專利名稱：制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二級管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指納米級柱形正裝結(jié)構(gòu)氮化鎵發(fā)光二級管陣列的制作方法。
背景技術(shù)：
GaN基發(fā)光二級管在室內(nèi)照明、交通信號燈、電視、手機(jī)、液晶顯示背光源、路燈等方面有著非常廣泛的應(yīng)用，其中，如何替代熒光燈、白熾燈等傳統(tǒng)照明工具成為新一代緑色光源則是其應(yīng)用中最有發(fā)展前景的研究課題。目前，發(fā) 光二級管的發(fā)光效率仍需要進(jìn)ー步提高，它由內(nèi)量子效率和光提取效率決定。其中，藍(lán)光LED的內(nèi)量子效率已經(jīng)可以達(dá)到70%以上，所以，如何提聞光提取效率則尤其關(guān)鍵。影響光提取效率的因素主要是由于半導(dǎo)體材料和空氣的折射率差較大所造成，而表面粗化是提高光提取效率的一個最為常用的方法。其中，濕法腐蝕避免了外延層的損傷，實(shí)驗(yàn)周期短，成本相對較低，是ー種簡便易行的方法。但是，一般的濕法腐蝕對于粗化的尺寸和深度不好控制，因此，如何實(shí)現(xiàn)粗化的尺寸控制，并且向更加微小級別尺寸發(fā)展成為其
一大難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在干，提供ー種制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二級管的方法，采用PS球作為柱形LED的掩膜，借助其尺寸上的特點(diǎn)，使用金屬作為光遮擋層，同時，采用光電化學(xué)腐蝕的方法，利用Κ0Η溶液腐蝕GaN外延層后，去掉金屬，從而實(shí)現(xiàn)了納米級的柱形陣列GaN基LED。此種方法實(shí)現(xiàn)了濕法腐蝕對于納米柱形陣列LED柱形尺寸的有效控制，從而有效的提聞光提取效率。本發(fā)明提供ー種制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二級管的方法，包括步驟1 :選擇ー外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)包括在藍(lán)寶石襯底上依次生長的非故意摻雜氮化鎵層上依次生長的η型氮化鎵層、量子阱層和ρ型GaN層；步驟2 :在ρ型GaN層上沉積PS球?qū)?；步驟3 :在PS球?qū)又g縫隙中沉積Si02層，形成帶有掩膜的LED芯片；步驟4 :高溫下灼燒帶有掩膜的LED芯片，使PS球?qū)犹蓟瘬]發(fā)，在PS球?qū)拥奈恢玫玫揭?guī)整的納米級孔；步驟5 :在規(guī)整的納米級孔和Si02層上沉積金屬層；步驟6 :采用稀HF酸溶液腐蝕掉Si02層和Si02層上面的金屬層；步驟7 :利用光電化學(xué)腐蝕方法，在ρ型GaN層向下腐蝕，腐蝕深度到達(dá)η型氮化鎵層內(nèi)，形成納米級GaN柱陣列；步驟8 :采用濕法腐蝕去掉金屬層，在納米級GaN柱陣列之間填充絕緣物，去除納米級GaN柱陣列之間的部分填充絕緣物，使納米級GaN柱陣列中的ρ型GaN層露出，形成納米級柱LED芯片；步驟9 :在納米級柱LED芯片的表面蒸鍍透明導(dǎo)電層；步驟10 :通過光刻和ICP刻蝕エ藝，在納米級GaN柱陣列的ー側(cè)制作N電極臺面，在N電極臺面制作N金屬電極，在納米級GaN柱陣列的上面制作P金屬電極；步驟11 :劃片裂片封裝，完成制備。


為使審查員能進(jìn)ー步了解本發(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(shí)施例的詳細(xì)說明如后，其中
