[發(fā)明專利]一種金屬納米顆粒輔助實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管表面粗化的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110053215.6
• 申請(qǐng)日: 2011-03-07
• 公開（公告）號(hào): CN102169930A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王瑞軍;劉鐸;左致遠(yuǎn);于謙;徐現(xiàn)剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L33/20;C23C18/42
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種金屬納米顆粒輔助實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管表面粗化的方法，屬于半導(dǎo)體光電材料及器件制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在過去的二十年的時(shí)間里，發(fā)光二極管(LED)技術(shù)得到顯著的發(fā)展，尤其是氮化鎵基材料的LED技術(shù)突飛猛進(jìn)。使得LED大規(guī)律地商業(yè)化應(yīng)用在顯示技術(shù)，照明技術(shù)等領(lǐng)域。隨著LED效率的提高，利用白光LED取代熒光燈泡在不遠(yuǎn)的未來將成為現(xiàn)實(shí)。

提高LED效率主要包括兩個(gè)途徑：一種是提高內(nèi)量子效率，一種是提高提取效率來進(jìn)一步提高外量子效率。內(nèi)量子效率主要由構(gòu)成器件的材料的薄膜質(zhì)量和有源層結(jié)構(gòu)所決定，隨著外延生長(zhǎng)技術(shù)的進(jìn)步，使得LED的外延片內(nèi)量子效率得到顯著的提高，氮化鎵藍(lán)光外延片的內(nèi)量子效率已經(jīng)達(dá)到80％以上。由于化合物半導(dǎo)體材料的折射率都很高，以氮化鎵材料為例，在460nm波長(zhǎng)時(shí)折射率為2.5，使得只有折射角小于23°的光線從芯片中出射到管芯外部，這只占到總能量的4％。為了提高發(fā)光二極管的提取效率，世界上相關(guān)的科研組和公司做了大量的相關(guān)的研究，主要包括表面粗化技術(shù)、光子晶體技術(shù)和芯片形狀的獨(dú)特設(shè)計(jì)。

粗化LED的頂層結(jié)構(gòu)是增大提取效率的一種有效方法，粗化以后的表面能顯著降低由于內(nèi)部導(dǎo)波模式的產(chǎn)生所造成的損耗，將光線散射出LED，增大提取效率。加州大學(xué)圣芭芭拉分校的Shuji.Nakaruma組2004年在APP.PHYS.LETT上報(bào)道，他們課題組采用紫外光輔助的腐蝕法，使垂直結(jié)構(gòu)的LED出光強(qiáng)度增加為原來的2.3倍。目前通常采用的粗化技術(shù)主要包括干法刻蝕和濕法刻蝕。干法刻蝕對(duì)半導(dǎo)體薄膜損傷較大，對(duì)器件電學(xué)性質(zhì)影響較大，尤其對(duì)于傳統(tǒng)的氮化鎵基LED管芯結(jié)構(gòu)，頂部的P-GaN層只有200nm厚，干法刻蝕很容易造成損傷。

濕法刻蝕主要采用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿在高溫下腐蝕和電化學(xué)刻蝕，紫外光能顯著地改變電化學(xué)的刻蝕特性。KOH和H₃PO₄在加熱的條件下能對(duì)氮化鎵材料進(jìn)行選擇性刻蝕，但是這種刻蝕方法是通過在位錯(cuò)處形成腐蝕坑來選擇性刻蝕，腐蝕坑的密度對(duì)溫度具有顯著的依賴特性。S.I.Na在2006年在IEEE?Photonics?Technol?Lett報(bào)道利用乙二醇中5M?KOH溶液在165℃下選擇性腐蝕P-GaN，在表面刻蝕出1×10⁷/cm²左右的腐蝕坑，增加表面粗糙度，使得出光功率增加了33％。但是這種技術(shù)溫度控制性較差，而且與位錯(cuò)密度顯著關(guān)聯(lián)，隨著材料質(zhì)量的顯著提高，刻蝕坑密度顯著降低，不利于提取效率的提高。電化學(xué)刻蝕采用外加電源注入空穴的方式，需要制作電極等結(jié)構(gòu)，設(shè)備與工藝相對(duì)比較復(fù)雜，嚴(yán)重制約了這種技術(shù)的應(yīng)用。

目前階段通過外延生長(zhǎng)時(shí)進(jìn)行工藝控制和后續(xù)的刻蝕工藝的刻蝕，形成了一些發(fā)光二極管粗化相關(guān)的專利技術(shù)，如專利號(hào)：200710199280，名稱：GaN基發(fā)光二極管表面粗化的處理方法，本發(fā)明公開了一種GaN基發(fā)光二極管表面粗化的處理方法，該方法的實(shí)現(xiàn)過程為：(1)在600℃～750℃的低溫條件下，生長(zhǎng)GaN基發(fā)光二極管外延片中的p型GaN帽層，使該帽層的位錯(cuò)沿垂直于外延表面的方向傳播，不發(fā)生彎曲，從而使該帽層的位錯(cuò)密度增大而不影響器件的光電特性；(2)在設(shè)定的腐蝕溫度和時(shí)間下用熔融的KOH腐蝕發(fā)光二極管外延片，p型GaN層內(nèi)高密度的垂直于外延表面的位錯(cuò)被選擇性腐蝕，在器件表面形成密集的形狀規(guī)則的腐蝕坑。這種方法對(duì)材料外延生長(zhǎng)的依賴性很高，而且刻蝕坑的密度直接依賴于位錯(cuò)密度，如果外延生長(zhǎng)控制較好，刻蝕坑密度將大大降低。

專利號(hào)：200910046834，名稱：能使LED的P-GaN層表面粗化的制作方法，本發(fā)明公開了一種能使LED的P-GaN層表面粗化的制作方法，其特征在于包括步驟：1)在半導(dǎo)體襯底上依次生長(zhǎng)出N-GaN層、量子阱層、P-GaN層、及非摻雜的粗化GaN層；2)采用ICP或離子干法刻蝕所述非摻雜的粗化GaN層以使所述非摻雜的粗化GaN層的粗化表面形狀轉(zhuǎn)移至所述P-GaN層，從而使所述P-GaN層表面粗化。本方法使用干法刻蝕頂層氮化鎵，由于該層P-GaN很薄，只有120nm-400nm，干法刻蝕對(duì)器件影響較大，可能導(dǎo)致漏電流的大大增大，使得器件的良率大大降低。