CN102790153B - 具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法 - Google Patents

具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102790153B
CN102790153B CN201210281654.7A CN201210281654A CN102790153B CN 102790153 B CN102790153 B CN 102790153B CN 201210281654 A CN201210281654 A CN 201210281654A CN 102790153 B CN102790153 B CN 102790153B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gan
layer
bowl
cesium chloride
etching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210281654.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102790153A (zh
Inventor
李璟
李鸿渐
张溢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
YANGZHOU ZHONGKE SEMICONDUCTOR LIGHTING CO Ltd
Original Assignee
YANGZHOU ZHONGKE SEMICONDUCTOR LIGHTING CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by YANGZHOU ZHONGKE SEMICONDUCTOR LIGHTING CO Ltd filed Critical YANGZHOU ZHONGKE SEMICONDUCTOR LIGHTING CO Ltd
Priority to CN201210281654.7A priority Critical patent/CN102790153B/zh
Publication of CN102790153A publication Critical patent/CN102790153A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102790153B publication Critical patent/CN102790153B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，涉及光电器件生产技术领域。先在GaN外延片的P-GaN层的表面蒸镀刻蚀用掩膜氯化铯薄膜层；向蒸发台腔室中充入水汽，形成多个氯化铯纳米岛，再在具有氯化铯纳米岛上沉积二氧化硅层；将外延片放入去离子水中浸泡或超声处理，形成二氧化硅纳米碗层，再将二氧化硅纳米碗层作为刻蚀掩膜，刻蚀结束后，将GaN外延片上的残留二氧化硅纳米碗层去除干净；将GaN外延片的一侧的进行ICP刻蚀，形成台面，在GaN外延片的上表面蒸镀ITO薄膜，等。经表面粗化后的GaN-LED比常规GaN-LED的光功率提高了35%以上。

