CN103400908A - 一种表面粗化发光二极管及其制作方法 - Google Patents

一种表面粗化发光二极管及其制作方法 Download PDF

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郑远志
康建
陈向东
徐琦
陈静
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Abstract

本发明提供了表面粗化发光二极管，包括衬底、衬底正面依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层，有源层和P型半导体层被部分除去以暴露出部分的N型半导体层，所述N型半导体层暴露部分的表面和P型半导体层具有一粗化表面。以上技术方案采用粗化表面提高发光二极管的发光效率。与已有技术相比，本发明的优点在于采用无掩膜刻蚀，完成发光二极管表面的粗化，工艺简单，粗化效果明显，大幅提高了发光二极管的发光效率。

Description

一种表面粗化发光二极管及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体照明技术领域，尤其涉及一种GaN发光二极管的制备方法。
背景技术
发光二极管（LED）是一种低压直流驱动的电致发光固体光源，它具有色纯度高，响应时间短，体积小可靠性高等优点，被广泛用于指示，显示，装饰，照明等诸多领域，成为我们生活中必不可少的一部分。
目前，一般采用在蓝宝石或碳化硅衬底通过有机金属化学气相沉积（MOCVD）的方法来制备GaN外延片，并通过后续芯片加工完成器件制作。在外延片和芯片制作中，如何提高LED的发光效率一直众多学校、科研院所、以及外延片芯片生产厂家研究的重点。通过GaN表面的粗化，破坏光线在GaN、蓝宝石、空气等截面之间的全反射被证明可以明显增加光线的逃逸几率，提高最终的外量子效率，而被广泛的研究和使用。
目前用于GaN基LED表面粗化的方法归纳起来有以下三类：
一、直接在低温下生长粗糙的P型GaN帽层或者不掺杂的GaN。如专利CN 101494272A采用在P-GaN上生产非掺杂的粗化GaN，再通过ICP干法刻蚀将粗化GaN层的粗化表面形状转移到P-GaN层。
二、采用光辅助电化学腐蚀(PEC)或强酸碱湿法腐蚀GaN或者透明电极层。专利CN101248537和CN101409321，采用强酸和强碱湿法腐蚀GaN材料表面，形成粗化效果。CN 102130223A通过改变外延生长条件和PED腐蚀结合制得LED外延片粗化表面。
三、采用等离子干法刻蚀的办法对GaN或透明电极层进行粗化。CN101702419A采用Ni纳米粒子作为掩膜进行干法刻蚀，在P-GaN或ITO表面制作粗化结构；CN 102157640A中采用CsCl或氯化物的纳米岛作为刻蚀掩膜进行刻蚀形成粗化的GaN表面；CN 101740702A采用在透明电极上制备一层ZnO纳米球完成芯片表面的粗化。
通过生产实践证明,采用以上方式都能够破坏氮化镓与蓝宝石界面的全反射，增加光线的出射几率，最终增加外部量子效率，但也存在一些问题。如采用外延生长对GaN粗化会影响到器件材料的光电特性并降低器件可靠性，采用湿法腐蚀存在不容易控制，粗化的线宽很难达到最佳效果；而采用纳米级掩膜进行干法刻蚀，掩膜制作工艺复杂，可生产性较差；同时采用以上粗化方式都或多或少会造成PN电极颜色不一致，给封装厂使用造成一定困扰。
发明内容
本发明目的在于通过对芯片加工工艺的设计，提供一种无掩膜GaN表面粗化的GaN芯片制备方法，能够解决目前业界在制作GaN粗化表面时存在的工艺复杂，不易控制等问题。
为了实现上述目的，本发明提供了表面粗化发光二极管，包括衬底、衬底正面依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层，有源层和P型半导体层被部分除去以暴露出部分的N型半导体层，所述N型半导体层暴露部分的表面和P型半导体层具有一粗化表面。以上技术方案采用粗化表面提高发光二极管的发光效率。
可选的，N型半导体层暴露部分的表面设置N型电极，P型半导体层的表面设置P型电极，设置N型电极和P型电极的区域是平坦化表面，以降低电极和半导体层之间的电阻率，可以在提高发光效率的同时保证芯片N、P电极无颜色差异。
