一种垂直结构发光二极管及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种垂直结构发光二极管及其制作方法，通过蚀刻工艺和衬底剥离工艺制作出微米级或纳米级的两端面为六角锥形的微型棒状垂直结构发光二极管，以满足生物医学、光电等涉及到微型发光二极管需求的领域对微型发光二极管的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及。
技术介绍
近年来，发光二极管(LED)正朝着高亮度，尺寸微型化(微米甚至纳米量级)的方向发展。微型LED在生物医学等领域的应用发展越来越迅猛。GaN基LED由于折射系数和空气的相差较大，存在出光效率低下的问题。GaN基垂直结构LED的表面通常单面采用图形化的六角锥形GaN层结构，来提高出光效率。但是，在微型发光二极管与六角锥形结构相结合的方法和结构还未被提出。市场需要专利技术出一种制作微型高亮度的垂直结构LED，以满足研究和生产的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是:提供一种大小均匀可控、两端为六角锥形的微型棒状垂直结构发光二极管及其制作方法。本专利技术的第一方面，提供一种垂直结构发光二极管的制作方法，包括以下工艺步骤: 1)提供第一基板，在第一基板上生长发光外延层，发光外延层依次包含第一外延层、发光层、第二外延层； 2)在所述第二外延层表面制作复数个第二六角锥形图案； 3)在所述第二外延层表面沉积键合层，覆盖所述第二六角锥形图案； 4)将所述第二外延层键合到第二基板上； 5)剥离所述第一基板，裸露出所述第一外延层； 6)通过光刻对准技术，在与第二外延层中的第二六角锥形图案相对应位置，采用蚀刻工艺，制作出所述第一外延层表面上的第一六角锥形图案，所述蚀刻工艺继续将第一六角锥形之间的间隙蚀刻穿透到第二六角锥形之间的间隙，直接到达键合层； 7)去除键合层和第二基板。优选的，步骤2)中利用光罩蚀刻在所述第二外延层表面制作出第二六角锥形图案。优选的，所述第一六角锥形相邻间距为10nm?800nm，所述第二六角锥形相邻间距为100nm~800nm。优选的，步骤6)制作第一六角锥形前为增加蚀刻选择比，在第一外延层上制作蚀刻选择比高的图形掩膜层，图形掩膜层材料为S12或SiNx。优选的，步骤6)采用蚀刻工艺制作出第一六角锥形图案，蚀刻工艺主要由第一段干法蚀刻对选择比高的掩膜层进行蚀刻和第二段干法蚀刻组成。优选的，所述第一段干法蚀刻和第二段干法蚀刻在ICP电感耦合式等离子刻蚀或RIE反应离子刻蚀等干法蚀刻设备中进行，第一段干法蚀刻采用的蚀刻气体成分包括CHF3和Ar，所述第二段干法蚀刻采用的蚀刻气体成分包括Cl2和Ar。本专利技术的第二方面，提供一种垂直结构发光二极管，依次包括第一外延层、发光层、第二外延层，所述垂直发光二极管为棒状结构，棒两端为六角椎形，棒径为20nm?800nm。优选的，所述第一外延层包含第一六角锥形，所述第二外延层包含第二六角锥形，所述第一六角锥形和所述第二六角锥形的底面分别与一柱形结构的两个底面重合。优选的，所述棒状结构的长度为90nm?8000nm。优选的，所述第一六角锥形和第二六角锥形的侧边相对底面的倾斜角为50°~70°。本专利技术相对于现有技术，至少包括以下技术效果:根据本专利技术的制作方法，通过调整干蚀刻的工艺参数，实现纳米级垂直结构发光二极管的制作，满足部分领域对纳米级发光二极管的应用需求，两端采用六角锥形结构，可以极大提高出光效率和实现360度出光效果O【附图说明】附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。图中标示: 图1?图10为本专利技术实施例1制作垂直发光二极管的工艺流程示意图。图11为本专利技术制作垂直结构发光二极管立体示意图。100:第一基板;200:第一外延层;210:第一六角锥形;300:发光层;400:第二外延层;410:第二六角锥形;500:掩膜层;600:键合层;700:第二基板；【具体实施方式】下面结合示意图对本专利技术进行详细的描述，在进一步介绍本专利技术之前，应当理解，由于可以对特定的实施例进行改造，因此，本专利技术并不限于下述的特定实施例。还应当理解，由于本专利技术的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的实施例只是介绍性的，而不是限制性的。除非另有说明，否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域的普通技术人员所普遍理解的意义相同。实施例1 如图1?10所示，本实施例提供一种垂直结构发光二极管的制作方法，包括以下工艺步骤: (I)如图1所示，提供第一基板100;本实施例采用MOCVD(金属有机气相沉积)在第一基板上100生长发光外延层，发光外延层依次包括第一外延层200、发光层300和第二外延层400。(2)如图2?3所示，在第二外延层400表面通过外延制程形成复数个第二六角锥形410，具体来说，形成第二六角锥形410的外延制程为:在第二外延层400表面利用光刻胶开光罩，本实施例的光刻胶采用SU-8光阻开光罩，作出SU-8图案，作为蚀刻阻挡层。然后，利用RIE或ICP等蚀刻设备进行干法蚀刻，待SU-8光阻蚀刻完后，由于受GaN基六角纤锌矿结构的影响，蚀刻出出第二六角锥形410图案，锥形底面直径为20nm?80nm，第二六角锥形410的侧边相对于底面的倾斜角α为50°~70°。(3)如图4所示，在第二外延层表面沉积键合层600，覆盖第二六角锥形410。(4)如图5所示，通过键合工艺，将第二外延层400键合第二基板700上。(5)如图6所示，利用衬底剥离工艺剥离第一基板100，裸露出第一外延层200。(6)如图7?8所示，利用光刻对准技术，通过光刻胶在第一外延层200制作一层图形化掩膜层500，该掩膜层500的位置与第二六角锥形410位置相对应。采用干蚀刻技术将掩膜层500全部蚀刻完，蚀刻形成与第二六角锥形410位置相对应的第一六角锥形210，锥形底面直径为20nm?80nm，第一六角锥形210的侧边相对于底面的倾斜角β为50°?70°。如图9所示，第一六角锥形210之间的间距dl为10nm?800nm，所述第二六角锥形410之间的间距d2为10nm?800nm，采用蚀刻工艺，在制作出所述第一外延层200表面上的第一六角锥形210图案，同时，该蚀刻工艺将第一六角锥形210之间的间隙蚀刻穿透到第二六角锥形410之间的间隙直接到达键合层600。(7)如图10所示，采用蚀刻液，剥离键合层600和第二基板700，最终获得长度为90nm?8000nm、棒径为20nm?800nm的微型棒状垂直发光二极管。实施例2 如图7所示，本实施例区别于实施例1在于:在步骤(6)时，掩膜层500采用S12或SiNx以增加的蚀刻选择比，本实施例优选为S12,利用光罩工艺制作图形化S12层与第二六角锥形410位置相对应。采用干蚀刻技术，蚀刻在ICP电感耦合等离子体设备中进行。先进行第一段蚀刻，蚀刻掉光刻胶层和蚀刻出一定深度的Si02层和外延层，采用的蚀刻气体成分包括:CHF3和Ar，其中CHF3和Ar的比例为3:1?20:1，ICP的功率为150W?170W，反应时间为5min?lOmin。蚀刻完光刻胶层后，再进行第二段蚀刻，蚀刻掉Si02层和外延层，采用的蚀刻气体为:用的蚀刻气体为Cl2和Ar，其中Cl2和Ar的比例为2:1?5:1，ICP的功率为150W?170W，反应日寸间为1min?20min。继续蚀刻，将掩膜层500的S12全部蚀刻完，使得第一六角锥形210之间的间隙蚀刻穿透到第二六角锥形410之间的间隙直接到达键合层600本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直结构发光二极管的制作方法，包括步骤：1）提供第一基板，在第一基板上生长发光外延层，发光外延层依次包含第一外延层、发光层、第二外延层；2）在所述第二外延层表面制作复数个第二六角锥形图案；3）在所述第二外延层表面沉积键合层，覆盖所述第二六角锥形图案；4）将所述第二外延层键合到第二基板上；5）剥离所述第一基板，裸露出所述第一外延层；6）通过光刻对准技术，在与第二外延层中的第二六角锥形图案相对应位置，采用蚀刻工艺，制作出所述第一外延层表面上的第一六角锥形图案，所述蚀刻工艺继续将第一六角锥形之间的间隙蚀刻穿透到第二六角锥形之间的间隙，直接到达键合层；7）去除键合层和第二基板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴政，黄邑，李佳恩，徐宸科，
申请(专利权)人：厦门市三安光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35