专利名称：纳米柱发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，特别是指氮化镓基纳米柱发光二极管的纳米柱结构的形成，以及形成的纳米柱LED结构。在纳米线结构中生长量子阱。
背景技术：
GaN基LED作为固态光源一经出现就以其高效、长寿命、环保等优点，被视为爱迪生发明电灯后人类照明史上的第二次革命，成为国际上半导体和照明领域研发与产业关注的焦点。但GaN基LED进入通用照明领域，在技术上和成本上还面临许多难题，需进一步提高LED的内量子发光效率和光提取效率。采用纳米柱多量子阱结构可提高LED的发光效率，该方法使用自组装技术，工艺简单，技术先进，有利于大规模生产。
发明内容
本发明的目的是提出一种纳米柱发光二极管的制作方法，进一步提高GaN基LED的光提取效率。本发明提供一种纳米柱发光二极管的制作方法，包括以下步骤I)在蓝宝石衬底上依次外延U-GaN层和n型GaN层，采用PECVD的方法，在n型GaN层上沉积二氧化硅掩蔽层；2)在二氧化硅掩蔽层上排列一单层紧密排列的聚苯乙烯球；3)置于80°C空气气氛中加热,使聚苯乙烯球与二氧化娃掩蔽层结合牢固；4)采用ICP的方法，刻蚀聚苯乙烯球，经过刻蚀后，聚苯乙烯球间距变大，球半径减小；5)加温处理，加温的温度为105°C，时间为l_5min，使聚苯乙烯球在二氧化硅掩蔽层的表面有稍微塌陷，把点接触变成面接触；6)在聚苯乙烯球的表面、间隙及二氧化娃掩蔽层表面蒸金属；7)甲苯超声去除聚苯乙烯球表面的金属；8)加热处理，使聚苯乙烯球气化，二氧化硅掩蔽层上形成网孔状的金属掩膜，该金属掩膜的材料为Al或Cr ;9)刻蚀二氧化硅掩蔽层，刻蚀深度到达n型GaN层的表面；10)酸液腐蚀去掉金属掩膜，形成二氧化硅纳米孔状阵列结构，该二氧化硅纳米孔状阵列结构包括二氧化硅纳米孔；11)在二氧化硅纳米孔中依次外延MQW层、EBL层和p_GaN层，该p_GaN层的高度与二氧化硅纳米孔状阵列结构的高度相同，形成基片，在基片上生长ITO透明电极，至此形成纳米线中的量子阱结构；12)用划片或切割的方法分割成小芯片，将小芯片置于BOE溶液中超声时间为80s,使二氧化硅纳米孔状阵列结构的二氧化硅掩蔽层被腐蚀掉后，被空气包覆，完成器件的制备。
为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中图I为本发明GaN基LED外延材料结构立体示意图，在蓝宝石衬底10上采用外延的方法形成U-GaN层IUn-GaN层12、二氧化硅掩蔽层13 ；图2是本发明聚苯乙烯球俯视图，其中13为二氧化硅掩蔽层，20为聚苯乙烯球；图3是本发明的聚苯乙烯球排列在二氧化硅掩蔽层上的截面图，其中10为蓝宝石衬底，11为U-GaN层、12为n-GaN层、13为二氧化硅掩蔽层，20为聚苯乙烯球；
图4是本发明采用ICP刻蚀聚苯乙烯球，球半径变小后的截面图，其中10为蓝宝石衬底，11为U-GaN层、12为n-GaN层、13为二氧化硅掩蔽层，20为聚苯乙烯球；图5是本发明采用ICP刻蚀聚苯乙烯球，球半径变小后的俯视图，其中10为蓝宝石衬底，11为U-GaN层、12为n-GaN层、13为二氧化硅掩蔽层，20为聚苯乙烯球；图6是在聚苯乙烯球、二氧化硅掩蔽层表面蒸金属Al或Cr后超声清洗掉聚苯乙烯球上的金属后的截面图，其中10为蓝宝石衬底，11为U-GaN层、12为n-GaN层、13为二氧化硅掩蔽层，20为聚苯乙烯球，Al或Cr的金属掩膜60 ；图7是本发明高温去除聚苯乙烯球，剩下金属掩膜的截面图，其中10为蓝宝石衬底，11为U-GaN层、12为n-GaN层、13为二氧化硅掩蔽层，20为聚苯乙烯球，60为金属掩膜；图8是本发明腐蚀金属掩膜，形成纳米孔状阵列结构的截面图，剩余部分为金属掩膜和未刻蚀掉的二氧化硅掩蔽层，其中10为蓝宝石衬底，11为U-GaN层、12为n-GaN层、80为二氧化硅纳米孔状阵列结构、81为二氧化硅纳米孔，60为金属掩膜；图9是本发明为二氧化硅纳米孔81中外延MQW层90，EBL层(电子阻挡层)91，p型GaN层92，形成ITO透明电极93的截面图；图10划片后，80为二氧化硅纳米网格后的截面图，其中90为MQW层90，91为EBL层(电子阻挡层)，92为p型GaN层，93为ITO透明电极，100为空气。
具体实施例方式请参阅图I至图10所示，本发明提供一种纳米柱发光二极管的制作方法，包括以下步骤步骤I :在蓝宝石衬底10上依次外延U-GaN层11和n_GaN层12 (如图I)，采用PECVD的方法，在n-GaN层12上沉积二氧化硅掩蔽层13 (如图I)，该二氧化硅掩蔽层13的厚度约为400-1000nm ；步骤2 :在二氧化硅掩蔽层13上排列一单层紧密排列的聚苯乙烯球20 (图2、图
3)，或者二氧化硅球，还包括其它无机、有机高分子球；步骤3 :置于80°C空气气氛中加热lOmin，使聚苯乙烯球20与基底二氧化硅掩蔽层13结合牢固；步骤4 :采用ICP的方法，刻蚀聚苯乙烯球20，刻蚀气体为氧气，氧流量70SCCm，腔压6mTorr，起辉功率为300W，溅射功率为10W，刻蚀时间为l_2min ;经过ICP刻蚀后，聚苯乙烯球20球间距变大，球半径减小(图4、图5)。PS球在二氧化硅掩蔽层13表面稍有塌陷。步骤5 :加温处理，加温的温度为105°C，时间为l_5min ；步骤6 :在聚苯乙烯球20、二氧化娃掩蔽层13表面蒸金属A或Cr等其它金属掩膜体系，金属掩膜的厚度约为100-200nm。步骤7 :甲苯超声5min去除聚苯乙烯球20表面的金属掩膜,使二氧化娃掩蔽层13上的金属掩膜结合较紧，不会被剥离(图6)。步骤8 :加热处理，加热的温度为400-600°C，时间为10_30min，使聚苯乙烯球20气化，在二氧化硅掩蔽层13上形成网孔状金属掩膜60(图7)。步骤9 :采用ICP的方法，刻蚀二氧化硅掩蔽层13，刻蚀深度到达n型GaN层12的表面(如图8)；
步骤10 :再腐蚀金属掩膜60，形成二氧化硅纳米孔状阵列结构80，该二氧化硅纳米孔状阵列结构80包括二氧化硅纳米孔81 (图8);步骤11 :在二氧化硅纳米孔81中依次外延MQW层90 (图9)、EBL层91 (图9)和P-GaN层92 (图9)，该p_GaN层92的高度与二氧化硅纳米孔状阵列结构80的高度相同，形成基片，在基片上生长ITO透明电极93(图9)，至此形成纳米线中的量子阱结构；步骤12 :采用划片或切割的方法分割成小芯片，小芯片的尺寸为7X9mil、10 X 23mil等，将小芯片置于BOE溶液中约80s，使二氧化硅纳米孔状阵列结构80的二氧化硅掩蔽层13被腐蚀掉后，被空气100包覆(图10)，完成器件的制备。此工艺也可以拿来做其III/V，II/VI族半导体纳米柱器件结构。