半導體層表面粗化方法及具有表面粗化的led結(jié)構(gòu)形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半導體層表面粗化方法及具有表面粗化的LED結(jié)構(gòu)形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]研究表明，對GaN基LED芯片的表面進行粗化能夠提高其外量子效率，增加芯片的光效?，F(xiàn)有的常規(guī)工藝為納米微球掩膜刻蝕法，其過程為:首先在藍寶石基底材料上分別沉積外延層:從下到上依次為緩沖層，N型GaN層，MQW發(fā)光層，P型GaN層；其次在P型GaN層上旋涂混合有均勻納米微球的分散劑，如圖1(a)所示；然后用刻蝕技術(shù)形成粗化，其中納米微球作用是阻擋ICP刻蝕，其余不被納米微粒覆蓋的地方被刻蝕掉，如圖1(b)所示；最后將表面掩膜覆蓋層去除，最終形成P型GaN粗化結(jié)構(gòu)。
[0003]該方法中，由于納米微球混合在分散劑中時會發(fā)生堆積或者不均勻的現(xiàn)象，直接導致后續(xù)粗化刻蝕過程不易控制，刻蝕得到的粗化結(jié)構(gòu)分布不均勻，量產(chǎn)穩(wěn)定性差。具體地，納米球堆積較為密集的區(qū)域在后續(xù)粗化刻蝕過程中形成的凹槽間隔較窄且深度較淺，納米球堆積較為疏散的區(qū)域在后續(xù)粗化刻蝕過程中形成的凹槽間隔較寬且深度較深。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的刻蝕不均勻、穩(wěn)定性差的缺點。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種均勻的、可靠的半導體層表面粗化方法，以及提出具有表面粗化的LED結(jié)構(gòu)形成方法。
[0005]有鑒于此，本發(fā)明第一方面提出一種半導體層表面粗化方法，包括以下步驟:在所述半導體層之上形成固態(tài)的金屬或合金薄膜；在高于所述金屬或合金熔點的預設(shè)溫度下退火預設(shè)時間，以使所述金屬或合金薄膜液化為多個金屬或合金液滴，然后降溫至所述金屬或合金的熔點以下，以使所述多個金屬或合金液滴冷凝為多個金屬或合金島狀凸起；以所述多個金屬或合金島狀凸起為掩膜層，在所述半導體層的頂部刻蝕出凹凸結(jié)構(gòu)以形成粗化表面；去除所述多個金屬或合金島狀凸起。
[0006]由上可知，本發(fā)明實施例的半導體層表面粗化方法至少具有如下優(yōu)點:(I)由于液體表面張力而形成的液滴大小近似、分布均勻，使得最終得到的粗化表面在平面方向上均勻度好。(2)由于沒有傳統(tǒng)工藝中的分散劑的影響，ICP刻蝕時的深度可以精確控制，使得最終得到的粗化表面在垂直方向上的粗糙度可控。(3)簡單易行，穩(wěn)定性好。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述金屬或合金的材料為:金、銀、銅、鋁、錫、鋅、銀鉛合金、銅鋁合金、錫鋅合金或銀錫合金。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述金屬或合金薄膜的厚度為0.2_5nm。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述預設(shè)溫度高于所述金屬或合金的熔點10-50°C。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述預設(shè)時間為1-1OOmin。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過濺射或蒸鍍形成所述金屬或合金薄膜。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過ICP干法刻蝕出所述凹凸結(jié)構(gòu)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述粗化表面的粗糙度為6_600nm。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過濕化學腐蝕去除所述多個金屬或合金島狀凸起。
[0015]有鑒于此，本發(fā)明第二方面提出一種具有表面粗化的LED結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，包括以下步驟:提供襯底；在所述襯底之上形成第一摻雜類型半導體層；在所述第一摻雜類型半導體層之上形成多量子阱層；在所述多量子阱層之上形成第二摻雜類型半導體層；采用上述半導體層表面粗化方法對所述第二摻雜類型半導體層的頂部進行表面粗化；形成第一電極和第二電極。
[0016]由上可知，本發(fā)明實施例的具有表面粗化的LED結(jié)構(gòu)形成方法，其中的粗化表面均勻性好，粗糙度可控，因而能夠更好地提高芯片外量子效率，提高LED芯片光效。
[0017]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0018]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0019]圖1 (a)和圖1 (b)是現(xiàn)有的納米微球掩膜刻蝕法實現(xiàn)表面粗化方法的示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明實施例的半導體層表面粗化方法的流程圖。
[0021]圖3(a)至圖3(d)是本發(fā)明實施例的半導體層表面粗化方法的過程示意圖。
[0022]圖4是本發(fā)明實施例的具有表面粗化的LED結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖。
[0023]圖5 (a)至圖5 (f)是本發(fā)明實施例的具有表面粗化的LED結(jié)構(gòu)形成方法的過程示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0025]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“厚度”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0026]此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
[0027]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0028]本發(fā)明第一方面提出一種半導體層表面粗化方法，如圖2所示，可以包括以下步驟:
[0029]Sll.在半導體層之上形成固態(tài)的金屬或合金薄膜。
[0030]半導體層的材料可以為GaN、InGaN, AlGaN等等多種氮化物半導體,也可以為S1、Ge或SiGe等IV族半導體，技術(shù)人員可以根據(jù)需要靈活選用?？梢酝ㄟ^濺射或蒸鍍等方式在半導體層之上形成金屬或合金薄膜。金屬或合金薄膜的材料可以為金、銀、銅、鋁、錫、鋅、銀鉛合金、銅鋁合金、錫鋅合金或銀錫合金等等。上述金屬或合金的材料入選理由為以下理由的至少之一:a.熔點小于退火爐設(shè)備的最高溫度；b.成本便宜，易于獲得；c.易于濺射或蒸鍍成膜；d.理化性質(zhì)穩(wěn)定；e.后期易于被去除。固態(tài)的金屬或合金薄膜厚度約0.2-5nm，優(yōu)選0.5-2nm。薄膜過厚或過薄都會導致后續(xù)步驟中難以形成均勻分布的固態(tài)島狀結(jié)構(gòu)。此時的半導體結(jié)構(gòu)如圖3(a)所示，I表示半導體層，2表示固態(tài)的金屬或合金薄膜。
[0031]S12.在高于所述金屬或合金熔點的預設(shè)溫度下退火預設(shè)時間，以使金屬或合金薄膜液化為多個金屬或合金液滴，然后降溫至金屬或合金的熔點以下，以使多個金屬或合金液滴冷凝為多個金屬或合金島狀凸起。
[0032]進行退火操作后，固態(tài)的薄膜發(fā)生相變，因為液體表面張力而液化成多個大小近似、均勻分布的液滴。隨后將溫度降低至熔點下，液滴便冷凝成固態(tài)的島狀凸起。通常地，島狀凸起的直徑為0.3-1.5 μ m。此時的半導體結(jié)構(gòu)如圖3(b)所示，其中3表示金屬或合金島狀凸起。
[0033]需要說明的是，預設(shè)溫度需要嚴格控制在高于所述金屬或合金的熔點10-50°C的溫度范圍內(nèi)。溫度過低，固體的金屬或合金薄膜難以液化成金屬或合金液滴。溫度過高則有可能導致一些合金發(fā)生分凝現(xiàn)象，或者導致汽化現(xiàn)象。預設(shè)時間為lO-lOOmin，優(yōu)選30-60min。退火時間過短有可能退火爐內(nèi)局部溫度尚未達到預設(shè)溫度，未能完成液化過程。退火時間過長有可能對不耐高溫的半導體層產(chǎn)生不良影響。
[0034]S13.以多個金屬或合金島狀凸起為掩膜層