CN113594342B - 嵌套金刚石散热层的纳米柱led结构及制备方法 - Google Patents
嵌套金刚石散热层的纳米柱led结构及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113594342B CN113594342B CN202110546574.9A CN202110546574A CN113594342B CN 113594342 B CN113594342 B CN 113594342B CN 202110546574 A CN202110546574 A CN 202110546574A CN 113594342 B CN113594342 B CN 113594342B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- diamond
- nano
- doped gan
- type doped
- 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
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 145
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 143
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000002061 nanopillar Substances 0.000 claims abstract description 81
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 37
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 34
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 19
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 14
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 9
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 7
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 7
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 229910002058 ternary alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 2
- 101150097381 Mtor gene Proteins 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910002059 quaternary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
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
- H01L33/48—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 body packages
- H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
- H01L33/641—Heat extraction or cooling elements characterized by the materials
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构及制备方法，该纳米柱LED结构包括：衬底层；成核层，位于衬底层上；第一n型掺杂GaN层，位于成核层上；键合层，间隔分布在第一n型掺杂GaN层上；金刚石层，位于键合层上；若干纳米柱LED结构，位于第一n型掺杂GaN层上，且每个纳米柱LED结构均嵌套于金刚石层和键合层中；若干第一电极，位于第一n型掺杂GaN层上，且位于金刚石层之间，若干第一电极与若干纳米柱LED结构一一对应；若干第二电极，一一对应的设置在纳米柱LED结构上。该纳米柱LED结构将纳米柱LED结构嵌套于金刚石层中，同时解决了器件的散热问题和出光问题，提高了器件的性能。
Description
技术领域
本发明属于微电子器件技术领域，具体涉及一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构及制备方法。
背景技术
氮化物发光二极管LED由于其效率高、寿命长、节能环保等优点，使其成为最具吸引力的新一代照明技术。此外，Ⅲ族氮化物半导体材料都为宽禁带的直接带隙半导体，同时可以通过调节材料中组分的比例形成各种三元或四元合金，使得禁带宽度可以在0.7eV到6.2eV之间连续变化，发光波段覆盖了从红外到极紫外的波段范围。因而，Ⅲ族氮化物半导体材料是最常用的制备LED的材料，如AlN基、GaN基、InN基以及其三元合金等半导体材料。
然而，随着技术的发展，基于氮化物半导体材料的LED器件趋向于更小尺寸、更高输出功率不断发展，此时“散热”的重要性越加凸显，渐渐的成为制约氮化物器件向更高性能提升的最重要问题之一。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构，包括：