圖1為本發(fā)明的制備流程圖；圖2為外延結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3為沉積PS球?qū)雍罄^續(xù)沉積Si02層后的俯視圖；圖4為燒掉PS球?qū)映练eー層金屬層后的不意圖；圖5為采用光電化學(xué)腐蝕氮化鎵LED層后得到的LED納米柱陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的關(guān)鍵是采用PS球制作金屬掩膜，保護(hù)其下面的外延層結(jié)構(gòu)不被光電化學(xué)方法腐蝕，去掉Si02層，然后通過濕法腐蝕的方法將外延層結(jié)構(gòu)腐蝕到n-GaN，最終形成由金屬掩膜覆蓋的氮化鎵納米圖形陣列，去掉金屬掩膜，填充硅膠，通過傳統(tǒng)LEDエ藝得到納米柱形陣列的發(fā)光二級管。此方法制作的納米陣列的LED，能夠有效改善柱形發(fā)光LED的應(yīng)力，增強(qiáng)內(nèi)量子效率，同時，由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，有效提高了光提取效率。請參閱圖1并結(jié)合參閱圖2至圖5所示，本發(fā)明提供ー種制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二級管的方法，包括步驟1 :選擇一外延結(jié)構(gòu)10，該外延結(jié)構(gòu)10包括在藍(lán)寶石襯底1上依次生長的非故意摻雜氮化鎵層2上依次生長的η型氮化鎵層3、量子阱層4和ρ型GaN層5 (參閱圖2)。其中，外延結(jié)構(gòu)10厚度不可過薄，否則影響材料質(zhì)量；步驟2 :在ρ型GaN層5上沉積PS球?qū)?0 (參閱圖3)，所述的PS球20的直徑為100-600nm，間距為100_300nm。在拉膜的過程中，速度直接影響膜質(zhì)量的好壞，為得到均勻的膜，并且使PS直接能夠保持一定的距離間隔，需要控制好拉膜速度；步驟3 :在PS球?qū)?0之間縫隙中沉積Si02層30 (參閱圖4)，形成帶有掩膜的LED芯片。其中所述的Si02層30應(yīng)該足夠厚，能有效轉(zhuǎn)移金屬層40 ；步驟4 :高溫下灼燒基片，使PS球?qū)?0揮發(fā)，在PS球?qū)?0的位置得到規(guī)整的納米級孔21。煅燒去除PS球，得到ニ維規(guī)整納米級孔，之后用丙酮和こ醇清洗以去除表面殘留的有機(jī)物和雜質(zhì)；步驟5 :在規(guī)整的納米級孔21和Si02層30上沉積金屬層40金屬層40為ー層Ni、Pt、Au、Ag和A1中的一種或者它們所組成的金屬體系。沉積金屬層時采用電子束蒸發(fā)的方法，注意對金屬層厚度的控制，以便后續(xù)步驟中有利于對Si02層30的腐蝕；步驟6 :采用稀HF酸溶液腐蝕掉Si02層30和Si02層30上面的金屬層40 ；步驟7 :利用光電化學(xué)腐蝕方法，在ρ型GaN層5向下腐蝕，腐蝕深度到達(dá)η型氮化鎵層3內(nèi)，形成納米級GaN柱陣列11 (參閱圖5)，所述的光電化學(xué)腐蝕方法的溶液為KOH溶液或Η3Ρ04溶液，溶液濃度為0. lmol/L-10mol/L,溶液溫度為25°C -100°C，溶液類型的選擇決定了腐蝕的機(jī)理，腐蝕的溫度和腐蝕的時間影響腐蝕的縱向速度和橫向速度，由此決定了納米柱的形貌、直徑等；步驟8 :采用濕法腐蝕去掉金屬層40，在納米級GaN柱陣列11之間填充絕緣物12，去除納米級GaN柱陣列11之間的部分填充絕緣物12,使納米級GaN柱陣列11中的ρ型GaN層5露出，形成納米級柱LED芯片，所述的絕緣物12包括光刻膠、硅膠或PMMA，去除絕緣物12的方法為等離子體轟擊、曝光或濕法腐蝕；步驟9 :在芯片的表面蒸鍍透明導(dǎo)電層，所述的透明導(dǎo)電層包括ΙΤΟ、ZnO或石墨烯，起到電流擴(kuò)展和透光作用；步驟10 :通過光刻和ICP刻蝕エ藝，在納米級GaN柱陣列11的ー側(cè)制作N電極臺面，在N電極臺面制作N金屬電極，在納米級GaN柱陣列11的上面制作P金屬電極，所述的N金屬電極和P金屬電極的材料為Ni、Pt、Au、Ag或Al，或及其組合；步驟11 :劃片裂片封裝，完成制備。