以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种纳米柱发光二极管的制作方法，包括以下步骤 1)在蓝宝石衬底上依次外延U-GaN层和n型GaN层，采用PECVD的方法，在n型GaN层上沉积二氧化硅掩蔽层； 2)在二氧化硅掩蔽层上排列一单层紧密排列的聚苯乙烯球； 3)置于80°C空气气氛中加热，使聚苯乙烯球与二氧化硅掩蔽层结合牢固； 4)采用ICP的方法，刻蚀聚苯乙烯球，经过刻蚀后，聚苯乙烯球间距变大，球半径减小； 5)加温处理，加温的温度为105°C，时间为l_5min，使聚苯乙烯球在二氧化硅掩蔽层的表面有稍微塌陷，把点接触变成面接触； 6)在聚苯乙烯球的表面、间隙及二氧化硅掩蔽层表面蒸金属； 7)甲苯超声去除聚苯乙烯球表面的金属； 8)加热处理，使聚苯乙烯球气化，二氧化硅掩蔽层上形成网孔状的金属掩膜，该金属掩膜的材料为Al或Cr ; 9)刻蚀二氧化硅掩蔽层，刻蚀深度到达n型GaN层的表面； 10)酸液腐蚀去掉金属掩膜，形成二氧化硅纳米孔状阵列结构，该二氧化硅纳米孔状阵列结构包括二氧化硅纳米孔； 11)在二氧化硅纳米孔中依次外延MQW层、EBL层和p-GaN层，该p_GaN层的高度与二氧化硅纳米孔状阵列结构的高度相同，形成基片，在基片上生长ITO透明电极，至此形成纳米线中的量子阱结构； 12)用划片或切割的方法分割成小芯片，将小芯片置于BOE溶液中超声时间为80s，使二氧化硅纳米孔状阵列结构的二氧化硅掩蔽层被腐蚀掉后，被空气包覆，完成器件的制备。
2.根据权利要求I所述的纳米柱发光二极管的制作方法，其中采用ICP的方法刻蚀聚苯乙烯球，刻蚀气体为氧气，氧流量70SCCm，腔压6mTorr，起辉功率为300W，刻蚀功率为10W，刻蚀时间为l-2min。
3.根据权利要求I所述的纳米柱发光二极管的制作方法，其中甲苯超声5min去除聚苯乙烯球表面的金属，使二氧化娃掩蔽层上的金属结合较紧，不会被剥离。
4.根据权利要求I所述的纳米柱发光二极管的制作方法，其中加温处理的温度为400-600°C，时间为 10-30min。
5.根据权利要求I所述的纳米柱发光二极管的制作方法，其中用划片或切割的方法分割成的小芯片的尺寸为7X9mil、10X23mil。
6.根据权利要求I所述的纳米柱发光二极管的制作方法，其中将芯片置于BOE或者HF溶液中的时间为10-40s。
全文摘要
一种纳米柱发光二极管的制作方法，包括在蓝宝石衬底上依次外延u-GaN层、n型GaN层、二氧化硅掩蔽层和聚苯乙烯球；采用加热和ICP的方法，刻蚀聚苯乙烯球；采用加温处理，使聚苯乙烯球在二氧化硅掩蔽层的表面有稍微塌陷，把点接触变成面接触；在其上蒸金属；去除聚苯乙烯球表面的金属；采用加热处理和刻蚀二氧化硅掩蔽层；酸液腐蚀去掉金属掩膜，形成二氧化硅纳米孔状阵列结构；在其上依次外延MQW层、EBL层和p-GaN层，形成基片，在基片上生长ITO透明电极；分割成小芯片，将小芯片置于BOE溶液中超声时间为80s，使二氧化硅纳米孔状阵列结构的二氧化硅掩蔽层被腐蚀掉后，被空气包覆，完成器件的制备。该方法使用自组装技术，工艺简单，技术先进，有利于大规模生产。
文档编号H01L33/00GK102709410SQ201210180419
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者刘喆, 吴奎, 张逸韵, 李晋闽, 李璟, 王军喜, 闫建昌, 魏同波 申请人:中国科学院半导体研究所