一种GaAs基发光二极管的湿氧氧化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种GaAs基发光二极管的湿氧氧化方法，属于光电子技术领域。
【背景技术】
[0002]LED (发光二极管)是第一个进入市场的商用化合物半导体，已经有40多年的发展历程。最早的LED是采用LPE(液相外延生长)技术做成的红光GaAsP LED,但是这些LED的性能相对于目前来说比较低。1970年，在GaP和GaAsP中加入氮的方法提出后，提升了 LED的性能并且制作出了除红光以外的绿光、橘黄色光等LED器件。20世纪80年代初，利用液相淀积技术制成的AlGaAs LED具有较好的性能。20世纪90年代后，由于新型材料以及新的外延技术引入到红光LED的研究中，利用有机金属化学气相淀积法(MOCVD)制作的GaAs基AlGaInP LED大大改善了红色和黄色光谱区的LED性能。
[0003]现阶段GaAs基LED的研究已经取得较大的成果，特别是现阶段内量子效率已经超过90%，AlGaInP四元系发光二极管一般使用GaAs衬底，对于GaAs衬底，其禁带宽度为
1.424ev, AlGaInP的随铝组分的变化，禁带宽度从1.9至2.3ev，所以有源区产生的往下发射的光子将会被吸收掉，使得发光效率大幅度降低。为避免衬底吸光，通常在衬底与有源层之间加入一层分布布拉格反射层(DBR),以反射射向衬底的光,减少GaAs的吸收。由于DBR反射层只对法线方向较小角度内(通常qDBR<20° )的光线能有效反射，其它远离法向入射的光线绝大部分都被GaAs衬底吸收，因而提升光效的效果有限。
[0004]为了解决GaAs的吸光现象，提高发光效率，人们采取了很多方法:
[0005]1.用其它衬底代替GaAs吸收衬底的。其中一种方法就是用对可见光透明的GaP衬底取代GaAs衬底(TS)，即用键合技术将长有厚GaP窗口层的外延层结构粘接在GaP衬底上，并腐蚀掉GaAs衬底，其发光效率可提高一倍以上，同时GaP的透明特性使得发光面积大增。然而，该工艺存在合格率低、使用设备复杂、制造成本高的缺点。
[0006]2.倒装衬底。娃的导热性优于砷化镓,一般选取娃衬底作为倒装芯片的载体,在娃表面制作反射镜，使射向衬底的光反射到表面，从N区出射。
[0007]由于上述两种方法都需要增加多次光刻、腐蚀，甚至使用价格高昂的设备，将产品成本提高。在IC(Integrated Circuit,集成电路)工艺中，广泛采用湿氧氧化工艺制作S12,先让氧气通过气泡发生器，使氧气中含有一定量的水汽，水汽含量的多少取决于水浴温度和气源压力，然后将氧气传入高温炉管，使Si与O2反应，形成S1 2。湿氧工艺具有氧化速度快的优点，但是氧化层结构疏松，存在针孔状的空洞，质量不如干氧工艺，因此在实际使用中一般采取干氧、湿氧、干氧交替的工艺，既保证薄膜性能又兼顾氧化速率。
[0008]在VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser,垂直腔面发射激光器)工艺中，湿氧氧化工艺也逐步到，利用湿氧工艺氧化AlAs/AlGaAs,将DBR中的高Al层氧化,形成的氧化层能起到电限制和折射率引导的作用，减低阈值电流，提高转换效率。
[0009]因GaAs基芯片的结构最底层是高铝组分的DBR结构，上述方法同样可以应用在GaAs基发光二极管的湿氧氧化过程中，在实际应用中铝组分氧化成A1203薄膜，此薄膜附着在材料表面会导致反应停滞，影响了侧向的继续反应，使DBR氧化不充分，折射率提升不明显，也就是现有GaAs基发光二极管的湿氧氧化工艺中出现的结果不重复的问题。
【发明内容】
[0010]针对现有GaAs基发光二极管芯片湿氧氧化过程中DBR氧化不充分的问题，本发明提出一种过程简化、利于作业的GaAs基发光二极管的湿氧氧化方法，以提高侧向氧化，促进反应的继续进行。
[0011]本发明的GaAs基发光二极管的湿氧氧化方法，包括以下步骤:
[0012](I)在GaAs基外延片表面制作一层3102薄膜作为保护层；
[0013](2)对GaAs基外延片进行半切作业，切深达到布拉格反射层(DBR)与衬底之间；
[0014]视不同外延结构，深度为10_15μπι。
[0015](3)进行湿氧作业，将氮气经过气泡发生器后进入退火炉，气泡发生器中的液体为含有H2O2的去离子水，H2O2的质量分数为0.5% _2%，液体温度60-85°C，将GaAs基外延片在退火炉内平放，面向氮气流方向放置，退火炉温度设定350-400°C，氧化时间20分钟-30分钟；
[0016](4)利用氢氟酸腐蚀掉GaAs基外延片表面的S12,完成GaAs基发光二极管的湿氧氧化。
