一种表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法技术

本发明专利技术公开一种具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其步骤为：采用金属有机化学气相沉积的方法，在半导体衬底上依次生长低温GaN缓冲层、不掺杂GaN层、n-GaN层、多量子阱层和P-GaN层，形成GaN外延片；将GaN外延片进入PECVD设备，使沉积物为纳米岛状；利用纳米岛作为刻蚀掩膜，形成表面粗化的外延片；再将GaN外延片的一侧进行刻蚀，形成台面；在外延片的上表面蒸镀一层ITO薄膜;在GaN外延片的P-GaN上制作P电极，在n-GaN上制作N电极，完成器件制备。本发明专利技术的优点在于：不需要光刻，刻蚀粗化过程自动去除掩模，工艺简单，成本低，粗化效果好，光提取效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电器件领域，具体涉及一种具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法。
技术介绍
发光二极管(LED)的发光效率主要有两方面因素器件的内量子效应和外量子效应。目前，典型的GaN蓝光LED的内量子效率可达80%，因此，进一步大幅度提高内量子效率的可能性不大。而相对于内量子效率，普通GaN基LED的外量子效率仅为百分之几，这是由于GaN与空气的折射率相差很大，GaN与空气界面的全反射临界角为23度，在有源区产生的光仅有一小部分可以射出到空气中。为了提高光的抽取效率，目前普遍采用粗化结构来达到提高光取出效率。同时，粗化后，封装芯片的发光亮度更为集中。粗化结构芯片电极的透明导电层(TCL)之间的接触面积更大，减小了器件的工作电压，提高了发光效率。同时， 粗化结构也能够使电极剥离工艺中电极翘起的异常大大减小。目前国内外采用的主要技术方案有生长分布布喇格反射层(DBR)结构、表面粗化技术和光子晶体技术等。表面粗化技术制作工艺较DBR和光子晶体简单、成本低，是目前被普遍看好的技术。表面粗化分为湿法粗化和干法粗化两种。湿法粗化是利用强酸或强碱腐蚀GaN材料表面，形成自然的粗糙效果，如专利CN101248537和CN101409321。但是，湿法粗化存在各向同性、容易钻蚀和过蚀等缺点，粗化的尺寸和深度受到限制，对于光的有效提取作用不明显。干法粗化是通过掩膜掩蔽，采用ICP (感应耦合等离子体)刻蚀GaN材料表面达到粗糙化的效果。干法粗化具有各项异性刻蚀、刻蚀速率快等优点。如何制作纳米量级的掩膜是干法粗化工艺的难点。专利CN101702419采用旋涂法涂覆Ni纳米颗粒作为干法刻蚀的掩膜，专利CN101656284采用ITO (氧化铟锡)颗粒作为干法刻蚀的掩膜，这些方法都存在无法准确控制掩膜尺寸和均匀性的缺点，导致GaN片表面粗化的效果不一致，光提取效率的提高不均匀。而且掩膜的去除需要使用强酸类，强酸会使GaN材料表面氧化，导致器件正向电压升高。在低温下，利用PECVD (等离子体增强化学气相沉积)方法制备的薄膜呈现极其粗糙的形貌，因此，可以将这种薄膜作为一种已经粗化的薄膜。利用此类薄膜结合刻蚀工艺，可以进行选择性的刻蚀，高效率，低成本的制备出粗化的LED。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，该方法具有工艺简单，成本低，粗化效果好，光提取效率高。本专利技术的技术方案为一种具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其步骤步骤I :采用金属有机化学气相沉积的方法，在半导体衬底上依次生长低温GaN缓冲层、不掺杂GaN层、n-GaN层、多量子阱层和P-GaN层，形成GaN外延片；步骤2 :将GaN外延片进A PECVD设备，利用低温沉积法沉积氧化硅或者氮化硅，控制参数，使沉积物为纳米岛状；步骤3 :利用纳米岛作为刻蚀掩膜，对外延片进行刻蚀，形成表面粗化的外延片；步骤4 :在将GaN外延片的一侧进行刻蚀，形成台面；步骤5 :在外延片的上表面蒸镀一层ITO薄膜；步骤6 :在GaN外延片的P-GaN上制作P电极，在n_GaN上制作N电极，完成器件制备。所述半导体衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或金属。其中PECVD采用硅烷和笑气作为沉积氧化硅薄膜的先驱气体。其中刻蚀掩膜的直径为100-20000nm。对GaN外延片进行刻蚀时使用干法刻蚀或者湿法刻蚀。表面粗化的GaN外延片的粗糙度为5nm-500nm。其中台面的刻蚀深度到达n-GaN层内。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上未被电极覆盖的区域。本专利技术对应的粗化GaN的方法还可以用于ITO和钝化层的粗化。本专利技术对应的粗化GaN的方法还可以用于直接在钝化层沉积粗糙度高的透明层或者在芯片层间沉积粗糙面，也可以用于粗化透明导电层(TCL)，以提高芯片的出光效率。本专利技术的优点在于该方法结合目前已有的生产设备PECVD，不需要额外增加投资，同时具有制备时间短，工艺稳定简单，成本低，粗化效果好，光提取效率高。 附图说明图I为本专利技术通过P-GaN层表面粗化提高出光效率的GaN基LED的结构示意图； 图2为本专利技术提供一种具有粗化钝化层的GaN基LED芯片的结构示意图。图中 I为衬底、2为低温GaN、3为未掺杂GaN、4为n_GaN、5为多量子阱层、6为P_GaN、7为IT0、8为p电极、9为n电极、10为钝化层。具体实施例方式参阅图1，本专利技术提供一种具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，包括如下步骤 步骤I :采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法，在半导体衬底I上依次生长 20nmAlN，2nm 未掺杂 GaN，InmGaN, 20nm 电流扩散层，(2nmInGaN+12. 5nmGaN) *9MQff,20nmP-GaN,形成GaN外延片,其中所述半导体衬底I为蓝宝石、娃、碳化娃或金属； 步骤2 :将GaN外延片放入PECVD，在P-GaN层6的表面快速沉积刻蚀用掩膜的氧化硅或者氮化硅，也可以是有选择性的沉积金属等物质； 步骤3 :将沉积好的纳米氧化硅岛作为刻蚀掩膜，对GaN外延片进行ICP (感应耦合等离子体)刻蚀，使用Cl2、BC13、Ar作为刻蚀气体，刻蚀结束后用氢氧化钾或者氢氟酸将掩膜去除干净，同时还可以有选择性的对新刻蚀的面进行退火处理，P-GaN表面粗糙度为5nm-500nm，由此形成表面粗化的GaN外延片，目的是为了增大出射光面积，增加光的出射几率，减少全反射的发生。步骤4 :再将GaN外延片进行光刻图形制备，对GaN外延片的一侧进行ICP刻蚀，去除一侧的P-GaN、量子讲以及部分n-GaN,形成台面该台面的刻蚀深度700nm-1500nm ； 步骤5 :在GaN外延片的上表面使用电子束蒸发的方法蒸镀ITO薄膜，光刻腐蚀出ITO图形，去除P-GaN上的部分ITO薄膜和台面上的ITO薄膜，形成ITO透明电极。ITO透明电极与P-GaN可以形成良好的欧姆接触，可以降低接触电压，从而降低器件的工作电压； 步骤6 :在p-GaN层、ITO层和n_GaN层上选用负型光刻胶光刻P、N电极，采用电子束蒸发法蒸镀金属CrPtAu(1000/1000 /10000 )，剥离后形成P电极和N电极。步骤7 :在芯片上利用PECVD覆盖一层二氧化硅，然后利用光刻技术使p、n电极露出来，方便后期测试和封装。步骤8 :将芯片的蓝宝石衬底减薄至150um，划裂成单独芯片，进行器件的电学特性测试和光学特性测试。 请参阅图2，本专利技术提供一种具有粗化钝化层的GaN基LED芯片的制作方法，包括如下步骤 步骤I :采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法，在半导体衬底I上依次生长20nmAlN, 2nm 未掺杂 GaN，InmGaN, 20nm 电流扩散层，12nm*9MQff, 20nmp-GaN,形成 GaN 外延片，其中所述半导体衬底I为蓝宝石、硅、碳化硅或金属； 步骤2 :再将GaN外延片进行光刻图形制备，对GaN外延片的一侧进行ICP刻蚀，去除一侧的p-GaN、量子讲以及部分n-GaN,形成台面该台面的刻蚀深1700nm ； 步骤3 :在GaN外延片的上表面使用电子束蒸发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其步骤 步骤I :采用金属有机化学气相沉积的方法，在半导体衬底上依次生长低温GaN缓冲层、不掺杂GaN层、n-GaN层、多量子阱层和P-GaN层，形成GaN外延片； 步骤2 =GaN外延片进入PECVD设备，短时间低温沉积氧化硅或者氮化硅，控制参数，使沉积物为纳米岛状； 步骤3 :利用纳米岛状沉积物作为刻蚀掩膜，对外延片进行刻蚀，形成表面粗化的外延片; 步骤4 :在将GaN外延片的一侧进行刻蚀，形成台面； 步骤5 :在外延片的上表面蒸镀一层ITO薄膜； 步骤6 :在GaN外延片的P-GaN上制作P电极，在n_GaN上制作N电极，完成器件制备。2.根据权利要求I所述具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于所述半导体衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或金属。3.根据权利要求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采用硅烷和笑气作为沉积氧化硅薄膜的先驱气体。4.根据权利要求I所述具有表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于其中纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋超，刘榕，张建宝，
申请(专利权)人：华灿光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：