CN103107251A - 一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管制备方法 - Google Patents

一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103107251A
CN103107251A CN2013100614282A CN201310061428A CN103107251A CN 103107251 A CN103107251 A CN 103107251A CN 2013100614282 A CN2013100614282 A CN 2013100614282A CN 201310061428 A CN201310061428 A CN 201310061428A CN 103107251 A CN103107251 A CN 103107251A
Authority
CN
China
Prior art keywords
masking layer
gallium nitride
solid matter
self assembly
hexagonal pyramid
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.)
Pending
Application number
CN2013100614282A
Other languages
English (en)
Inventor
杜成孝
魏同波
吴奎
王军喜
李晋闽
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.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
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 Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN2013100614282A priority Critical patent/CN103107251A/zh
Publication of CN103107251A publication Critical patent/CN103107251A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

本发明公开了一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管制备方法，其包括如下步骤：在发光二级管外延片上沉积掩蔽层；在所沉积掩蔽层上旋涂上光刻胶，并在光刻胶上铺单层密排自组装小球；进行曝光，去除所述单层密排自组装小球；进行显影获得带有孔洞图形的光刻胶模板；将所述孔洞图形转移至所述掩蔽层，并去除带有孔洞图形的光刻胶模板，获得带有孔洞图形的掩蔽层模板；在所述带有孔洞图形的掩蔽层模板上生长出六棱锥状p型氮化镓，并去除所述掩蔽层模板，最终获得带有六棱锥状p型氮化镓的发光二级管外延片。上述方法将选区外延和自然光刻技术相结合，在发光二级管p型氮化镓表面制作低损耗光子晶体结构，可以有效的提高发光二级管的出光效率。