衬底层；
成核层，位于所述衬底层上；
第一n型掺杂GaN层，位于所述成核层上；
键合层，间隔分布在所述第一n型掺杂GaN层上；
金刚石层，位于所述键合层上；
若干纳米柱LED结构，位于所述第一n型掺杂GaN层上，且每个所述纳米柱LED结构均嵌套于所述金刚石层和所述键合层中；
若干第一电极，位于所述第一n型掺杂GaN层上，且位于所述金刚石层之间，所述若干第一电极与所述若干纳米柱LED结构一一对应；
若干第二电极，一一对应的设置在所述纳米柱LED结构上。
在本发明的一个实施例中，所述成核层的材料包括AlN，厚度为10～70nm。
在本发明的一个实施例中，所述第一n型掺杂GaN层的厚度为100～2500nm。
在本发明的一个实施例中，所述金刚石层的厚度与所述纳米柱LED结构的高度相等。
在本发明的一个实施例中，所述金刚石层的厚度为500～3000nm，相邻所述金刚石层之间的距离为1～20μm。
在本发明的一个实施例中，所述纳米柱LED结构的高度为500～3000nm，相邻所述纳米柱LED结构之间的距离为1～100μm。
在本发明的一个实施例中，所述纳米柱LED结构包括第二n型掺杂GaN层、量子阱层、电子阻挡层和p型掺杂GaN层，其中，
所述第二n型掺杂GaN层位于所述第一n型掺杂GaN层上，所述量子阱层位于所述第二n型掺杂GaN层上，所述电子阻挡层位于所述量子阱层上，所述p型掺杂GaN层位于所述电子阻挡层上。
在本发明的一个实施例中，所述量子阱层中阱层的材料包括GaN、InGaN、AlGaN中的一种或多种。
本发明的另一个实施例提供了一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的制备方法，包括步骤：
在衬底层上生长成核层；
在所述成核层上生长第一n型掺杂GaN层；
在所述第一n型掺杂GaN层上键合金刚石，形成键合层和金刚石层；
刻蚀所述键合层和所述金刚石层直至所述第一n型掺杂GaN层，形成若干纳米孔，并在所述若干纳米孔中生长纳米柱LED结构；
刻蚀所述纳米柱LED结构周围的所述键合层和所述金刚石层直至所述第一n型掺杂GaN层，形成若干凹槽，并在所述凹槽中制备第一电极，同时在所述纳米柱LED结构上制备第二电极。
在本发明的一个实施例中，在所述第一n型掺杂GaN层上键合金刚石，形成键合层和金刚石层，包括：
在金刚石表面和所述第一n型掺杂GaN层上分别制备键合材料；
利用所述键合材料将所述金刚石与所述第一n型掺杂GaN层进行键合，形成所述键合层和所述金刚石层。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明将纳米柱LED结构嵌套于金刚石层中，由于金刚石的热导率较高，可以缓解器件工作时的自加热效应，解决了氮化物半导体自身的散热问题，提高了器件的散热效率，同时由于金刚石的禁带宽度较宽，可以透过从紫外到远红外的透射光谱，具有良好的透光性，可以增加纳米柱LED器件的侧壁出光率，提高器件的发光效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的制备方法的流程示意图；
图3a-图3h为本发明实施例提供的一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的制备方法的过程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的结构示意图。该纳米柱LED结构包括衬底层1、成核层2、第一n型掺杂GaN层3、键合层4、金刚石层5、若干纳米柱LED结构6、若干第一电极7和若干第二电极8。
其中，衬底层1的材料包括c面Al2O3。成核层2位于衬底层1上，成核层2的材料包括AlN，可以为高温AlN成核层，厚度为10～70nm。第一n型掺杂GaN层3位于成核层2上，第一n型掺杂GaN层3的材料包括n-GaN，厚度为100～2500nm。键合层4间隔分布在第一n型掺杂GaN层3上，键合层4的材料包括SiN，厚度为15～40nm。
金刚石层5位于键合层4上，金刚石层5厚度为500～3000nm，相邻金刚石层5之间的距离d1为1～20μm；可以理解的是，键合层4用于将金刚石层5键合到第一n型掺杂GaN层3上，因此，金刚石层5也是间隔分布的，而相邻键合层4之间的距离也为1～20μm。
若干纳米柱LED结构6位于第一n型掺杂GaN层3上，且每个纳米柱LED结构均嵌套于金刚石层5和键合层4中。具体地，在第一n型掺杂GaN层3上设置有多个纳米柱LED结构6，纳米柱LED结构6的形状为圆柱状，圆柱状的侧壁上均设有金刚石，金刚石将纳米柱LED结构6包围起来，而键合层4用于键合金刚石层5和第一n型掺杂GaN层3，因此，键合层4也将纳米柱LED结构6包围起来，其包围在纳米柱LED结构6的底部。纳米柱LED结构6的高度h为500～3000nm，直径为100-1000nm，相邻纳米柱LED结构6之间的距离d2为1～100μm。
若干第一电极7位于第一n型掺杂GaN层3上，且位于金刚石层之间，若干第一电极7与若干纳米柱LED结构6一一对应。具体地，在纳米柱LED结构6侧面的金刚石中刻蚀形成有凹槽，第一电极7位于该凹槽中，形成第一电极7位于金刚石层5之间的结构，并且，第一电极7与金刚石层5之间相距一定距离，即第一电极7与金刚石层5不接触。
若干第二电极8一一对应的设置在纳米柱LED结构上。
在一个具体实施例中，第一电极7为n型电极，第二电极8为p型电极。
