CN111916536A - 具有微米孔阵列的微米尺寸正装led器件及其制备方法 - Google Patents

具有微米孔阵列的微米尺寸正装led器件及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111916536A
CN111916536A CN202010746592.7A CN202010746592A CN111916536A CN 111916536 A CN111916536 A CN 111916536A CN 202010746592 A CN202010746592 A CN 202010746592A CN 111916536 A CN111916536 A CN 111916536A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
mesa
micron
gan
gan layer
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
CN202010746592.7A
Other languages
English (en)
Inventor
王洪
谭礼军
姚若河
王楷
谢子敬
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.)
South China University of Technology SCUT
Zhongshan Institute of Modern Industrial Technology of South China University of Technology
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Zhongshan Institute of Modern Industrial Technology of South China University of Technology
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 South China University of Technology SCUT, Zhongshan Institute of Modern Industrial Technology of South China University of Technology filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN202010746592.7A priority Critical patent/CN111916536A/zh
Priority to PCT/CN2020/124571 priority patent/WO2022021640A1/zh
Publication of CN111916536A publication Critical patent/CN111916536A/zh
Priority to US17/695,873 priority patent/US20220209065A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0016—Processes relating to electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0025—Processes relating to coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明公开一种具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件及其制备方法。所述LED器件基于GaN基外延层制备而成，包括GaN基外延层、电流扩展层、P电极、N电极和钝化层；GaN基外延层包括衬底、N型GaN层即N‑GaN层、量子阱层（MQW）、P型GaN层即P‑GaN层；所述N‑GaN层包括刻蚀露出的N‑GaN层和刻蚀形成的N‑GaN层。本发明保证器件调制带宽的同时提高了发光效率，同时ICP刻蚀微米孔阵列后，继续采用电流扩展层腐蚀液继续腐蚀样品，预防电流扩展层在刻蚀过程中出现扩展导致的漏电。

Description

具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及可见光通信用LED器件技术领域，具体涉及具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件及其制备方法。
背景技术
