CN103280500A - 垂直阵列纳米柱led的制备方法 - Google Patents

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于治国
赵丽霞
魏学成
王军喜
李晋闽
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Abstract

一种垂直阵列纳米柱LED的制备方法，该方法包括：步骤1：在平面结构LED外延片上生长一层Al2O3层；步骤2：在Al2O3层上制备纳米颗粒模板；步骤3：利用干法刻蚀技术将平面结构LED外延片制备成纳米柱阵列；步骤4：去掉纳米颗粒模板；步骤5：在纳米柱间隙旋涂一层电介质并完全覆盖纳米柱阵列，用于对纳米柱阵列进行平面化处理，得到样品；步骤6：利用干法刻蚀技术对样品进行反刻蚀，刻蚀深度达到LED外延片的表面；步骤7：利用湿法腐蚀掉Al2O3层；步骤8：从去掉Al2O3层的LED外延片的上面向下刻蚀，刻蚀深度小于LED外延片的厚度，在LED外延片的一侧形成台面；步骤9：利用光刻、金属蒸发、带胶剥离技术，在LED外延片的表面制备p电极，在台面上制备n电极。

Description

垂直阵列纳米柱LED的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体发光二极管，特别涉及一种垂直阵列纳米柱发光二极管的制备方法。
背景技术
近年来，垂直阵列纳米柱LED备受关注。与常规平面结构LED相比，垂直阵列纳米柱LED具有诸多优点，如高光引出效率、高表面/体积比、应力释放以及小的热膨胀失配效应等。
为了实现垂直阵列纳米柱LED的电学注入，通常要对垂直阵列纳米柱进行平面化处理，即在纳米柱间隙填充一层电介质，电介质完全覆盖并填平纳米柱；然后利用干法刻蚀对电介质进行反刻蚀露出纳米柱顶端；最后在纳米柱顶端制备电极。然而，在反刻蚀过程中，为了保证纳米柱顶端电介质被完全去除，一般要在刻蚀掉顶端电介质后，继续过刻蚀一段时间。这将导致干法刻蚀中的加速离子直接对纳米柱上表面进行轰击，造成刻蚀损伤，引起电极制备过程中电极欧姆接触的退化，影响LED的电学性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种垂直阵列纳米柱LED的制备方法，其可解决纳米柱LED芯片制备过程中纳米柱顶端表面的干法刻蚀损伤问题。
本发明提供一种垂直阵列纳米柱LED的制备方法，该方法包括：
步骤1：在平面结构LED外延片上生长一层Al2O3层；
步骤2：在Al2O3层上制备纳米颗粒模板；
步骤3：利用干法刻蚀技术将平面结构LED外延片制备成纳米柱阵列；
步骤4：去掉纳米颗粒模板；
步骤5：在纳米柱间隙旋涂一层电介质并完全覆盖纳米柱阵列，用于对纳米柱阵列进行平面化处理，得到样品；
步骤6：利用干法刻蚀技术对样品进行反刻蚀，刻蚀深度达到LED外延片的表面；
步骤7：利用湿法腐蚀掉Al2O3层；
步骤8：从去掉Al2O3层的LED外延片的上面向下刻蚀，刻蚀深度小于LED外延片的厚度，在LED外延片的一侧形成台面；
步骤9：利用光刻、金属蒸发、带胶剥离技术，在LED外延片的表面制备p电极，在台面上制备n电极。
本发明的有益效果是，其实是在器件制备过程中，Al2O3保护层的使用避免了反刻蚀过程中干法刻蚀对纳米柱顶端表面的直接轰击损伤，而且Al2O3相对于旋涂电介质具有良好的选择湿法腐蚀性质，可以在反刻蚀过程之后对其进行湿法腐蚀去除，保证了顶电极良好的欧姆接触和LED的电学性能。
附图说明
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，对本发明进一步详细说明，其中：
图1是本发明的制备流程示意图，其中：
图2-图6为本发明制备过程的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，并结合参阅图2-图6所示，发明提供一种垂直阵列纳米柱LED的制备方法，该方法包括：
步骤1：利用原子层沉积技术、离子溅射技术或化学气相沉积技术在平面结构LED外延片1上生长一层Al2O3层2，所述Al2O3层2的厚度为30nm-300nm，所述平面结构LED外延片1是利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)生长的GaAs基LED外延片、GaN基LED外延片或ZnO基LED外延片，所述LED外延片1的结构包括上下两面为p型半导体层及n型半导体层，其中间为非掺杂和掺杂的半导体周期结构，或中间为单一的非掺杂的半导体结构；
步骤2：在Al2O3层2上制备纳米颗粒模板3，所述纳米颗粒模板3的材料为利用电子束曝光、全息光刻以及聚焦离子束制备的由金属或光刻胶中的一种或两种组成的纳米颗粒模板，或是利用退火制备的金属纳米颗粒，或是利用自组装化学合成方法制备的二氧化硅小球；
步骤3：利用F基或Cl基干法刻蚀技术，将平面结构LED外延片1制备成纳米柱阵列10，所用刻蚀系统是反应离子刻蚀(RIE)、电感耦合等离子体反应离子刻蚀(ICP-RIE)或电子回旋共振反应离子刻蚀(ECR-RIE)系统，所述纳米柱阵列10的高度为100nm-1000nm；
步骤4：利用湿法腐蚀去掉纳米颗粒模板3，所述纳米颗粒模板3的材料为金属纳米颗粒时，不用去掉纳米颗粒模板3，所述纳米颗粒模板3的材料为二氧化硅小球时，利用去离子水超声清洗或无尘布擦洗的方法去掉纳米颗粒模板3，所述纳米颗粒模板3的材料为光刻胶时，利用丙酮或去胶液去掉纳米颗粒模板3；上述针对不同纳米模板3采用的不同去掉方案的目的是防止后续器件工艺对纳米模板3的破坏以及纳米模板3破坏后对后续步骤的影响；
步骤5：在纳米柱间隙旋涂一层电介质4并完全覆盖纳米柱阵列10，用于对纳米柱阵列10进行平面化处理，得到样品，该样品具有平整表面，所述旋涂的电介质4的材料是硅酸盐类、硅氧烷类或倍半硅氧烷类旋涂电介质，旋涂过程中，通过调整匀胶机转速控制旋涂电介质4的厚度，使其完全覆盖纳米柱阵列10并具有平整表面；
步骤6：利用F基或Cl基干法刻蚀技术对样品进行反刻蚀，所述刻蚀深度达到LED外延片1的表面，所用刻蚀系统是RIE、ICP-RIE或ERC-RIE刻蚀系统，在反刻蚀过程中，通过精确控制刻蚀时间或利用扫描电子显微镜反复验证刻蚀深度以达到精确控制刻蚀到达LED外延片1的表面，在反刻蚀过程中，Al2O3层2由于具有低的刻蚀速率而被保留，同时Al2O3层2阻挡了反刻蚀过程中加速离子对Al2O3层2正下方的LED外延片1表面的直接轰击，避免了LED外延片1表面的干法刻蚀损伤；
步骤7：利用湿法腐蚀掉Al2O3层2，所述湿法腐蚀液为稀盐酸、稀硝酸、稀磷酸中的一种或几种混合溶液，或是王水等强氧化剂；在湿法腐蚀过程中，LED外延片1和旋涂电介质4均不与所述湿法腐蚀液反应，通过逐渐增加腐蚀时间达到Al2O3层2的完全腐蚀；
步骤8：利用光刻、干法刻蚀技术，从去掉Al2O3层2的LED外延片1的上面向下刻蚀，刻蚀深度到达n型半导体层并且小于LED外延片1的厚度，在LED外延片1的一侧形成台面11；
步骤9：利用光刻、金属蒸发、带胶剥离技术，在LED外延片1的表面制备p电极6，在台面11上制备n电极7，完成制备。
以上所述的仅为用以解释本发明的最佳实施例，并非企图据以本发明做任何形式上的限制，所以，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明权利要求保护的范畴。

