專利名稱：具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在GaN基正裝LED結(jié)構(gòu)中通常采用氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電薄膜作為P臺(tái)面的電流擴(kuò)展層，ITO的折射率約為2，ITO界面與空氣發(fā)生全反射的臨界角為30°，有源區(qū)產(chǎn)生的光只有少數(shù)逃逸到ITO之外。這就要求從芯片結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，減少全反射，增大逃逸光錐的臨界角。現(xiàn)在業(yè)內(nèi)通常采用ITO表面粗化技術(shù)減小出射光的全反射，以提高光的提取效率。但粗化ITO的難度較大，粗化掩膜的制備和去除較難。

發(fā)明內(nèi)容
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針對(duì)現(xiàn)有粗化ITO存在的難點(diǎn)和問(wèn)題，本發(fā)明目的是提出一種具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法。本發(fā)明包括以下步驟
1)采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的方法，在半導(dǎo)體襯底上依次生長(zhǎng)低溫GaN緩沖層、不摻雜GaN層、N-GaN層、多量子阱發(fā)光層和P-GaN層，形成GaN外延片；所述半導(dǎo)體襯底為藍(lán)寶石、硅、碳化硅或金屬；
2)在GaN外延片的P-GaN層表面制備厚度為50(T9000A的ITO薄膜層；
3)對(duì)ITO薄膜層表面進(jìn)行表面粗化加工；
4)采用AZ4620光刻膠作為掩膜，對(duì)GaN外延片的一側(cè)進(jìn)行ICP(感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕，去除一側(cè)的P-GaN、量子阱以及部分N-GaN,形成深度為1000nnT2000nm的臺(tái)面；
5)選用AZ6130光刻膠和小王水光刻腐蝕出ITO圖形，去除P-GaN層上的部分ITO薄膜層和臺(tái)面上的ITO薄膜層，在P型臺(tái)面上形成ITO透明電極；
6)在P-GaN層、ITO層和N-GaN層上選用負(fù)型光刻膠L-300光刻P、N電極，采用電子束蒸發(fā)法依次蒸鍍金屬Cr、Pt和Au，剝離后形成P電極和N電極；
7)將半導(dǎo)體襯底減薄，然后劃裂成單獨(dú)芯片。本發(fā)明的特點(diǎn)是在對(duì)ITO薄膜層表面進(jìn)行表面粗化加工時(shí)，制作出納米碗狀粗化表面層，所述納米碗狀粗化表面層由相連的多個(gè)背面分別連接在P-GaN層上的碗形凹槽組成。本發(fā)明提供了一種具有ITO納米碗狀表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，納米碗狀粗化表面層中各碗形凹槽的尺寸和深度可控，這種碗狀結(jié)構(gòu)更有利于光提取。本發(fā)明所述對(duì)ITO薄膜層表面進(jìn)行表面粗化加工方法包括以下步驟
1)將覆蓋有ITO薄膜層的GaN外延片放入蒸發(fā)臺(tái)，在ITO薄膜層表面蒸鍍厚度為100 800nm的氯化銫薄膜層；
2)向蒸發(fā)臺(tái)腔室中充入水汽,使ITO薄膜層表面的氯化銫吸收水分長(zhǎng)大形成氯化銫納米島，各所述氯化銫納米島的直徑為100 900nm,相鄰的各氯化銫納米島的占空比為I :I;
3)在覆蓋有氯化銫納米島的ITO薄膜層表面采用PECVD(等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積)法沉積厚度為0. 5 Ium的二氧化硅薄膜層；
4)將外延片放入去離子水中超聲處理，去除ITO薄膜層表面的氯化銫納米島，在ITO薄膜層表面形成二氧化硅納米碗層，所述二氧化硅納米碗層為由相連的多個(gè)背面分別朝向ITO薄膜層表面上的碗形二氧化娃納米材料組成；