进一步，金刚石层5的厚度可以小于纳米柱LED结构6的高度，也可以等于纳米柱LED结构6的高度，也可以大于纳米柱LED结构6的高度；优选的，金刚石层5的厚度等于纳米柱LED结构6的高度，在该条件下器件的散热效率和发光性可以同时达到较优性能。
在一个具体实施例中，纳米柱LED结构6包括第二n型掺杂GaN层61、量子阱层62、电子阻挡层63和p型掺杂GaN层64。
其中，第二n型掺杂GaN层61位于第一n型掺杂GaN层3上，其材料包括n-GaN。量子阱层62位于第二n型掺杂GaN层61上，量子阱层62采用多量子阱，其中阱层材料包括GaN、InGaN、AlGaN中的一种或多种。电子阻挡层63位于量子阱层62上，其材料包括AlGaN。p型掺杂GaN层64位于电子阻挡层63上，其材料包括p-GaN。
本实施例中，量子阱采用GaN、InGaN、AlGaN材料中的一种或多种作为发光层，可以实现不同颜色的发光器件。
由于金刚石具有较高的热导率2200W/m·K，是SiC热导率的4～5倍，将其作为GaN基器件的衬底时，可以降低GaN基大功率器件的自加热效应，解决因为总功率增加、频率提高而出现的功率密度迅速下降的问题，而将金刚石直接与纳米柱LED结构的侧壁接触，可以直接对LED进行散热，其散热效率更高，因而本实施例中将纳米柱LED结构嵌套于金刚石层中，缓解了LED器件工作时的自加热效应，解决了氮化物半导体自身的散热问题，提高了器件的散热效率。
另外，由于金刚石的禁带宽度5.5eV在所有固体材料中是最宽的，因而其透射光谱从紫外到远红外都可以透过，具有良好的透光性，这种特殊的性能加上其本身固有的优异特性，可以制备出极好的光学窗口材料，可以使得氮化物LED产生的光不会被吸收，从而增加纳米柱LED器件的侧壁出光率，提高器件的发光效率。
综上，本实施例将纳米柱LED结构嵌套于金刚石层中，同时解决了器件的散热问题和出光问题，提高了器件的性能。
实施例二
在实施例一的基础上，请参见图2和图3a-图3h，图2为本发明实施例提供的一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的制备方法的流程示意图，图3a-图3h为本发明实施例提供的一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的制备方法的过程示意图。该嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的制备方法包括步骤：
S1、在衬底层1上生长成核层2。
选取c面Al2O3作为衬底层，请参见图3a。首先，对衬底层1进行热处理：将c面Al2O3衬底置于金属有机化学气相淀积Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD反应室中，将反应室的真空度降低到小于2×10-2Torr；再向反应室通入氢气，在MOCVD反应室压力达到20～760Torr条件下，将衬底加热到温度为900～1200℃，并保持5～10min，完成对衬底基片的热处理。
然后，在热处理后的c面Al2O3衬底上采用MOCVD工艺在反应室温度为950～1100℃的条件下，同时通入流量为3000～4000sccm的氨气和流量为20～40sccm的铝源，在保持压力为20～760Torr的条件下生长厚度为10～70nm的高温AlN成核层2，请参见图3b。
S2、在成核层2上生长第一n型掺杂GaN层3，请参见图3c。
在AlN成核层上采用MOCVD工艺，保持MOCVD反应室温度为950～1100℃，同时通入流量为3000～4000sccm的氨气、流量为20～40sccm的镓源和流量为10～20sccm的硅源，在保持压力为20～760Torr的条件下生长100～2500nm厚的第一n型掺杂GaN层3。
S3、在第一n型掺杂GaN层3上键合金刚石，形成键合层4和金刚石层5，请参见图3d。
首先，在金刚石表面和第一n型掺杂GaN层3上分别制备键合材料。具体地，分别在金刚石和第一n型掺杂GaN层3的正面采用化学气相沉积法沉积一层SiN介质作为键合材料，其厚度为15～40nm。
然后，利用键合材料将金刚石与第一n型掺杂GaN层3进行键合，形成键合层4和金刚石层5。具体地，将金刚石放入反应离子刻蚀机中用氧气等离子体激活，此时腔体压力50～150mTor，功率300W，氧气流量为10～100sccm，然后将第一n型掺杂GaN层3和金刚石正面相对在室温下键合，并在200℃条件下进行数十小时键合退火，形成键合层4和金刚石层5。
S4、刻蚀键合层4和金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干纳米孔60，并在若干纳米孔60中生长纳米柱LED结构6。
在键合的金刚石层5上刻蚀出深至第一n型掺杂GaN层的纳米孔60，请参见图3e；具体地，纳米孔60的形状为圆形，圆形的直径为100-1000nm。
然后在金刚石层5被刻蚀掉的地方即纳米孔中采用MOCVD工艺生长总厚度为1000～3000nm的第二n型掺杂GaN层61、量子阱层62、电子阻挡层63和p型掺杂GaN层64，形成纳米柱LED结构6，请参见3f。
S5、刻蚀纳米柱LED结构6周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，并在凹槽71中制备第一电极7，同时在纳米柱LED结构6上制备第二电极8。
采用光刻工艺刻蚀掉纳米柱周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，请参见图3g，然后使用溅射金属的方法分别在凹槽71中的第一n型掺杂GaN层3上沉积n型电极，在顶层的p型掺杂GaN层63上沉积p型电极，请参见图3h，完成器件制作。
