專利名稱：基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，由于形成了一種特殊的納米柱陣列結(jié)構(gòu)，在濕法剝離襯底時可有效降低損傷。
背景技術(shù)：
白光LED具有節(jié)能、環(huán)保、冷光源、顯色指數(shù)高、響應(yīng)速度快、體積小和工作壽命長等突出優(yōu)點。而且，半導(dǎo)體固體照明光源作為新一代照明革命的綠色固體光源顯示出巨大的應(yīng)用潛力?，F(xiàn)在提倡的垂直結(jié)構(gòu)LED是一種理想的結(jié)構(gòu)，避免了準平面結(jié)構(gòu)的電流堵塞現(xiàn)象，有效的提聞器件效率和可罪性，且光提取效率聞。由于藍寶石襯底是目前最成熟的GaN材料襯底技術(shù)，為制作垂直結(jié)構(gòu)LED必須將 絕緣寶石襯底剝離。目前的剝離技術(shù)主要有激光剝離和濕法剝離。激光剝離成本高，所需的工藝難度較大，有激光損失，剝離不干凈，破裂等問題。而濕法剝離存在的問題是腐蝕時間長，對掩蔽材料要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，可減少濕法剝離的時間，大大提高剝離效率和成功率，且剝離后在表面留下納米針狀陣列圖形，起到粗化的作用。本發(fā)明提出了一種基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，包括以下步驟步驟I :取一襯底，在襯底上淀積一層二氧化硅掩蔽層，形成基底層；步驟2 :采用自組裝技術(shù)，在二氧化硅掩蔽層上排列一單層緊密排列的自組裝PS球；步驟3 :將表面具有自組裝PS球的基底層置于80°C空氣氣氛中，使自組裝PS球與二氧化娃掩蔽層牢固結(jié)合；步驟4 :采用刻蝕法，對自組裝PS球進行刻蝕，使其變小，刻蝕氣體為氧氣；步驟5 :第一次加熱，使自組裝PS球在二氧化硅掩蔽層有稍微塌陷，把點接觸變成面接觸；步驟6 :在自組裝PS球表面及間隙蒸鍍金屬層；步驟7 :采用甲苯超聲法，去除自組裝PS球表面的金屬層，保留自組裝PS球間隙中的納米網(wǎng)孔狀金屬層；步驟8 :第二次加熱使自組裝PS球氣化，在二氧化硅掩蔽層上納米網(wǎng)孔狀金屬層；步驟9 :刻蝕網(wǎng)孔狀金屬層的金屬掩膜下的二氧化硅掩蔽層，形成二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列；步驟10 :用酸液腐蝕掉納米網(wǎng)孔狀金屬層；
步驟11 :在二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列上依次外延U-GaN層、n-GaN層、多量子阱結(jié)構(gòu)、電子阻擋層和p-GaN層；步驟12 :將襯底磨拋減??；步驟13 :在p-GaN層上蒸鍍金屬反射鏡；步驟14 :在金屬反射鏡上電鍍或鍵合金屬支撐襯底；步驟15 :在襯底激光劃出溝槽；步驟16 :在金屬支撐襯底表面及邊緣上涂一層光刻膠保護層；步驟17 :放于HF中，超聲去掉二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列形成空氣橋；
步驟18 :放于高溫濃硫酸和磷酸混合溶液中或KOH溶液中腐蝕，使襯底與U-GaN層剝離，形成垂直結(jié)構(gòu)LED管芯，形成光子晶體表面。


為使審查員能進一步了解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征及其目的，以下結(jié)合附圖及較佳具體實施例的詳細說明如后，其中圖I為本發(fā)明在藍寶石襯底淀積二氧化硅掩蔽層，其中10為藍寶石襯底，11為二氧化娃掩蔽層；圖2是本發(fā)明在二氧化硅掩蔽層11上排列一單層緊密排列的自組裝PS球20，圖中插入的是自組裝PS球20的俯視圖；圖3是本發(fā)明采用ICP刻蝕法，對自組裝PS球20進行刻蝕，使其變小，再加熱使自組裝PS球20在二氧化硅掩蔽層11有稍微塌陷，把點接觸變成面接觸；圖4是本發(fā)明在自組裝PS球20表面及間隙蒸鍍金屬層40 ；圖5是本發(fā)明采用甲苯超聲法，去除自組裝PS球20表面的金屬層，保留自組裝PS球20間隙中的納米網(wǎng)孔狀金屬層50 ；圖6是本發(fā)明高溫加熱使自組裝PS球20氣化，在二氧化硅掩蔽層11上納米網(wǎng)孔狀金屬層50 ；圖7是本發(fā)明刻蝕金屬掩膜下的二氧化硅掩蔽層11 ；圖8是本發(fā)明用酸液腐蝕掉納米網(wǎng)孔狀金屬層50 ;形成二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列70 ；圖9是本發(fā)明在二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列70上外延U-GaN層90、n_GaN層91、多量子阱結(jié)構(gòu)92、電子阻擋層93和p-GaN層94 ；圖10是本發(fā)明在p-GaN層94蒸鍍金屬反射鏡100，在金屬反射鏡100上電鍍或鍵合金屬支撐襯底101，在藍寶石襯底10激光劃出溝槽102，在金屬支撐襯底101表面及邊緣上涂一層光刻膠保護層103 ；圖11是本發(fā)明放于HF中超聲去掉二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列70，然后放于高溫濃硫酸和磷酸混合溶液中(或KOH溶液中)腐蝕，使藍寶石襯底10與U-GaN層90剝離，形成垂直結(jié)構(gòu)LED管芯，形成光子晶體表面110。
具體實施例方式請參閱圖I至圖11所示，本發(fā)明提供一種基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，包括如下步驟步驟I :取一襯底10 (本結(jié)構(gòu)是采用藍寶石襯底)，在藍寶石襯底10上淀積一層二氧化硅掩蔽層11;形成基底層。也可以是硅襯底，SiC等其它III\ V，II \ VI族半導(dǎo)體襯底，二氧化硅掩蔽層11也可以是SiN薄膜。步驟2 :在二氧化硅掩蔽層11上排列一單層緊密排列的自組裝PS球20 ;直徑為0. 1-lum，也可以是氧化硅球或者其他有機透明球；可以是LB拉膜，也可以是甩膠的方式形成單層球。步驟3 :將表面具有自組裝PS球20的基底層置于80°C空氣氣氛中，使自組裝PS球20與二氧化娃掩蔽層11牢固結(jié)合；步驟4 :采用ICP刻蝕法，對自組裝PS球20進行刻蝕，使其變小，刻蝕氣體為氧氣， 氧流量70sccm，腔壓6mTorr，起輝功率為300W，濺射功率為10W，刻蝕時間為l_2min，經(jīng)過刻蝕后，自組裝PS球20間距變大，球半徑減小。步驟5 :第一次加熱使自組裝PS球20在二氧化硅掩蔽層11有稍微塌陷，把點接觸變成面接觸，105°C加熱l-5min。步驟6 :在自組裝PS球20表面及間隙蒸鍍金屬層40，可以蒸金屬Al或Cr等或其它金屬掩膜，厚度為100-1000nm。步驟7 :甲苯超聲l_5min去除自組裝PS球20表面的金屬層40，留在二氧化硅掩蔽層11上的納米網(wǎng)孔狀金屬層50結(jié)合較緊，得以保留。步驟8 :第二次加熱使自組裝PS球20氣化，在二氧化硅掩蔽層11上納米網(wǎng)孔狀金屬層50，這里采用400-600°C的溫度處理10-60min。步驟9 :刻蝕金屬掩膜下的二氧化硅掩蔽層11，形成二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列70，采用氟基氣體刻蝕氧化硅；步驟10 :用酸液腐蝕掉納米網(wǎng)孔狀金屬層50 ；步驟11 :在二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列70上外延U-GaN層90、n-GaN層91、多量子阱結(jié)構(gòu)92、電子阻擋層93和p-GaN層94，生長方法可以是MOCVD或者MBE ；步驟12 :將藍寶石襯底10磨拋減?。徊襟E13 :在p-GaN層94蒸鍍金屬反射鏡100 ；步驟14 :在金屬反射鏡100上電鍍或鍵合金屬支撐襯底101 ；步驟15 :在藍寶石襯底10激光劃出溝槽102 ；步驟16 :在金屬支撐襯底101表面及邊緣上涂一層光刻膠保護層103 ；步驟17 :放于HF中超聲去掉二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列70形成空氣橋；步驟18 :放于高溫濃硫酸和磷酸混合溶液中(或KOH溶液中)腐蝕，藍寶石襯底10與U-GaN層90剝離,形成垂直結(jié)構(gòu)LED管芯,形成光子晶體表面110,可以用在太陽能電池，LD, HEM等半導(dǎo)體器件上，用來濕法剝離或形成表面光子晶體。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，包括以下步驟 步驟I:取一襯底，在襯底上淀積一層二氧化硅掩蔽層，形成基底層； 步驟2 :采用自組裝技術(shù)，在二氧化硅掩蔽層上排列一單層緊密排列的自組裝PS球；步驟3 :將表面具有自組裝PS球的基底層置于80°C空氣氣氛中，使自組裝PS球與二氧化娃掩蔽層牢固結(jié)合； 步驟4 :采用刻蝕法，對自組裝PS球進行刻蝕，使其變小，刻蝕氣體為氧氣； 步驟5 :第一次加熱，使自組裝PS球在二氧化硅掩蔽層有稍微塌陷，把點接觸變成面接觸； 步驟6 :在自組裝PS球表面及間隙蒸鍍金屬層； 步驟7 :采用甲苯超聲法，去除自組裝PS球表面的金屬層，保留自組裝PS球間隙中的納米網(wǎng)孔狀金屬層； 步驟8 :第二次加熱使自組裝PS球氣化，在二氧化硅掩蔽層上納米網(wǎng)孔狀金屬層；步驟9 :刻蝕網(wǎng)孔狀金屬層的金屬掩膜下的二氧化硅掩蔽層，形成二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列； 步驟10 :用酸液腐蝕掉納米網(wǎng)孔狀金屬層； 步驟11 :在二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列上依次外延U-GaN層、n-GaN層、多量子阱結(jié)構(gòu)、電子阻擋層和p-GaN層； 步驟12 :將襯底磨拋減薄； 步驟13 :在P-GaN層上蒸鍍金屬反射鏡； 步驟14 :在金屬反射鏡上電鍍或鍵合金屬支撐襯底； 步驟15 :在襯底激光劃出溝槽； 步驟16 :在金屬支撐襯底表面及邊緣上涂一層光刻膠保護層； 步驟17 :放于HF中，超聲去掉二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列形成空氣橋； 步驟18 :放于高溫濃硫酸和磷酸混合溶液中或KOH溶液中腐蝕，使襯底與U-GaN層剝離，形成垂直結(jié)構(gòu)LED管芯，形成光子晶體表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，其中襯底的材料為藍寶石、硅或SiC，所述的二氧化硅掩蔽層是SiN薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，其中二氧化娃掩蔽層上排列的自組裝PS球的材料為聚苯乙烯,直徑為0. I-Ium,或者是氧化娃球或者是有機透明球；該自組裝PS球是LB拉膜或是甩膠的方式形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，其中刻蝕法是ICP或者RIE刻蝕法，刻蝕氣體為氧氣，氧流量70SCCm，腔壓6mTorr，起輝功率為300W，濺射功率為10W，刻蝕時間為l_2min，經(jīng)過刻蝕后，自組裝PS球間距變大，球半徑減小。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，其中第一次加熱的溫度為105°C，加熱時間為l-5min。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，其中金屬層的材料為Al或Cr，厚度為100-1000nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，其中采用甲苯超聲法的超聲時間為l_5min。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，其中第二次加熱的溫度為400-600°C，時間為10-60min。
全文摘要
一種基于濕法剝離垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，包括在襯底上依次制作二氧化硅掩蔽層和緊密排列的自組裝PS球；刻蝕、加熱、蒸鍍金屬層；去除自組裝PS球表面的金屬層，形成網(wǎng)孔狀金屬層；加熱使自組裝PS球氣化形成納米網(wǎng)孔狀金屬層；刻蝕網(wǎng)孔狀金屬層形成二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列；用酸液腐蝕掉納米網(wǎng)孔狀金屬層；在二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列上依次外延u-GaN層、n-GaN層、多量子阱結(jié)構(gòu)、電子阻擋層和p-GaN層；將襯底磨拋減?。辉趐-GaN層上依次制作金屬反射鏡、金屬支撐襯底；在襯底激光劃出溝槽；涂一層光刻膠保護層；超聲去掉二氧化硅納米網(wǎng)孔陣列形成空氣橋；放于高溫濃硫酸和磷酸混合溶液中或KOH溶液中腐蝕，使襯底與u-GaN層剝離，形成垂直結(jié)構(gòu)LED管芯，形成光子晶體表面。
文檔編號H01L33/00GK102709411SQ20121018132
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者劉喆, 吳奎, 張逸韻, 李晉閩, 王軍喜, 藍鼎, 閆建昌, 魏同波 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所