CN116995172B - 一种绿光led芯片及其制备方法 - Google Patents
一种绿光led芯片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116995172B CN116995172B CN202311236570.6A CN202311236570A CN116995172B CN 116995172 B CN116995172 B CN 116995172B CN 202311236570 A CN202311236570 A CN 202311236570A CN 116995172 B CN116995172 B CN 116995172B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano
- layer
- silicon nitride
- type gan
- led chip
- 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
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 9
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 32
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 42
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 14
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 13
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 7
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 6
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 claims 15
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 10
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 6
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-M hydrogensulfate Chemical compound OS([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
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
- H01L33/36—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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- 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
- H01L33/44—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
- H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector
-
- 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
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0091—Scattering means in or on the semiconductor body or semiconductor body package
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供的一种绿光LED芯片及其制备方法，该绿光LED芯片在具有n型GaN层、有源层、p型GaN层以及ITO层的GaN外延片上，由ITO层朝衬底方向刻蚀，直至n型GaN层，形成周期性排列的纳米孔洞，纳米孔洞的表面向外依次附着有氮化硅薄膜和氧化银纳米颗粒，且纳米孔洞内填充有旋涂玻璃，具体的，通过氧化银纳米颗粒的散射与反射作用，增大光子逃逸到自由空间的概率，这可以弥补纳米孔刻蚀带来的负面影响，并有效提升外量子效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种绿光LED芯片及其制备方法。
背景技术
LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是一种固态照明光源，它的原理是将电能转化为光能。LED具有寿命长、控制方便、高效能等优点，属于典型的绿色能源。
目前，绿光LED的内量子效率已经可以达到60%。通常，绿光LED是基于Ш族磷化物（AlGaInP）或者Ш族氮化物（InGaN）材料体系进行外延生长的。然而，这两种材料体系在绿光波段的内量子效率都会大幅降低。如果能在绿光LED的效率上做出突破，可以发挥绿光LED在增强全彩显示上的潜力，因此，提升绿光LED芯片的光效具有重要意义。
通常，提高绿光LED的效率可以从两个方面入手：一是，在外延生长阶段改变量子阱层的生长方式提高量子阱的质量；二是，在芯片流片过程中，优化制备工艺，或改良LED的出光结构。相比于第一类只能从内量子效率进行提升，第二类方法可以从内量子效率及光提取效率同时入手，有更大的提升空间。
为了提高绿光LED的效率，在LED芯片中引入了纳米孔结构，纳米孔可以有效减轻GaN的内部应力、提高量子阱的质量、提高辐射复合速率。其次，纳米孔的结构增加了量子阱的表面积，从而提高了芯片整体的光提取效率。然而，在纳米孔的刻蚀过程中，由于高能量等离子体的轰击，部分的量子阱会遭受损伤。当电子及空穴在此复合时，将只有少部分的能量以光的形式散发出去，这使得有源层的发光面积变小，甚至，刻蚀纳米孔后芯片的外量子效率会低于无孔的普通结构。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种绿光LED芯片及其制备方法，旨在解决现有技术中，绿光LED芯片在刻蚀纳米孔结构的过程中会带来刻蚀损伤，导致外量子效率降低的问题。
根据本发明实施例当中的一种绿光LED芯片，包括GaN外延片，所述GaN外延片包括衬底以及依次沉积于所述衬底上的n型GaN层、有源层及p型GaN层，所述p型GaN层上设有ITO层，其中，由所述ITO层朝所述衬底方向刻蚀，直至所述n型GaN层，形成周期性排列的纳米孔洞，所述纳米孔洞的表面向外依次附着有氮化硅薄膜和氧化银纳米颗粒，且所述纳米孔洞内填充有旋涂玻璃，所述纳米孔洞的侧壁角度为0°~30°。
进一步的，所述绿光LED芯片还包括沉积于所述ITO层以及所述纳米孔洞上的氮化硅层，所述氮化硅层对应的位置上开设有用于设置电极的通孔。
进一步的，所述纳米孔洞之间间隔保持一致，且间隔范围为400nm~800nm。
进一步的，所述氮化硅薄膜的厚度为250Å ~500Å。
根据本发明实施例当中的一种绿光LED芯片的制备方法，用于制备上述的绿光LED芯片，所述制备方法包括：
提供一GaN外延片，其中，所述GaN外延片包括衬底以及依次沉积于所述衬底上的n型GaN层、有源层及p型GaN层；
在所述p型GaN层上沉积ITO层；
采用纳米压印胶为掩膜，对所述GaN外延片进行刻蚀，刻蚀深度超过所述有源层，直至刻蚀到所述n型GaN层，以形成周期性排列的纳米孔洞；
在纳米孔洞的表面生长氮化硅薄膜，并在所述氮化硅薄膜上蒸镀银薄膜，再在氮气气氛下进行快速退火，使所述银薄膜在张应力的作用下，被拉扯为银纳米颗粒；
将旋涂玻璃均匀旋涂，以填充所述纳米孔洞，然后在有氧条件进行快速退火，得到氧化银纳米颗粒。
进一步的，所述将旋涂玻璃均匀旋涂，以填充所述纳米孔洞，然后在有氧条件进行快速退火，得到氧化银纳米颗粒的步骤之后还包括：
在有氧条件进行快速退火后，旋涂玻璃成型，对样品进行回刻处理，使除纳米孔洞以外的区域的ITO层暴露；
进行Mesa刻蚀，以将Mesa区域外的p型GaN刻蚀掉，露出n型GaN部分表面，并整体生长一层氮化硅层；
在所述氮化硅层对应的位置上进行光刻，以形成用于设置电极的通孔；
在通孔处制备对应电极。
进一步的，所述在纳米孔洞的表面生长氮化硅薄膜，并在所述氮化硅薄膜上蒸镀银薄膜，再在氮气气氛下进行快速退火的步骤中，快速退火的温度为400℃~600℃，时间为3min~5min。
进一步的，所述将旋涂玻璃均匀旋涂，以填充所述纳米孔洞，然后在有氧条件进行快速退火，得到氧化银纳米颗粒的步骤中，快速退火的温度为300℃~500℃，时间为3min~9min。
进一步的，所述银薄膜的厚度为100Å~300Å。
与现有技术相比：本发明提出的绿光LED芯片在具有n型GaN层、有源层、p型GaN层以及ITO层的GaN外延片上，由ITO层朝衬底方向刻蚀，直至n型GaN层，形成周期性排列的纳米孔洞，纳米孔洞的表面向外依次附着有氮化硅薄膜和氧化银纳米颗粒，且纳米孔洞内填充有旋涂玻璃，具体的，通过氧化银纳米颗粒的散射与反射作用，增大光子逃逸到自由空间的概率，这可以弥补纳米孔刻蚀带来的负面影响，并有效提升外量子效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种绿光LED芯片的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种绿光LED芯片的制备方法的实现流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参考图1，为本发明实施例提供的一种绿光LED芯片的结构示意图，该绿光LED芯片包括GaN外延片，GaN外延片包括衬底1以及依次沉积于衬底1上的n型GaN层2、有源层3、p型GaN层4以及ITO层5，其中，衬底1可以为蓝宝石衬底，该绿光LED芯片还包括沉积于ITO层5以及纳米孔洞上的氮化硅层6，氮化硅层6对应的位置上开设有用于设置电极的通孔，即在对应的通孔上分别制备p电极71和n电极72，氮化硅层6的厚度为10000Å~12000Å，示例性的，氮化硅层6的厚度为10000Å、11000Å或12000Å等，但不限于此。
需要说明的是，由ITO层5朝衬底1方向刻蚀，直至n型GaN层2，形成周期性排列的纳米孔洞，纳米孔洞之间间隔保持一致，且间隔范围为400nm~800nm，示例性的，间隔范围为400nm、500nm、600nm、700nm或800nm等，但不限于此，另外，纳米孔洞的侧壁角度为0°~30°，示例性的，纳米孔洞的侧壁角度为0°、5°、10°、15°、20°、25°或30°等，但不限于此，可以理解的，纳米孔洞的侧壁角度指的是纳米孔洞的侧壁在竖直方向上的夹角，纳米孔洞的表面向外依次附着有氮化硅薄膜81和氧化银纳米颗粒82，且纳米孔洞内填充有旋涂玻璃83（SOG），氮化硅薄膜81的厚度为250Å~500Å，示例性的，氮化硅薄膜81的厚度为250Å、300Å、350Å、400Å、450Å或500Å等，但不限于此。
综上，本发明实施例提出的绿光LED芯片在具有n型GaN层、有源层、p型GaN层以及ITO层的GaN外延片上，由ITO层朝衬底方向刻蚀，直至n型GaN层，形成周期性排列的纳米孔洞，纳米孔洞的表面向外依次附着有氮化硅薄膜和氧化银纳米颗粒，且纳米孔洞内填充有旋涂玻璃，具体的，通过氧化银纳米颗粒的散射与反射作用，增大光子逃逸到自由空间的概率，这可以弥补纳米孔刻蚀带来的负面影响，并有效提升外量子效率。
相应的，参考图2，为本发明实施例提供的一种绿光LED芯片的制备方法的实现流程图，本发明实施例还提供了一种绿光LED芯片的制备方法，其用于制备上述的绿光LED芯片，具体包括以下步骤：
S1、提供一GaN外延片，其中，所述GaN外延片包括衬底以及依次沉积于所述衬底上的n型GaN层、有源层、p型GaN层以及ITO层。
本发明实施例当中的GaN外延片通过常规方法制备，其中，当在蓝宝石衬底上生长得到n型GaN层、有源层以及p型GaN层时，将蓝宝石衬底、n型GaN层、有源层以及p型GaN层组成的外延片在有机溶液清洗，有机溶液包括丙酮、异丙醇、硫酸双氧水混合溶液，然后采用电子束蒸镀工艺在p型GaN层上制备一层ITO层，并进行退火处理，具体的，退火处理的过程中，在氮气和氧气混合环境下，温度为500℃~600℃进行退火处理，控制ITO层的厚度为1000Å~2000Å。
S2、采用纳米压印胶为掩膜，对所述GaN外延片进行刻蚀，刻蚀深度超过所述有源层，直至刻蚀到所述n型GaN层，以形成周期性排列的纳米孔洞。
具体的，由ITO层朝衬底方向刻蚀，直至n型GaN层，刻蚀深度超过有源层1600Å~1800Å，形成周期性排列的纳米孔洞，示例性的，刻蚀深度超过有源层1600Å、1650Å、1700Å、1750Å或1800Å等，但不限于此，需要说明的是，纳米孔洞的深度为4800Å~5200Å，示例性的，纳米孔洞的深度为4800Å、4900Å、5000Å、5100Å或5200Å等，但不限于此。
S3、在纳米孔洞的表面生长氮化硅薄膜，并在所述氮化硅薄膜上蒸镀银薄膜，再在氮气气氛下进行快速退火，使所述银薄膜在张应力的作用下，被拉扯为银纳米颗粒。
采用PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积）工艺整体生长一层厚度为250Å~500Å的氮化硅薄膜，即也在纳米孔洞的表面生长了一层氮化硅薄膜，随后采用电子束蒸镀工艺再整体蒸镀一层厚度为100Å~300Å的银薄膜，示例性的，银薄膜的厚度为100Å、150Å、200Å、250Å或300Å等，但不限于此，最后在氮气气氛下进行快速退火，使银薄膜在张应力的作用下被拉扯成银纳米颗粒，附着在纳米孔的侧壁上，具体的，快速退火的温度为400℃~600℃，时间为3min~5min。
S4、将旋涂玻璃均匀旋涂，以填充所述纳米孔洞，然后在有氧条件进行快速退火，得到氧化银纳米颗粒。
采用匀胶机将旋涂玻璃（SOG）均匀旋涂在样品表面，并将纳米孔洞填充，然后在有氧条件进行快速退火，得到氧化银纳米颗粒，可以理解的，氧分子将穿透旋涂玻璃与银纳米颗粒进行反应，形成氧化银纳米颗粒，具体的，快速退火的温度为300℃~500℃，时间为3min~9min。
S5、在有氧条件进行快速退火后，旋涂玻璃成型，对样品进行回刻处理，使除纳米孔洞以外的区域的ITO层暴露。
具体的，采用ICP（Inductively Coupled Plasma，电感耦合等离子体）刻蚀设备对样品进行回刻处理，使除纳米孔洞以外的区域的ITO层暴露。
S6、进行Mesa刻蚀，以将Mesa区域外的p型GaN刻蚀掉，露出n型GaN部分表面，并整体生长一层氮化硅层。
