，可以提高ＬＥＤ的光提取效率 ¨２】 Ｏ 本文采用湿法腐蚀方法对ＧａＮ材料表面进行处理，对其 表面形貌进行分析同时将其制作成芯片，对其光电性能进行 了测试。 度的提高，使其在显示、交通信号灯、手机背光方面的应用 前景更加广阔。然而，由于存在非辐射缺陷，导致ＧａＮ基 ＬＤ在室温下其内量子效率小于１００９６。而且，在折射率方 面，ＧａＮ＊Ｈ空气分别为２．５和ｌ０，由于两者之间，折射率存在 较大差异，结果在多量子阱内产生的光，能够出射到空气中 的临界角大约是２２。左右，导致Ｌ日Ｄ外量子效率非常低。通 实验 本实验选用通过ＭＯＣｖＤ方法在２英寸蓝宝石衬底上生长的 ＧａＮ＃ｂ延片，其波长范围在４６５—４７０ｎｍ，选用８５％浓Ｈ，ＰＯ 为 腐蚀介质，在１８０￣Ｃ一２３Ｏ℃之间，将ＧａＮ材料腐蚀５～２Ｏ分钟。 常，ＬＥＤ的光效提高可以从芯片表面及侧壁入手，目前，已经 加大了改善ＬＥＩ）光效及亮度的研究，Ｆｕｊｉｉ报道，通过对ＧａＮ表 采用ＳＩＧＮＡＴＯＮＥＳ一１１６０显微镜观察不同温度及不同腐蚀时间 对表面形貌的影响，寻找优化的腐蚀条件，同时将经过表面 维普资讯 http://www.cqvip.com 延片制作成３２５ｕｍ×３７５ｕｍ的芯片，测试并对比其表 舌光电性能变化。 与讨论 ｌ图２９Ｙ别给出了在ｌ８０℃和ｌ９５℃下，Ｈ Ｏ 腐蚀 的表面形貌，我们发现Ｈ Ｏ 在初始沸腾状态时 ，其对ＧａＮ材料并没有明显腐蚀迹象，说明该条件 对ＧａＮ材料的腐蚀甚微，而当Ｈ３Ｐ（）４的温度上升至 ｌＮ材料表面开始出现凹坑，而且比较稀疏。从图２中 ＂一Ｊ ａＮ材料在ｌ９５℃热Ｈ＃Ｏ 中腐蚀５分钟后，材料表 一一 ℃Ｈ１ｐｏ．腐 ＧａＮ ５ｍ／ｎ 图２ １９５℃Ｈ，ＰＯ．腐蚀ＧａＮ ５ｍｉｎ ４３．２１Ｏ℃Ｈ ＰＯ．腐￣５ｍｉｎ Ｐ型及Ｎ型ＧａＮ形貌 ｝出了已刻蚀ＭＥＳＡ平台图形的ＧａＮ材料，在２１０℃热 ：蚀５ｍｉｎ后的表面形貌，从图中我们可以看到，平台 ａ，Ｎ表面的凹坑较小而且浓密，而平台下面的Ｎ型 『勺凹坑较大且较稀疏，导致该差异的主要原因取决 斗的极性，图４给出了ＧａＮ材料的极性结构图，通常 ３ａＮ其表面不容易被腐蚀，而Ｎ极『生的ＧａＮ表面较容 易被腐蚀，主要原因是由于在腐蚀过程中，Ｎ极性结构中的 Ｎ原子容易被腐蚀介质中的离子吸附解离，而Ｇａ极性结构则相 反，导致较难腐蚀。 。同时我们观察到昕出现的凹坑呈六边形 结构，该现象主要与ＧａＮ材料的六方形晶体结构相关。 （００们）Ｇａ．ｆａｃｅ ｌ＋ｃ） ｛ｏ００ Ｎｆｆａ￣（．ｃ） 图４ ＧａＮ的极性姑构图 图５给出了ｌ９５℃不同腐蚀时间Ｐ及Ｎ型ＧａＮ表面形貌， 从图中我们可以看出，在腐蚀时间较短的情况下，Ｐ型与 Ｎ型ＧａＮ表面腐蚀凹坑尺寸差异不大，但是当延长腐蚀时间 后，Ｐ型ＧａＮ表面的凹坑变化较小，而Ｎ型表面的凹坑尺寸 明显增大。 一一 ）１０ｒａｉｎ （ｂ）２０ｒａｉｎ 图５．１９５℃不同腐蚀时间Ｐ及Ｎ型ＧａＮ表面形貌 将经过热Ｈ 腐蚀过的ＧａＮ材料制备成３２５ｕｍ× ３７５ｕｍ的芯片，对其光电性能进行测试。图６与图７是芯片在点 亮前后的照片，从图中可以看到，粗化后的ＧａＮ材料制成芯片 后，其Ｐ电极及整个电流扩展层表面较粗糙；芯片在５ｍＡ下点 亮后，发现其电流可以扩展均匀，并未产生局部发光现象。 表ｌ给出了芯片的光电性能，从表中可以看到在２０ｍＡ点 维普资讯 http://www.cqvip.com 一一 图６ １９５￣（２ Ｈ ＰＯ。腐蚀５ｍｉｎ芯片 的表面形貌 图７．芯片在５ｍＡＴ点亮的表面形貌 ９８５，２００５。 参考文献： 【１】．Ｈｕｎｇ—Ｗｅｎ Ｈｕａｎｇ，Ｃ．Ｃ．Ｋａｏ，Ｊ．Ｔ．Ｃｈｕ，Ｈ．Ｃ．Ｋｕｏ，ｅｔ ａ１．Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ＩｎＧａＮ［－－］ＧａＮ Ｌｉｇｈｔ—Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＷｉｔｈ ａ Ｎａｎｏ—Ｒｏｕｇｈｅｎｅｄ ｐ－ＧａＮ Ｓｕｒｆａｃｅ． ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．１７，ＰＰ．９８３— 【２］．Ｔ．Ｆｕｊｉｉ，Ｙ．Ｇａｏ，Ｒ．Ｓｈａｒｍａ，Ｅ．Ｌ．Ｈｕ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ， 亮后，虽然粗化后的芯片正向电压从３．３Ｖ升到３．７Ｖ，反向电流 ａｎｄ Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ．Ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＧａＮ— ｂ ａ ｓ ｅ ｄ １ ｉ ｇ ｈ ｔ—ｅ ｍ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｄ ｉ Ｏ ｄ ｅ ｓ ｖ ｉ ａ ｓ ｕ ｒ ｆａ ｃ ｅ 由Ｏ０ｌｕＡ升至０．３ｕＡ，但是其亮度由未粗化的５１ｍｃｄ升高到粗化 后的６４ｍｃｄ，经过外延粗化后，芯片的光提取效率提高２４％， ｒｏｕｇｈｅｎｉｎｇ．Ａｐｐ１．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，ｖｏ１．８４，ＰＰ．８５５／－］８５７，２００４。 其主要原因是Ｐ型ＧａＮ表面粗糙度增大，减弱光在ＧａＮ材料内 部的多次反射，折射及吸收；而芯片的正向电压的提高可能是 由于Ｐ型ＧａＮ表面粗糙度增大，同时表面透明电极较薄，导致 【３】．Ｄ．Ｚｈｕａｎｇ，Ｊ．Ｈ．Ｅｄｇａｒ．Ｗｅｔ ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ＧａＮ，Ａ１Ｎ，ａｎｄ ＳｉＣ：ａ ｒｅｖｉｅｗ．ＭＳＥ Ｒ４８（２００５）１口４６ 【４】．Ｐ．Ｖｉｓｃｏｎｔｉ，Ｄ．Ｈｕａｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｆｅｃｔｓ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｏｌａｒｉｔｙ ｉｎ ＧａＮ ｕｓｉｎｇ ｈｏｔ ｗｅｔ ｅｔｃｈｉｎｇ ｔｏｇｅｔｈｅｒ 透明电极的不连续ｌ生，从而影响电流的传输，使芯片的正向电 压有较大的提升；反向电流的提高是由于长时间的高温腐蚀可 能会造成外延片局部腐蚀严重而产生漏电现象，因此有待于进 一ｗｉｔｈ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．ＭＳＥ Ｂ９３（２００２） ２２９—２３３。 步优化腐蚀条件或者采用较厚的ＩＴＯ透明电极进行测试。 表１芯片的光电性能参数比较 作者简介： 王立达。１９７９年生，毕业于大连理工大 学电化学工程专业，ｒＬ＇ｒ作于大连路美芯片 科技有限公司，从事半导体发光二极管的研 究开发工作。 租化 ３．７ 结论 ｌ采用热的８５％Ｈ￣ＰＯ 可以湿法粗化ＧａＮ， 优化的腐蚀条件 为：温度：１９５℃；时间：５５）－－钟。 ２ｌ由于Ｐ型ＧａＮ与Ｎ型ＧａＮ的极性差异， 导致Ｐ型比Ｎ型 ＧａＮ较难粗化。 ３湿法粗化后的ＧａＮ基ＬＤ芯片，亮度提高了２４％，但是正 向电压从３３Ｖ提高到３．７Ｖ，这有待于采用ＩＴＯ作为透明电极进一 步实验。目