5)將二氧化硅納米碗層作為刻蝕掩膜，對(duì)ITO薄膜層表面進(jìn)行ICP(感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕，使納米碗層圖形轉(zhuǎn)移到ITO薄膜層上；
6)在BOE溶液中超聲或浸泡后，將ITO薄膜層表面的二氧化硅去除干凈。通過(guò)以上工藝，可在ITO薄膜層表面形成納米碗狀粗化表面層，粗糙度為·50-150nm(5X5 um范圍)。本發(fā)明提出了利用氯化銫和二氧化娃形成納米碗作為掩膜粗化ITO表面，同時(shí)由于氯化銫是鹽類，可以直接用去離子水去除干凈，SiO2可直接由BOE溶液去除。經(jīng)過(guò)對(duì)ITO表面粗化處理后的GaN基LED的光功率可提高30%以上。本發(fā)明在對(duì)二氧化硅納米碗層進(jìn)行ICP (感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕時(shí)，同時(shí)使用Cl2, BCl3和Ar2作為刻蝕氣體，其中Cl2流量為30 lOOsccm, BCl3流量為5 20sccm,Ar2流量為5 25sccm ;刻蝕功率為300 700W ;射頻功率為50 200W ;刻蝕時(shí)間為3_10min。本發(fā)明所述BOE溶液由體積比為1:7的HF和NH4F組成。所述小王水由體積比為3 1的HCl和HNO3組成。所述蒸鍍金屬Cr、Pt和Au的厚度分別為100 A ,500 A和10000A。


圖I為本發(fā)明具體實(shí)施例步驟2形成的制品結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例步驟3中步驟(2)形成的制品結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例步驟3中步驟(3)形成的制品結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例步驟3中步驟(4)形成的制品結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例步驟3中步驟(6)形成的制品結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例步驟7形成的制品結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是具有ITO表面粗化的GaN基LED與普通GaN基LED電流電壓關(guān)系對(duì)比曲線。圖8是具有ITO表面粗化的GaN基LED與普通GaN基LED發(fā)光強(qiáng)度對(duì)比曲線。
具體實(shí)施例方式一、制作LED芯片
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)I y m低溫GaN緩沖層2、2iim不摻雜GaN層3、2iim N-GaN層4、250nm多量子阱發(fā)光層5和300nmP-GaN層6，形成GaN外延片。上述半導(dǎo)體襯底I可以采用藍(lán)寶石、硅、碳化硅或金屬中的任意一種。步驟2 :在GaN外延片的P-GaN層6上表面制備ITO薄膜層，厚度50(T9000A，如圖I所示。
步驟3 :對(duì)ITO薄膜層7表面進(jìn)行加工，制作出納米碗狀粗化表面，其以下步驟
(I)將覆蓋有ITO薄膜層7的GaN外延片放入蒸發(fā)臺(tái)，在ITO薄膜層7的表面蒸鍍氯化銫薄膜，時(shí)間5 40min,薄膜后形成的氯化銫薄膜層厚度為100 800nm。(2)蒸鍍結(jié)束后，向蒸發(fā)臺(tái)腔室中充入水汽，時(shí)間5 30分鐘，使ITO薄膜層7表面的氯化銫薄膜層吸收水分逐漸長(zhǎng)大形成氯化銫納米島8，各氯化銫納米島的直徑分別為100 900nm，島與島之間的間距為100 900nm，相鄰的各氯化銫納米島的占空比為I :