需要说明的是，控制氮化硅层的厚度为10000Å~12000Å，即形成一层氮化硅钝化层。
S7、在所述氮化硅层对应的位置上进行光刻，以形成用于设置电极的通孔。
S8、在通孔处制备对应电极。
具体的，在p电极和n电极的位置留下通孔，然后进行p电极和n电极的制备，在蒸镀前用负性光刻胶进行光刻，采用电子束蒸镀设备，蒸镀常规金属电极，经过剥离去胶后得到最终的绿光LED芯片样品。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
本实施例提供一种绿光LED芯片，包括GaN外延片，GaN外延片包括衬底以及依次沉积于衬底上的n型GaN层、有源层、p型GaN层以及ITO层，其中，衬底为蓝宝石衬底，ITO层的厚度为1500Å，该绿光LED芯片还包括沉积于ITO层以及纳米孔洞上的氮化硅层，氮化硅层对应的位置上开设有用于设置电极的通孔，即在对应的通孔上分别制备p电极和n电极，氮化硅层的厚度为10000Å。
需要说明的是，由ITO层朝衬底方向刻蚀，直至n型GaN层，形成周期性排列的纳米孔洞，纳米孔洞之间间隔保持一致，且间隔400nm，另外，纳米孔洞的侧壁角度为0°，可以理解的，纳米孔洞的侧壁角度指的是纳米孔洞的侧壁在竖直方向上的夹角，纳米孔洞的表面向外依次附着有氮化硅薄膜和氧化银纳米颗粒，且纳米孔洞内填充有旋涂玻璃（SOG），氮化硅薄膜的厚度为300Å。
本实施例中绿光LED芯片的制备方法包括以下步骤：
（1）提供一GaN外延片，其中，所述GaN外延片包括衬底以及依次沉积于所述衬底上的n型GaN层、有源层、p型GaN层以及ITO层。
本发明实施例当中的GaN外延片通过常规方法制备，其中，当在蓝宝石衬底上生长得到n型GaN层、有源层以及p型GaN层时，将蓝宝石衬底、n型GaN层、有源层以及p型GaN层组成的外延片依次在丙酮、异丙醇、硫酸双氧水混合溶液中清洗，然后采用电子束蒸镀工艺在p型GaN层上制备一层ITO层，并进行退火处理，具体的，退火处理的过程中，在氮气和氧气混合环境下，温度为550℃进行退火处理，控制ITO层的厚度为1500Å。
（2）采用纳米压印胶为掩膜，对所述GaN外延片进行刻蚀，刻蚀深度超过所述有源层，直至刻蚀到所述n型GaN层，以形成周期性排列的纳米孔洞。
具体的，由ITO层朝衬底方向刻蚀，直至n型GaN层，刻蚀深度超过有源层1700Å，形成周期性排列的纳米孔洞，需要说明的是，纳米孔洞的深度为5000Å。
（3）在纳米孔洞的表面生长氮化硅薄膜，并在所述氮化硅薄膜上蒸镀银薄膜，再在氮气气氛下进行快速退火，使所述银薄膜在张应力的作用下，被拉扯为银纳米颗粒。
采用PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积）工艺整体生长一层厚度为300Å的氮化硅薄膜，即也在纳米孔洞的表面生长了一层氮化硅薄膜，随后采用电子束蒸镀工艺再整体蒸镀一层厚度为150Å的银薄膜，最后在氮气气氛下进行快速退火，使银薄膜在张应力的作用下被拉扯成银纳米颗粒，附着在纳米孔的侧壁上，具体的，快速退火的温度为400℃，时间为3min。
（4）将旋涂玻璃均匀旋涂，以所述纳米孔洞填充，然后在有氧条件进行快速退火，得到氧化银纳米颗粒。
采用匀胶机将旋涂玻璃（SOG）均匀旋涂在样品表面，并将纳米孔洞填充，然后在有氧条件进行快速退火，得到氧化银纳米颗粒，可以理解的，氧分子将穿透旋涂玻璃与银纳米颗粒进行反应，形成氧化银纳米颗粒，具体的，快速退火的温度为400℃，时间为5min。
（5）在有氧条件进行快速退火后，旋涂玻璃成型，对样品进行回刻处理，使除纳米孔洞以外的区域的ITO层暴露。
具体的，采用ICP（Inductively Coupled Plasma，电感耦合等离子体）刻蚀设备对样品进行回刻处理，使除纳米孔洞以外的区域的ITO层暴露。
（6）进行Mesa刻蚀，以将Mesa区域外的p型GaN刻蚀掉，露出n型GaN部分表面，并整体生长一层氮化硅层。
需要说明的是，控制氮化硅层的厚度为10000Å，即形成一层氮化硅钝化层。
（7）在所述氮化硅层对应的位置上进行光刻，以形成用于设置电极的通孔。
（8）在通孔处制备对应电极。
具体的，在p电极和n电极的位置留下通孔，然后进行p电极和n电极的制备，在蒸镀前用负性光刻胶进行光刻，采用电子束蒸镀设备，蒸镀常规金属电极，经过剥离去胶后得到最终的绿光LED芯片样品。
实施例2
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，采用电子束蒸镀工艺再整体蒸镀一层厚度为200Å的银薄膜，最后在氮气气氛下进行快速退火，快速退火的温度为400℃，时间为5min。
实施例3
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，采用电子束蒸镀工艺再整体蒸镀一层厚度为100Å的银薄膜，最后在氮气气氛下进行快速退火，快速退火的温度为400℃，时间为3min。
实施例4
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，采用电子束蒸镀工艺再整体蒸镀一层厚度为250Å的银薄膜，最后在氮气气氛下进行快速退火，快速退火的温度为400℃，时间为7min。
实施例5
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，采用电子束蒸镀工艺再整体蒸镀一层厚度为300Å的银薄膜，最后在氮气气氛下进行快速退火，快速退火的温度为400℃，时间为9min。
实施例6
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，纳米孔洞之间间隔保持一致，且间隔500nm。
实施例7
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，纳米孔洞之间间隔保持一致，且间隔600nm。
实施例8
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，纳米孔洞之间间隔保持一致，且间隔700nm。
实施例9
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，纳米孔洞之间间隔保持一致，且间隔800nm。
实施例10
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，纳米孔洞的侧壁角度为5°。
实施例11
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，纳米孔洞的侧壁角度为10°。
实施例12
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，纳米孔洞的侧壁角度为15°。
实施例13
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，纳米孔洞的侧壁角度为20°。
实施例14
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，纳米孔洞的侧壁角度为25°。
实施例15
本实施例同样提供一种绿光LED芯片，与实施例1的区别在于，纳米孔洞的侧壁角度为30°。
将实施例1至实施例15所得的绿光LED芯片与现有技术中的绿光LED芯片在同等条件下进行测试，具体结果如下表所示：
由表中可以看出，本发明实施例当中的绿光LED芯片的外量子效率均大于现有技术，其中，本发明实施例5中制备的绿光LED芯片最佳，外量子效率可达40.5%。需要说明的是，随着银薄膜厚度的增加，外量子效率逐渐增加，当银薄膜厚度由200nm到250nm时，外量子效率增加尤为明显，而银薄膜厚度由250nm到300nm时，外量子效率的增加遇到瓶颈；随着纳米孔洞之间间隔的增加，外量子效率呈下降趋势；随着纳米孔洞的侧壁角度的增加，外量子效率同样呈下降趋势。
综上，本发明实施例当中的绿光LED芯片及其制备方法，该绿光LED芯片在具有n型GaN层、有源层、p型GaN层以及ITO层的GaN外延片上，由ITO层朝衬底方向刻蚀，直至n型GaN层，形成周期性排列的纳米孔洞，纳米孔洞的表面向外依次附着有氮化硅薄膜和氧化银纳米颗粒，且纳米孔洞内填充有旋涂玻璃，具体的，通过氧化银纳米颗粒的散射与反射作用，增大光子逃逸到自由空间的概率，这可以弥补纳米孔刻蚀带来的负面影响，并有效提升外量子效率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种绿光LED芯片，其特征在于，包括GaN外延片，所述GaN外延片包括衬底以及依次沉积于所述衬底上的n型GaN层、有源层及p型GaN层，所述p型GaN层上设有ITO层，其中，由所述ITO层朝所述衬底方向刻蚀，直至所述n型GaN层，形成周期性排列的纳米孔洞，所述纳米孔洞的表面向外依次附着有氮化硅薄膜和氧化银纳米颗粒，且所述纳米孔洞内填充有旋涂玻璃，所述纳米孔洞的侧壁角度为0°~30°；
所述纳米孔洞之间间隔保持一致，且间隔范围为400nm~500nm；
所述纳米孔洞的表面附着所述氮化硅薄膜和所述氧化银纳米颗粒的过程为，在纳米孔洞的表面生长氮化硅薄膜，并在所述氮化硅薄膜上蒸镀银薄膜，再在氮气气氛下进行快速退火，使所述银薄膜在张应力的作用下，被拉扯为银纳米颗粒，将旋涂玻璃均匀旋涂，以填充所述纳米孔洞，然后在有氧条件进行快速退火，得到氧化银纳米颗粒，其中，所述银薄膜的厚度为100Å~300Å，在氮气气氛下进行快速退火的温度为400℃~600℃，时间为3min~5min。
2.根据权利要求1所述的绿光LED芯片，其特征在于，所述绿光LED芯片还包括沉积于所述ITO层以及所述纳米孔洞上的氮化硅层，所述氮化硅层对应的位置上开设有用于设置电极的通孔。
3.根据权利要求1所述的绿光LED芯片，其特征在于，所述氮化硅薄膜的厚度为250Å~500Å。