Claims (8)

1.一种垂直阵列纳米柱LED的制备方法，该方法包括：
步骤1：在平面结构LED外延片上生长一层Al2O3层；
步骤2：在Al2O3层上制备纳米颗粒模板；
步骤3：利用干法刻蚀技术将平面结构LED外延片制备成纳米柱阵列；
步骤4：去掉纳米颗粒模板；
步骤5：在纳米柱间隙旋涂一层电介质并完全覆盖纳米柱阵列，用于对纳米柱阵列进行平面化处理，得到样品；
步骤6：利用干法刻蚀技术对样品进行反刻蚀，刻蚀深度达到LED外延片的表面；
步骤7：利用湿法腐蚀掉Al2O3层；
步骤8：从去掉Al2O3层的LED外延片的上面向下刻蚀，刻蚀深度小于LED外延片的厚度，在LED外延片的一侧形成台面；
步骤9：利用光刻、金属蒸发、带胶剥离技术，在LED外延片的表面制备p电极，在台面上制备n电极。
2.如权利要求1所述的垂直阵列纳米柱LED的制备方法，其中平面结构LED外延片是GaAs基LED外延片、GaN基LED外延片或ZnO基LED外延片。
3.如权利要求2所述垂直阵列纳米柱LED的制备方法，其中LED外延片的结构包括上下两面为p型半导体层及n型半导体层，其中间为非掺杂和掺杂的半导体周期结构，或中间为单一的非掺杂的半导体结构。
4.如权利要求1所述的垂直阵列纳米柱LED的制备方法，其中Al2O3层的厚度为30nm-300nm。
5.如权利要求1所述的垂直阵列纳米柱LED的制备方法，其中纳米颗粒模板的材料为利用电子束曝光、全息光刻以及聚焦离子束制备的由金属或光刻胶中的一种或两种组成的纳米颗粒，或是利用退火制备的金属纳米颗粒，或是利用自组装化学合成方法制备的二氧化硅小球。
6.如权利要求1所述的垂直阵列纳米柱LED的制备方法，其中纳米柱阵列的高度为100nm-1000nm。
7.如权利要求1所述的垂直阵列纳米柱LED的制备方法，其中纳米颗粒模板的材料为金属纳米颗粒时，不用去掉纳米颗粒模板。
8.如权利要求1所述的垂直阵列纳米柱LED的制备方法，其中旋涂的电介质的材料是硅酸盐类、硅氧烷类或倍半硅氧烷类旋涂电介质。
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