Description

具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法
技术领域
本发明涉及光电器件生产技术领域。
背景技术
GaN材料的折射率（n=2.5）与空气（n=1）相差较大，导致空气与GaN界面发生全反射的临界角分别只有23.6°，有源区产生的光只有少数逃逸到材料体外。这就要求从芯片结构方面进行设计，减少全反射，增大逃逸光锥的临界角，以提高LED芯片的光提取效率。
目前国内外常采用的主要技术是对P-GaN表面进行粗化，增大P-GaN表面积并提高出光几率。但P-GaN粗化掩膜制作和去除存在较多问题，对光的提取作用有限。
发明内容
本发明目的在于提出一种可增大逃逸光锥的临界角，以提高LED芯片的光提取效率的具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法。
本发明技术方案包括以下步骤：
1）采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）的方法，在半导体衬底上依次生长低温GaN缓冲层、不掺杂GaN层、N-GaN层、多量子阱发光层和P-GaN层，形成GaN外延片，其中所述半导体衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或金属；
2）在进行ICP刻蚀前，于GaN外延片的P-GaN层的表面蒸镀厚度为100～800nm的刻蚀用掩膜氯化铯薄膜层；
3）向蒸发台腔室中充入水汽，使P-GaN层表面的氯化铯吸收水分逐渐长大形成多个氯化铯纳米岛，各氯化铯纳米岛与相邻的氯化铯纳米岛之间的间隙的占空比为1：1；
4）在具有氯化铯纳米岛的P-GaN层表面采用PECVD法淀积厚度为0.5～1um的二氧化硅层；
5）将覆盖有氯化铯纳米岛和二氧化硅层的外延片放入去离子水中浸泡或超声处理，将氯化铯纳米岛去除，形成二氧化硅纳米碗层，所述二氧化硅纳米碗层为由相连的多个背面分别朝向P-GaN层的碗形二氧化硅纳米材料组成；
6）将二氧化硅纳米碗层作为刻蚀掩膜，对GaN外延片进行ICP刻蚀；刻蚀时同时使用Cl2、BCl3和Ar2三种气体作为刻蚀气体，其中Cl2流量为30～100sccm，BCl3流量为5～20sccm，Ar2流量为5～25sccm；刻蚀功率为300～700W；射频功率为50～200W；刻蚀时间为3～15min；刻蚀结束后，采用BOE溶液将GaN外延片上的残留二氧化硅纳米碗层去除干净；
7）将GaN外延片的一侧进行ICP刻蚀，去除一侧的P-GaN、量子阱以及部分N-GaN层，形成台面；
8）在GaN外延片的上表面使用电子束蒸发的方法蒸镀ITO薄膜；
9）在P-GaN层、ITO层和N-GaN层上选用负型光刻胶L-300光刻P、N电极，采用电子束蒸发法依次蒸镀金属Cr层、金属Pt层和金属Au层，剥离后形成P电极和N电极；
10）将半导体衬底减薄后，划裂成单独芯片。
采用本发明形成P-GaN表面粗糙度为10～100nm，由此形成纳米碗状表面粗化的GaN外延片，能够增大出射光面积，增加光的出射几率，减少全反射的发生。且，通过步骤6）的刻蚀功率、气体流量和刻蚀时间可使对P-GaN层进行表面粗化时，所刻蚀的深度小于P-GaN厚度的2/3。
本发明具有工艺简单，成本低，粗化效果好，光提取效率高。经表面粗化后的GaN-LED比常规GaN-LED的光功率提高了35%以上。
另，本发明所述掩膜氯化铯薄膜层蒸镀时间为5～40min。
所述各个氯化铯纳米岛的直径分别为100～900nm。
所述BOE溶液由HF和NH4F混合形成的混合溶液，所述HF和NH4F投料的体积比为1:7。
附图说明
图1为本发明具体实施方式步骤3的制品的结构示意图。
图2为本发明具体实施方式步骤4的制品的结构示意图。
图3为本发明具体实施方式步骤5的制品的结构示意图。
图4为本发明具体实施方式步骤6的制品的结构示意图。
图5为本发明具体实施方式步骤9的制品的结构示意图。
图6为本发明产品与普通工艺产品的光功率与电流关系测试图。
具体实施方式
一、制备具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片：
步骤1：采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）的方法，在半导体衬底1上依次生长1μm低温GaN缓冲层2、2μm不掺杂GaN层3、3μmN-GaN层4、200nm多量子阱发光层5和700nmP-GaN层6，形成GaN外延片，其中所述半导体衬底1为蓝宝石、硅、碳化硅或金属。
步骤2：将GaN外延片放入蒸发台，在P-GaN层6的表面蒸镀刻蚀用掩膜氯化铯，时间5-40min，薄膜厚度100-800nm；
步骤3：蒸镀结束后，向蒸发台腔室中充入水汽5～20min，使P-GaN层6表面的氯化铯吸收水分逐渐长大形成氯化铯纳米岛10，该纳米岛的直径为100～900nm，占空比1：1，如图1所示。
步骤4：在具有氯化铯纳米岛10的P-GaN层6表面采用PECVD（等离子增强型化学气象淀积）法淀积0.5～1um二氧化硅11，如图2所示。
步骤5：将覆盖有氯化铯纳米岛10和二氧化硅11的外延片放入去离子水中浸泡或超声5～15min，将氯化铯纳米岛10去除，留下二氧化硅纳米碗层11，如图3所示，二氧化硅纳米碗层11为由相连的多个背面分别朝向P-GaN层的碗形二氧化硅纳米材料组成。
步骤6：将二氧化硅纳米碗层11作为刻蚀掩膜，对GaN外延片进行ICP（感应耦合等离子体）刻蚀，使用Cl2、BCl3和Ar2三种气体同时作为刻蚀气体，其中Cl2流量为30～100sccm，BCl3流量为5～20sccm，Ar2流量为5～25sccm；刻蚀功率为300-700W；射频功率为50～200W；刻蚀时间为3～15min。
刻蚀结束后将GaN外延片上的残留二氧化硅纳米碗层11用BOE（HF:NH4F体积比为1:7）去除干净。
P-GaN表面粗糙度为10～100nm，由此形成纳米碗状表面粗化的GaN外延片，能够增大出射光面积，增加光的出射几率，减少全反射的发生。对P-GaN层进行表面粗化时，所刻蚀的深度小于P-GaN厚度的2/3。如图4所示。
步骤7：再将GaN外延片进行光刻图形制备，选用AZ4620光刻胶作为掩膜，对GaN外延片的一侧进行ICP刻蚀，去除一侧的P-GaN、量子阱以及部分N-GaN, 形成台面41，该台面41的刻蚀深度1000nm~1600nm。
步骤8：将HCl和HNO3法以体积比为3：1的比例混和，形成小王水。
在GaN外延片的上表面使用电子束蒸发的方法蒸镀ITO薄膜 7，厚度2400Å。选用AZ6130光刻胶和小王水光刻腐蚀出ITO图形，去除P-GaN 6上的部分ITO薄膜和台面41上的ITO薄膜，在P型台面上形成ITO透明电极。ITO透明电极与P-GaN可以形成良好的欧姆接触，可以降低接触电压，从而降低器件的工作电压。
步骤9：在P-GaN层6、ITO层7和N-GaN层41上选用负型光刻胶L-300光刻P、N电极，采用电子束蒸发法蒸镀厚度分别为200 Å 、600 Å 和15000Å的金属Cr、Pt和Au层，剥离后形成P电极8和N电极9。如图5所示。
步骤10：将蓝宝石衬底减薄至150um，划裂成单独芯片。
二、对比效果测试：
将本发明制成的LED芯片进行器件的P-I特性（光功率－电流）测试，并与现有普通产品对比。
由图6可见：经表面粗化后的GaN-LED比常规GaN-LED在工作电流为350mA时光功率提高了35%。