4.一种绿光LED芯片的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-3任一项所述的绿光LED芯片，所述制备方法包括：
提供一GaN外延片，其中，所述GaN外延片包括衬底以及依次沉积于所述衬底上的n型GaN层、有源层及p型GaN层；
在所述p型GaN层上沉积ITO层；
采用纳米压印胶为掩膜，对所述GaN外延片进行刻蚀，刻蚀深度超过所述有源层，直至刻蚀到所述n型GaN层，以形成周期性排列的纳米孔洞；
在纳米孔洞的表面生长氮化硅薄膜，并在所述氮化硅薄膜上蒸镀银薄膜，再在氮气气氛下进行快速退火，使所述银薄膜在张应力的作用下，被拉扯为银纳米颗粒；
将旋涂玻璃均匀旋涂，以填充所述纳米孔洞，然后在有氧条件进行快速退火，得到氧化银纳米颗粒。
5.根据权利要求4所述的绿光LED芯片的制备方法，其特征在于，所述将旋涂玻璃均匀旋涂，以填充所述纳米孔洞，然后在有氧条件进行快速退火，得到氧化银纳米颗粒的步骤之后还包括：
在有氧条件进行快速退火后，旋涂玻璃成型，对样品进行回刻处理，使除纳米孔洞以外的区域的ITO层暴露；
进行Mesa刻蚀，以将Mesa区域外的p型GaN刻蚀掉，露出n型GaN部分表面，并整体生长一层氮化硅层；
在所述氮化硅层对应的位置上进行光刻，以形成用于设置电极的通孔；
在通孔处制备对应电极。
6.根据权利要求4所述的绿光LED芯片的制备方法，其特征在于，所述在纳米孔洞的表面生长氮化硅薄膜，并在所述氮化硅薄膜上蒸镀银薄膜，再在氮气气氛下进行快速退火的步骤中，快速退火的温度为400℃~600℃，时间为3min~5min。
7.根据权利要求4所述的绿光LED芯片的制备方法，其特征在于，所述将旋涂玻璃均匀旋涂，以填充所述纳米孔洞，然后在有氧条件进行快速退火，得到氧化银纳米颗粒的步骤中，快速退火的温度为300℃~500℃，时间为3min~9min。
8.根据权利要求4所述的绿光LED芯片的制备方法，其特征在于，所述银薄膜的厚度为100Å~300Å。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311236570.6A CN116995172B (zh) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 一种绿光led芯片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311236570.6A CN116995172B (zh) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 一种绿光led芯片及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116995172A CN116995172A (zh) | 2023-11-03 |
| CN116995172B true CN116995172B (zh) | 2023-12-26 |
Family
ID=88523451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311236570.6A Active CN116995172B (zh) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 一种绿光led芯片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116995172B (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 (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008130656A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Sony Corp | 発光ダイオードおよびその製造方法ならびに光源セルユニットならびに発光ダイオードバックライトならびに発光ダイオード照明装置ならびに発光ダイオードディスプレイならびに電子機器 |
| CN104051587A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-09-17 | 中国科学院半导体研究所 | 表面等离激元增强GaN基纳米孔LED的制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7595511B2 (en) * | 2003-08-08 | 2009-09-29 | Sang-Kyu Kang | Nitride micro light emitting diode with high brightness and method of manufacturing the same |
| KR101901320B1 (ko) * | 2012-05-22 | 2018-09-21 | 삼성전자주식회사 | 발광소자 및 그 제조방법 |
-
2023
- 2023-09-25 CN CN202311236570.6A patent/CN116995172B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008130656A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Sony Corp | 発光ダイオードおよびその製造方法ならびに光源セルユニットならびに発光ダイオードバックライトならびに発光ダイオード照明装置ならびに発光ダイオードディスプレイならびに電子機器 |
| CN104051587A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-09-17 | 中国科学院半导体研究所 | 表面等离激元增强GaN基纳米孔LED的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116995172A (zh) | 2023-11-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8652958B2 (en) | Vertical deep ultraviolet light emitting diodes | |
| US9202975B2 (en) | Light emitting diode including graphene layer | |
| JP2698796B2 (ja) | ３族窒化物半導体発光素子 | |
| US9190565B2 (en) | Light emitting diode | |
| US20110147704A1 (en) | Semiconductor light-emitting device with passivation layer | |
| CN116995172B (zh) | 一种绿光led芯片及其制备方法 | |
| CN110416372B (zh) | 一种面向micro-LED应用的无损微纳结构的制备方法 | |
| GB2547123A (en) | LED vertical chip structure with special coarsening morphology and preparation method therefor | |
| WO2018184444A1 (zh) | 氮化物半导体元件及其制作方法 | |
| CN111403566A (zh) | 具有侧壁场板的发光二极管器件结构及其制备方法 | |
| KR101373398B1 (ko) | 고효율 발광다이오드 제조방법 | |
| US20110133159A1 (en) | Semiconductor light-emitting device with passivation in p-type layer | |
| CN101807648B (zh) | 引入式粗化氮极性面氮化镓基发光二极管及其制作方法 | |
| CN110165028B (zh) | 基于局域表面等离激元增强的mis结构紫外led及其制备方法 | |
| CN109148654B (zh) | 非极性面ⅲ族氮化物外延结构及其制备方法 | |
| TWI398558B (zh) | 氮化鎵立體磊晶結構及其製作方法 | |
| KR100621918B1 (ko) | 투명 전도성 나노막대를 전극으로 포함하는 발광소자 | |
| CN116053368A (zh) | 一种带有ZnO牺牲层的红光LED芯片及其制作方法 | |
| CN211605177U (zh) | 一种图形化复合衬底及led外延片 | |
| TW201244162A (en) | Light emitting diode and method for making it | |
| US8912022B2 (en) | Methods for making light emitting diodes and optical elements | |
| WO2005038889A1 (en) | The method for allngan epitaxial growth on silicon substrate | |
| US20130256724A1 (en) | Light emitting diodes | |
| KR20140036396A (ko) | 다공성 투명 전극을 포함하는 발광 다이오드 및 그 제조 방법 | |
| KR102128835B1 (ko) | 그래핀 양자점 광증폭 발광소자를 포함하는 자동차 전장 부품 |
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 |