[發明專利]制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結構發光二級管的方法

有效

• 申請號: 201210436128.3
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102956774A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 程滟;汪煉成;劉志強;伊曉燕;王國宏
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20;H01L33/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，特別是指納米級柱形正裝結構氮化鎵發光二級管陣列的制作方法。

背景技術

GaN基發光二級管在室內照明、交通信號燈、電視、手機、液晶顯示背光源、路燈等方面有著非常廣泛的應用，其中，如何替代熒光燈、白熾燈等傳統照明工具成為新一代綠色光源則是其應用中最有發展前景的研究課題。目前，發光二級管的發光效率仍需要進一步提高，它由內量子效率和光提取效率決定。其中，藍光LED的內量子效率已經可以達到70％以上，所以，如何提高光提取效率則尤其關鍵。

影響光提取效率的因素主要是由于半導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，實驗周期短，成本相對較低，是一種簡便易行的方法。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，如何實現粗化的尺寸控制，并且向更加微小級別尺寸發展成為其一大難題。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結構發光二級管的方法，采用PS球作為柱形LED的掩膜，借助其尺寸上的特點，使用金屬作為光遮擋層，同時，采用光電化學腐蝕的方法，利用KOH溶液腐蝕GaN外延層后，去掉金屬，從而實現了納米級的柱形陣列GaN基LED。此種方法實現了濕法腐蝕對于納米柱形陣列LED柱形尺寸的有效控制，從而有效的提高光提取效率。

本發明提供一種制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結構發光二級管的方法，包括：

步驟1：選擇一外延結構，該外延結構包括在藍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；

步驟2：在p型GaN層上沉積PS球層；

步驟3：在PS球層之間縫隙中沉積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球層碳化揮發，在PS球層的位置得到規整的納米級孔；

步驟5：在規整的納米級孔和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：利用光電化學腐蝕方法，在p型GaN層向下腐蝕，腐蝕深度到達n型氮化鎵層內，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。

附圖說明

為使審查員能進一步了解本發明的結構、特征及其目的，以下結合附圖及較佳具體實施例的詳細說明如后，其中：

圖1為本發明的制備流程圖；

圖2為外延結構的示意圖；

圖3為沉積PS球層后繼續沉積SiO₂層后的俯視圖；

圖4為燒掉PS球層沉積一層金屬層后的示意圖；

圖5為采用光電化學腐蝕氮化鎵LED層后得到的LED納米柱陣列結構示意圖。

具體實施方式

本發明的關鍵是采用PS球制作金屬掩膜，保護其下面的外延層結構不被光電化學方法腐蝕，去掉SiO₂層，然后通過濕法腐蝕的方法將外延層結構腐蝕到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LED工藝得到納米柱形陣列的發光二級管。此方法制作的納米陣列的LED，能夠有效改善柱形發光LED的應力，增強內量子效率，同時，由于其結構上的特點，有效提高了光提取效率。

請參閱圖1并結合參閱圖2至圖5所示，本發明提供一種制作納米級柱形陣列氮化鎵基正裝結構發光二級管的方法，包括：

步驟1：選擇一外延結構10，該外延結構10包括在藍寶石襯底1上依次生長的非故意摻雜氮化鎵層2上依次生長的n型氮化鎵層3、量子阱層4和p型GaN層5(參閱圖2)。其中，外延結構10厚度不可過薄，否則影響材料質量；