[发明专利]具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电器件生产技术领域。

背景技术

GaN材料的折射率（n=2.5）与空气（n=1）相差较大，导致空气与GaN界面发生全反射的临界角分别只有23.6^°，有源区产生的光只有少数逃逸到材料体外。这就要求从芯片结构方面进行设计，减少全反射，增大逃逸光锥的临界角，以提高LED芯片的光提取效率。

目前国内外常采用的主要技术是对P-GaN表面进行粗化，增大P-GaN表面积并提高出光几率。但P-GaN粗化掩膜制作和去除存在较多问题，对光的提取作用有限。

发明内容

本发明目的在于提出一种可增大逃逸光锥的临界角，以提高LED芯片的光提取效率的具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法。

本发明技术方案包括以下步骤：

1）采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）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、多量子阱发光层和P-GaN层，形成GaN外延片，其中所述半导体衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或金属；

2）在进行ICP刻蚀前，于GaN外延片的P-GaN层的表面蒸镀厚度为100～800nm的刻蚀用掩膜氯化铯薄膜层；

3）向蒸发台腔室中充入水汽，使P-GaN层表面的氯化铯吸收水分逐渐长大形成多个氯化铯纳米岛，各氯化铯纳米岛与相邻的氯化铯纳米岛之间的间隙的占空比为1：1；

4）在具有氯化铯纳米岛的P-GaN层表面采用PECVD法淀积厚度为0.5～1um的二氧化硅层；

5）将覆盖有氯化铯纳米岛和二氧化硅层的外延片放入去离子水中浸泡或超声处理，将氯化铯纳米岛去除，形成二氧化硅纳米碗层，所述二氧化硅纳米碗层为由相连的多个背面分别朝向P-GaN层的碗形二氧化硅纳米材料组成；

6）将二氧化硅纳米碗层作为刻蚀掩膜，对GaN外延片进行ICP刻蚀；刻蚀时同时使用Cl₂、BCl₃和Ar₂三种气体作为刻蚀气体，其中Cl₂流量为30～100sccm，BCl₃流量为5～20sccm，Ar₂流量为5～25sccm；刻蚀功率为300～700W；射频功率为50～200W；刻蚀时间为3～15min；刻蚀结束后，采用BOE溶液将GaN外延片上的残留二氧化硅纳米碗层去除干净；

7）将GaN外延片的一侧进行ICP刻蚀，去除一侧的P-GaN、量子阱以及部分N-GaN层，形成台面；

8）在GaN外延片的上表面使用电子束蒸发的方法蒸镀ITO薄膜；

9）在P-GaN层、ITO层和N-GaN层上选用负型光刻胶L-300光刻P、N电极，采用电子束蒸发法依次蒸镀金属Cr层、金属Pt层和金属Au层，剥离后形成P电极和N电极；

10）将半导体衬底减薄后，划裂成单独芯片。

采用本发明形成P-GaN表面粗糙度为10～100nm，由此形成纳米碗状表面粗化的GaN外延片，能够增大出射光面积，增加光的出射几率，减少全反射的发生。且，通过步骤6）的刻蚀功率、气体流量和刻蚀时间可使对P-GaN层进行表面粗化时，所刻蚀的深度小于P-GaN厚度的2/3。

本发明具有工艺简单，成本低，粗化效果好，光提取效率高。经表面粗化后的GaN-LED比常规GaN-LED的光功率提高了35%以上。

另，本发明所述掩膜氯化铯薄膜层蒸镀时间为5～40min。

所述各个氯化铯纳米岛的直径分别为100～900nm。

所述BOE溶液由HF和NH₄F混合形成的混合溶液，所述HF和NH₄F投料的体积比为1:7。

附图说明

图1为本发明具体实施方式步骤3的制品的结构示意图。

图2为本发明具体实施方式步骤4的制品的结构示意图。

图3为本发明具体实施方式步骤5的制品的结构示意图。

图4为本发明具体实施方式步骤6的制品的结构示意图。

图5为本发明具体实施方式步骤9的制品的结构示意图。

图6为本发明产品与普通工艺产品的光功率与电流关系测试图。

具体实施方式

    一、制备具有p-GaN层纳米碗状表面粗化的GaN基LED芯片：