Claims (4)

1.具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，包括采用金属有机化学气相沉积的方法，在半导体衬底上依次生长低温GaN缓冲层、不掺杂GaN层、N-GaN层、多量子阱发光层和P-GaN层，形成GaN外延片，其中所述半导体衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或金属；
还包括将GaN外延片的一侧进行ICP刻蚀，去除一侧的P-GaN、量子阱以及部分N-GaN层，形成台面；
在GaN外延片的上表面使用电子束蒸发的方法蒸镀ITO薄膜；
在P-GaN层、ITO层和N-GaN层上选用负型光刻胶L-300光刻P、N电极，采用电子束蒸发法依次蒸镀金属Cr层、金属Pt层和金属Au层，剥离后形成P电极和N电极；
将半导体衬底减薄后，划裂成单独芯片；
其特征在于还包括以下步骤：
1）在对GaN外延片的一侧进行ICP刻蚀前，于GaN外延片的P-GaN层的表面蒸镀厚度为100～800nm的刻蚀用掩膜氯化铯薄膜层；
2）向蒸发台腔室中充入水汽，使P-GaN层表面的氯化铯吸收水分逐渐长大形成多个氯化铯纳米岛，各氯化铯纳米岛与相邻的氯化铯纳米岛之间的间隙的占空比为1：1；
3）在具有氯化铯纳米岛的P-GaN层表面采用PECVD法淀积厚度为0.5～1um的二氧化硅层；
4）将覆盖有氯化铯纳米岛和二氧化硅层的外延片放入去离子水中浸泡或超声处理，将氯化铯纳米岛去除，形成二氧化硅纳米碗层，所述二氧化硅纳米碗层为由相连的多个背面分别朝向P-GaN层的碗形二氧化硅纳米材料组成；
5）将二氧化硅纳米碗层作为刻蚀掩膜，对GaN外延片进行ICP刻蚀，形成P-GaN层纳米碗状表面粗化形貌；刻蚀时同时使用Cl2、BCl3和Ar2三种气体作为刻蚀气体，其中Cl2流量为30～100sccm，BCl3流量为5～20sccm，Ar2流量为5～25sccm；刻蚀功率为300～700W；射频功率为50～200W；刻蚀时间为3～15min；刻蚀结束后，采用BOE溶液将GaN外延片上的残留二氧化硅纳米碗层去除干净；
然后进行ICP刻蚀。
2.根据权利要求1所述具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于所述掩膜氯化铯薄膜层蒸镀时间为5～40min。
3.根据权利要求1所述具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于所述各个氯化铯纳米岛的直径分别为100～900nm。
4.根据权利要求1所述具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于所述BOE溶液由HF和NH4F混合形成的混合溶液，所述HF和NH4F投料的体积比为1:7。
CN201210281654.7A 2012-08-09 2012-08-09 具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法 Active CN102790153B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210281654.7A CN102790153B (zh) 2012-08-09 2012-08-09 具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210281654.7A CN102790153B (zh) 2012-08-09 2012-08-09 具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102790153A CN102790153A (zh) 2012-11-21
CN102790153B true CN102790153B (zh) 2015-03-25