与传统光源相比，LED器件除了发光效率高、寿命长外，还具有调制性能好、调制带宽高等优点。基于LED器件的上述优点，可将信号调制到其发出的可见光上进行传输，兼顾照明的同时实现可见光无线通信。LED的调制带宽主要是受有源区少数载流子复合寿命和RC时间常数的影响，其中R、C分别为LED器件的等效电阻和等效电容。降低LED器件的有源区面积，即实现微米级尺寸LED，一方面可有效降低等效电容，从而实现RC时间常数的降低；另一方面可提高LED器件单位面积的电流，减小有源区少数载流子的复合寿命，最终实现器件调制带宽的提高。目前，为提高有源区少数载流子复合寿命，常用的方法有采用谐振腔、表面等离子激元和光子晶体技术。对于普通正装LED，ITO与Mesa之间的距离并非是有效的发光区域，为此通过有效的利用这部分区域可以提高器件性能（Yang C C , Lin C F , etal. (2009). Journal of the Electrochemical Society 156(5)：H316-H319）。
发明内容
本发明针对GaN基微米尺寸LED器件，公开具有微米孔阵列的微米尺寸正装器件结构及其制备方法，可有效的提高光提取效率。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件，基于GaN基外延层制备而成，包括GaN基外延层、电流扩展层、P电极、N电极和钝化层；GaN基外延层包括衬底、N型GaN层即N-GaN层、量子阱层（MQW）、P型GaN层即P-GaN层；所述N-GaN层包括刻蚀露出的N-GaN层和刻蚀形成的N-GaN层；
其中，衬底上表面与刻蚀露出的N-GaN层下表面连接；刻蚀露出的N-GaN层上表面一部分与刻蚀形成的N-GaN层连接，一部分与N电极连接；刻蚀形成的N-GaN层上表面与量子阱层下表面连接；量子阱层上表面与P-GaN层下表面连接；P-GaN层上表面与电流扩展层下表面连接，电流扩展层位于P-GaN层上表面中心；电流扩展层上表面与P电极连接，P电极位于电流扩展层上表面中心；钝化层覆盖整个器件除P电极与N电极之外的区域；从上至下的P-GaN层、量子阱层和刻蚀形成的N-GaN层构成Mesa台面即发光区域，Mesa台面从台面边缘往中心方向部分区域制备有微米孔。
进一步地，所述P电极为双圆环状，两圆环中间有直型线条连接；所述电流扩展层为圆柱形结构，且底面半径小于P-GaN层底面半径，是金属掺杂电流扩展层，包括欧姆接触层和金属掺杂电流传输层，欧姆接触层位于电流扩展层底部，与P-GaN层形成良好的欧姆接触；所述N电极为环状型，N电极内圈和外圈均为圆形，并在此基础上增加了向内向外的半圆形凸起，凸起部分直径为5 μm~15 μm；所述N电极和P电极采用Ni、Cr、Ti，Ag、Al、Cr、Au中金属组成的四层金属合金，厚度为1 μm~1.25 μm。
进一步地，所述Mesa台面为半导体材料；Mesa台面即发光区域为圆柱形结构，底面半径为30 μm~160 μm；Mesa台面从台面边缘往器件中心方向部分区域制备有微米孔，微米孔呈圆环形阵列分布在Mesa台面上，靠近Mesa台面边缘但不与边缘接触。
进一步地，所述微米孔分布在电流扩展层边缘与Mesa台面边缘中间区域或分布在Mesa台面边缘往器件中心方向部分区域包括电流扩展层边缘与Mesa台面边缘中间区域以及往电流扩展层中心延伸0 μm~10 μm区域；
进一步地，所述微米孔的形状为圆形、三角形、正方形或六边形中的一种；当微米孔为圆形时，微米孔的尺寸为微米级，直径为1 μm~8 μm；当微米孔为三角形、正方形或六边形时，其内切圆直径为1 μm~8 μm；
微米孔的深度可调，深度数值为100 nm~1400 nm；微米孔是从器件最顶层往下刻蚀形成，为深度刻蚀至电流扩展层、刻蚀至P-GaN层、刻蚀至量子阱层、刻蚀至N-GaN层中的一种；微米孔内部侧壁表面沉积有钝化层。
进一步地，所述钝化层覆盖的区域包括电流扩展层、P-GaN层、量子阱层、刻蚀形成的N-GaN层的侧壁、电流扩展层和刻蚀露出的N-GaN层的表面、以及微米孔的内部侧壁；钝化层为SiO2，厚度为四分之一光波长除去钝化材料的折射率；也可以为HfO2/MgO双层钝化层，第一钝化层为HfO2，第二层钝化层为MgO。
制备具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件的方法，包括以下步骤：
S1、使用电子束蒸发镀膜技术在GaN基外延层上蒸镀掺Al铟锡氧化物，随后利用快速热退火的技术进行退火处理，接着以涂覆有增粘剂的光刻胶为掩膜层，在电流扩展层腐蚀液中浸泡，形成底面半径小于P-GaN层且位于P-GaN层表面中心区域的圆柱形掺Al铟锡氧化物（ITO）层即电流扩展层，随后去除光刻胶；
S2、以具备Mesa台面结构的掩膜版，结合光刻技术形成涂覆有增粘剂的光刻胶掩膜层，利用ICP刻蚀技术将Mesa台面结构转移到GaN基外延层上，直至暴露刻蚀露出的N-GaN层，随后去除光刻胶；
S3、以具备微米孔阵列结构的掩膜版，结合普通紫外光刻技术形成涂覆有增粘剂的光刻胶掩膜层，在电流扩展层腐蚀液中浸泡，随后利用ICP刻蚀技术将微米孔结构转移到GaN基外延层上，微米孔深度根据需求可调，紧接着在95℃~125℃的热板上烘烤3分钟~5分钟，接着在电流扩展层腐蚀液中浸泡1分钟~5分钟作为掺Al铟锡氧化物后处理，随后去除光刻胶；
S4、利用钝化层沉积技术生长钝化层，结合光刻技术形成涂覆有增粘剂的光刻胶掩膜层，掩膜层在电流扩展层顶部中心区域处以及刻蚀Mesa台面结构暴露的刻蚀露出的N-GaN层区域有开口，随后利用ICP刻蚀技术对电流扩展层顶部中心区域处以及刻蚀Mesa台面结构暴露的刻蚀露出的N-GaN层区域的钝化层进行刻蚀，直至钝化层完全去除，接着去除光刻胶；