[0017]步骤(I)中S12薄膜的厚度为0.3 μ m-0.6 μ m。
[0018]步骤(3)中退火炉内的气体管路末端与GaAs基外延片的距离为1cnHBOcm,以避免H2O2进入设备后未接触GaAs基外延片就已经分解,无法在GaAs基外延片周围形成正压。
[0019]本发明过程简单、利于作业，提高了侧向氧化，在传统湿氧氧化的过程中增加双氧水，双氧水具有强氧化性，超过15 O °C会剧烈分解,形成水和氧气，这可以提高铝组分的氧化；双氧水在接触GaAs基外延片时，由于退火炉中的基片温度在150°C以上，此时双氧水会爆炸性的分解成为水和氧气，在GaAs基外延片表面提高了氧分压，可以将铝组分充分氧化为低折射率的ai2o3。
【附图说明】
[0020]图1是GaAs基外延片及其上的3;102薄膜的示意图。
[0021]图2是半切作业示意图。
[0022]图3是湿氧氧化作业过程示意图。
[0023]图中:1、3丨02保护层，2、GaP层，3、P 型限制层，4、MQW，5、DBR, 6, GaAs 衬底层，7、N型限制层，8、缓冲层，9、半切深度，10、氮气，11、气泡发生器，12、携带水汽的氮气，13、RTA设备，14、GaAs基外延片。
【具体实施方式】
[0024]本发明的GaAs基发光二极管的湿氧氧化方法，包括以下步骤:
[0025](I)利用PECVD在GaAs基外延片表面制作一层S12薄膜作为保护层，S1 2薄膜的厚度约0.3-0.6 μ m。如图1所示，GaAs基外延片的结构自下至上依次包括GaAs衬底层6、缓冲层8,DBR层5、N型限制层7,MQff层(多量子阱层)4、P型限制层3和GaP层2，S12保护层I制作在GaP层2上。
[0026](2)如图2所示，对步骤(I)的晶片(GaAs基外延片)进行半切作业，半切深度9达到布拉格反射层(DBR)与衬底之间。视不同外延结构，深度可在ΙΟμπι以上。
[0027](3)将步骤2的晶片进行湿氧作业。如图3所示，将氮气10经过气泡发生器11后进入退火炉(RTA设备)13，气泡发生器11中的液体为含有H2O2的去离子水，H2O2的质量分数为0.5 % -2 %，液体温度60-85 V，将GaAs基外延片14在退火炉内平放，面向氮气流方向放置，退火炉温度设定350-400°C，氧化时间20分钟-30分钟，取出外延片。
[0028]在退火炉中，气体管路末端与GaAs基外延片的距离控制在10_30cm，避免H2O2过早分解后无法在GaAs基外延片周围形成正压。
[0029](4)利用氢氟酸去掉GaAs基外延片表面的S12,完成GaAs基发光二极管的湿氧氧化。
【主权项】
1.一种GaAs基发光二极管的湿氧氧化方法，其特征是，包括以下步骤: (1)在GaAs基外延片表面制作一层3102薄膜作为保护层； (2)对GaAs基外延片进行半切作业，切深达到布拉格反射层与衬底之间； (3)进行湿氧作业，将氮气经过气泡发生器后进入退火炉，气泡发生器中的液体为含有H2O2的去离子水，H2O2的质量分数为0.5% -2%，液体温度60-85°C，将GaAs基外延片在退火炉内平放，面向氮气流方向放置，退火炉温度设定350-400°C，氧化时间20分钟-30分钟； (4)利用氢氟酸腐蚀掉GaAs基外延片表面的S12，完成GaAs基发光二极管的湿氧氧化。
2.根据权利要求1所述的GaAs基发光二极管的湿氧氧化方法，其特征是，所述步骤(I)中S12薄膜的厚度为0.3 μ m-0.6 μ m。
3.根据权利要求1所述的GaAs基发光二极管的湿氧氧化方法，其特征是，所述步骤(3)中退火炉内的气体管路末端与GaAs基外延片的距离为10cm-30cm。
【专利摘要】一种GaAs基发光二极管的湿氧氧化方法，包括以下步骤：（1）在GaAs基外延片表面制作一层SiO2薄膜作为保护层；（2）对GaAs基外延片进行半切作业；（3）将氮气经过气泡发生器后进入退火炉，气泡发生器中的液体为含有H2O2的去离子水，H2O2的质量分数为0.5%-2%，将GaAs基外延片在退火炉内平放，面向氮气流方向放置，退火炉温度设定350-400℃，氧化时间20分钟-30分钟；（4）利用氢氟酸腐蚀掉GaAs基外延片表面的SiO2，完成湿氧氧化。本发明在传统湿氧氧化的过程中增加双氧水，可以提高铝组分的氧化性；同时双氧水在接触晶片时，会爆炸性的分解成为水和氧气，在晶片表面提高了氧分压，可以将铝组分充分氧化为低折射率的Al2O3。
【IPC分类】H01L33-00, H01L33-10
【公开号】CN104659166
【申请号】CN201510072029
【发明人】彭璐, 黄博, 吴向龙, 徐现刚
【申请人】山东浪潮华光光电子股份有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月11日