[發明專利]一種在GaP表面制備錐狀結構的方法

有效

• 申請號: 201310093588.5
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103199161A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 楊海方;劉哲;顧長志;尹紅星;夏曉翔
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/22
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明涉及三維微納結構的制備及應用領域，特別涉及一種基于光刻膠圖形制備、金屬鍍膜、剝離和刻蝕工藝在磷化鎵(GaP)表面制備錐狀結構的方法，并用于鋁鎵銦磷(AlGaInP)基紅光LED光提取效率的增強。

背景技術

發光二極管(LED)在多個領域得到了越來越多的應用。同時，提高LED的發光效率也是大家一直關注的熱點課題，LED的發光效率主要分為內量子效率和外量子效率，外量子效率為內量子效率和光提取效率的乘積，因此，提高LED發光效率的兩個基本途徑是提高其內量子效率和光提取效率。由于工藝上的進步和結構上的優化，內量子效率已達到了非常高的水平，從內量子效率方面入手提高LED發光效率空間非常有限。因此，提高光提取率成為提高LED發光效率的主要途徑。由于LED內部半導體材料的折射率與空氣的折射率相差較大，因此，當入射角大于臨界角的時候，入射光會因在界面處發生全發射被反射回LED內部，無法輻射出來，從而導致LED的光提取效率較低，其光提取效率與半導體材料折射率的關系可簡單的寫為：η_extrct＝1/4n²，n為折射率，對于AlGaInP基紅光LED，GaP的折射率高達3.4，全反射臨界角約為17°，因此AlGaInP基紅光LED的光提取效率非常的低，這大大限制了AlGaInP基紅光LED在各方面的應用。

近年來，用于提高LED光提取效率的研究工作已有很多進展。其中主要包括LED芯片表面粗化、LED芯片塑形、光子晶體、梯度折射率增透薄膜等方面的研究。從應用范圍來看，表面粗化能夠有效提高LED的光提取效率，因此廣泛應用于商用高能LED中。目前，GaP的粗化方法多為濕法腐蝕，但由于濕法腐蝕的各向同性，很容易產生鉆蝕和過蝕，導致粗化的尺寸和深度受限，一般深度不超過100nm，而且濕法粗化的結構很難控制。

發明內容

解決的技術問題：解決以往濕法加工方法無法有效控制錐狀結構的形狀、尺寸、周期及無法實現高深寬比錐狀結構的缺陷，本發明的目的在于提供一種用于AlGaInP基紅光LED光提取效率增強的GaP錐狀結構的制備方法。

技術方案：為達到上述目的，本發明提供一種在GaP表面制備錐狀結構的方法，所述錐狀結構的制備步驟如下：

步驟S1：在樣品表面上涂覆光刻膠，利用微、納圖形制備技術在光刻膠上制備孔狀光刻膠陣列圖形，得到具有光刻膠圖形的樣品；

步驟S2：將具有光刻膠圖形的樣品放入金屬鍍膜設備中，生長金屬層做為刻蝕掩模，得到具有金屬層的樣品；

步驟S3：將具有金屬層的樣品，放入去膠溶液中進行溶脫處理，得到含有金屬柱狀陣列的樣品；

步驟S4：利用干法刻蝕設備對含有金屬柱狀陣列的樣品進行刻蝕，控制刻蝕參數，在GaP表面得到具有錐狀結構的樣品；

步驟S5：將具有錐狀結構的樣品放入金屬腐蝕液中去除殘留的金屬層，從而在GaP表面得到錐狀結構。

其中，所述微、納米圖形制備技術是紫外曝光、電子束曝光、激光干涉曝光、激光直寫、納米壓印這些能制備孔狀光刻膠陣列結構技術中的一種。

其中，為了增加錐狀結構的深寬比，在GaP表面先生長一層犧牲掩模，將金屬圖形通過刻蝕轉移到犧牲掩模上，再進行GaP的刻蝕，最終通過濕法腐蝕去除犧牲掩模層，所述犧牲掩模為氮化硅犧牲掩模、氧化硅犧牲掩模。

其中，所述的金屬鍍膜設備是熱蒸發設備、電子束蒸發蒸發、濺射設備中的一種。

其中，所述金屬層是具有抗刻蝕能力，又能夠通過濕法腐蝕工藝去除的鉻、鋁、金、鈦、鎳中的一種。

其中，所述去膠溶液包括丙酮及去膠液。

其中，所述干法刻蝕設備為感應耦合等離子體刻蝕設備。

其中，對于利用所述金屬腐蝕液去除殘留金屬層的過程，若刻蝕沒有將金屬掩膜完全去掉，需要濕法腐蝕去掉金屬掩膜；若過度刻蝕已經將金屬掩膜去掉，則不需要濕法腐蝕過程。

其中，所述金屬腐蝕液是硝酸鈰銨溶液、NaOH溶液、碘化鉀/碘、氫氟酸溶液中的一種。

本發明的有益效果：為了解決現有技術GaP的粗化方法多為濕法腐蝕，但由于濕法腐蝕的各向同性，很容易產生鉆蝕和過蝕，導致粗化的尺寸和深度受限，一般深度不超過100nm，而且濕法粗化的結構很難控制問題，本發明提供了利用微納加工技術制備周期性掩膜，然后控制干法刻蝕條件，實現周期性、高深度的GaP錐狀結構的制備。