Family

ID=47155503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210281654.7A Active CN102790153B (zh) 2012-08-09 2012-08-09 具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102790153B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109994576B (zh) * 2018-01-02 2020-07-31 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种GaAs基LED管芯制作方法
CN110098298B (zh) * 2018-01-29 2020-05-08 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种GaN基LED晶片金属电极图形制作方法
CN113036011B (zh) * 2021-03-03 2022-09-02 厦门乾照光电股份有限公司 一种用于led芯片表面的粗化方法及具粗化表面的led芯片

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101226977A (zh) * 2007-12-18 2008-07-23 西安电子科技大学 GaN基发光二极管表面粗化的处理方法
CN101494272A (zh) * 2009-02-27 2009-07-29 上海蓝光科技有限公司 能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法
CN102157640A (zh) * 2011-03-17 2011-08-17 中国科学院半导体研究所 具有p-GaN层表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101226977A (zh) * 2007-12-18 2008-07-23 西安电子科技大学 GaN基发光二极管表面粗化的处理方法
CN101494272A (zh) * 2009-02-27 2009-07-29 上海蓝光科技有限公司 能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法
CN102157640A (zh) * 2011-03-17 2011-08-17 中国科学院半导体研究所 具有p-GaN层表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102790153A (zh) 2012-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102790154B (zh) 具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法
CN102157640B (zh) 具有p-GaN层表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法
CN101702419B (zh) 一种GaN基LED芯片结构中p-GaN层或ITO层的表面粗化方法
CN102709426A (zh) 一种表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法
CN101834251B (zh) 一种发光二极管芯片的制造方法
CN102832302A (zh) 一种GaN基LED中N电极的制作方法
CN103117338A (zh) 低损伤GaN基LED芯片的制作方法
CN102254969A (zh) 基于纳米柱阵列的光电器件及其制作方法
CN102709422A (zh) 半导体发光器件及其制备方法
CN110364602A (zh) 发光二极管的芯片及其制备方法
CN102790153B (zh) 具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法
CN102263173A (zh) 发光二极管及其制造方法
CN104332532A (zh) 一种高光效发光二极管的制作方法
CN101471412A (zh) 制作高亮度led芯片的方法
CN101807648B (zh) 引入式粗化氮极性面氮化镓基发光二极管及其制作方法
CN107123705B (zh) 一种发光二极管的制备方法
CN110690327B (zh) 一种高亮度紫光led芯片的制备方法及led芯片
CN102487113B (zh) 提高发光效率的GaN基LED外延片及其制备与应用
Huang et al. GaN-based light-emitting diodes with hybrid micro/nano-textured indium-tin-oxide layer
CN102790158B (zh) 具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法
CN104851946A (zh) 一种高提取外量子效率的led芯片制造方法
CN215342638U (zh) Led芯片结构及显示模组
CN111180561B (zh) AlGaInP基发光二极管芯片及其制作方法
CN210379096U (zh) 一种高亮度紫光led芯片
CN115911191A (zh) 一种提升led芯片侧面出光效率的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant