一種GaN基LED芯片表面粗化的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，包括：1)在半導(dǎo)體襯底上依次成長(zhǎng)GaN緩沖層、不摻雜GaN層、n-GaN層、多量子阱層、p-GaN層；當(dāng)只需在AZO電流擴(kuò)展層上制作粗化結(jié)構(gòu)時(shí)，在p-GaN層上生長(zhǎng)AZO電流擴(kuò)展層；2)制備Ag納米顆粒掩膜，在AZO電流擴(kuò)展層或p-GaN層上制作粗化結(jié)構(gòu)。其中，在p-GaN上制作粗化結(jié)構(gòu)后，再對(duì)具有粗化結(jié)構(gòu)的P-GaN層進(jìn)行二次外延，生長(zhǎng)AZO電流擴(kuò)展層。所述制備方法成本低，可以制作大面積光子晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)適用范圍廣，可在不同半導(dǎo)體材料上實(shí)現(xiàn)，并使之形成光子晶體結(jié)構(gòu)；此外，本發(fā)明制備的陽(yáng)極氧化鋁掩膜的周期可控，且光子晶體結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)。
【專利說(shuō)明】一種63卩基[￡0芯片表面粗化的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件領(lǐng)域，具體涉及一種&^基[￡0芯片表面粗化的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]基發(fā)光二級(jí)管([￡0)具有綠色，高亮度，長(zhǎng)壽命，低功耗等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，包括交通信號(hào)等、全彩顯示屏、液晶顯示器的背光源和白光[即。在不久的將來(lái)，
基白光[￡0將進(jìn)入傳統(tǒng)的照明領(lǐng)域，擁有巨大的增長(zhǎng)潛力。但&^基[￡0的發(fā)光效率和制造成本依然是阻礙基[￡0綠色照明光源普遍推廣應(yīng)用的絆腳石?；诨鵞￡0的廣闊應(yīng)用前景，如何提高基[￡0的發(fā)光效率已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。提高[￡0發(fā)光效率的方法有兩種:第一種是提高芯片的內(nèi)量子效率，第二種是提高光萃取效率。隨著外延技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)展，[￡0芯片的內(nèi)量子效率的提升空間不大。一個(gè)典型的藍(lán)光120的內(nèi)量子效率已經(jīng)達(dá)到70%以上，紫外120的外量子效率甚至達(dá)到80%以上。然而在[￡0的光萃取效率上還有很大的提升空間，原因在于在空氣中的折射率為2.5，理論的光錐出射角為23。，忽略背面和側(cè)面出射的光，只有4%的光可以從芯片表面出射。除了出射的光，大于光錐出射角的光在介質(zhì)中一直全反射，最終被有源層和電極吸收。
[0003]提高[￡0的光萃取效率對(duì)提高[￡0的光電轉(zhuǎn)換效率有著重要的意義。目前，提高120光萃取效率的方法主要有:表面粗化、在芯片底部蒸鍍001？反射層、芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及電極形狀設(shè)計(jì)、倒裝技術(shù)、光子晶體技術(shù)等。然而，表面粗化是提高[￡0光萃取效率的一種簡(jiǎn)單有效的方法，粗化的表面減少內(nèi)部光子的全反射并使外部的光散射。通常&^基120芯片是在襯底上通過(guò)10(^0法依次外延成長(zhǎng)層、多量子阱結(jié)構(gòu)層、層結(jié)構(gòu)以及蒸鍍110電流擴(kuò)展層。與廣泛應(yīng)用于肥)芯片的銦錫氧化物(110)透明電極相比，2=0基透明導(dǎo)電薄膜在可見(jiàn)光區(qū)域的透過(guò)率超過(guò)85%，價(jià)格低廉，無(wú)毒性，自然界含量豐富。研究表明，2=0基透明導(dǎo)電薄膜通過(guò)適當(dāng)?shù)膿诫s能大大提高其電導(dǎo)率。因此，2=0透明導(dǎo)電薄膜有希望取代傳統(tǒng)110作為透明電極。由于材料和2=0薄膜的折射率約為2.5和1.8.比周圍空氣折射率大的多，這樣有源層產(chǎn)生的光子在經(jīng)過(guò)和2=0與空氣界面時(shí)就會(huì)發(fā)生全發(fā)射現(xiàn)象，導(dǎo)致大部分光子被發(fā)射回芯片內(nèi)部而無(wú)法出射。通過(guò)表面粗化，可以打破全反射，使有源層發(fā)出的光子更多的從表面出射，從而提高120的光萃取效率。
[0004]表面粗化是提高&^基[￡0出光效率的有效途徑之一。表面粗化的方法有很多，比如，濕法蝕刻，干法蝕刻，光子晶體等方法。在目前提出的各種表面粗化方法中，雖然都不同程度提高[￡0的光萃取效率，但都暴露一些問(wèn)題。例如成本過(guò)高，實(shí)驗(yàn)過(guò)程不易控制等等。濕法蝕刻粗化表面，濕法蝕刻來(lái)實(shí)現(xiàn)表面粗化，操作簡(jiǎn)易，容易實(shí)現(xiàn)粗化圖形，但是無(wú)法控制粗化形貌，只能針對(duì)濕法腐蝕具有各相異性的材料。干法蝕刻，需要制備干法蝕刻掩膜，通常通過(guò)掩膜制作粗化圖形無(wú)法達(dá)到納米量級(jí)，粗化尺寸比較大。而光子晶體技術(shù)，基本上有些類似微型化表面粗化技術(shù)，是在[￡0晶粒表面制作一系列規(guī)律排列的圓孔數(shù)組，這些圓孔數(shù)組直經(jīng)約接近奈米等級(jí)的100?250=%而[￡0晶粒中發(fā)光層所發(fā)出的光線，便會(huì)經(jīng)由這些圓孔將光線直接導(dǎo)出組件表面。據(jù)分析，利用光子晶體技術(shù)可讓120晶粒取出效率進(jìn)一步地提升，提升效率更勝表面粗化技術(shù)。但早期光子晶體技術(shù)主要倚賴電子束蝕刻法，制作非常耗費(fèi)時(shí)間，對(duì)于制造大尺寸光子晶體結(jié)構(gòu)困難度大增。新一代的光子晶體制作，已開(kāi)始采用激光全息以及納米壓印的方法，藉此降低光子晶體的制作時(shí)間，更可以制作大面積光子晶體。但是對(duì)于納米壓印的方法，需要相應(yīng)的設(shè)備比較高昂，所需的成本往往比較高。激光全息的方法，相干干涉光路不容易調(diào)節(jié)，難以控制。因此，有必要研究開(kāi)發(fā)一些工藝簡(jiǎn)單，成本較低的表面粗化技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種GaN基LED表面粗化的方法，其通過(guò)簡(jiǎn)易、可控的方法制備的陽(yáng)極氧化鋁掩膜，解決現(xiàn)有技術(shù)中成本高、操作過(guò)程不易控制、LED芯片表面光子晶體結(jié)構(gòu)不易實(shí)現(xiàn)等的技術(shù)問(wèn)題。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟:
[0007]一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，在AZO (摻鋁氧化鋅(ZnO = Al))電流擴(kuò)展層上制作粗化結(jié)構(gòu)包括以下步驟:
[0008](I)制備金屬納米顆粒掩膜:制備50nm_l μ m厚的陽(yáng)極氧化鋁掩膜板，將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板覆蓋在摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層的表面上，去除Al基板，對(duì)陽(yáng)極氧化鋁掩膜板擴(kuò)孔；在陽(yáng)極氧化鋁掩膜上蒸鍍金屬層，腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜形成金屬納米顆粒掩膜；
[0009]50nm-l μ m超薄陽(yáng)極氧化鋁模板的作用是能確保金屬顆粒能蒸鍍到陽(yáng)極氧化鋁的孔洞中。確保能形成金屬納米顆粒。
[0010](2)在覆蓋有金屬納米顆粒的掩膜的摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層上制作粗化結(jié)構(gòu):對(duì)覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層表面進(jìn)行刻蝕，刻蝕后去除金屬納米顆粒，形成光子晶體的粗化結(jié)構(gòu)。
[0011 ] 一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，在p_GaN層上制作粗化結(jié)構(gòu)包括以下步驟:
[0012](I)制備金屬納米顆粒掩膜:制備50nm-l μ m厚的陽(yáng)極氧化鋁掩膜板，將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板覆蓋在P-GaN層的表面上，去除Al基板，對(duì)陽(yáng)極氧化鋁掩膜板擴(kuò)孔；在陽(yáng)極氧化鋁掩膜上蒸鍍金屬層，腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜形成金屬納米顆粒掩膜；
[0013](2)在覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的P-GaN上制作粗化結(jié)構(gòu):對(duì)覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的P-GaN表面進(jìn)行刻蝕，刻蝕后去除金屬納米顆粒，形成光子晶體的粗化結(jié)構(gòu)；
[0014](3)對(duì)具有粗化結(jié)構(gòu)的P-GaN層進(jìn)行二次外延生長(zhǎng)一層摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層。
[0015]一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，在p_GaN層和摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層上制作粗化結(jié)構(gòu)包括以下步驟:
[0016](I)制備金屬納米顆粒掩膜:制備50nm-l μ m厚的陽(yáng)極氧化鋁掩膜板，將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板覆蓋在P-GaN層的表面上，去除Al基板，對(duì)陽(yáng)極氧化鋁掩膜板擴(kuò)孔；在陽(yáng)極氧化鋁掩膜上蒸鍍金屬層，腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜形成金屬納米顆粒掩膜；
[0017](2)在覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的P-GaN上制作粗化結(jié)構(gòu):對(duì)覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的P-GaN表面進(jìn)行刻蝕，刻蝕后去除金屬納米顆粒，形成光子晶體的粗化結(jié)構(gòu)；
[0018](3)對(duì)具有粗化結(jié)構(gòu)的P-GaN層進(jìn)行二次外延生長(zhǎng)一層摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層；
[0019](4)制備金屬納米顆粒掩膜:制備50nm-lym厚的陽(yáng)極氧化鋁掩膜板，將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板覆蓋在摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層的表面上，去除Al基板，對(duì)陽(yáng)極氧化鋁掩膜板擴(kuò)孔；在陽(yáng)極氧化鋁掩膜上蒸鍍金屬層，腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜形成金屬納米顆粒掩膜；
[0020](5)在覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層上制作粗化結(jié)構(gòu):對(duì)覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層表面進(jìn)行刻蝕，刻蝕后去除金屬納米顆粒，形成光子晶體的粗化結(jié)構(gòu)。
[0021]優(yōu)選的，所述對(duì)覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的摻鋁氧化鋅(八20)電流擴(kuò)展層表面進(jìn)行刻蝕是采用103刻蝕，刻蝕氣體為(^、4、紅和02的混合氣體；^4的流量控制在10-50800111, ??！2的流量控制在30-1008(^111，紅的流量控制在10-508(^111,(?的流量控制在5-20800111 ；刻蝕時(shí)間為308-3111111，刻蝕后刻蝕后去除金屬納米顆粒，在八20電流擴(kuò)展層表面形成光子晶體的粗化結(jié)構(gòu)。
[0022]優(yōu)選的，對(duì)覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的表面進(jìn)行刻蝕是采用10？刻蝕，刻蝕氣體為012、8013和02的混合氣體，8013的流量控制在2-108(^% 012的流量控制在30-100800111, 02的流量控制在5-208(3(3111 ；刻蝕時(shí)間為108-1111111，刻蝕后再層表面形成光子晶體的粗化結(jié)構(gòu)。
[0023]所述制備金屬納米顆粒掩膜的方法如下:
[0024](1)制備0厚的陽(yáng)極氧化鋁掩膜板:將鋁片進(jìn)行清洗、拋光，將拋光的鋁片在電解液中進(jìn)行一次陽(yáng)極氧化，去掉氧化層，對(duì)所述鋁片進(jìn)行二次陽(yáng)極氧化制備得到5011111-1 4 III厚的陽(yáng)極氧化招掩膜板；
[0025](2)將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板轉(zhuǎn)移至120芯片表面:在120芯片的表面涂覆光刻膠后，將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板粘附在光刻膠上，采用￠11(?或者0甙12溶液去除八1基板，采用磷酸溶液腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜板的阻擋層并擴(kuò)孔，采用磷鉻酸或離子束刻蝕進(jìn)行通孔或擴(kuò)孔；
[0026]光刻膠主要是將超薄陽(yáng)極氧化鋁的粘附在樣品的表面。用丙酮和異丙醇依次進(jìn)行有機(jī)清洗來(lái)去除光刻膠，去除光刻膠后覆蓋在光刻膠上的納米金屬顆粒也隨即得到去除。采用光刻膠可以避免干法蝕刻所產(chǎn)生的生成物粘附在樣品表面，保持樣品表面潔凈。
[0027]或者:將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板轉(zhuǎn)移至芯片表面時(shí)，將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板放置于水中，再用[￡0芯片將其撈起，烘干，調(diào)整陽(yáng)極氧化鋁掩膜板的平整度，采用或者??！甙12溶液去除八1基板，采用磷酸溶液腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜板的阻擋層并擴(kuò)孔，采用磷鉻酸或離子束刻蝕進(jìn)行通孔或擴(kuò)孔。
[0028](3)制備金屬的納米顆粒掩膜:在陽(yáng)極氧化鋁掩膜上采用蒸鍍法、電子束蒸鍍法蒸鍍或者電化學(xué)方法電鍍厚度為5011111-50011111的金屬層，采用磷酸、磷鉻酸或者堿溶液腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜，制備金屬納米顆粒的掩膜。
[0029]優(yōu)選的，所述對(duì)鋁片進(jìn)行拋光處理中，采用在體積比為1: (3-10)的高氯酸與乙醇組成的拋光液中進(jìn)行；以石墨片為陰極，鋁片為陽(yáng)極，拋光電壓為拋光時(shí)間為1111111-10111111 ；所述一次陽(yáng)極氧化和二次陽(yáng)極氧化采用的電解液均選自0.1-111101/1的硫酸、磷酸或草酸溶液；所述一次陽(yáng)極氧化是在硫酸電解液中107-407氧化1-811，或在草酸電解液中207-807氧化1-81！，或在磷酸電解液中1007-2507氧化1-81！；所述去掉氧化層是采用的溶液浸泡，溶液選自取02、成？04或??！3？04與此1的混合酸；所述二次陽(yáng)極氧化時(shí)間為 5-15111111。
[0030]優(yōu)選的，所述電化學(xué)方法電鍍?cè)谑且躁?yáng)極氧化鋁掩膜為陽(yáng)極，鈦網(wǎng)或者電鍍金屬物質(zhì)為陰極，電流密度為10-/(^2-200-/(^2。采用電化學(xué)方法電鍍金屬層，其成膜致密，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。
[0031]優(yōu)選的，對(duì)所述ρ-GaN層和/或AZO電流擴(kuò)展層進(jìn)行表面粗化時(shí)，對(duì)p_GaN層和/或AZO電流擴(kuò)展層進(jìn)行ICP刻蝕，所刻蝕的深度不刻穿原GaN層或AZO電流擴(kuò)展層。
[0032]優(yōu)選的，所述金屬的納米顆粒掩膜可以為Au、Al、N1、Pd、Cr、T1、Mo、Pt。
[0033]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果如下:
[0034]1、本發(fā)明成本低。只需鋁片作為原材料，直流電源等簡(jiǎn)單生產(chǎn)儀器制備陽(yáng)極氧化鋁掩膜板，實(shí)現(xiàn)在LED表面(GaN層或AZO層)形成光子晶體結(jié)構(gòu)。
[0035]2、采用本發(fā)明的一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，可以制作大面積光子晶體結(jié)構(gòu)；同時(shí)適用范圍廣，可在不同半導(dǎo)體材料上實(shí)現(xiàn)，并使之形成光子晶體結(jié)構(gòu)。
[0036]3、本發(fā)明制備的陽(yáng)極氧化鋁掩膜的周期可控，且光子晶體結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)。即可通過(guò)在不同電解液、不同電壓來(lái)制作不同周期的陽(yáng)極氧化鋁掩膜，從而調(diào)制光子晶體粗化結(jié)構(gòu)的周期，實(shí)現(xiàn)其周期從幾十納米到幾百納米范圍的調(diào)節(jié)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1為常規(guī)GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2為對(duì)AZO電流擴(kuò)展層表面粗化的GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖3為對(duì)p-GaN層表面粗化的GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖4為同時(shí)對(duì)p-GaN層和AZO電流擴(kuò)展層粗化的GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041 ]圖 5 為樣品 C-LED、RAZO-LED, RGaN-LED, RAZO-RGaN-LED 的光致發(fā)光測(cè)試曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0042]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表達(dá)的范圍。
[0043]實(shí)施例1
[0044]圖1為常規(guī)GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖，標(biāo)記為C-LED，所述結(jié)構(gòu)包括P電極1、AZO層2、p-GaN層3、量子阱層4、N電極5、n_GaN層6、不摻雜GaN層7、GaN緩沖層8、藍(lán)寶石襯底9。
[0045]圖2為對(duì)AZO(摻鋁氧化鋅)電流擴(kuò)展層表面粗化的GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖，所述結(jié)構(gòu)包括P電極1、表面具有光子晶體納米柱粗化結(jié)構(gòu)的AZO層2、P-GaN層3、量子阱層
4、N電極5、n-GaN層6、不摻雜GaN層7、GaN緩沖層8、藍(lán)寶石襯底9。
[0046]在AZO(摻鋁氧化鋅)電流擴(kuò)展層上制作粗化結(jié)構(gòu)包括以下步驟:
[0047]1、用金屬有機(jī)物化學(xué)沉淀法(MOCVD)在半導(dǎo)體襯底藍(lán)寶石上依次成長(zhǎng)低溫GaN緩沖層、不慘雜GaN層、n_GaN層、多星子講層、P-GaN層、AZO電流擴(kuò)展層。
[0048]2、將99.999%高純鋁片進(jìn)行有機(jī)清洗并在體積比為1:3的高氯酸和無(wú)水乙醇中1v拋光60s，將拋光的鋁片在0.4Μ的草酸電解液中40V —次氧化4h，使用H3PO4把一次陽(yáng)極氧化得到的氧化層去掉，留下表面的周期性微孔，再將鋁片在與一次氧化相同的條件下二次氧化5min制備陽(yáng)極氧化鋁。
[0049]3、采用旋涂法在外延片AZO層表面旋涂一層光刻膠，并將AAO掩膜(陽(yáng)極氧化鋁掩膜)粘附在光刻膠上，然后將基片放入烤箱中100烘烤1min鐘。利用CuCl2去除Al基板并用磷酸腐蝕AAO的阻擋層并擴(kuò)孔。
[0050]4、采用蒸鍍蒸鍍50nm的Ag金屬層，并用磷酸腐蝕AAO掩膜，形成ICP刻蝕所需要的Ag納米顆粒。
[0051]5、將覆蓋有Ag納米顆粒掩膜的AZO表面進(jìn)行ICP刻蝕處理，采用CH4、H2、Ar和O2作為刻蝕氣體。CH4的流量為20sccm, H2的流量為40sccm, Ar的流量為20sccm, O2流量為20sccm。ICP功率為500W，RF功率為150W，刻蝕時(shí)間為120s，刻蝕后在AZO表面形成粗化結(jié)構(gòu)，刻蝕之后將外延片進(jìn)行丙酮和異丙醇超聲清洗5min，Ag納米顆粒得到去除。
[0052]6、采用傳統(tǒng)兩步光刻制備GaN基LED器件，標(biāo)記為RAZ0-LED。
[0053]實(shí)施例2
[0054]圖3是對(duì)p-GaN層表面粗化的GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖，所述結(jié)構(gòu)包括P電極1、AZO層2、表面有光子晶體納米柱粗化結(jié)構(gòu)的p-GaN層3、量子阱層4、N電極5、n-GaN層6、不摻雜GaN層7、GaN緩沖層8、半導(dǎo)體襯底Si 9.
[0055]粗化P-GaN層表面主要包括以下步驟:
[0056]1、用金屬有機(jī)物化學(xué)沉淀法(MOCVD)在半導(dǎo)體襯底Si上依次成長(zhǎng)低溫GaN緩沖層、不慘雜GaN層、n_GaN層、多星子講層、P-GaN層。
[0057]2、將99.999%高純鋁片進(jìn)行有機(jī)清洗并在體積比高氯酸和無(wú)水乙醇中20ν拋光90s，將拋光的鋁片在0.1M的硫酸電解液中1V —次氧化lh，使用HCl把一次陽(yáng)極氧化得到的氧化層去掉，留下表面的周期性微孔，再將鋁片在與一次氧化相同的條件下二次氧化15min制備陽(yáng)極氧化鋁。
[0058]3、采用旋涂法在外延片p-GaN層表面旋涂一層光刻膠，，并將AAO掩膜粘附在光刻膠上，然后將基片放入烤箱中100烘烤1min鐘。利用HgCl2去除Al基板并用磷酸腐蝕AAO的阻擋層并擴(kuò)孔。
[0059]4、采用EB的方法蒸鍍500nm的Ni金屬層，并用磷鉻酸溶液腐蝕AAO掩膜，形成ICP刻蝕所需要的Ni納米顆粒。
[0060]5、將覆蓋有Ni納米顆粒掩膜的P-GaN層進(jìn)行ICP刻蝕處理。采用C12、BC13、02的混合氣體作為刻蝕氣體。Cl2的流量為30sccm，BCl3的流量為5sccm，02流量為20sccm。ICP刻蝕功率為400W，RF功率為40W，刻蝕時(shí)間為90s，刻蝕后在AZO表面形成粗化結(jié)構(gòu)，刻蝕之后將外延片依次進(jìn)行丙酮、異丙醇超聲清洗5min。Ni納米顆粒得到去除。
[0061]6、將p-GaN層具有粗化結(jié)構(gòu)的外延片用MOCVD進(jìn)行二次外延，生長(zhǎng)一層AZO電流擴(kuò)展層。
[0062]7、采用傳統(tǒng)兩步光刻制備GaN基LED器件，標(biāo)記為RGaN_LED。
[0063]實(shí)施例3
[0064]圖4為同時(shí)對(duì)p-GaN層和AZO電流擴(kuò)展層粗化的GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖，所述結(jié)構(gòu)包括P電極1、表面具有光子晶體納米柱粗化結(jié)構(gòu)的AZO層2、表面有光子晶體納米柱粗化結(jié)構(gòu)的P-GaN層3、量子阱層4、N電極5、n_GaN層6、不摻雜GaN層7、GaN緩沖層8、半導(dǎo)體襯底SiN 9。
[0065]粗化P-GaN層和AZO層表面主要包括以下步驟:
[0066]1、用金屬有機(jī)物化學(xué)沉淀法(MOCVD)在半導(dǎo)體襯底SiN上依次成長(zhǎng)低溫GaN緩沖層、不慘雜GaN層、n_GaN層、多星子講層、P-GaN層。
[0067]2、將99.999%高純鋁片進(jìn)行有機(jī)清洗，并在高氯酸和無(wú)水乙醇體積比為1:3的拋光液中，以石墨片為陰極，鋁片為陽(yáng)極，407直流電壓下拋光10-??！。將拋光的鋁片在11的磷酸電解液中407 —次氧化811，使用一定濃度比的！！3？04與此1的混合酸，把一次陽(yáng)極氧化得到的氧化層去掉，留下表面的周期性微孔，再將鋁片在與一次氧化相同的條件下二次氧化10-=制備陽(yáng)極氧化鋁。
[0068]3、采用旋涂法在外延片層表面旋涂一層光刻膠，并將仏0掩膜粘附在光刻膠上，然后將基片放入烤箱中100烘烤10-11鐘。利用去除八1基板并用磷酸腐蝕八八0的阻擋層并擴(kuò)孔。
[0069]4、采用蒸鍍法蒸鍍350鹽的？丨金屬層，并用版10?溶液腐蝕—0掩膜，形成工⑶刻蝕所需要的％納米顆粒。
[0070]5、將覆蓋有？七納米顆粒掩膜的層進(jìn)行10？刻蝕處理。采用(^、^(^、(^的混合氣體作為刻蝕氣體。012的流量為308(^111,8(:13的流量為58(^111，02流量為208“111。10？刻蝕功率為4001，即功率為401，刻蝕時(shí)間為908，刻蝕后在八20表面形成粗化結(jié)構(gòu)，刻蝕之后將外延片依次采用丙酮、異丙醇超聲清洗501??！。？丨納米顆粒得到去除。
[0071]6、將層具有粗化結(jié)構(gòu)的外延片用10(^0進(jìn)行二次外延，生長(zhǎng)一層八20電流擴(kuò)展層。
[0072]7、采用步驟2-4的方法制備？丨納米顆粒。
[0073]8、將覆蓋有？丨納米顆粒掩膜的八20表面進(jìn)行I⑶刻蝕處理，采用紅/(?作為刻蝕氣體。(?的流量為208(^111，的流量為408(^111，紅的流量為208(^111，02流量為208001110 10？功率為5001，即功率為1501，刻蝕時(shí)間為1208，刻蝕后在八20表面形成粗化結(jié)構(gòu)，刻蝕之后將外延片依次進(jìn)行丙酮、異丙醇超聲清洗501?。?。？丨納米顆粒得到去除。
[0074]9、采用傳統(tǒng)兩步光刻制備基[￡0器件，標(biāo)記為狀20-%抓-1^0。
[0075]對(duì)上述實(shí)施例樣品01^0、狀20-1^0、1^20-^6^-120進(jìn)行光致發(fā)光測(cè)試。其中，01^0表示未經(jīng)過(guò)處理的平面[￡0芯片，狀20-1^0表示八20層經(jīng)過(guò)粗化的[￡0芯片，^68^-120表示層經(jīng)過(guò)粗化的[￡0芯片，1^20-^6^-120表示對(duì)八20和均粗化的120芯片。
[0076]采用405=0的激光從各樣品的半導(dǎo)體襯底的底部入射，激發(fā)[￡0量子阱發(fā)光，在芯片的頂部來(lái)探測(cè)芯片表面出射的光的強(qiáng)度，及從量子阱發(fā)出的光從芯片表面出射的光的強(qiáng)度。光致發(fā)光測(cè)試結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看出，樣品如抓-1^0、狀20-1^0、1^20-^6^-120量子阱發(fā)出的光從表面出射的光的強(qiáng)度均較樣品01^0量子阱發(fā)出的光從表面出射的光的強(qiáng)度高，且依次呈逐步遞增的趨勢(shì)。說(shuō)明經(jīng)過(guò)粗化后的芯片較未經(jīng)粗化的120芯片量子阱發(fā)出的光從芯片表面出射后的光的強(qiáng)度得到了提高，即有利于提高[￡0的效率。此外，^20-^68^-120芯片表面出射的光的強(qiáng)度相對(duì)于樣品如抓-1^0、1^20-120最強(qiáng)，說(shuō)明對(duì)[￡0芯片經(jīng)過(guò)多次表面粗化處理，有益于提高芯片表面出射的光的強(qiáng)度，其效率也得到進(jìn)一步的增強(qiáng)。
[0077]根據(jù)上述說(shuō)明書(shū)的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說(shuō)明書(shū)中使用了一些特定的術(shù)語(yǔ)，但這些術(shù)語(yǔ)只是為了方便說(shuō)明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，在摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層上制作粗化結(jié)構(gòu)包括以下步驟: (1)制備金屬納米顆粒掩膜:制備50ηπι-1μπι厚的陽(yáng)極氧化鋁掩膜板，將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板覆蓋在摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層的表面上，去除Α1基板，對(duì)陽(yáng)極氧化鋁掩膜板擴(kuò)孔；在陽(yáng)極氧化鋁掩膜上蒸鍍金屬層，腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜形成金屬納米顆粒掩膜； (2)在覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層上制作粗化結(jié)構(gòu):對(duì)覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層表面進(jìn)行刻蝕，刻蝕后去除金屬納米顆粒，形成光子晶體的粗化結(jié)構(gòu)。
2.—種GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，在p_GaN層上制作粗化結(jié)構(gòu)包括以下步驟: (1)制備金屬納米顆粒掩膜:制備50ηπι-1μπι厚的陽(yáng)極氧化鋁掩膜板，將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板覆蓋在p-GaN層的表面上，去除Α1基板，對(duì)陽(yáng)極氧化鋁掩膜板擴(kuò)孔；在陽(yáng)極氧化鋁掩膜上蒸鍍金屬層，腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜形成金屬納米顆粒掩膜； (2)在覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的p-GaN上制作粗化結(jié)構(gòu):對(duì)覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的P-GaN表面進(jìn)行刻蝕，刻蝕后去除金屬納米顆粒，形成光子晶體的粗化結(jié)構(gòu)； (3)對(duì)具有粗化結(jié)構(gòu)的p-GaN層進(jìn)行二次外延生長(zhǎng)一層摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層。
3.一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，在p_GaN層和摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層上制作粗化結(jié)構(gòu)包括以下步驟: (1)制備金屬納米顆粒掩膜:制備50ηπι-1μπι厚的陽(yáng)極氧化鋁掩膜板，將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板覆蓋在P-GaN層的表面上，去除Α1基板，對(duì)陽(yáng)極氧化鋁掩膜板擴(kuò)孔；在陽(yáng)極氧化鋁掩膜上蒸鍍金屬層，腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜形成金屬納米顆粒掩膜； (2)在覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的p-GaN上制作粗化結(jié)構(gòu):對(duì)覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的P-GaN表面進(jìn)行刻蝕，刻蝕后去除金屬納米顆粒，形成光子晶體的粗化結(jié)構(gòu)； (3)對(duì)具有粗化結(jié)構(gòu)的p-GaN層進(jìn)行二次外延生長(zhǎng)一層摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層； (4)制備金屬納米顆粒掩膜:制備50ηπι-1μπι厚的陽(yáng)極氧化鋁掩膜板，將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板覆蓋在摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層的表面上，去除Α1基板，對(duì)陽(yáng)極氧化鋁掩膜板擴(kuò)孔；在陽(yáng)極氧化鋁掩膜上蒸鍍金屬層，腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜形成金屬納米顆粒掩膜； (5)在覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層上制作粗化結(jié)構(gòu):對(duì)覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層表面進(jìn)行刻蝕，刻蝕后去除金屬納米顆粒，形成光子晶體的粗化結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1或3任一項(xiàng)所述的一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，所述對(duì)覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的摻鋁氧化鋅電流擴(kuò)展層表面進(jìn)行刻蝕是采用ICP刻蝕，刻蝕氣體為CH4、H2、Ar和02的混合氣體；CH4的流量控制在10-50SCCm，H2的流量控制在30-100sccm，Ar的流量控制在10_50sccm，02的流量控制在5_20sccm ;刻蝕時(shí)間為30s_3mino
5.如權(quán)利要求2或3所述的一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，對(duì)覆蓋有金屬納米顆粒掩膜的P-GaN表面進(jìn)行刻蝕是采用ICP刻蝕，刻蝕氣體為Cl2、BC13和02的混合氣體，BC13的流量控制在2-10sCCm，Cl2的流量控制在30-100sCCm，02的流量控制在5-20sccm ;刻蝕時(shí)間為 lOs-lmin。
6.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，步驟(1)所述制備金屬納米顆粒掩膜的方法如下: (1)制備50nm-lμ m厚的陽(yáng)極氧化鋁掩膜板:將鋁片進(jìn)行清洗、拋光，將拋光的鋁片在電解液中進(jìn)行一次陽(yáng)極氧化，去掉氧化層，對(duì)所述鋁片進(jìn)行二次陽(yáng)極氧化制備得到50nm-l μ m厚的陽(yáng)極氧化招掩膜板； (2)將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板轉(zhuǎn)移至LED芯片表面:在LED芯片的表面涂覆光刻膠后，將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板粘附在光刻膠上，采用CuCl2或者HgCl2溶液去除A1基板，采用磷酸溶液腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜板的阻擋層并擴(kuò)孔，采用磷鉻酸或離子束刻蝕進(jìn)行通孔或擴(kuò)孔； 步驟(2)或者，是將陽(yáng)極氧化鋁掩膜板放置于水中，再用LED芯片將其撈起，烘干，調(diào)整陽(yáng)極氧化鋁掩膜板的平整度，采用CuCl2或者取(:12溶液去除A1基板，采用磷酸溶液腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜板的阻擋層并擴(kuò)孔，采用磷鉻酸或離子束刻蝕進(jìn)行通孔或擴(kuò)孔； (3)制備金屬的納米顆粒掩膜:在陽(yáng)極氧化鋁掩膜上采用蒸鍍法、電子束蒸鍍法蒸鍍或者電化學(xué)方法電鍍厚度為50nm-500nm的金屬層，采用磷酸、磷鉻酸或者堿溶液腐蝕陽(yáng)極氧化鋁掩膜，制備金屬納米顆粒的掩膜。
7.如權(quán)利要求6所述的一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，步驟(1)所述拋光是在體積比為1: (3-10)的高氯酸與乙醇組成的拋光液中進(jìn)行；以石墨片為陰極，鋁片為陽(yáng)極，拋光電壓為10V-40v，拋光時(shí)間為lmin-10min。
8.如權(quán)利要求6所述的一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，步驟(1)所述一次陽(yáng)極氧化和二次陽(yáng)極氧化采用的電解液均選自0.1-lmol/L的硫酸、磷酸或草酸溶液；所述一次陽(yáng)極氧化是在硫酸電解液中10V-40V氧化l_8h，或在草酸電解液中20V-80V氧化l_8h，或在磷酸電解液中100V-250V氧化l_8h ;所述二次陽(yáng)極氧化的時(shí)間為5_15min。
9.如權(quán)利要求6所述的一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，步驟(1)所述去掉氧化層是采用的溶液浸泡，溶液選自HgCl2、H3P04、HC1、CuCl2或H3P04與HC1的混合酸。
10.如權(quán)利要求6所述的一種GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，所述電化學(xué)方法電鍍?cè)谑且躁?yáng)極氧化鋁掩膜為陽(yáng)極，鈦網(wǎng)或者電鍍金屬物質(zhì)為陰極，電流密度為10mA/cm2-200mA/cm2。
【文檔編號(hào)】H01L33/22GK104319328SQ201410543185
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】王鋼, 陳義廷, 范冰豐, 招瑜 申請(qǐng)人:中山大學(xué)