实施例三
在实施例一和实施例二的基础上，请参见图2和图3a-图3h，本实施例以制备嵌套于金刚石层的紫外纳米柱LED结构为例对其制备方法进行说明。该制备方法包括步骤：
S1、在衬底层1上生长成核层2。
选取c面Al2O3作为衬底层。首先，对衬底层1进行热处理：将c面Al2O3衬底置于MOCVD反应室中，将反应室的真空度降低到小于2×10-2Torr；再向反应室通入氢气，在MOCVD反应室压力达到20Torr条件下，将衬底加热到温度为900℃，并保持5min，完成对衬底基片的热处理。
然后，在热处理后的c面Al2O3衬底上采用MOCVD工艺在反应室温度为950℃的条件下，同时通入流量为3000sccm的氨气和流量为20sccm的铝源，在保持压力为20Torr的条件下生长厚度为10nm的高温AlN成核层2。
S2、在成核层2上生长第一n型掺杂GaN层3。
在AlN成核层上采用MOCVD工艺，保持MOCVD反应室温度为950℃，同时通入流量为3000sccm的氨气、流量为20sccm的镓源和流量为10sccm的硅源，在保持压力为20Torr的条件下生长100nm厚的第一n型掺杂GaN层3。
S3、在第一n型掺杂GaN层3上键合金刚石，形成键合层4和金刚石层5。
首先，在金刚石表面和第一n型掺杂GaN层3上分别制备键合材料。具体地，分别在金刚石和第一n型掺杂GaN层3的正面采用化学气相沉积法沉积一层SiN介质作为键合材料，其厚度为15nm。
然后，利用键合材料将金刚石与第一n型掺杂GaN层3进行键合，形成键合层4和金刚石层5。具体地，将金刚石放入反应离子刻蚀机中用氧气等离子体激活，此时腔体压力50mTor，功率300W，氧气流量为10sccm，然后将第一n型掺杂GaN层3和金刚石正面相对在室温下键合，并在200℃条件下进行十小时键合退火，形成键合层4和金刚石层5。
S4、刻蚀键合层4和金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干纳米孔60，并在若干纳米孔60中生长纳米柱LED结构6。
采用光刻工艺刻蚀金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层的纳米孔60，然后在金刚石层5被刻蚀掉的地方即纳米孔中采用MOCVD工艺从下至上依次生长n-GaN层61、GaN/Al0.1Ga0.9N MQWs层62、AlGaN层63和p-GaN层64，形成纳米柱LED结构6。
S5、刻蚀纳米柱LED结构6周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，并在凹槽71中制备第一电极7，同时在纳米柱LED结构6上制备第二电极8。
采用光刻工艺刻蚀掉纳米柱周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，然后使用溅射金属的方法分别在凹槽71中的第一n型掺杂GaN层3上沉积n型电极，在顶层的p型掺杂GaN层64上沉积p型电极，完成对紫外LED器件的制作。
实施例四
在实施例一的基础上，请参见图2和图3a-图3h，本实施例以制备嵌套于金刚石层的蓝光纳米柱LED结构为例对其制备方法进行说明。该制备方法包括步骤：
S1、在衬底层1上生长成核层2。
选取c面Al2O3作为衬底层。首先，对衬底层1进行热处理：将c面Al2O3衬底置于MOCVD反应室中，将反应室的真空度降低到小于2×10-2Torr；再向反应室通入氢气，在MOCVD反应室压力达到200Torr条件下，将衬底加热到温度为1000℃，并保持7min，完成对衬底基片的热处理。
然后，在热处理后的c面Al2O3衬底上采用MOCVD工艺在反应室温度为1000℃的条件下，同时通入流量为3500sccm的氨气和流量为30sccm的铝源，在保持压力为50Torr的条件下生长厚度为50nm的高温AlN成核层2。
S2、在成核层2上生长第一n型掺杂GaN层3。
在AlN成核层上采用MOCVD工艺，保持MOCVD反应室温度为950℃，同时通入流量为3500sccm的氨气、流量为30sccm的镓源和流量为20sccm的硅源，在保持压力为50Torr的条件下生长1000nm厚的第一n型掺杂GaN层3。
S3、在第一n型掺杂GaN层3上键合金刚石，形成键合层4和金刚石层5。
首先，在金刚石表面和第一n型掺杂GaN层3上分别制备键合材料。具体地，分别在金刚石和第一n型掺杂GaN层3的正面采用化学气相沉积法沉积一层SiN介质作为键合材料，其厚度为25nm。
然后，利用键合材料将金刚石与第一n型掺杂GaN层3进行键合，形成键合层4和金刚石层5。具体地，将金刚石放入反应离子刻蚀机中用氧气等离子体激活，此时腔体压力100mTor，功率300W，氧气流量为50sccm，然后将第一n型掺杂GaN层3和金刚石正面相对在室温下键合，并在200℃条件下进行二十小时键合退火，形成键合层4和金刚石层5。
S4、刻蚀键合层4和金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干纳米孔60，并在若干纳米孔60中生长纳米柱LED结构6。
采用光刻工艺刻蚀金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层的纳米孔60，然后在金刚石层5被刻蚀掉的地方即纳米孔中采用MOCVD工艺从下至上依次生长n-GaN层61、In0.2Ga0.8N/GaN MQWs层62、AlGaN层63和p-GaN层64，形成纳米柱LED结构6。