S5、利用负性光刻胶和电子束蒸发技术制备金属，并结合金属剥离技术，在暴露的电流扩展层顶部中心区域处以及刻蚀Mesa台面结构暴露的刻蚀露出的N-GaN层区域上分别制备P电极和N电极。
进一步地，步骤S1包括如下步骤：
S1.1、利用电子束蒸发技术在25℃~35℃，无氧气的真空条件下蒸镀用作欧姆接触层的ITO层；紧接着持续通入2 sccm~6 sccm氧气，蒸镀用作Al金属掺杂电流传输层的ITO层，两者比例为1:5~1:10，ITO层的总厚度为100 nm ~230 nm；
S1.2、在步骤S1.1的基础上，关闭氧气，在真空氛围下继续蒸镀Al金属，所述Al金属的厚度为1 nm~5 nm；
S1.3、将电子束蒸镀设备里面经过步骤S1.1、S1.2的样品取出，在快速热退火炉中进行退火处理，即在纯氮气的环境下，持续通入比例为200 sccm:30 sccm ~ 200 sccm:50 sccm的氮气和氧气进行退火，退火温度为500 ℃~600 ℃，退火处理的时间为3分钟~6分钟；退火处理结束后，形成了Al金属掺杂ITO电流扩展膜，底层为欧姆接触层的ITO层，顶层为Al金属掺杂电流传输层的ITO层。
进一步地，步骤S3中，所述具备微米孔阵列结构的掩膜版上的微米孔分布在电流扩展层边缘与Mesa台面边缘中间区域或分布在Mesa台面边缘往器件中心方向部分区域包括电流扩展层边缘与Mesa台面边缘中间区域以及往电流扩展层中心延伸0 μm~10 μm区域；所述微米孔的形状为圆形、三角形、正方形或六边形中的一种，当微米孔为圆形时，微米孔的尺寸为微米级，当微米孔为三角形、正方形或六边形时，其内切圆直径尺寸为微米级；
所述微米孔深度根据需求可调，深度数值为100 nm~1400 nm；微米孔是从器件最顶层往下刻蚀形成，为深度刻蚀至电流扩展层、刻蚀至P-GaN层、刻蚀至量子阱层、刻蚀至N-GaN层中的一种。
进一步地，步骤S3中，所述具备微米孔阵列结构的掩膜版可换成具备纳米孔阵列结构的掩膜版，对应的普通紫外光刻技术需换成电子束光刻；所述纳米孔为圆形，直径为50nm~1000 nm；所述纳米孔分布在电流扩展层边缘与Mesa台面边缘中间区域或分布在Mesa台面边缘往器件中心方向部分区域包括电流扩展层边缘与Mesa台面边缘中间区域以及往电流扩展层中心延伸0 μm~10 μm区域；所述纳米孔深度根据需求可调，深度数值为100 nm~1400 nm，是从器件最顶层往下刻蚀形成，为深度刻蚀至电流扩展层、刻蚀至P-GaN层、刻蚀至量子阱层、刻蚀至N-GaN层中的一种。
进一步地，可将步骤S2和步骤S3合并，并且将步骤S2中具备Mesa台面结构的掩膜版以及步骤S3中具备微米孔阵列结构的掩膜版换成同时具有Mesa台面结构以及微米孔阵列结构的掩膜版，则具体操作如下：
以具备Mesa台面结构以及微米孔阵列结构的掩膜版，结合普通紫外光刻技术形成涂覆有增粘剂的光刻胶掩膜层，在电流扩展层腐蚀液中浸泡，随后利用ICP刻蚀技术将微米孔阵列结构和和Mesa台面结构转移到GaN基外延层上，直至暴露刻蚀露出的N-GaN层，且微米孔高度和Mesa台面高度一致，紧接着在95℃~125℃的热板上烘烤3分钟~5分钟，接着在电流扩展层腐蚀液中浸泡1分钟~5分钟作为掺Al铟锡氧化物后处理，随后去除光刻胶。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果
1）本发明制备的具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件，通过在微尺寸器件上制备微米孔阵列，在保证器件调制带宽的同时提高了发光效率；
2）本发明制备的具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件，微米孔阵列可根据需要调节高度，可呈现出不同程度光效的提高；
3）本发明制备的具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件，在微米孔中制备了折射率小于GaN半导体材料的钝化层，在保护器件不漏电的同时增加了出光效率；
4）本发明制备具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件的方法中，所述步骤S3中ICP刻蚀微米孔阵列后，继续采用电流扩展层腐蚀液继续腐蚀样品，预防电流扩展层在刻蚀过程中出现扩展导致的漏电。
附图说明
图1为实施例1和实施例2中具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件的俯视示意图；
图2为实施例1和实施例2中具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件在截线CC’处的横截面示意图；
图3a为实施例1中具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件制备电流扩展层的横截面示意图；
图3b为实施例1中具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件制备Mesa台面的横截面示意图；
