[发明专利]一种III族氮化物半导体发光器件台面刻蚀方法

说明书

本发明公开了一种III族氮化物半导体发光器件台面刻蚀方法，包括以下步骤，首先在衬底上外延生长缓冲层，并刻蚀缓冲层得到图形化缓冲层衬底，在所述图形化缓冲层衬底上外延生长具有横向极性结构的发光器件外延层，所述横向极性结构包括氮极性畴与金属极性畴；然后采用湿法刻蚀工艺利用氮极性畴与金属极性畴在刻蚀液中表现出的惰性差异对非惰性极性畴进行刻蚀；本发明可获得无等离子体损伤的器件台面；提升III族氮化物发光器件转换效率，降低制造成本。

技术领域

本发明涉及半导体发光器件制备技术领域，具体讲是一种III族氮化物半导体发光器件台面刻蚀方法。

背景技术

Ⅲ族氮化物发光器件如LED，激光二极管等作为新一代固态光源，具有体积小，功耗低以及寿命长等特点，在通用照明、图像显示、激光存储、空气污水净化、生物质检测等领域具有广阔的应用前景，是替代传统白炽灯、日光灯以及高压汞灯紫外光源的最佳方案。传统横向氮化物基发光器件的制备包括薄膜外延、台面刻蚀、电极沉积、钝化处理、封装测试等步骤。其中重要的环节之一为发光器件的台面刻蚀。通过刻蚀去除部分 p型电流扩展层以及有源区，制作n型台面，从而便于沉积金属，制作n型层电极。

目前应用于Ⅲ族氮化物LED台面刻蚀工艺有两种：干法刻蚀和湿法刻蚀。干法刻蚀中的反应离子刻蚀常用于Ⅲ族氮化物器件结构的制备。反应离子刻蚀的优点在于良好的方向性、具有超高精细加工能力和较好的一致性和重复性。然而也存在加工成本高、刻蚀深度难以精确控制和损伤大的缺陷。这一过程对刻蚀的侧壁和底部都会造成不同程度的损伤，侧壁的损伤会直接影响LED及激光二极管的正常发光，以及形成漏电通道，降低发光效率，同时增大器件的反向漏电流；底部的损伤会恶化金属半导体的欧姆接触，形成较大的接触电阻，阻碍LED及激光二极管的正常发光。

与干法刻蚀相比，湿法刻蚀对器件损伤小，但对于器件的刻蚀强烈依赖于氮化物薄膜的极性。传统Ⅲ族氮化物发光器件主要基于金属极性生长。金属极性Ⅲ族氮化物对各种酸性、碱性刻蚀液表现出较大惰性。而相反的，氮极性Ⅲ族氮化物薄膜刻蚀速率较高。虽然传统的湿法刻蚀具有简单可控，晶格损伤较小、成本低廉的优势，但是刻蚀具有各向同性的特点，因此很难得到垂直的氮化物侧壁从而制造台面。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种III族氮化物半导体发光器件台面刻蚀方法，将湿法刻蚀工艺用于Ⅲ族氮化物发光器件的制备，可实现高效制备垂直的氮化物侧壁。本发明利用金属极性晶体质量高、表面形貌平整的优势获得有源层的同时利用氮极性晶体易湿法刻蚀的特点获得无等离子体损伤的器件台面；提升III族氮化物发光器件转换效率，降低制造成本。

本发明的技术解决方案如下：一种III族氮化物半导体发光器件台面刻蚀方法，包括以下步骤：首先在衬底上外延生长缓冲层，并刻蚀缓冲层得到图形化缓冲层衬底，在所述图形化缓冲层衬底上外延生长具有横向极性结构的发光器件外延层，所述横向极性结构包括氮极性畴与金属极性畴；然后采用湿法刻蚀工艺利用氮极性畴与金属极性畴在刻蚀液中表现出的惰性差异对非惰性极性畴进行刻蚀。由于氮极性畴与金属极性畴具有清晰垂直的界面，因此湿法刻蚀后能形成陡峭、垂直的氮化物侧壁。

较佳地，所述衬底为蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底中的一种。

较佳地，所述缓冲层为Al_（x）Ga_（1-x）N缓冲层中的一种，其中0≤x≤1。

所述发光器件外延层包括n型电流扩展层、有源层、p型电流扩展层。

较佳地，所述发光器件外延层包括应力释放层、n型电流扩展层、有源层、p型电流扩展层。应力释放层厚度为100 nm -5 um。n型电流扩展层厚度为100 nm- 5 um，优选为500nm。p型电流扩展层厚度20 nm- 2 um，优选 200 nm。