Description

一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管制备方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管制备方法。
背景技术
氮化镓(GaN)基发光二级管(LED)，因为其高的光效、低的功耗以及无污染等的优良特性，已经被广泛研究被已进入大规模商业生长。传统的LED外延片表面平整，因为GaN本身折射率较高(2.52)，和空气界面的全反射效应严重，导致有源区发出的光线无法从LED中逃逸出来，光提取效率偏低一直是实现高效LED的一个瓶颈。人们也开发了很多用于改善光提取效率的方法，包括图形衬底，p型氮化镓表面粗化，电流扩展层表面粗化以及在LED结构中集成光子晶体(PhC)等等，都取得了明显的效果。尤其是PhC结构，不但对提高LED光提取效率效果显著，而且可以对LED发出的光线进行方向调制。但是，在这些提高光提取效率的方法中，多数借助了电子束曝光或者纳米压印的昂贵、复杂的技术，这大大限制了这些粗化技术在商业LED中的应用。另外，多数表面粗化方法还借助等离子体刻蚀的工艺，这会引入刻蚀缺陷，带来光子的吸收和电学性能的退化。
自然光刻是上世纪90年代初出现的一种利用自然形成的周期的或者非周期的掩蔽层来实现周期或者非周期的微纳级图形转移的技术。相比传统的刻蚀技术，自然光刻技术工艺简单、成本低廉。随着近些年化学领域自组装技术的快速发展和进步，利用自组装纳米球做光刻转移(NSL)的文章和专利纷纷出现，不仅在图形转移质量上有很大的改善，而且在图形转移的创新应用上取得很多可喜的成果。利用NSL技术可以实现亚微米甚至纳米级图形转移，也可以实现三维图形的制作和转移。
将自然光刻技术应用于在LED中制作PhC以提高LED出光效率，是几年来的一个研究热点。科研人员在LED的p-GaN层或者电流扩展层上通过自上而下的方式制作PhC，都对LED光提取效率有明显改善。但是自上而下的制作方案涉及到等离子体刻蚀等工艺，会对LED带来损伤。值得注意的是，自下而上的选区外延(SAG)方法(通过人为制作掩蔽图形以达到在晶圆选定位置上外延所需材料的方法)制作出来的微纳结构，表面光滑而没有刻蚀损伤，缺陷较少甚至无缺陷，是制作低损耗的PhC的有效方法之一。
总之，寻求一种低成本、大面积且无刻蚀损伤的制作PhC来提高LED的出光效率的方法，显得很有应用价值。
发明内容
本发明就是针对上述问题而作出的，因此本发明的目的在于，将选区外延(SAG)和NSL技术向结合，在LED p-GaN表面制作低损耗PhC结构，可以有效的提高LED的出光效率。
为此，本发明公开了一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管的制备方法，包括：
步骤1：在发光二极管外延片上沉积掩蔽层；
步骤2：所沉积的掩蔽层上涂上光刻胶，并在光刻胶上铺单层密排自组装小球；
步骤3：对所述单层密排自组装小球进行曝光后，去除所述单层密排自组装小球；
步骤4：对去除所述单层密排自组装小球后的所述外延片进行显影获得带有孔洞图形的光刻胶模板；
步骤5：将所述孔洞图形转移至所述掩蔽层，并去除带有孔洞图形的光刻胶模板，获得带有孔洞图形的掩蔽层模板；
步骤6：将所述带有孔洞图形的掩蔽层模板转移至金属有机物气象化学淀积生长室中，生长出六棱锥状p型氮化镓，并去除所述掩蔽层模板，最终获得具有六棱锥状p型氮化镓的发光二级管外延片。
本发明的上述方法将选区外延(SAG)和NSL技术结合在一起，利用化学自组装方法转移图形到掩蔽层，制作的微纳结构可以抑制传统LED在平整p-GaN表面的全反射效应，并且原位生长的微纳结构缺陷少，不影响器件电学性能，可以明显改善LED的出光效率。
附图说明
图1是本发明中制备氮化镓基发光二极管时铺上单层密排自组装小球后的的结构示意图；
图2是本发明中制备氮化镓基发光二极管时形成带有孔洞图形的掩蔽层后的结构示意图；
图3是本发明中制备氮化镓基发光二极管时生长出六棱锥状p型氮化镓后的结构示意图；
图4是本发明中氮化镓基发光二极管制备完成后的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种具有六棱锥状p-GaN的LED制备方法，该方法利用自组装小球转移图形至掩蔽层，通过选区外延方法制作六棱锥状p-GaN以提高LED的出光效率，该方法包括以下步骤：
步骤1：选择一LED外延片10，该外延片10包括衬底11和GaN外延层12；其中衬底可以为蓝宝石(sapphire)衬底材料；
步骤2：在GaN外延层12上沉积二氧化硅(SiO2)掩蔽层20，以备制作SAG所需的掩蔽图形；
步骤3：在SiO2掩蔽层20上旋涂光刻胶30，该光刻胶厚度依据铺的单层密排自组装小球40的尺寸来确定，最好在1微米以内，以保证可以转移亚微米级图形；
步骤4：在光刻胶30上铺单层密排自组装小球40，小球阵列为六方密排结构，小球尺寸在亚微米级水平，以方便与后续做LED器件，也对LED的光提取效率改善明显；其中，单层密排自组装小球40的种类可以是聚苯乙烯(PS)小球，也可以是SiO2小球，或者是其他的具有光汇聚作用的透明的自组装小球；铺的小球的尺寸可以是微米级，也可以是纳米级，根据模拟优化结果以及曝光波长来确定需要铺的小球的尺寸；
步骤5：利用单层密排自组装小球40的光汇聚作用，进行曝光，其中，曝光波长不能比小球直径长，以防衍射效应的发生；图1示出了在所选择的LED外延片10上沉积SiO2薄膜20，并旋涂光刻胶30，铺上单层密排自组装小球后的结构示意图；
步骤6：去除单层密排自组装小球40，先去球后显影可以获得较好的图形，去球过程中要注意保护光刻胶不受损伤；其中，所述单层密排自组装小球可以通过等离子水超声去除，或者蓝膜等具有一定粘附性的胶带粘掉；
步骤7：显影获得带有孔洞图形光刻胶模板，其中，显影液要和步骤3中所使用光刻胶相配套；
