[發(fā)明專利]具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法

有效

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• 申請日: 2012-08-09
• 公開（公告）號: CN102790154A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設計）人: 李璟;王國宏;詹騰
• 申請（專利權）人: 揚州中科半導體照明有限公司
• 主分類號: H01L33/22
• 分類號: H01L33/22;H01L33/00
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發(fā)明涉及半導體生產(chǎn)技術領域。

背景技術

在GaN基正裝LED結(jié)構(gòu)中通常采用氧化銦錫（ITO）透明導電薄膜作為P臺面的電流擴展層，ITO的折射率約為2，ITO界面與空氣發(fā)生全反射的臨界角為30°，有源區(qū)產(chǎn)生的光只有少數(shù)逃逸到ITO之外。這就要求從芯片結(jié)構(gòu)方面進行設計，減少全反射，增大逃逸光錐的臨界角。現(xiàn)在業(yè)內(nèi)通常采用ITO表面粗化技術減小出射光的全反射，以提高光的提取效率。但粗化ITO的難度較大，粗化掩膜的制備和去除較難。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有粗化ITO存在的難點和問題，本發(fā)明目的是提出一種具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1）采用金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）的方法，在半導體襯底上依次生長低溫GaN緩沖層、不摻雜GaN層、N-GaN層、多量子阱發(fā)光層和P-GaN層，形成GaN外延片；所述半導體襯底為藍寶石、硅、碳化硅或金屬；

2）在GaN外延片的P-GaN層表面制備厚度為500~9000?的?ITO薄膜層；

3）對ITO薄膜層表面進行表面粗化加工；

4）采用AZ4620光刻膠作為掩膜，對GaN外延片的一側(cè)進行ICP（感應耦合等離子體）刻蝕，去除一側(cè)的P-GaN、量子阱以及部分N-GaN,?形成深度為1000nm~2000nm的臺面；

5）選用AZ6130光刻膠和小王水光刻腐蝕出ITO圖形，去除P-GaN?層上的部分ITO薄膜層和臺面上的ITO薄膜層，在P型臺面上形成ITO透明電極；

6）在P-GaN層、ITO層和N-GaN層上選用負型光刻膠L-300光刻P、N電極，采用電子束蒸發(fā)法依次蒸鍍金屬Cr、Pt和Au，剝離后形成P電極和N電極；

7）將半導體襯底減薄，然后劃裂成單獨芯片。

本發(fā)明的特點是：在對ITO薄膜層表面進行表面粗化加工時，制作出納米碗狀粗化表面層，所述納米碗狀粗化表面層由相連的多個背面分別連接在P-GaN層上的碗形凹槽組成。

本發(fā)明提供了一種具有ITO納米碗狀表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，納米碗狀粗化表面層中各碗形凹槽的尺寸和深度可控，這種碗狀結(jié)構(gòu)更有利于光提取。

本發(fā)明所述對ITO薄膜層表面進行表面粗化加工方法包括以下步驟：

1）將覆蓋有ITO薄膜層的GaN外延片放入蒸發(fā)臺，在ITO薄膜層表面蒸鍍厚度為100～800nm的氯化銫薄膜層；

2）向蒸發(fā)臺腔室中充入水汽，使ITO薄膜層表面的氯化銫吸收水分長大形成氯化銫納米島，各所述氯化銫納米島的直徑為100～900nm，相鄰的各氯化銫納米島的占空比為1︰1；

3）在覆蓋有氯化銫納米島的ITO薄膜層表面采用PECVD（等離子增強型化學氣相沉積）法沉積厚度為0.5～1um的二氧化硅薄膜層；

4）將外延片放入去離子水中超聲處理，去除ITO薄膜層表面的氯化銫納米島，在ITO薄膜層表面形成二氧化硅納米碗層，所述二氧化硅納米碗層為由相連的多個背面分別朝向ITO薄膜層表面上的碗形二氧化硅納米材料組成；

5）將二氧化硅納米碗層作為刻蝕掩膜，對ITO薄膜層表面進行ICP（感應耦合等離子體）刻蝕，使納米碗層圖形轉(zhuǎn)移到ITO薄膜層上；

6）在BOE溶液中超聲或浸泡后，將ITO薄膜層表面的二氧化硅去除干凈。

通過以上工藝，可在ITO薄膜層表面形成納米碗狀粗化表面層，粗糙度為50-150nm（5×5?um范圍）。本發(fā)明提出了利用氯化銫和二氧化硅形成納米碗作為掩膜粗化ITO表面，同時由于氯化銫是鹽類，可以直接用去離子水去除干凈，SiO₂可直接由BOE溶液去除。經(jīng)過對ITO表面粗化處理后的GaN基LED的光功率可提高30%以上。

本發(fā)明在對二氧化硅納米碗層進行ICP（感應耦合等離子體）刻蝕時，同時使用Cl₂、BCl₃和Ar₂作為刻蝕氣體，其中Cl₂流量為30～100sccm，?BCl₃流量為5～20sccm，Ar₂流量為5～25sccm；刻蝕功率為300～700W；射頻功率為50～200W；刻蝕時間為3-10?min。

本發(fā)明所述BOE溶液由體積比為1:7的HF和NH₄F組成。

所述小王水由體積比為3：1的HCl和HNO₃組成。