專(zhuān)利名稱(chēng)：一種表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電器件領(lǐng)域，具體涉及一種具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光效率主要有兩方面因素器件的內(nèi)量子效應(yīng)和外量子效應(yīng)。目前，典型的GaN藍(lán)光LED的內(nèi)量子效率可達(dá)80%，因此，進(jìn)一步大幅度提高內(nèi)量子效率的可能性不大。而相對(duì)于內(nèi)量子效率，普通GaN基LED的外量子效率僅為百分之幾，這是由于GaN與空氣的折射率相差很大，GaN與空氣界面的全反射臨界角為23度，在有源區(qū)產(chǎn)生的光僅有一小部分可以射出到空氣中。為了提高光的抽取效率，目前普遍采用粗化結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到提高光取出效率。同時(shí)，粗化后，封裝芯片的發(fā)光亮度更為集中。粗化結(jié)構(gòu)芯片電極的透明導(dǎo)電層(TCL)之間的接觸面積更大，減小了器件的工作電壓，提高了發(fā)光效率。同時(shí)， 粗化結(jié)構(gòu)也能夠使電極剝離工藝中電極翹起的異常大大減小。目前國(guó)內(nèi)外采用的主要技術(shù)方案有生長(zhǎng)分布布喇格反射層(DBR)結(jié)構(gòu)、表面粗化技術(shù)和光子晶體技術(shù)等。表面粗化技術(shù)制作工藝較DBR和光子晶體簡(jiǎn)單、成本低，是目前被普遍看好的技術(shù)。表面粗化分為濕法粗化和干法粗化兩種。濕法粗化是利用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿腐蝕GaN材料表面，形成自然的粗糙效果，如專(zhuān)利CN101248537和CN101409321。但是，濕法粗化存在各向同性、容易鉆蝕和過(guò)蝕等缺點(diǎn)，粗化的尺寸和深度受到限制，對(duì)于光的有效提取作用不明顯。干法粗化是通過(guò)掩膜掩蔽，采用ICP (感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕GaN材料表面達(dá)到粗糙化的效果。干法粗化具有各項(xiàng)異性刻蝕、刻蝕速率快等優(yōu)點(diǎn)。如何制作納米量級(jí)的掩膜是干法粗化工藝的難點(diǎn)。專(zhuān)利CN101702419采用旋涂法涂覆Ni納米顆粒作為干法刻蝕的掩膜，專(zhuān)利CN101656284采用ITO (氧化銦錫)顆粒作為干法刻蝕的掩膜，這些方法都存在無(wú)法準(zhǔn)確控制掩膜尺寸和均勻性的缺點(diǎn)，導(dǎo)致GaN片表面粗化的效果不一致，光提取效率的提高不均勻。而且掩膜的去除需要使用強(qiáng)酸類(lèi)，強(qiáng)酸會(huì)使GaN材料表面氧化，導(dǎo)致器件正向電壓升高。在低溫下，利用PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)方法制備的薄膜呈現(xiàn)極其粗糙的形貌，因此，可以將這種薄膜作為一種已經(jīng)粗化的薄膜。利用此類(lèi)薄膜結(jié)合刻蝕工藝，可以進(jìn)行選擇性的刻蝕，高效率，低成本的制備出粗化的LED。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，該方法具有工藝簡(jiǎn)單，成本低，粗化效果好，光提取效率高。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其步驟步驟I :采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積的方法，在半導(dǎo)體襯底上依次生長(zhǎng)低溫GaN緩沖層、不摻雜GaN層、n-GaN層、多量子阱層和P-GaN層，形成GaN外延片；步驟2 :將GaN外延片進(jìn)A PECVD設(shè)備，利用低溫沉積法沉積氧化硅或者氮化硅，控制參數(shù)，使沉積物為納米島狀；步驟3 :利用納米島作為刻蝕掩膜，對(duì)外延片進(jìn)行刻蝕，形成表面粗化的外延片；步驟4 :在將GaN外延片的一側(cè)進(jìn)行刻蝕，形成臺(tái)面；步驟5 :在外延片的上表面蒸鍍一層ITO薄膜；步驟6 :在GaN外延片的P-GaN上制作P電極，在n_GaN上制作N電極，完成器件制備。所述半導(dǎo)體襯底為藍(lán)寶石、硅、碳化硅或金屬。其中PECVD采用硅烷和笑氣作為沉積氧化硅薄膜的先驅(qū)氣體。其中刻蝕掩膜的直徑為100-20000nm。對(duì)GaN外延片進(jìn)行刻蝕時(shí)使用干法刻蝕或者濕法刻蝕。表面粗化的GaN外延片的粗糙度為5nm-500nm。其中臺(tái)面的刻蝕深度到達(dá)n-GaN層內(nèi)。