S5、刻蚀纳米柱LED结构6周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，并在凹槽71中制备第一电极7，同时在纳米柱LED结构6上制备第二电极8。
采用光刻工艺刻蚀掉纳米柱周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，然后使用溅射金属的方法分别在凹槽71中的第一n型掺杂GaN层3上沉积n型电极，在顶层的p型掺杂GaN层64上沉积p型电极，完成对蓝光LED器件的制作。
实施例五
在实施例一的基础上，请参见图2和图3a-图3h，本实施例以制备嵌套于金刚石层的280nm紫外纳米柱LED结构为例对其制备方法进行说明。该制备方法包括步骤：
S1、在衬底层1上生长成核层2。
选取c面Al2O3作为衬底层。首先，对衬底层1进行热处理：将c面Al2O3衬底置于MOCVD反应室中，将反应室的真空度降低到小于2×10-2Torr；再向反应室通入氢气，在MOCVD反应室压力达到760Torr条件下，将衬底加热到温度为1200℃，并保持10min，完成对衬底基片的热处理。
然后，在热处理后的c面Al2O3衬底上采用MOCVD工艺在反应室温度为1100℃的条件下，同时通入流量为4000sccm的氨气和流量为40sccm的铝源，在保持压力为760Torr的条件下生长厚度为70nm的高温AlN成核层2。
S2、在成核层2上生长第一n型掺杂GaN层3。
在AlN成核层上采用MOCVD工艺，保持MOCVD反应室温度为1100℃，同时通入流量为4000sccm的氨气、流量为40sccm的镓源和流量为20sccm的硅源，在保持压力为760Torr的条件下生长2500nm厚的第一n型掺杂GaN层3。
S3、在第一n型掺杂GaN层3上键合金刚石，形成键合层4和金刚石层5。
首先，在金刚石表面和第一n型掺杂GaN层3上分别制备键合材料。具体地，分别在金刚石和第一n型掺杂GaN层3的正面采用化学气相沉积法沉积一层SiN介质作为键合材料，其厚度为40nm。
然后，利用键合材料将金刚石与第一n型掺杂GaN层3进行键合，形成键合层4和金刚石层5。具体地，将金刚石放入反应离子刻蚀机中用氧气等离子体激活，此时腔体压力150mTor，功率300W，氧气流量为100sccm，然后将第一n型掺杂GaN层3和金刚石正面相对在室温下键合，并在200℃条件下进行三十小时键合退火，形成键合层4和金刚石层5。
S4、刻蚀键合层4和金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干纳米孔60，并在若干纳米孔60中生长纳米柱LED结构6。
采用光刻工艺刻蚀金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层的纳米孔60，然后在金刚石层5被刻蚀掉的地方即纳米孔中采用MOCVD工艺从下至上依次生长n-GaN层61、Al0.43Ga0.57N/Al0.6Ga0.3N MQWs层62、AlGaN层63和p-GaN层64，形成纳米柱LED结构6。
S5、刻蚀纳米柱LED结构6周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，并在凹槽71中制备第一电极7，同时在纳米柱LED结构6上制备第二电极8。
采用光刻工艺刻蚀掉纳米柱周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，然后使用溅射金属的方法分别在凹槽71中的第一n型掺杂GaN层3上沉积n型电极，在顶层的p型掺杂GaN层64上沉积p型电极，完成对280nm紫外LED器件的制作。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构，其特征在于，包括：
衬底层(1)；
成核层(2)，位于所述衬底层(1)上；
第一n型掺杂GaN层(3)，位于所述成核层(2)上；
键合层(4)，间隔分布在所述第一n型掺杂GaN层(3)上；
金刚石层(5)，位于所述键合层(4)上；
若干纳米柱LED结构(6)，位于所述第一n型掺杂GaN层(3)上，且每个所述纳米柱LED结构(6)均嵌套于所述金刚石层(5)和所述键合层(4)中；
若干第一电极(7)，位于所述第一n型掺杂GaN层(3)上，且位于所述金刚石层(5)之间，所述若干第一电极(7)与所述若干纳米柱LED结构(6)一一对应；
若干第二电极(8)，一一对应的设置在所述纳米柱LED结构(6)上。
2.根据权利要求1所述的嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构，其特征在于，所述成核层(2)的材料包括AlN，厚度为10～70nm。
3.根据权利要求1所述的嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构，其特征在于，所述第一n型掺杂GaN层(3)的厚度为100～2500nm。
4.根据权利要求1所述的嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构，其特征在于，所述金刚石层(5)的厚度与所述纳米柱LED结构(6)的高度相等。
5.根据权利要求1所述的嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构，其特征在于，所述金刚石层(5)的厚度为500～3000nm，相邻所述金刚石层(5)之间的距离为1～20μm。