I。如圖2所示。(3)在覆蓋有氯化銫納米島8的ITO薄膜層7表面采用PECVD (等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積)法沉積二氧化硅薄膜9，厚度0. 5 lum。如圖3所示。(4)將上述外延片放入去離子水中超聲5 15分鐘，去除ITO薄膜層7表面的氯·化銫納米島8,在ITO薄膜層7表面形成二氧化娃納米碗層9。如圖4所示,二氧化娃納米碗層9為由相連的多個(gè)背面分別朝向ITO薄膜層7表面上的碗形二氧化硅納米材料組成。(5)將二氧化硅納米碗層9作為刻蝕掩膜，對(duì)ITO薄膜層7表面進(jìn)行ICP (感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕，使納米碗層圖形轉(zhuǎn)移到ITO薄膜層7上。刻蝕時(shí)同時(shí)使用Cl2、BCl3和Ar2作為刻蝕氣體，其中Cl2流量為30 lOOsccm，BCl3流量為5 20sccm，Ar2流量為5 25sccm ;刻蝕功率為300 700W ;射頻功率為50 200W ;刻蝕時(shí)間為3 10 min。(6)將HF和NH4F以體積比1:7的比例混合，形成BOE溶液。將外延片在BOE溶液中超聲或浸泡10 90s，將ITO薄膜層7表面的二氧化硅去除干凈，露出納米碗狀的ITO粗化表面，ITO的粗糙度為50-150nm (5X5 um范圍)。如圖5所示。步驟4 :將GaN外延片進(jìn)行光刻圖形制備，選用AZ4620光刻膠作為掩膜，對(duì)GaN外延片的一側(cè)進(jìn)行ICP (感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕，去除一側(cè)的P-GaN層6、量子阱層5以及部分N-GaN層4,形成臺(tái)面41,該臺(tái)面41的刻蝕深度1000nnT2000nm。步驟5 :選用AZ6130光刻膠和小王水(3HC1 =HNO3)光刻腐蝕出ITO圖形，去除P-GaN 6上的部分ITO薄膜層7和臺(tái)面41上的ITO薄膜層7，在P型臺(tái)面上形成ITO透明電極。步驟6 :在P-GaN層6、ITO層7和N-GaN層41上選用負(fù)型光刻膠L-300光刻P、N電極，采用電子束蒸發(fā)法蒸鍍厚度分別為100 A ,500 A和10000A的金屬Cr、Pt和Au層，剝離后形成P電極10和N電極11。步驟7 :將半導(dǎo)體襯底I減薄至150um，劃裂成單獨(dú)芯片。最后形成的LED芯片結(jié)構(gòu)如圖6所示。二、測(cè)試本發(fā)明的I-V特性和P-I特性，并與普通方法形成的LED芯片進(jìn)行對(duì)比 將本發(fā)明以上方法制成的產(chǎn)品與采用普通方法形成的LED芯片分別進(jìn)行器件的I-V特
性測(cè)試和P-I特性測(cè)試，分別得到圖7、8所示的具有ITO表面粗化的GaN基LED與普通GaN基LED電流電壓關(guān)系對(duì)比曲線和發(fā)光強(qiáng)度對(duì)比曲線。從圖7可見具有ITO表面粗化的GaN基LED與普通GaN基LED電流電壓關(guān)系對(duì)比曲線幾乎重合，說(shuō)明對(duì)ITO表面粗化并沒有使GaN基LED的電壓升高。從圖8可見具有ITO表面粗化的GaN基LED比普通GaN基LED發(fā)光強(qiáng)度對(duì)比曲線。經(jīng)對(duì)ITO表面粗化后的GaN基LED在工作電流為350mA下的光功率比普通GaN基LED提聞30%以上。
權(quán)利要求
1.具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，包括以下步驟 1)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、多量子阱發(fā)光層和P-GaN層，形成GaN外延片；所述半導(dǎo)體襯底為藍(lán)寶石、硅、碳化硅或金屬； 2)在GaN外延片的P-GaN層表面制備厚度為500 9000A的ITO薄膜層； 3)對(duì)ITO薄膜層表面進(jìn)行表面粗化加工； 4)采用AZ4620光刻膠作為掩膜，對(duì)GaN外延片的ー側(cè)進(jìn)行ICP刻蝕，去除ー側(cè)的P-GaN、量子阱以及部分N-GaN,形成深度為1000 2000nm的臺(tái)面； 5)選用AZ6130光刻膠和小王水光刻腐蝕出ITO圖形，去除P-GaN層上的部分ITO薄膜層和臺(tái)面上的ITO薄膜層，在P型臺(tái)面上形成ITO透明電極； 6)在P-GaN層、ITO層和N-GaN層上選用負(fù)型光刻膠L-300光刻P、N電極，采用電子束蒸發(fā)法依次蒸鍍金屬Cr、Pt和Au，剝離后形成P電極和N電極； 7)將半導(dǎo)體襯底減薄，然后劃裂成単獨(dú)芯片； 其特征在于在對(duì)ITO薄膜層表面進(jìn)行表面粗化加工時(shí)，制作出納米碗狀粗化表面層，所述納米碗狀粗化表面層由相連的多個(gè)背面分別連接在P-GaN層上的碗形凹槽組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于所述對(duì)ITO薄膜層表面進(jìn)行表面粗化加工方法包括以下步驟 1)將覆蓋有ITO薄膜層的GaN外延片放入蒸發(fā)臺(tái)，在ITO薄膜層表面蒸鍍厚度為100 800nm的氯化銫薄膜層； 2)向蒸發(fā)臺(tái)腔室中充入水汽,使ITO薄膜層表面的氯化銫吸收水分長(zhǎng)大形成氯化銫納米島，各所述氯化銫納米島的直徑為100 900nm,相鄰的各氯化銫納米島的占空比為I :I ; 3)在覆蓋有氯化銫納米島的ITO薄膜層表面采用等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法沉積厚度為0. 5 Ium的ニ氧化硅薄膜層； 4)將外延片放入去離子水中超聲處理，去除ITO薄膜層表面的氯化銫納米島，在ITO薄膜層表面形成ニ氧化硅納米碗層，所述ニ氧化硅納米碗層為由相連的多個(gè)背面分別朝向ITO薄膜層表面上的碗形ニ氧化娃納米材料組成； 5)將ニ氧化硅納米碗層作為刻蝕掩膜，對(duì)ITO薄膜層表面進(jìn)行感應(yīng)耦合等離子體刻蝕，使納米碗層圖形轉(zhuǎn)移到ITO薄膜層上； 6)在BOE溶液中超聲或浸泡后，將ITO薄膜層表面的ニ氧化硅去除干凈。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于在對(duì)ニ氧化硅納米碗層進(jìn)行感應(yīng)耦合等離子體刻蝕時(shí)，同時(shí)使用Cl2、BCl3和Ar2作為刻蝕氣體，其中Cl2流量為30 lOOsccm，BCl3流量為5 20sccm，Ar2流量為5 25sccm ;刻蝕功率為300 700W ;射頻功率為50 200W ;刻蝕時(shí)間為3_10 min。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于所述BOE溶液由體積比為1:7的HF和NH4F組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于所述小王水由體積比為3 :1的HCl和HNO3組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于所述蒸鍍金屬Cr、Pt和Au的厚度分別 為100 A、500 A和10000A。
全文摘要
具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，涉及半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。先形成GaN外延片；然后在外延片的P-GaN層表面制備ITO薄膜層；再對(duì)薄膜層表面進(jìn)行表面粗化；然后對(duì)GaN外延片的一側(cè)進(jìn)行ICP刻蝕，在P型臺(tái)面上形成ITO透明電極；形成P電極和N電極；將半導(dǎo)體襯底減薄，然后劃裂成單獨(dú)芯片。本發(fā)明的特點(diǎn)是在對(duì)ITO薄膜層表面進(jìn)行表面粗化加工時(shí)，制作出納米碗狀粗化表面層，所述納米碗狀粗化表面層由相連的多個(gè)背面分別連接在P-GaN層上的碗形凹槽組成。本發(fā)明的納米碗狀粗化表面層中各碗形凹槽的尺寸和深度可控，這種碗狀結(jié)構(gòu)更有利于光提取。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102790154SQ20121028168
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者李璟, 王國(guó)宏, 詹騰 申請(qǐng)人:揚(yáng)州中科半導(dǎo)體照明有限公司