其中制作的粗化的P-GaN的面，可以是器件上全部的P_GaN，也可以是P-GaN上未被電極覆蓋的區(qū)域。本發(fā)明對(duì)應(yīng)的粗化GaN的方法還可以用于ITO和鈍化層的粗化。本發(fā)明對(duì)應(yīng)的粗化GaN的方法還可以用于直接在鈍化層沉積粗糙度高的透明層或者在芯片層間沉積粗糙面，也可以用于粗化透明導(dǎo)電層(TCL)，以提高芯片的出光效率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該方法結(jié)合目前已有的生產(chǎn)設(shè)備PECVD，不需要額外增加投資，同時(shí)具有制備時(shí)間短，工藝穩(wěn)定簡(jiǎn)單，成本低，粗化效果好，光提取效率高。


圖I為本發(fā)明通過(guò)P-GaN層表面粗化提高出光效率的GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明提供一種具有粗化鈍化層的GaN基LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中
I為襯底、2為低溫GaN、3為未摻雜GaN、4為n_GaN、5為多量子阱層、6為P_GaN、7為IT0、8為p電極、9為n電極、10為鈍化層。
具體實(shí)施例方式參閱圖1，本發(fā)明提供一種具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，包括如下步驟
步驟I :采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的方法，在半導(dǎo)體襯底I上依次生長(zhǎng) 20nmAlN，2nm 未摻雜 GaN，InmGaN, 20nm 電流擴(kuò)散層，(2nmInGaN+12. 5nmGaN) *9MQff,20nmP-GaN,形成GaN外延片,其中所述半導(dǎo)體襯底I為藍(lán)寶石、娃、碳化娃或金屬；
步驟2 :將GaN外延片放入PECVD，在P-GaN層6的表面快速沉積刻蝕用掩膜的氧化硅或者氮化硅，也可以是有選擇性的沉積金屬等物質(zhì)；
步驟3 :將沉積好的納米氧化硅島作為刻蝕掩膜，對(duì)GaN外延片進(jìn)行ICP (感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕，使用Cl2、BC13、Ar作為刻蝕氣體，刻蝕結(jié)束后用氫氧化鉀或者氫氟酸將掩膜去除干凈，同時(shí)還可以有選擇性的對(duì)新刻蝕的面進(jìn)行退火處理，P-GaN表面粗糙度為5nm-500nm，由此形成表面粗化的GaN外延片，目的是為了增大出射光面積，增加光的出射幾率，減少全反射的發(fā)生。步驟4 :再將GaN外延片進(jìn)行光刻圖形制備，對(duì)GaN外延片的一側(cè)進(jìn)行ICP刻蝕，去除一側(cè)的P-GaN、量子講以及部分n-GaN,形成臺(tái)面該臺(tái)面的刻蝕深度700nm-1500nm ；
步驟5 :在GaN外延片的上表面使用電子束蒸發(fā)的方法蒸鍍ITO薄膜，光刻腐蝕出ITO圖形，去除P-GaN上的部分ITO薄膜和臺(tái)面上的ITO薄膜，形成ITO透明電極。ITO透明電極與P-GaN可以形成良好的歐姆接觸，可以降低接觸電壓，從而降低器件的工作電壓；
步驟6 :在p-GaN層、ITO層和n_GaN層上選用負(fù)型光刻膠光刻P、N電極，采用電子束蒸發(fā)法蒸鍍金屬CrPtAu(1000
/1000 /10000 )，剝離后形成P電極和N電極。步驟7 :在芯片上利用PECVD覆蓋一層二氧化硅，然后利用光刻技術(shù)使p、n電極露出來(lái)，方便后期測(cè)試和封裝。步驟8 :將芯片的藍(lán)寶石襯底減薄至150um，劃裂成單獨(dú)芯片，進(jìn)行器件的電學(xué)特性測(cè)試和光學(xué)特性測(cè)試。
請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明提供一種具有粗化鈍化層的GaN基LED芯片的制作方法，包括如下步驟 步驟I :采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的方法，在半導(dǎo)體襯底I上依次生長(zhǎng)20nmAlN, 2nm 未摻雜 GaN，InmGaN, 20nm 電流擴(kuò)散層，12nm*9MQff, 20nmp-GaN,形成 GaN 外延片，其中所述半導(dǎo)體襯底I為藍(lán)寶石、硅、碳化硅或金屬；
步驟2 :再將GaN外延片進(jìn)行光刻圖形制備，對(duì)GaN外延片的一側(cè)進(jìn)行ICP刻蝕，去除一側(cè)的p-GaN、量子講以及部分n-GaN,形成臺(tái)面該臺(tái)面的刻蝕深1700nm ；
步驟3 :在GaN外延片的上表面使用電子束蒸發(fā)的方法蒸鍍ITO薄膜，光刻腐蝕出ITO圖形，去除P-GaN上的部分ITO薄膜和臺(tái)面上的ITO薄膜，在P型臺(tái)面上形成ITO透明電極。ITO透明電極與p-GaN可以形成良好的歐姆接觸，可以降低接觸電壓，從而降低器件的工作電壓；
步驟4 :在p-GaN層、ITO層和n_GaN層上選用負(fù)型光刻膠光刻P、N電極，采用電子束蒸發(fā)法蒸鍍金屬CrPtAu (1000 /1000 /10000 )，剝離后形成P電極和N電極。步驟5 :在芯片上利用PECVD覆蓋一層二氧化硅，在沉積的最后，利用本發(fā)明對(duì)應(yīng)的方法，制備粗化的層面，然后利用光刻技術(shù)使P、n電極露出來(lái)，方便后期測(cè)試和封裝。步驟6 :將片子的藍(lán)寶石襯底減薄至150um，劃裂成單獨(dú)芯片，進(jìn)行器件的光學(xué)特性測(cè)試和電學(xué)特性測(cè)試。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其步驟 步驟I :采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積的方法，在半導(dǎo)體襯底上依次生長(zhǎng)低溫GaN緩沖層、不摻雜GaN層、n-GaN層、多量子阱層和P-GaN層，形成GaN外延片； 步驟2 =GaN外延片進(jìn)入PECVD設(shè)備，短時(shí)間低溫沉積氧化硅或者氮化硅，控制參數(shù)，使沉積物為納米島狀； 步驟3 :利用納米島狀沉積物作為刻蝕掩膜，對(duì)外延片進(jìn)行刻蝕，形成表面粗化的外延片; 步驟4 :在將GaN外延片的一側(cè)進(jìn)行刻蝕，形成臺(tái)面； 步驟5 :在外延片的上表面蒸鍍一層ITO薄膜； 步驟6 :在GaN外延片的P-GaN上制作P電極，在n_GaN上制作N電極，完成器件制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底為藍(lán)寶石、硅、碳化硅或金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于其中PECVD采用硅烷和笑氣作為沉積氧化硅薄膜的先驅(qū)氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于其中納米島狀沉積物直徑為100nm-20000nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于對(duì)GaN外延片進(jìn)行刻蝕時(shí)使用干法刻蝕或者濕法刻蝕。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于表面粗化的GaN外延片的粗糙度為5nm-500nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于其中臺(tái)面的刻蝕深度到達(dá)n-GaN層內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于其中制作的粗化的P-GaN的面，可以是器件上全部的P-GaN，也可以是P-GaN上未被電極覆蓋的區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于本發(fā)明對(duì)應(yīng)的粗化GaN的方法還可以用于ITO和鈍化層的粗化。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于本發(fā)明對(duì)應(yīng)的粗化GaN的方法還可以用于直接在鈍化層沉積粗糙度高的透明層或者在芯片層間沉積粗糙面，也可以用于粗化透明導(dǎo)電層，以提高芯片的出光效率。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其步驟為采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積的方法，在半導(dǎo)體襯底上依次生長(zhǎng)低溫GaN緩沖層、不摻雜GaN層、n-GaN層、多量子阱層和P-GaN層，形成GaN外延片；將GaN外延片進(jìn)入PECVD設(shè)備，使沉積物為納米島狀；利用納米島作為刻蝕掩膜，形成表面粗化的外延片；再將GaN外延片的一側(cè)進(jìn)行刻蝕，形成臺(tái)面；在外延片的上表面蒸鍍一層ITO薄膜;在GaN外延片的P-GaN上制作P電極，在n-GaN上制作N電極，完成器件制備。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于不需要光刻，刻蝕粗化過(guò)程自動(dòng)去除掩模，工藝簡(jiǎn)單，成本低，粗化效果好，光提取效率高。
文檔編號(hào)H01L33/22GK102709426SQ20121018999
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者劉榕, 宋超, 張建寶 申請(qǐng)人:華燦光電股份有限公司