6.根据权利要求1所述的嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构，其特征在于，所述纳米柱LED结构(6)的高度为500～3000nm，相邻所述纳米柱LED结构(6)之间的距离为1～100μm。
7.根据权利要求1所述的嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构，其特征在于，所述纳米柱LED结构(6)包括第二n型掺杂GaN层(61)、量子阱层(62)、电子阻挡层(63)和p型掺杂GaN层(64)，其中，
所述第二n型掺杂GaN层(61)位于所述第一n型掺杂GaN层(3)上，所述量子阱层(62)位于所述第二n型掺杂GaN层(61)上，所述电子阻挡层(63)位于所述量子阱层(62)上，所述p型掺杂GaN层(64)位于所述电子阻挡层(63)上。
8.根据权利要求7所述的嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构，其特征在于，所述量子阱层(62)中阱层的材料包括GaN、InGaN、AlGaN中的一种或多种。
9.一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的制备方法，其特征在于，包括步骤：
在衬底层(1)上生长成核层(2)；
在所述成核层(2)上生长第一n型掺杂GaN层(3)；
在所述第一n型掺杂GaN层(3)上键合金刚石，形成键合层(4)和金刚石层(5)；
刻蚀所述键合层(4)和所述金刚石层(5)直至所述第一n型掺杂GaN层(3)，形成若干纳米孔(60)，并在所述若干纳米孔(60)中生长纳米柱LED结构(6)；
刻蚀所述纳米柱LED结构(6)周围的所述键合层(4)和所述金刚石层(5)直至所述第一n型掺杂GaN层(3)，形成若干凹槽(71)，并在所述凹槽(71)中制备第一电极(7)，同时在所述纳米柱LED结构(6)上制备第二电极(8)。
10.根据权利要求9所述的嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的制备方法，其特征在于，在所述第一n型掺杂GaN层(3)上键合金刚石，形成键合层(4)和金刚石层(5)，包括：
在金刚石表面和所述第一n型掺杂GaN层(3)上分别制备键合材料；
利用所述键合材料将所述金刚石与所述第一n型掺杂GaN层(3)进行键合，形成所述键合层(4)和所述金刚石层(5)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110546574.9A CN113594342B (zh) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | 嵌套金刚石散热层的纳米柱led结构及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110546574.9A CN113594342B (zh) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | 嵌套金刚石散热层的纳米柱led结构及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113594342A CN113594342A (zh) | 2021-11-02 |
| CN113594342B true CN113594342B (zh) | 2022-09-02 |
Family
ID=78243287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110546574.9A Active CN113594342B (zh) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | 嵌套金刚石散热层的纳米柱led结构及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113594342B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117637973B (zh) * | 2024-01-25 | 2024-04-05 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种led芯片及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012156484A (ja) * | 2011-01-04 | 2012-08-16 | Napura:Kk | 発光デバイス |
| CN103325901A (zh) * | 2013-05-22 | 2013-09-25 | 中国科学院半导体研究所 | 垂直结构表面等离激元增强GaN基纳米柱LED及制备方法 |
| CN103489983A (zh) * | 2012-06-11 | 2014-01-01 | 铼钻科技股份有限公司 | 覆晶式发光二极管及其制法与应用 |
| CN106384762A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-08 | 华南理工大学 | 生长在铝酸锶钽镧衬底上的纳米柱led及其制备方法 |