图3c为实施例1中具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件制备微米孔阵列结构的横截面示意图；
图3d为实施例1中具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件制备钝化层的横截面示意图；
图3e为实施例1中具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件制备电极的横截面示意图；
图4a为实施例2中具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件制备电流扩展层的横截面示意图；
图4b为实施例2中具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件制备Mesa台面和微米孔阵列结构的横截面示意图；
图4c为实施例2中具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件制备钝化层的横截面示意图；
图4d为实施例2中具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件制备电极的横截面示意图；
图5为实施例3中具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件的俯视示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体实施进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此，需要指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件，如图1、图2所示，基于GaN基外延层制备而成，包括GaN基外延层、电流扩展层5、P电极8、N电极7和钝化层6；GaN基外延层包括衬底1、N型GaN层即N-GaN层2、量子阱层（MQW）3、P型GaN层即P-GaN层4；所述N-GaN层2包括刻蚀露出的N-GaN层21和刻蚀形成的N-GaN层22；
其中，衬底1上表面与刻蚀露出的N-GaN层21下表面连接；刻蚀露出的N-GaN层21上表面一部分与刻蚀形成的N-GaN层22连接，一部分与N电极7连接；刻蚀形成的N-GaN层22上表面与量子阱层3下表面连接；量子阱层3上表面与P-GaN层2下表面连接；P-GaN层4上表面与电流扩展层5下表面连接，电流扩展层5位于P-GaN层4上表面中心；电流扩展层5上表面与P电极8连接，P电极8位于电流扩展层5上表面中心；钝化层6覆盖整个器件除P电极7与N电极8之外的区域；从上至下的P-GaN层4、量子阱层3和刻蚀形成的N-GaN层22构成Mesa台面10即发光区域，Mesa台面10从台面边缘往中心方向部分区域制备有微米孔9。
实施例1：
本实施例中，所述具有微米孔的微米尺寸正装LED器件的制备步骤如下：
A1、使用电子束蒸发镀膜技术在GaN基外延层上蒸镀掺Al铟锡氧化物，总厚度为233nm，其中ITO厚度为230 nm，Al厚度为3 nm；随后利用快速热退火的技术进行退火处理，即在纯氮气的环境下，持续通入200 sccm的氮气和40 sccm的氧气，在550℃进行退火处理5分钟；接着以涂覆有增粘剂的光刻胶为掩膜层，在35℃的电流扩展层腐蚀液即ITO腐蚀液中浸泡22分钟，形成底面半径小于P-GaN层2且位于P-GaN层2表面中心区域的圆柱形掺Al铟锡氧化物（ITO）层即电流扩展层5，半径为45 μm，随后结合使用85℃去胶液和丙酮去除光刻胶，如图3a所示；
A2、以具备Mesa台面10结构的掩膜版，结合光刻技术形成涂覆有增粘剂的光刻胶掩膜层，利用ICP刻蚀技术将底面半径为45 μm的Mesa台面10结构转移到GaN基外延层上，直至暴露刻蚀露出的N-GaN层21，随后去除光刻胶，如图3b所示；
A3、以具备微米孔9阵列结构的掩膜版，结合普通紫外光刻技术形成涂覆有增粘剂的光刻胶掩膜层，在35℃的电流扩展层腐蚀液即ITO腐蚀液中浸泡22分钟，随后利用ICP刻蚀技术将微米孔9阵列结构转移到GaN基外延层上，微米孔深度根据需求可调，此处刻蚀至刻蚀露出的N-GaN层21，高度与Mesa台面10高度一致，紧接着在105℃的热板上烘烤3分钟，接着在35℃的电流扩展层腐蚀液即ITO腐蚀液中浸泡5分钟作为掺Al铟锡氧化物后处理，随后去除光刻胶，如图3c所示；
A4、利用等离子增强化学气相沉积技术生长SiO2钝化层6，结合光刻技术形成涂覆有增粘剂的光刻胶掩膜层，掩膜层在电流扩展层5顶部中心区域处以及刻蚀Mesa台面10结构暴露的刻蚀露出的N-GaN层21区域有开口，随后利用ICP刻蚀技术对这两个区域的SiO2钝化层6进行刻蚀，直至该区域的SiO2钝化层6完全去除，刻蚀时间14分钟，接着利用丙酮和85℃去胶液去除光刻胶，如图3d所示；
A5、利用负性光刻胶和电子束蒸发技术制备厚度为1.25 μm的Cr/Al/Ti/Au金属，并结合金属剥离技术即先采用60℃丙酮浸泡10分钟，随后采用蓝膜进行金属的剥离，在暴露的电流扩展层5顶部中心区域处以及刻蚀Mesa台面10结构暴露的刻蚀露出的N-GaN层21区域上分别制备P电极8和N电极7，如图3e所示。
如上即可较好完成所述具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件。
实施例2：
本实施例中，所述具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件的制备步骤如下：
B1、使用电子束蒸发镀膜技术在GaN基外延层上蒸镀掺Al铟锡氧化物，总厚度为233nm，其中ITO厚度为230 nm，Al厚度为3 nm；随后在纯氮气的环境下，持续通入200 sccm的氮气和40 sccm的氧气，在550℃进行退火处理5分钟；以涂覆有增粘剂的光刻胶为掩膜层，在35℃的ITO腐蚀液中浸泡22分钟，形成底面半径小于P-GaN层2且位于P-GaN层2表面中心区域的圆柱形掺Al铟锡氧化物（ITO）层即电流扩展层5，半径为45 μm，随后结合使用85℃去胶液和丙酮去除光刻胶，如图4a所示；
B2、以具备Mesa台面10结构以及微米孔9阵列结构的掩膜版，结合普通紫外光刻技术形成涂覆有增粘剂的光刻胶掩膜层，在35℃的电流扩展层腐蚀液即ITO腐蚀液中浸泡22分钟，随后利用ICP刻蚀技术将微米孔9阵列结构和底面半径为45 μm的Mesa台面10结构转移到GaN基外延层上，直至暴露刻蚀露出的N-GaN层21，且微米孔9高度和Mesa台面10高度一致，紧接着在105℃的热板上烘烤3分钟，接着在电流扩展层腐蚀液中浸泡5分钟分钟作为掺Al铟锡氧化物后处理，随后去除光刻胶，如图4b所示；
B3、利用等离子增强化学气相沉积技术生长SiO2钝化层6，结合光刻技术形成涂覆有增粘剂的光刻胶掩膜层，掩膜层在电流扩展层5顶部中心区域处以及刻蚀Mesa台面10结构暴露的刻蚀露出的N-GaN层21区域有开口，随后利用ICP刻蚀技术对这两个区域的SiO2进行刻蚀，直至该区域的SiO2完全去除，刻蚀时间14分钟，接着利用丙酮和85℃去胶液去除光刻胶，如图4c所示；
B4、利用负性光刻胶和电子束蒸发技术制备厚度为1.25 μm的Cr/Al/Ti/Au金属，先采用60℃丙酮浸泡10分钟，随后采用蓝膜进行金属的剥离，在暴露的电流扩展层5顶部中心区域处以及刻蚀Mesa台面10结构暴露的刻蚀露出的N-GaN层21区域上分别制备P电极8和N电极7，如图4d所示。
实施例3：
本实施例中，所述微米孔9只分布在电流扩展层5边缘与Mesa台面10边缘中间区域，如图5所示。

Claims (10)

1.具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件，其特征在于，基于GaN基外延层制备而成，包括GaN基外延层、电流扩展层（5）、P电极（8）、N电极（7）和钝化层（6）；GaN基外延层包括衬底（1）、N型GaN层即N-GaN层（2）、量子阱层（MQW）（3）、P型GaN层即P-GaN层（4）；所述N-GaN层（2）包括刻蚀露出的N-GaN层（21）和刻蚀形成的N-GaN层（22）；
其中，衬底（1）上表面与刻蚀露出的N-GaN层（21）下表面连接；刻蚀露出的N-GaN层（21）上表面一部分与刻蚀形成的N-GaN层（22）连接，一部分与N电极（7）连接；刻蚀形成的N-GaN层（22）上表面与量子阱层（3）下表面连接；量子阱层（3）上表面与P-GaN层（4）下表面连接；P-GaN层（4）上表面与电流扩展层（5）下表面连接，电流扩展层（5）位于P-GaN层（4）上表面中心；电流扩展层（5）上表面与P电极（8）连接，P电极（8）位于电流扩展层（5）上表面中心；钝化层（6）覆盖整个器件除P电极（7）与N电极（8）之外的区域；从上至下的P-GaN层（4）、量子阱层（3）和刻蚀形成的N-GaN层（22）构成Mesa台面（10）即发光区域，Mesa台面（10）从台面边缘往中心方向部分区域制备有微米孔（9）。
2.根据权利要求1所述的具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件，其特征在于，所述P电极（8）为双圆环状，两圆环中间有直型线条连接；所述电流扩展层（5）为圆柱形结构，且底面半径小于P-GaN层（4）底面半径，是金属掺杂电流扩展层，包括欧姆接触层和金属掺杂电流传输层，欧姆接触层位于电流扩展层（5）底部，与P-GaN层（4）形成良好的欧姆接触；所述N电极（7）为环状型，N电极（7）内圈和外圈均为圆形，并在此基础上增加了向内向外的半圆形凸起，凸起部分直径为5 μm~15 μm；所述N电极（7）和P电极（8）采用Ni、Cr、Ti，Ag、Al、Cr、Au中金属组成的四层金属合金，厚度为1 μm~1.25 μm。
3.根据权利要求1所述的具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件，其特征在于，所述Mesa台面（10）为半导体材料；Mesa台面（10）即发光区域为圆柱形结构，底面半径为30 μm~160 μm；Mesa台面（10）从台面边缘往器件中心方向部分区域制备有微米孔（9），微米孔（9）呈圆环形阵列分布在Mesa台面（10）上，靠近Mesa台面（10）边缘但不与Mesa台面（10）边缘接触。
4.根据权利要求3所述的具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件，其特征在于，所述微米孔（9）分布在电流扩展层（5）边缘与Mesa台面（10）边缘中间区域或分布在Mesa台面（10）边缘往器件中心方向部分区域包括电流扩展层（5）边缘与Mesa台面（10）边缘中间区域以及往电流扩展层（5）中心延伸0 μm~10 μm区域。
5.根据权利要求1所述的具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件，其特征在于，所述微米孔（9）的形状为圆形、三角形、正方形或六边形中的一种；当微米孔（9）为圆形时，微米孔（9）的尺寸为微米级，直径为1 μm~8 μm；当微米孔（9）为三角形、正方形或六边形时，其内切圆直径为1 μm~8 μm；
微米孔（9）的深度可调，深度数值为100 nm~1400 nm；微米孔（9）是从器件最顶层往下刻蚀形成，为深度刻蚀至电流扩展层（5）、刻蚀至P-GaN层（4）、刻蚀至量子阱层（3）、刻蚀至N-GaN层（2）中的一种；微米孔（9）内部侧壁表面沉积有钝化层（6）。
6.根据权利要求1所述的具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件，其特征在于，所述钝化层（6）覆盖的区域包括电流扩展层（5）、P-GaN层（4）、量子阱层（3）、刻蚀形成的N-GaN层（22）的侧壁、电流扩展层（5）和刻蚀露出的N-GaN层（21）的表面、以及微米孔（9）的内部侧壁；钝化层（6）为SiO2，厚度为四分之一光波长除去钝化材料的折射率；钝化层（6）也可以为HfO2/MgO双层钝化层，第一钝化层为HfO2，第二层钝化层为MgO。
7.制备权利要求1所述具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、使用电子束蒸发镀膜技术在GaN基外延层上蒸镀掺Al铟锡氧化物，随后利用快速热退火的技术进行退火处理，接着以涂覆有增粘剂的光刻胶为掩膜层，在电流扩展层腐蚀液中浸泡，形成底面半径小于P-GaN层且位于P-GaN层表面中心区域的圆柱形掺Al铟锡氧化物（ITO）层即电流扩展层，随后去除光刻胶；
S2、以具备Mesa台面结构的掩膜版，结合光刻技术形成涂覆有增粘剂的光刻胶掩膜层，利用ICP刻蚀技术将Mesa台面结构转移到GaN基外延层上，直至暴露刻蚀露出的N-GaN层，随后去除光刻胶；
S3、以具备微米孔阵列结构的掩膜版，结合普通紫外光刻技术形成涂覆有增粘剂的光刻胶掩膜层，在电流扩展层腐蚀液中浸泡，随后利用ICP刻蚀技术将微米孔结构转移到GaN基外延层上，微米孔深度根据需求可调，紧接着在95℃~125℃的热板上烘烤3分钟~5分钟，接着在电流扩展层腐蚀液中浸泡1分钟~5分钟作为掺Al铟锡氧化物后处理，随后去除光刻胶；
S4、利用钝化层沉积技术生长钝化层，结合光刻技术形成涂覆有增粘剂的光刻胶掩膜层，掩膜层在电流扩展层顶部中心区域处以及刻蚀Mesa台面结构暴露的刻蚀露出的N-GaN层区域有开口，随后利用ICP刻蚀技术对电流扩展层顶部中心区域处以及刻蚀Mesa台面结构暴露的刻蚀露出的N-GaN层区域的钝化层进行刻蚀，直至钝化层完全去除，接着去除光刻胶；
S5、利用负性光刻胶和电子束蒸发技术制备金属，并结合金属剥离技术，在暴露的电流扩展层顶部中心区域处以及刻蚀Mesa台面结构暴露的刻蚀露出的N-GaN层区域上分别制备P电极和N电极。
8.根据权利要求7所述的制备具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件的方法，其特征在于，步骤S1包括如下步骤：
S1.1、利用电子束蒸发技术在25℃~35℃，无氧气的真空条件下蒸镀用作欧姆接触层的ITO层；紧接着持续通入2 sccm~6 sccm氧气，蒸镀用作Al金属掺杂电流传输层的ITO层，两者比例为1:5~1:10，ITO层的总厚度为100 nm ~230 nm；
S1.2、在步骤S1.1的基础上，关闭氧气，在真空氛围下继续蒸镀Al金属，所述Al金属的厚度为1 nm~5 nm；
S1.3、将电子束蒸镀设备里面经过步骤S1.1、S1.2的样品取出，在快速热退火炉中进行退火处理，即在纯氮气的环境下，持续通入比例为200 sccm:30 sccm ~ 200 sccm:50 sccm的氮气和氧气进行退火，退火温度为500 ℃~600 ℃，退火处理的时间为3分钟~6分钟；退火处理结束后，形成了Al金属掺杂ITO电流扩展膜，底层为欧姆接触层的ITO层，顶层为Al金属掺杂电流传输层的ITO层。
9.根据权利要求7所述的制备具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件的方法，其特征在于，步骤S3中，所述具备微米孔阵列结构的掩膜版上的微米孔分布在电流扩展层边缘与Mesa台面边缘中间区域或分布在Mesa台面边缘往器件中心方向部分区域包括电流扩展层边缘与Mesa台面边缘中间区域以及往电流扩展层中心延伸0 μm~10 μm区域；所述微米孔的形状为圆形、三角形、正方形或六边形中的一种，当微米孔为圆形时，微米孔的尺寸为微米级，当微米孔为三角形、正方形或六边形时，其内切圆直径尺寸为微米级；
所述微米孔深度根据需求可调，深度数值为100 nm~1400 nm；微米孔是从器件最顶层往下刻蚀形成，为深度刻蚀至电流扩展层、刻蚀至P-GaN层、刻蚀至量子阱层、刻蚀至N-GaN层中的一种；
所述具备微米孔阵列结构的掩膜版可换成具备纳米孔阵列结构的掩膜版，对应的普通紫外光刻技术需换成电子束光刻；所述纳米孔为圆形，直径为50 nm~1000 nm；所述纳米孔分布在电流扩展层边缘与Mesa台面边缘中间区域或分布在Mesa台面边缘往器件中心方向部分区域包括电流扩展层边缘与Mesa台面边缘中间区域以及往电流扩展层中心延伸0 μm~10 μm区域；所述纳米孔深度根据需求可调，深度数值为100 nm~1400 nm，是从器件最顶层往下刻蚀形成，为深度刻蚀至电流扩展层、刻蚀至P-GaN层、刻蚀至量子阱层、刻蚀至N-GaN层中的一种。
10.根据权利要求7所述的制备具有微米孔阵列的微米尺寸正装LED器件的方法，其特征在于，可将步骤S2和步骤S3合并，并且将步骤S2中具备Mesa台面结构的掩膜版以及步骤S3中具备微米孔阵列结构的掩膜版换成同时具有Mesa台面结构以及微米孔阵列结构的掩膜版，则具体操作如下：
以具备Mesa台面结构以及微米孔阵列结构的掩膜版，结合普通紫外光刻技术形成涂覆有增粘剂的光刻胶掩膜层，在电流扩展层腐蚀液中浸泡，随后利用ICP刻蚀技术将微米孔阵列结构和和Mesa台面结构转移到GaN基外延层上，直至暴露刻蚀露出的N-GaN层，且微米孔高度和Mesa台面高度一致，紧接着在95℃~125℃的热板上烘烤3分钟~5分钟，接着在电流扩展层腐蚀液中浸泡1分钟~5分钟作为掺Al铟锡氧化物后处理，随后去除光刻胶。
CN202010746592.7A 2020-07-29 2020-07-29 具有微米孔阵列的微米尺寸正装led器件及其制备方法 Pending CN111916536A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010746592.7A CN111916536A (zh) 2020-07-29 2020-07-29 具有微米孔阵列的微米尺寸正装led器件及其制备方法
PCT/CN2020/124571 WO2022021640A1 (zh) 2020-07-29 2020-10-29 具有微米孔阵列的微米尺寸正装 led 器件及其制备方法
US17/695,873 US20220209065A1 (en) 2020-07-29 2022-03-16 Micro-sized face-up led device with micro-hole array and preparation method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010746592.7A CN111916536A (zh) 2020-07-29 2020-07-29 具有微米孔阵列的微米尺寸正装led器件及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111916536A true CN111916536A (zh) 2020-11-10

Family

ID=73286674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010746592.7A Pending CN111916536A (zh) 2020-07-29 2020-07-29 具有微米孔阵列的微米尺寸正装led器件及其制备方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220209065A1 (zh)
CN (1) CN111916536A (zh)
WO (1) WO2022021640A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114420818A (zh) * 2021-12-20 2022-04-29 深圳市思坦科技有限公司 Micro-LED的芯片体、弱化结构及巨量转移方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114597295A (zh) * 2022-02-23 2022-06-07 厦门大学 一种Mini/Micro LED的芯片结构及制备方法
CN114899204A (zh) * 2022-05-10 2022-08-12 深圳市思坦科技有限公司 微型led器件制备方法、微型led器件以及显示装置
US20240162373A1 (en) * 2022-11-15 2024-05-16 Samsung Display Co., Ltd. Light emitting element, display device including the same, and manufacturing method of light emitting element