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)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(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二級管的方法，包括 步驟I :選擇一外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)包括在藍(lán)寶石襯底上依次生長的非故意摻雜氮化鎵層上依次生長的η型氮化鎵層、量子阱層和P型GaN層； 步驟2 :在P型GaN層上沉積PS球?qū)樱? 步驟3 :在PS球?qū)又g縫隙中沉積SiO2層，形成帶有掩膜的LED芯片； 步驟4 :高溫下灼燒帶有掩膜的LED芯片，使PS球?qū)犹蓟瘬]發(fā)，在PS球?qū)拥奈恢玫玫揭?guī)整的納米級孔； 步驟5 :在規(guī)整的納米級孔和SiO2層上沉積金屬層； 步驟6 :采用稀HF酸溶液腐蝕掉SiO2層和SiO2層上面的金屬層； 步驟7 :利用光電化學(xué)腐蝕方法，在P型GaN層向下腐蝕，腐蝕深度到達(dá)η型氮化鎵層內(nèi)，形成納米級GaN柱陣列； 步驟8 :采用濕法腐蝕去掉金屬層，在納米級GaN柱陣列之間填充絕緣物，去除納米級GaN柱陣列之間的部分填充絕緣物，使納米級GaN柱陣列中的P型GaN層露出，形成納米級柱LED芯片； 步驟9 :在納米級柱LED芯片的表面蒸鍍透明導(dǎo)電層； 步驟10 :通過光刻和ICP刻蝕工藝，在納米級GaN柱陣列的一側(cè)制作N電極臺面，在N電極臺面制作N金屬電極，在納米級GaN柱陣列的上面制作P金屬電極； 步驟11 :劃片裂片封裝，完成制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二級管的方法，其中所述的PS球的直徑為100-600nm，間距為100_300nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二級管的方法，其中所述的金屬層的材料為Ni、Pt、Au、Ag或Al,或及其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二級管的方法，其中所述的光電化學(xué)腐蝕方法的溶液為KOH溶液或H3P04溶液，溶液濃度為O. Imol/L-1OmoI/L，溶液溫度為 25°C _100°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二級管的方法，其中所述的絕緣物包括光刻膠、硅膠或PMMA ;去除絕緣物的方法為等離子體轟擊、曝光或濕法腐蝕。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二級管的方法，其中所述的透明導(dǎo)電層包括Ι 、ZnO或石墨烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二級管的方法，其中所述的N金屬電極和P金屬電極的材料為Ni、Pt、Au、Ag或Al,或及其組合。
全文摘要
一種制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二級管的方法，包括在藍(lán)寶石襯底上依次生長的非故意摻雜氮化鎵層上依次生長的n型氮化鎵層、量子阱層和p型GaN層；在p型GaN層上沉積PS球?qū)?；沉積SiO2層；高溫下灼燒，在PS球?qū)拥奈恢玫玫揭?guī)整的納米級孔；沉積金屬層；腐蝕掉SiO2層和金屬層；在p型GaN層向下腐蝕，形成納米級GaN柱陣列；在納米級GaN柱陣列之間填充絕緣物，去除納米級GaN柱陣列之間的部分填充絕緣物，使納米級GaN柱陣列中的p型GaN層露出，形成納米級柱LED芯片；在芯片的表面蒸鍍透明導(dǎo)電層；在納米級GaN柱陣列的一側(cè)制作N電極臺面，在N電極臺面制作N金屬電極，在納米級GaN柱陣列的上面制作P金屬電極；劃片裂片封裝，完成制備。
文檔編號H01L33/00GK102956774SQ201210436128
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者程滟, 汪煉成, 劉志強(qiáng), 伊?xí)匝? 王國宏 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所