步骤8：将图形转移至SiO2掩蔽层20，去除孔洞图形光刻胶层，获得带有孔洞图形的SiO2掩蔽层模板80，将该模板要清洗干净，以保证可以进入金属有机物气象化学淀积(MOCVD)反应室；其中，可以通过感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术实现，也可以通过湿法腐蚀来转移图形；图2示出了获得的带有孔洞图形的SiO2的掩蔽层模板80的结构示意图；
步骤9：将带有孔洞图形的SiO2掩蔽层模板80放入MOCVD反应室里生长p-GaN材料，生长出六棱锥状p-GaN90；生长条件依据SAG的特性以及想要得到的图形形状和大小来确定；
步骤10：将带有六棱锥状p-GaN90的外延片上的带有孔洞图形的SiO2掩蔽层80腐蚀掉，获得带有六棱锥状p-GaN外延片100；其中，可以用氢氟酸或者是缓冲氧化蚀刻剂(BOE)溶液腐蚀掉SiO2掩蔽层80；图3示出了所获得的带有六棱锥状p-GaN外延片100。
实施例1
下面给出本发明所提供的具有六棱锥状p-GaN LED的制备方法的实施例，该方法包括：
步骤1：选择一蓝光LED外延片，该外延结构包括430微米厚的sapphire衬底和4微米左右的LED外延全结构；
步骤2：在LED外延层上用PECVD沉积30纳米SiO2掩蔽层；
步骤3：在SiO2掩蔽层上旋涂光刻胶RP-3120，厚500纳米；
步骤4：在光刻胶上铺单层密排自组装PS小球，小球直径约为900纳米；
步骤5：利用单层密排自组装PS小球的光汇聚作用，进行曝光，光源波长为325纳米；
步骤6：用蓝膜沾掉单层密排自组装PS小球；
步骤7：显影获得带有孔洞图形光刻胶层模板，孔洞直径约400纳米；
步骤8：将图形通过ICP刻蚀转移至SiO2掩蔽层，用去膜剂将带有孔洞图形的光刻胶去除，获得带有孔洞图形的SiO2掩蔽层，孔洞直径约400纳米；
步骤9：将带有孔洞图形的SiO2掩蔽层模板放入MOCVD反应室里生长p-GaN，生长温度为950℃，气压为500Torr，时间为10.5分钟，生长出六棱锥状p-GaN，六棱锥高度约为400nm；
步骤10：将带有六棱锥状p-GaN的外延片上的带有孔洞图形的SiO2掩蔽层用氢氟酸腐蚀掉，获得带有六棱锥状p-GaN外延片。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管的制备方法，包括：
步骤1：在发光二极管外延片上沉积掩蔽层；
步骤2：所沉积的掩蔽层上涂上光刻胶，并在光刻胶上铺单层密排自组装小球；
步骤3：对所述单层密排自组装小球进行曝光后，去除所述单层密排自组装小球；
步骤4：对去除所述单层密排自组装小球后的所述外延片进行显影获得带有孔洞图形的光刻胶模板；
步骤5：将所述孔洞图形转移至所述掩蔽层，并去除带有孔洞图形的光刻胶模板，获得带有孔洞图形的掩蔽层模板；
步骤6：将所述带有孔洞图形的掩蔽层模板转移至金属有机物气象化学淀积生长室中，生长出六棱锥状p型氮化镓，并去除所述掩蔽层模板，最终获得具有六棱锥状p型氮化镓的发光二级管外延片。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述发光二极管外延片包括蓝宝石衬底和氮化镓外延片。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述掩蔽层为二氧化硅掩蔽层或者其他可进入金属有机物气象化学淀积生长室的非晶掩蔽层。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述掩蔽层可以采用等离子体增强化学气象沉积或者原子层沉积等方法来沉积。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中所述单层密排自组装小球为具有光汇聚作用的透明自组装小球。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中去除所述单层密排自组装小球可以利用等离子水超声方法或者利用具有一定粘附性的胶带进行粘附的方法。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中所述光刻胶的厚度和步骤3中所述曝光波长均根据所述单层密排自组装小球的尺寸确定，所述单层密排自组装小球的直径在100纳米至3微米之间。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中所述将孔洞图形转移至掩蔽层可以通过感应耦合等离子体刻蚀或者通过湿法腐蚀方法来实现。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6中所述在金属有机物气象化学淀积生长室生长六棱锥状p型氮化镓，其生长条件依据所需要的六棱锥形状和大小来确定。
CN2013100614282A 2013-02-27 2013-02-27 一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管制备方法 Pending CN103107251A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100614282A CN103107251A (zh) 2013-02-27 2013-02-27 一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100614282A CN103107251A (zh) 2013-02-27 2013-02-27 一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103107251A true CN103107251A (zh) 2013-05-15

Family

ID=48314960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013100614282A Pending CN103107251A (zh) 2013-02-27 2013-02-27 一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103107251A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105720157A (zh) * 2016-02-26 2016-06-29 中国科学院半导体研究所 氮化镓基微纳米锥结构发光二极管及其制备方法
CN105720151A (zh) * 2016-02-15 2016-06-29 中国科学院半导体研究所 一种光色可调发光二极管及其制备方法
CN105957801A (zh) * 2016-05-31 2016-09-21 中国科学院半导体研究所 氮化镓纳米锥和氮化镓纳米柱混合阵列的制作方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101158809A (zh) * 2007-11-20 2008-04-09 中国科学院光电技术研究所 应用聚苯乙烯球进行聚焦光刻成形亚波长微纳结构
US7833425B2 (en) * 2006-08-22 2010-11-16 Agency For Science, Technology And Research Method for fabricating micro and nano structures

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7833425B2 (en) * 2006-08-22 2010-11-16 Agency For Science, Technology And Research Method for fabricating micro and nano structures
CN101158809A (zh) * 2007-11-20 2008-04-09 中国科学院光电技术研究所 应用聚苯乙烯球进行聚焦光刻成形亚波长微纳结构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANDERS LUNDSKOG等: "Morphology Control of Hot-Wall MOCVD Selective Area Grown Hexagonal GaN Pyramids", 《CRYST. GROWTH DES.》, vol. 12, 1 October 2012 (2012-10-01), pages 5491 - 5496 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105720151A (zh) * 2016-02-15 2016-06-29 中国科学院半导体研究所 一种光色可调发光二极管及其制备方法
CN105720157A (zh) * 2016-02-26 2016-06-29 中国科学院半导体研究所 氮化镓基微纳米锥结构发光二极管及其制备方法
CN105957801A (zh) * 2016-05-31 2016-09-21 中国科学院半导体研究所 氮化镓纳米锥和氮化镓纳米柱混合阵列的制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102214742B (zh) 一种二维光子晶体结构GaN基LED的制备方法
US9461198B2 (en) Backside transparent substrate roughening for UV light emitting diode
CN102290435B (zh) 一种大面积量子点及其阵列制造方法
CN102157642A (zh) 一种基于纳米压印的高出光效率led的制备方法
KR20100118087A (ko) 주기적 구조를 갖는 실리콘 기판
CN103794688B (zh) 一种光子晶体结构GaN基LED的制备方法
CN103346476B (zh) 光子晶体纳腔量子环单光子发射器件及其制备方法
CN102701143A (zh) 微纳米透镜片辅助聚光光刻工艺制备有序微纳米结构
WO2013163823A1 (zh) 光学抗反射结构、其制法以及包含其的太阳能电池
CN103117339A (zh) 基于复合软模板纳米压印技术制备图案化蓝宝石衬底的方法
CN106158582B (zh) 近邻阴影效应辅助阵列法制备层转移薄晶硅工艺
CN104900489A (zh) 一种制备新型微纳米复合结构图案化蓝宝石衬底的方法
CN104181769A (zh) 一种火山口型图形化蓝宝石衬底及其制备方法
CN104241465A (zh) 一种纳米粗化复合图形化的蓝宝石衬底及制备方法
CN101414653B (zh) 发光二极管结构及制造方法
CN103337566A (zh) 一种图形化衬底制作方法
CN103107251A (zh) 一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管制备方法
CN109950201A (zh) 光电器件外延结构的制造方法
CN107093657B (zh) 一种薄膜腔体型图形衬底及其制备方法
CN102437258B (zh) 用于控制氮化镓生长成核位置的图形衬底及其制备方法
CN103022300A (zh) 制作微纳米柱发光二极管的方法
CN101866959A (zh) 宽谱宽角吸收太阳电池类蛾眼减反结构及其制作方法
CN103545173A (zh) 一种带有大面积纳米图形的蓝宝石模板制作方法
CN102751418A (zh) 带有ZnO微米和纳米复合结构的LED管芯及其制备方法
CN104377274B (zh) 发光二极管及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130515