CN117410307B (zh) * 2023-10-12 2024-04-09 迈铼德微电子科技(无锡)有限公司 全彩色Micro LED阵列结构及制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9819152B2 (en) * 2015-10-07 2017-11-14 National Taiwan University Of Science And Technology Method to fabricate GaN-based vertical-cavity surface-emitting devices featuring silicon-diffusion defined current blocking layer
CN105789397A (zh) * 2016-04-07 2016-07-20 厦门乾照光电股份有限公司 一种正装GaN LED芯片及其制作方法
CN108447958B (zh) * 2018-05-11 2019-10-18 河源市众拓光电科技有限公司 一种超高反射率的紫外通孔结构的led芯片及其制备方法
CN111129257B (zh) * 2019-12-30 2021-10-08 广东德力光电有限公司 一种紫外高反射率的复合电极及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114420818A (zh) * 2021-12-20 2022-04-29 深圳市思坦科技有限公司 Micro-LED的芯片体、弱化结构及巨量转移方法
CN114420818B (zh) * 2021-12-20 2024-04-30 深圳市思坦科技有限公司 Micro-LED的芯片体、弱化结构及巨量转移方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022021640A1 (zh) 2022-02-03
US20220209065A1 (en) 2022-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111916536A (zh) 具有微米孔阵列的微米尺寸正装led器件及其制备方法
CN107195747B (zh) 一种微米尺寸倒装led芯片及其制备方法
TWI419367B (zh) 光電元件及其製造方法
US11721674B2 (en) Micro-LED array device based on III-nitride semiconductors and method for fabricating same
WO2021018308A1 (zh) 一种具有环状类y型电极的微尺寸led器件及制备方法
CN108172673B (zh) 用于led倒装芯片的分布式布拉格反射镜图形的制作方法和结构
CN112018223B (zh) 粘合层转印的薄膜倒装结构Micro-LED芯片及其制备方法
WO2016041471A1 (zh) 一种具有特殊粗化形貌的led垂直芯片结构及其制备方法
CN106025012A (zh) 一种led芯片的制备方法及采用该方法制备的led芯片
CN106129208A (zh) 紫外发光二极管芯片及其制造方法
CN210607303U (zh) 一种具有环状类y型电极的微尺寸led器件
CN104332532A (zh) 一种高光效发光二极管的制作方法
CN214280002U (zh) 一种具有微米孔阵列的微米尺寸正装led器件
WO2012171493A1 (en) Method for forming current diffusion layer in semiconductor light emitting device and method for fabricating semiconductor light emitting device
TW202107535A (zh) 一種發光器件基板及製造方法
CN108461593B (zh) 具有纳米级二氧化硅光栅钝化层的GaN基发光二极管及其加工方法
KR101321994B1 (ko) 광추출 효율이 향상된 발광 다이오드 및 이의 제조방법
CN114864774A (zh) 图形化衬底的制备方法及具有空气隙的led外延结构
CN209766421U (zh) 具有增透钝化层的纳米孔led阵列芯片
CN211480077U (zh) 具有温度监控的大功率倒装led芯片
CN110176527B (zh) 一种基于mim结构的三维超结构的制备方法及其应用
CN114335280A (zh) 一种适用于uvc-led的纳米级图形化蓝宝石衬底结构及制作方法
CN102623589A (zh) 一种垂直结构的半导体发光器件制造方法
CN109427940B (zh) 发光二极管外延片及其制造方法
CN113410365A (zh) 一种p-AlGaN外延基底的深紫外LED芯片及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination