[发明专利]一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管制备方法。

背景技术

氮化镓(GaN)基发光二级管(LED)，因为其高的光效、低的功耗以及无污染等的优良特性，已经被广泛研究被已进入大规模商业生长。传统的LED外延片表面平整，因为GaN本身折射率较高(2.52)，和空气界面的全反射效应严重，导致有源区发出的光线无法从LED中逃逸出来，光提取效率偏低一直是实现高效LED的一个瓶颈。人们也开发了很多用于改善光提取效率的方法，包括图形衬底，p型氮化镓表面粗化，电流扩展层表面粗化以及在LED结构中集成光子晶体(PhC)等等，都取得了明显的效果。尤其是PhC结构，不但对提高LED光提取效率效果显著，而且可以对LED发出的光线进行方向调制。但是，在这些提高光提取效率的方法中，多数借助了电子束曝光或者纳米压印的昂贵、复杂的技术，这大大限制了这些粗化技术在商业LED中的应用。另外，多数表面粗化方法还借助等离子体刻蚀的工艺，这会引入刻蚀缺陷，带来光子的吸收和电学性能的退化。

自然光刻是上世纪90年代初出现的一种利用自然形成的周期的或者非周期的掩蔽层来实现周期或者非周期的微纳级图形转移的技术。相比传统的刻蚀技术，自然光刻技术工艺简单、成本低廉。随着近些年化学领域自组装技术的快速发展和进步，利用自组装纳米球做光刻转移(NSL)的文章和专利纷纷出现，不仅在图形转移质量上有很大的改善，而且在图形转移的创新应用上取得很多可喜的成果。利用NSL技术可以实现亚微米甚至纳米级图形转移，也可以实现三维图形的制作和转移。

将自然光刻技术应用于在LED中制作PhC以提高LED出光效率，是几年来的一个研究热点。科研人员在LED的p-GaN层或者电流扩展层上通过自上而下的方式制作PhC，都对LED光提取效率有明显改善。但是自上而下的制作方案涉及到等离子体刻蚀等工艺，会对LED带来损伤。值得注意的是，自下而上的选区外延(SAG)方法(通过人为制作掩蔽图形以达到在晶圆选定位置上外延所需材料的方法)制作出来的微纳结构，表面光滑而没有刻蚀损伤，缺陷较少甚至无缺陷，是制作低损耗的PhC的有效方法之一。

总之，寻求一种低成本、大面积且无刻蚀损伤的制作PhC来提高LED的出光效率的方法，显得很有应用价值。

发明内容

本发明就是针对上述问题而作出的，因此本发明的目的在于，将选区外延(SAG)和NSL技术向结合，在LED p-GaN表面制作低损耗PhC结构，可以有效的提高LED的出光效率。

为此，本发明公开了一种具有六棱锥形p型氮化镓的发光二极管的制备方法，包括：

步骤1：在发光二极管外延片上沉积掩蔽层；

步骤2：所沉积的掩蔽层上涂上光刻胶，并在光刻胶上铺单层密排自组装小球；

步骤3：对所述单层密排自组装小球进行曝光后，去除所述单层密排自组装小球；

步骤4：对去除所述单层密排自组装小球后的所述外延片进行显影获得带有孔洞图形的光刻胶模板；

步骤5：将所述孔洞图形转移至所述掩蔽层，并去除带有孔洞图形的光刻胶模板，获得带有孔洞图形的掩蔽层模板；

步骤6：将所述带有孔洞图形的掩蔽层模板转移至金属有机物气象化学淀积生长室中，生长出六棱锥状p型氮化镓，并去除所述掩蔽层模板，最终获得具有六棱锥状p型氮化镓的发光二级管外延片。

本发明的上述方法将选区外延(SAG)和NSL技术结合在一起，利用化学自组装方法转移图形到掩蔽层，制作的微纳结构可以抑制传统LED在平整p-GaN表面的全反射效应，并且原位生长的微纳结构缺陷少，不影响器件电学性能，可以明显改善LED的出光效率。

附图说明

图1是本发明中制备氮化镓基发光二极管时铺上单层密排自组装小球后的的结构示意图；

图2是本发明中制备氮化镓基发光二极管时形成带有孔洞图形的掩蔽层后的结构示意图；

图3是本发明中制备氮化镓基发光二极管时生长出六棱锥状p型氮化镓后的结构示意图；

图4是本发明中氮化镓基发光二极管制备完成后的扫描电子显微镜(SEM)照片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种具有六棱锥状p-GaN的LED制备方法，该方法利用自组装小球转移图形至掩蔽层，通过选区外延方法制作六棱锥状p-GaN以提高LED的出光效率，该方法包括以下步骤：