可选的，所述N型半导体层、有源层和P型半导体层的材料为氮化物半导体材料，例如GaN、AlN、和InN中的一种，或者由他们组成的多元化合物半导体。
本发明进一步提供了一种表面粗化发光二极管的制作方法，包括如下步骤：提供衬底，所述衬底正面依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层；除去部分的有源层和P型半导体层，以暴露出部分的N型半导体层；将衬底放入干法蚀刻设备中进行刻蚀，使P型半导体层和N型半导体层的露出部分的表面粗化；在N型半导体层暴露部分的表面形成N型电极，并同时在P型半导体层暴露部分表面形成P型电极。
可选的，在将衬底放入干法蚀刻设备中进行刻蚀的步骤之前，进一步包括在N型半导体层暴露部分的表面和P型半导体层的表面用于形成电极的区域生长阻挡层的步骤；并且在刻蚀的步骤实施完毕后去除N型半导体层表面的阻挡层。所述阻挡层的材料选自于氧化硅和氮化硅中的任意一种或其组合而成的多层膜。此步骤可以使设置N型电极和P型电极的区域是平坦化表面，以降低电极和半导体层之间的电阻率，并能保证有源层发出的光在N型电极和P型电极处的颜色一致。
可选的，所述N型半导体层、有源层和P型半导体层的材料为氮化物半导体材料，例如GaN、AlN、和InN中的一种，或者由他们组成的多元化合物半导体。
可选的，所述将衬底放入干法蚀刻设备中进行刻蚀的步骤进一步是采用等离子体干法刻蚀，并进一步包括第一刻蚀步骤和第二刻蚀步骤，所述第一刻蚀步骤采用的刻蚀气体是Ar，通过Ar轰击石英盖板产生的纳米级别的石英颗粒，石英颗粒随机沉积在衬底表面上。第二刻蚀步骤采用的刻蚀气体是Cl2，。对石英颗粒和衬底进行刻蚀，将石英颗粒图形转移到衬底上。
可选的，所述第二刻蚀步骤中的刻蚀气体进一步包括BCl3。通过调节BCl3和Cl2比例可以改变石英颗粒和衬底的刻蚀选择比，以达到对刻蚀的图形形貌进行控制，最终实现图形最优化。
与已有技术相比，本发明的优点在于采用无掩膜刻蚀，完成发光二极管表面的粗化，工艺简单，粗化效果明显，大幅提高了发光二极管的发光效率。
附图说明
附图1-6是本发明所述方法的工艺示意图。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明进行进一步说明。以下实施例均以最常见的GaN材料为例进行叙述，亦适用于其他氮化物半导体材料，例如AlN和InN中的一种，或者由它们组成的多元化合物半导体
实施例1
步骤1，衬底3表面依次设置P-GaN层1、有源层和N-GaN层2，并且P-GaN层1和有源层被选择性刻蚀以露出部分N-GaN层2，如图1所示。
步骤2，用等离子化学气相沉积的方法在P-GaN层1和N-GaN层2表面沉积氧化硅薄膜，膜层厚度例如可以为500nm。
步骤3，通过光刻显影及湿法腐蚀技术去除部分氧化硅，留下PN电极位置的氧化硅作为保护层4，如图2所示。
步骤4，将上述衬底放入等离子干法刻蚀设备进行粗化刻蚀，刻蚀程序分为两步：
第一步：Ar流量为100sccm，射频功率1000W，偏压为0，腔室压力2Pa，刻蚀时间300S；
第二步：Cl2流量40sccm，BCl3流量为10sccm，射频功率600W，偏压60W，腔室压力0.3Pa，刻蚀时间300S。
以上射频功率、偏压、腔室压力和刻蚀时间可以根据实验结果作出调整，以能够使发光二极管获得最佳的出光效率为目的。完成表面粗化后衬底的外观如图3所示。
步骤5，去除N-GaN层2表面上氧化硅掩膜，以利于同电极之间形成欧姆接触，如图4所示。此步骤也可以同时去除P-GaN层1表面上的掩膜。
步骤6，用电子束蒸发设备在P-GaN层1和N-GaN层2表面蒸镀透明电极层5，材料例如可以是ITO，厚度例如可以是为120nm，并通过光刻及湿法腐蚀工艺完成透明电极层制作，如图5所示。
步骤7，用电子束蒸发设备蒸镀Cr/Pt/Au=30nm/30nm/1500nm，完成电极6的制作，如图6所示。
实施例2
步骤1，衬底3表面依次设置P-GaN层1、有源层和N-GaN层2，并且P-GaN层1和有源层被选择性刻蚀以露出部分N-GaN层2，如图1所示。
步骤2，用等离子化学气相沉积的方法在P-GaN层1和N-GaN层2表面沉积氧化硅薄膜，膜层厚度例如可以为100nm。
步骤3，通过光刻显影及湿法腐蚀技术去除部分氧化硅，留下PN电极位置的氧化硅作为保护层4，如图2所示。
步骤4，将上述衬底放入等离子干法刻蚀设备进行粗化刻蚀，刻蚀程序分为三步：
第一步：Ar流量为120sccm，射频功率800W，偏压为0，腔室压力1Pa，刻蚀时间200S；
第二步：Cl2流量80sccm，BCl3流量20sccm，射频功率500W，偏压70W，腔室压力0.4Pa，刻蚀时间100S；
第三步：Cl2流量80sccm，射频功率500W，偏压70W，腔室压力0.4Pa，刻蚀时间100S。
以上射频功率、偏压、腔室压力和刻蚀时间可以根据实验结果作出调整，以能够使发光二极管获得最佳的出光效率为目的。完成表面粗化后衬底的外观如图3所示。
步骤5，去除N-GaN层2表面上氧化硅掩膜，以利于同电极之间形成欧姆接触，如图4所示。
步骤6，用电子束蒸发设备在P-GaN层1和N-GaN层2表面蒸镀透明电极层5，材料例如可以是ITO，厚度例如可以是为2300nm，并通过光刻及湿法腐蚀工艺完成透明电极层制作，如图5所示。
步骤7，用电子束蒸发设备蒸镀Cr//Au=20nm/1200nm，完成电极6的制作，如图6所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种表面粗化发光二极管，包括衬底、衬底正面依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层，有源层和P型半导体层被部分除去以暴露出部分的N型半导体层，其特征在于，所述N型半导体层暴露部分的表面和P型半导体层具有一粗化表面。
2.根据权利要求1所述的表面粗化发光二极管，其特征在于，N型半导体层暴露部分的表面设置N型电极，P型半导体层的表面设置P型电极，设置N型电极和P型电极的区域是平坦化表面。
3.根据权利要求1所述的表面粗化发光二极管，其特征在于，所述N型半导体层、有源层和P型半导体层的材料为氮化物半导体材料。
4.一种表面粗化发光二极管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供衬底，所述衬底正面依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层；
除去部分的有源层和P型半导体层，以暴露出部分的N型半导体层；
将衬底放入干法蚀刻设备中进行刻蚀，使P型半导体层和N型半导体层的露出部分的表面粗化；
在N型半导体层暴露部分的表面形成N型电极，并同时在P型半导体层暴露部分表面形成P型电极。
5.根据权利要求4所述的表面粗化发光二极管的制作方法，其特征在于，在将衬底放入干法蚀刻设备中进行刻蚀的步骤之前，进一步包括在N型半导体层暴露部分的表面和P型半导体层的表面用于形成电极的区域生长阻挡层的步骤。
6.根据权利要求5所述的表面粗化发光二极管的制作方法，其特征在于，在刻蚀的步骤实施完毕后去除所述N型半导体层表面的阻挡层。
7.根据权利要求4所述的表面粗化发光二极管的制作方法，其特征在于，所述N型半导体层、有源层和P型半导体层的材料为氮化物半导体材料。
8.根据权利要求4所述的表面粗化发光二极管的制作方法，其特征在于，所述将衬底放入干法蚀刻设备中进行刻蚀的步骤进一步是采用等离子体干法刻蚀。
9.根据权利要求8所述的表面粗化发光二极管的制作方法，其特征在于，包括第一刻蚀步骤和第二刻蚀步骤，所述第一刻蚀步骤采用的刻蚀气体是Ar，第二刻蚀步骤采用的刻蚀气体是Cl2。
10.根据权利要求9所述的表面粗化发光二极管的制作方法，其特征在于，所述第二刻蚀步骤中的刻蚀气体进一步包括BCl3。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104882520A (zh) * 2014-02-27 2015-09-02 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种粗化led芯片的外延结构及其制备方法
CN106206874A (zh) * 2016-08-12 2016-12-07 泉州市三星消防设备有限公司 一种基于粗化外延片的led芯片的电极色差改善方法
CN106548934A (zh) * 2015-09-23 2017-03-29 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种膜层的刻蚀方法和GaN基LED的制作方法
CN109863610A (zh) * 2016-09-30 2019-06-07 日机装株式会社 半导体发光元件及半导体发光元件的制造方法
CN109997235A (zh) * 2016-11-24 2019-07-09 日机装株式会社 半导体发光元件的制造方法
CN111146314A (zh) * 2018-11-06 2020-05-12 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法及应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6504180B1 (en) * 1998-07-28 2003-01-07 Imec Vzw And Vrije Universiteit Method of manufacturing surface textured high-efficiency radiating devices and devices obtained therefrom
KR20070068061A (ko) * 2005-12-26 2007-06-29 엘지전자 주식회사 발광 다이오드 및 그 제조방법
CN102709426A (zh) * 2012-06-11 2012-10-03 华灿光电股份有限公司 一种表面粗化的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
US6504180B1 (en) * 1998-07-28 2003-01-07 Imec Vzw And Vrije Universiteit Method of manufacturing surface textured high-efficiency radiating devices and devices obtained therefrom
KR20070068061A (ko) * 2005-12-26 2007-06-29 엘지전자 주식회사 발광 다이오드 및 그 제조방법
CN102709426A (zh) * 2012-06-11 2012-10-03 华灿光电股份有限公司 一种表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104882520A (zh) * 2014-02-27 2015-09-02 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种粗化led芯片的外延结构及其制备方法
CN106548934A (zh) * 2015-09-23 2017-03-29 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种膜层的刻蚀方法和GaN基LED的制作方法
CN106548934B (zh) * 2015-09-23 2020-10-16 北京北方华创微电子装备有限公司 一种膜层的刻蚀方法和GaN基LED的制作方法
CN106206874A (zh) * 2016-08-12 2016-12-07 泉州市三星消防设备有限公司 一种基于粗化外延片的led芯片的电极色差改善方法
CN109863610A (zh) * 2016-09-30 2019-06-07 日机装株式会社 半导体发光元件及半导体发光元件的制造方法
US11489091B2 (en) 2016-09-30 2022-11-01 Nikkiso Co., Ltd. Semiconductor light emitting device and method of manufacturing semiconductor light emitting device having pattered light extraction surface
CN109997235A (zh) * 2016-11-24 2019-07-09 日机装株式会社 半导体发光元件的制造方法
CN109997235B (zh) * 2016-11-24 2021-08-20 日机装株式会社 半导体发光元件的制造方法
CN111146314A (zh) * 2018-11-06 2020-05-12 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法及应用

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