| CN106384761A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-08 | 华南理工大学 | 生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11610868B2 (en) * | 2019-01-29 | 2023-03-21 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | μ-LED, μ-LED device, display and method for the same |
-
2021
- 2021-05-19 CN CN202110546574.9A patent/CN113594342B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012156484A (ja) * | 2011-01-04 | 2012-08-16 | Napura:Kk | 発光デバイス |
| CN103489983A (zh) * | 2012-06-11 | 2014-01-01 | 铼钻科技股份有限公司 | 覆晶式发光二极管及其制法与应用 |
| CN103325901A (zh) * | 2013-05-22 | 2013-09-25 | 中国科学院半导体研究所 | 垂直结构表面等离激元增强GaN基纳米柱LED及制备方法 |
| CN106384762A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-08 | 华南理工大学 | 生长在铝酸锶钽镧衬底上的纳米柱led及其制备方法 |
| CN106384761A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-08 | 华南理工大学 | 生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113594342A (zh) | 2021-11-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7541623B2 (en) | P-n heterojunction structure of zinc oxide-based nanorod and semiconductor thin film, preparation thereof, and nano-device comprising same | |
| TWI413279B (zh) | Iii族氮化物半導體發光元件及其製造方法、以及燈 | |
| KR100836455B1 (ko) | 반도체 발광소자 및 반도체 발광소자의 제조 방법 | |
| JP5145120B2 (ja) | 化合物半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに化合物半導体発光素子の製造方法 | |
| US20070045660A1 (en) | Heterojunction structure of nitride semiconductor and nano-device or an array thereof comprising same | |
| CN108878606A (zh) | 基于超晶格结构和δ掺杂的高效发光二极管及制备方法 | |
| CN111739989A (zh) | AlGaN基深紫外LED外延片及制备方法 | |
| CN115064620A (zh) | 阶梯组分YAlN/AlGaN超晶格p型层的高效深紫外发光二极管及制备方法 | |
| CN113594342B (zh) | 嵌套金刚石散热层的纳米柱led结构及制备方法 | |
| CN115000250A (zh) | 一种GaN LED结构及其制作方法 | |
| CN113410353B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN212323022U (zh) | AlGaN基深紫外LED外延片 | |
| TWI398558B (zh) | 氮化鎵立體磊晶結構及其製作方法 | |
| JP2009516377A (ja) | シリコン基板上に高品質の半導体発光デバイスを製造するための方法 | |
| CN113013299B (zh) | 发光二极管外延片及其生长方法 | |
| KR20120029256A (ko) | 반도체 발광소자 및 이를 제조하는 방법 | |
| CN212542464U (zh) | 一种生长在Si衬底上的紫外LED外延片 | |
| JP2006013463A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 | |
| CN112736168A (zh) | 非极性GaN基微型发光二极管及制备方法 | |
| CN107910411B (zh) | 发光二极管及其制备方法 | |
| CN106601878B (zh) | 一种具有高光效的led制备方法 | |
| WO2005106982A1 (en) | Group iii nitride semiconductor light-emitting device | |
| CN218182240U (zh) | 一种大功率led | |
| CN113257974B (zh) | 具有超纳米晶金刚石导电层的发光二极管芯片及制备方法 | |
| CN114094001B (zh) | 基底、发光二极管外延片及其制造方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |