一种GaN基LED芯片表面粗化的方法
【专利摘要】本发明公开了一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，包括：1)在半导体衬底上依次成长GaN缓冲层、不掺杂GaN层、n-GaN层、多量子阱层、p-GaN层；当只需在AZO电流扩展层上制作粗化结构时，在p-GaN层上生长AZO电流扩展层；2)制备Ag纳米颗粒掩膜，在AZO电流扩展层或p-GaN层上制作粗化结构。其中，在p-GaN上制作粗化结构后，再对具有粗化结构的P-GaN层进行二次外延，生长AZO电流扩展层。所述制备方法成本低，可以制作大面积光子晶体结构，同时适用范围广，可在不同半导体材料上实现，并使之形成光子晶体结构；此外，本发明制备的阳极氧化铝掩膜的周期可控，且光子晶体结构容易实现。
【专利说明】一种63卩基[￡0芯片表面粗化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体发光器件领域，具体涉及一种&^基[￡0芯片表面粗化的方法。
【背景技术】
[0002]基发光二级管([￡0)具有绿色，高亮度，长寿命，低功耗等优点，被广泛应用于各个领域，包括交通信号等、全彩显示屏、液晶显示器的背光源和白光[即。在不久的将来，
基白光[￡0将进入传统的照明领域，拥有巨大的增长潜力。但&^基[￡0的发光效率和制造成本依然是阻碍基[￡0绿色照明光源普遍推广应用的绊脚石。基于基[￡0的广阔应用前景，如何提高基[￡0的发光效率已成为人们关注的焦点。提高[￡0发光效率的方法有两种:第一种是提高芯片的内量子效率，第二种是提高光萃取效率。随着外延技术和多量子阱结构的发展，[￡0芯片的内量子效率的提升空间不大。一个典型的蓝光120的内量子效率已经达到70%以上，紫外120的外量子效率甚至达到80%以上。然而在[￡0的光萃取效率上还有很大的提升空间，原因在于在空气中的折射率为2.5，理论的光锥出射角为23。，忽略背面和侧面出射的光，只有4%的光可以从芯片表面出射。除了出射的光，大于光锥出射角的光在介质中一直全反射，最终被有源层和电极吸收。
[0003]提高[￡0的光萃取效率对提高[￡0的光电转换效率有着重要的意义。目前，提高120光萃取效率的方法主要有:表面粗化、在芯片底部蒸镀001？反射层、芯片结构设计以及电极形状设计、倒装技术、光子晶体技术等。然而，表面粗化是提高[￡0光萃取效率的一种简单有效的方法，粗化的表面减少内部光子的全反射并使外部的光散射。通常&^基120芯片是在衬底上通过10(^0法依次外延成长层、多量子阱结构层、层结构以及蒸镀110电流扩展层。与广泛应用于肥)芯片的铟锡氧化物(110)透明电极相比，2=0基透明导电薄膜在可见光区域的透过率超过85%，价格低廉，无毒性，自然界含量丰富。研究表明，2=0基透明导电薄膜通过适当的掺杂能大大提高其电导率。因此，2=0透明导电薄膜有希望取代传统110作为透明电极。由于材料和2=0薄膜的折射率约为2.5和1.8.比周围空气折射率大的多，这样有源层产生的光子在经过和2=0与空气界面时就会发生全发射现象，导致大部分光子被发射回芯片内部而无法出射。通过表面粗化，可以打破全反射，使有源层发出的光子更多的从表面出射，从而提高120的光萃取效率。
[0004]表面粗化是提高&^基[￡0出光效率的有效途径之一。表面粗化的方法有很多，比如，湿法蚀刻，干法蚀刻，光子晶体等方法。在目前提出的各种表面粗化方法中，虽然都不同程度提高[￡0的光萃取效率，但都暴露一些问题。例如成本过高，实验过程不易控制等等。湿法蚀刻粗化表面，湿法蚀刻来实现表面粗化，操作简易，容易实现粗化图形，但是无法控制粗化形貌，只能针对湿法腐蚀具有各相异性的材料。干法蚀刻，需要制备干法蚀刻掩膜，通常通过掩膜制作粗化图形无法达到纳米量级，粗化尺寸比较大。而光子晶体技术，基本上有些类似微型化表面粗化技术，是在[￡0晶粒表面制作一系列规律排列的圆孔数组，这些圆孔数组直经约接近奈米等级的100?250=%而[￡0晶粒中发光层所发出的光线，便会经由这些圆孔将光线直接导出组件表面。据分析，利用光子晶体技术可让120晶粒取出效率进一步地提升，提升效率更胜表面粗化技术。但早期光子晶体技术主要倚赖电子束蚀刻法，制作非常耗费时间，对于制造大尺寸光子晶体结构困难度大增。新一代的光子晶体制作，已开始采用激光全息以及纳米压印的方法，藉此降低光子晶体的制作时间，更可以制作大面积光子晶体。但是对于纳米压印的方法，需要相应的设备比较高昂，所需的成本往往比较高。激光全息的方法，相干干涉光路不容易调节，难以控制。因此，有必要研究开发一些工艺简单，成本较低的表面粗化技术。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种GaN基LED表面粗化的方法，其通过简易、可控的方法制备的阳极氧化铝掩膜，解决现有技术中成本高、操作过程不易控制、LED芯片表面光子晶体结构不易实现等的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案包括以下步骤:
[0007]一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，在AZO (掺铝氧化锌(ZnO = Al))电流扩展层上制作粗化结构包括以下步骤:
[0008](I)制备金属纳米颗粒掩膜:制备50nm_l μ m厚的阳极氧化铝掩膜板，将阳极氧化铝掩膜板覆盖在掺铝氧化锌电流扩展层的表面上，去除Al基板，对阳极氧化铝掩膜板扩孔；在阳极氧化铝掩膜上蒸镀金属层，腐蚀阳极氧化铝掩膜形成金属纳米颗粒掩膜；
[0009]50nm-l μ m超薄阳极氧化铝模板的作用是能确保金属颗粒能蒸镀到阳极氧化铝的孔洞中。确保能形成金属纳米颗粒。
[0010](2)在覆盖有金属纳米颗粒的掩膜的掺铝氧化锌电流扩展层上制作粗化结构:对覆盖有金属纳米颗粒掩膜的掺铝氧化锌电流扩展层表面进行刻蚀，刻蚀后去除金属纳米颗粒，形成光子晶体的粗化结构。
[0011 ] 一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，在p_GaN层上制作粗化结构包括以下步骤:
[0012](I)制备金属纳米颗粒掩膜:制备50nm-l μ m厚的阳极氧化铝掩膜板，将阳极氧化铝掩膜板覆盖在P-GaN层的表面上，去除Al基板，对阳极氧化铝掩膜板扩孔；在阳极氧化铝掩膜上蒸镀金属层，腐蚀阳极氧化铝掩膜形成金属纳米颗粒掩膜；
[0013](2)在覆盖有金属纳米颗粒掩膜的P-GaN上制作粗化结构:对覆盖有金属纳米颗粒掩膜的P-GaN表面进行刻蚀，刻蚀后去除金属纳米颗粒，形成光子晶体的粗化结构；
[0014](3)对具有粗化结构的P-GaN层进行二次外延生长一层掺铝氧化锌电流扩展层。
[0015]一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，在p_GaN层和掺铝氧化锌电流扩展层上制作粗化结构包括以下步骤:
[0016](I)制备金属纳米颗粒掩膜:制备50nm-l μ m厚的阳极氧化铝掩膜板，将阳极氧化铝掩膜板覆盖在P-GaN层的表面上，去除Al基板，对阳极氧化铝掩膜板扩孔；在阳极氧化铝掩膜上蒸镀金属层，腐蚀阳极氧化铝掩膜形成金属纳米颗粒掩膜；
[0017](2)在覆盖有金属纳米颗粒掩膜的P-GaN上制作粗化结构:对覆盖有金属纳米颗粒掩膜的P-GaN表面进行刻蚀，刻蚀后去除金属纳米颗粒，形成光子晶体的粗化结构；
[0018](3)对具有粗化结构的P-GaN层进行二次外延生长一层掺铝氧化锌电流扩展层；
[0019](4)制备金属纳米颗粒掩膜:制备50nm-lym厚的阳极氧化铝掩膜板，将阳极氧化铝掩膜板覆盖在掺铝氧化锌电流扩展层的表面上，去除Al基板，对阳极氧化铝掩膜板扩孔；在阳极氧化铝掩膜上蒸镀金属层，腐蚀阳极氧化铝掩膜形成金属纳米颗粒掩膜；
[0020](5)在覆盖有金属纳米颗粒掩膜的掺铝氧化锌电流扩展层上制作粗化结构:对覆盖有金属纳米颗粒掩膜的掺铝氧化锌电流扩展层表面进行刻蚀，刻蚀后去除金属纳米颗粒，形成光子晶体的粗化结构。
[0021]优选的，所述对覆盖有金属纳米颗粒掩膜的掺铝氧化锌(八20)电流扩展层表面进行刻蚀是采用103刻蚀，刻蚀气体为(^、4、紅和02的混合气体；^4的流量控制在10-50800111, ！！2的流量控制在30-1008(^111，紅的流量控制在10-508(^111,(?的流量控制在5-20800111 ；刻蚀时间为308-3111111，刻蚀后刻蚀后去除金属纳米颗粒，在八20电流扩展层表面形成光子晶体的粗化结构。
[0022]优选的，对覆盖有金属纳米颗粒掩膜的表面进行刻蚀是采用10？刻蚀，刻蚀气体为012、8013和02的混合气体，8013的流量控制在2-108(^% 012的流量控制在30-100800111, 02的流量控制在5-208(3(3111 ；刻蚀时间为108-1111111，刻蚀后再层表面形成光子晶体的粗化结构。
[0023]所述制备金属纳米颗粒掩膜的方法如下:
[0024](1)制备0厚的阳极氧化铝掩膜板:将铝片进行清洗、抛光，将抛光的铝片在电解液中进行一次阳极氧化，去掉氧化层，对所述铝片进行二次阳极氧化制备得到5011111-1 4 III厚的阳极氧化招掩膜板；
[0025](2)将阳极氧化铝掩膜板转移至120芯片表面:在120芯片的表面涂覆光刻胶后，将阳极氧化铝掩膜板粘附在光刻胶上，采用￠11(?或者0甙12溶液去除八1基板，采用磷酸溶液腐蚀阳极氧化铝掩膜板的阻挡层并扩孔，采用磷铬酸或离子束刻蚀进行通孔或扩孔；
[0026]光刻胶主要是将超薄阳极氧化铝的粘附在样品的表面。用丙酮和异丙醇依次进行有机清洗来去除光刻胶，去除光刻胶后覆盖在光刻胶上的纳米金属颗粒也随即得到去除。采用光刻胶可以避免干法蚀刻所产生的生成物粘附在样品表面，保持样品表面洁净。
[0027]或者:将阳极氧化铝掩膜板转移至芯片表面时，将阳极氧化铝掩膜板放置于水中，再用[￡0芯片将其捞起，烘干，调整阳极氧化铝掩膜板的平整度，采用或者！！甙12溶液去除八1基板，采用磷酸溶液腐蚀阳极氧化铝掩膜板的阻挡层并扩孔，采用磷铬酸或离子束刻蚀进行通孔或扩孔。
[0028](3)制备金属的纳米颗粒掩膜:在阳极氧化铝掩膜上采用蒸镀法、电子束蒸镀法蒸镀或者电化学方法电镀厚度为5011111-50011111的金属层，采用磷酸、磷铬酸或者碱溶液腐蚀阳极氧化铝掩膜，制备金属纳米颗粒的掩膜。
[0029]优选的，所述对铝片进行抛光处理中，采用在体积比为1: (3-10)的高氯酸与乙醇组成的抛光液中进行；以石墨片为阴极，铝片为阳极，抛光电压为抛光时间为1111111-10111111 ；所述一次阳极氧化和二次阳极氧化采用的电解液均选自0.1-111101/1的硫酸、磷酸或草酸溶液；所述一次阳极氧化是在硫酸电解液中107-407氧化1-811，或在草酸电解液中207-807氧化1-81！，或在磷酸电解液中1007-2507氧化1-81！；所述去掉氧化层是采用的溶液浸泡，溶液选自取02、成？04或！！3？04与此1的混合酸；所述二次阳极氧化时间为 5-15111111。
[0030]优选的，所述电化学方法电镀在是以阳极氧化铝掩膜为阳极，钛网或者电镀金属物质为阴极，电流密度为10-/(^2-200-/(^2。采用电化学方法电镀金属层，其成膜致密，操作简单，经济实惠。
[0031]优选的，对所述ρ-GaN层和/或AZO电流扩展层进行表面粗化时，对p_GaN层和/或AZO电流扩展层进行ICP刻蚀，所刻蚀的深度不刻穿原GaN层或AZO电流扩展层。
[0032]优选的，所述金属的纳米颗粒掩膜可以为Au、Al、N1、Pd、Cr、T1、Mo、Pt。
[0033]由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下:
[0034]1、本发明成本低。只需铝片作为原材料，直流电源等简单生产仪器制备阳极氧化铝掩膜板，实现在LED表面(GaN层或AZO层)形成光子晶体结构。
[0035]2、采用本发明的一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，可以制作大面积光子晶体结构；同时适用范围广，可在不同半导体材料上实现，并使之形成光子晶体结构。
[0036]3、本发明制备的阳极氧化铝掩膜的周期可控，且光子晶体结构容易实现。即可通过在不同电解液、不同电压来制作不同周期的阳极氧化铝掩膜，从而调制光子晶体粗化结构的周期，实现其周期从几十纳米到几百纳米范围的调节。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1为常规GaN基LED的结构示意图；
[0038]图2为对AZO电流扩展层表面粗化的GaN基LED的结构示意图；
[0039]图3为对p-GaN层表面粗化的GaN基LED的结构示意图；
[0040]图4为同时对p-GaN层和AZO电流扩展层粗化的GaN基LED的结构示意图；
[0041 ]图 5 为样品 C-LED、RAZO-LED, RGaN-LED, RAZO-RGaN-LED 的光致发光测试曲线。
【具体实施方式】
[0042]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表达的范围。
[0043]实施例1
[0044]图1为常规GaN基LED的结构示意图，标记为C-LED，所述结构包括P电极1、AZO层2、p-GaN层3、量子阱层4、N电极5、n_GaN层6、不掺杂GaN层7、GaN缓冲层8、蓝宝石衬底9。
[0045]图2为对AZO(掺铝氧化锌)电流扩展层表面粗化的GaN基LED的结构示意图，所述结构包括P电极1、表面具有光子晶体纳米柱粗化结构的AZO层2、P-GaN层3、量子阱层
4、N电极5、n-GaN层6、不掺杂GaN层7、GaN缓冲层8、蓝宝石衬底9。
[0046]在AZO(掺铝氧化锌)电流扩展层上制作粗化结构包括以下步骤:
[0047]1、用金属有机物化学沉淀法(MOCVD)在半导体衬底蓝宝石上依次成长低温GaN缓冲层、不惨杂GaN层、n_GaN层、多星子讲层、P-GaN层、AZO电流扩展层。
[0048]2、将99.999%高纯铝片进行有机清洗并在体积比为1:3的高氯酸和无水乙醇中1v抛光60s，将抛光的铝片在0.4Μ的草酸电解液中40V —次氧化4h，使用H3PO4把一次阳极氧化得到的氧化层去掉，留下表面的周期性微孔，再将铝片在与一次氧化相同的条件下二次氧化5min制备阳极氧化铝。
[0049]3、采用旋涂法在外延片AZO层表面旋涂一层光刻胶，并将AAO掩膜(阳极氧化铝掩膜)粘附在光刻胶上，然后将基片放入烤箱中100烘烤1min钟。利用CuCl2去除Al基板并用磷酸腐蚀AAO的阻挡层并扩孔。
[0050]4、采用蒸镀蒸镀50nm的Ag金属层，并用磷酸腐蚀AAO掩膜，形成ICP刻蚀所需要的Ag纳米颗粒。
[0051]5、将覆盖有Ag纳米颗粒掩膜的AZO表面进行ICP刻蚀处理，采用CH4、H2、Ar和O2作为刻蚀气体。CH4的流量为20sccm, H2的流量为40sccm, Ar的流量为20sccm, O2流量为20sccm。ICP功率为500W，RF功率为150W，刻蚀时间为120s，刻蚀后在AZO表面形成粗化结构，刻蚀之后将外延片进行丙酮和异丙醇超声清洗5min，Ag纳米颗粒得到去除。
[0052]6、采用传统两步光刻制备GaN基LED器件，标记为RAZ0-LED。
[0053]实施例2
[0054]图3是对p-GaN层表面粗化的GaN基LED的结构示意图，所述结构包括P电极1、AZO层2、表面有光子晶体纳米柱粗化结构的p-GaN层3、量子阱层4、N电极5、n-GaN层6、不掺杂GaN层7、GaN缓冲层8、半导体衬底Si 9.
[0055]粗化P-GaN层表面主要包括以下步骤:
[0056]1、用金属有机物化学沉淀法(MOCVD)在半导体衬底Si上依次成长低温GaN缓冲层、不惨杂GaN层、n_GaN层、多星子讲层、P-GaN层。
[0057]2、将99.999%高纯铝片进行有机清洗并在体积比高氯酸和无水乙醇中20ν抛光90s，将抛光的铝片在0.1M的硫酸电解液中1V —次氧化lh，使用HCl把一次阳极氧化得到的氧化层去掉，留下表面的周期性微孔，再将铝片在与一次氧化相同的条件下二次氧化15min制备阳极氧化铝。
[0058]3、采用旋涂法在外延片p-GaN层表面旋涂一层光刻胶，，并将AAO掩膜粘附在光刻胶上，然后将基片放入烤箱中100烘烤1min钟。利用HgCl2去除Al基板并用磷酸腐蚀AAO的阻挡层并扩孔。
[0059]4、采用EB的方法蒸镀500nm的Ni金属层，并用磷铬酸溶液腐蚀AAO掩膜，形成ICP刻蚀所需要的Ni纳米颗粒。
[0060]5、将覆盖有Ni纳米颗粒掩膜的P-GaN层进行ICP刻蚀处理。采用C12、BC13、02的混合气体作为刻蚀气体。Cl2的流量为30sccm，BCl3的流量为5sccm，02流量为20sccm。ICP刻蚀功率为400W，RF功率为40W，刻蚀时间为90s，刻蚀后在AZO表面形成粗化结构，刻蚀之后将外延片依次进行丙酮、异丙醇超声清洗5min。Ni纳米颗粒得到去除。
[0061]6、将p-GaN层具有粗化结构的外延片用MOCVD进行二次外延，生长一层AZO电流扩展层。
[0062]7、采用传统两步光刻制备GaN基LED器件，标记为RGaN_LED。
[0063]实施例3
[0064]图4为同时对p-GaN层和AZO电流扩展层粗化的GaN基LED的结构示意图，所述结构包括P电极1、表面具有光子晶体纳米柱粗化结构的AZO层2、表面有光子晶体纳米柱粗化结构的P-GaN层3、量子阱层4、N电极5、n_GaN层6、不掺杂GaN层7、GaN缓冲层8、半导体衬底SiN 9。
[0065]粗化P-GaN层和AZO层表面主要包括以下步骤:
[0066]1、用金属有机物化学沉淀法(MOCVD)在半导体衬底SiN上依次成长低温GaN缓冲层、不惨杂GaN层、n_GaN层、多星子讲层、P-GaN层。
[0067]2、将99.999%高纯铝片进行有机清洗，并在高氯酸和无水乙醇体积比为1:3的抛光液中，以石墨片为阴极，铝片为阳极，407直流电压下抛光10-！！。将抛光的铝片在11的磷酸电解液中407 —次氧化811，使用一定浓度比的！！3？04与此1的混合酸，把一次阳极氧化得到的氧化层去掉，留下表面的周期性微孔，再将铝片在与一次氧化相同的条件下二次氧化10-=制备阳极氧化铝。
[0068]3、采用旋涂法在外延片层表面旋涂一层光刻胶，并将仏0掩膜粘附在光刻胶上，然后将基片放入烤箱中100烘烤10-11钟。利用去除八1基板并用磷酸腐蚀八八0的阻挡层并扩孔。
[0069]4、采用蒸镀法蒸镀350鹽的？丨金属层，并用版10?溶液腐蚀—0掩膜，形成工⑶刻蚀所需要的％纳米颗粒。
[0070]5、将覆盖有？七纳米颗粒掩膜的层进行10？刻蚀处理。采用(^、^(^、(^的混合气体作为刻蚀气体。012的流量为308(^111,8(:13的流量为58(^111，02流量为208“111。10？刻蚀功率为4001，即功率为401，刻蚀时间为908，刻蚀后在八20表面形成粗化结构，刻蚀之后将外延片依次采用丙酮、异丙醇超声清洗501！！。？丨纳米颗粒得到去除。
[0071]6、将层具有粗化结构的外延片用10(^0进行二次外延，生长一层八20电流扩展层。
[0072]7、采用步骤2-4的方法制备？丨纳米颗粒。
[0073]8、将覆盖有？丨纳米颗粒掩膜的八20表面进行I⑶刻蚀处理，采用紅/(?作为刻蚀气体。(?的流量为208(^111，的流量为408(^111，紅的流量为208(^111，02流量为208001110 10？功率为5001，即功率为1501，刻蚀时间为1208，刻蚀后在八20表面形成粗化结构，刻蚀之后将外延片依次进行丙酮、异丙醇超声清洗501！！。？丨纳米颗粒得到去除。
[0074]9、采用传统两步光刻制备基[￡0器件，标记为狀20-%抓-1^0。
[0075]对上述实施例样品01^0、狀20-1^0、1^20-^6^-120进行光致发光测试。其中，01^0表示未经过处理的平面[￡0芯片，狀20-1^0表示八20层经过粗化的[￡0芯片，^68^-120表示层经过粗化的[￡0芯片，1^20-^6^-120表示对八20和均粗化的120芯片。
[0076]采用405=0的激光从各样品的半导体衬底的底部入射，激发[￡0量子阱发光，在芯片的顶部来探测芯片表面出射的光的强度，及从量子阱发出的光从芯片表面出射的光的强度。光致发光测试结果如图5所示。从图中可以看出，样品如抓-1^0、狀20-1^0、1^20-^6^-120量子阱发出的光从表面出射的光的强度均较样品01^0量子阱发出的光从表面出射的光的强度高，且依次呈逐步递增的趋势。说明经过粗化后的芯片较未经粗化的120芯片量子阱发出的光从芯片表面出射后的光的强度得到了提高，即有利于提高[￡0的效率。此外，^20-^68^-120芯片表面出射的光的强度相对于样品如抓-1^0、1^20-120最强，说明对[￡0芯片经过多次表面粗化处理，有益于提高芯片表面出射的光的强度，其效率也得到进一步的增强。
[0077]根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的【具体实施方式】，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
【权利要求】
1.一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，在掺铝氧化锌电流扩展层上制作粗化结构包括以下步骤: (1)制备金属纳米颗粒掩膜:制备50ηπι-1μπι厚的阳极氧化铝掩膜板，将阳极氧化铝掩膜板覆盖在掺铝氧化锌电流扩展层的表面上，去除Α1基板，对阳极氧化铝掩膜板扩孔；在阳极氧化铝掩膜上蒸镀金属层，腐蚀阳极氧化铝掩膜形成金属纳米颗粒掩膜； (2)在覆盖有金属纳米颗粒掩膜的掺铝氧化锌电流扩展层上制作粗化结构:对覆盖有金属纳米颗粒掩膜的掺铝氧化锌电流扩展层表面进行刻蚀，刻蚀后去除金属纳米颗粒，形成光子晶体的粗化结构。
2.—种GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，在p_GaN层上制作粗化结构包括以下步骤: (1)制备金属纳米颗粒掩膜:制备50ηπι-1μπι厚的阳极氧化铝掩膜板，将阳极氧化铝掩膜板覆盖在p-GaN层的表面上，去除Α1基板，对阳极氧化铝掩膜板扩孔；在阳极氧化铝掩膜上蒸镀金属层，腐蚀阳极氧化铝掩膜形成金属纳米颗粒掩膜； (2)在覆盖有金属纳米颗粒掩膜的p-GaN上制作粗化结构:对覆盖有金属纳米颗粒掩膜的P-GaN表面进行刻蚀，刻蚀后去除金属纳米颗粒，形成光子晶体的粗化结构； (3)对具有粗化结构的p-GaN层进行二次外延生长一层掺铝氧化锌电流扩展层。
3.一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，在p_GaN层和掺铝氧化锌电流扩展层上制作粗化结构包括以下步骤: (1)制备金属纳米颗粒掩膜:制备50ηπι-1μπι厚的阳极氧化铝掩膜板，将阳极氧化铝掩膜板覆盖在P-GaN层的表面上，去除Α1基板，对阳极氧化铝掩膜板扩孔；在阳极氧化铝掩膜上蒸镀金属层，腐蚀阳极氧化铝掩膜形成金属纳米颗粒掩膜； (2)在覆盖有金属纳米颗粒掩膜的p-GaN上制作粗化结构:对覆盖有金属纳米颗粒掩膜的P-GaN表面进行刻蚀，刻蚀后去除金属纳米颗粒，形成光子晶体的粗化结构； (3)对具有粗化结构的p-GaN层进行二次外延生长一层掺铝氧化锌电流扩展层； (4)制备金属纳米颗粒掩膜:制备50ηπι-1μπι厚的阳极氧化铝掩膜板，将阳极氧化铝掩膜板覆盖在掺铝氧化锌电流扩展层的表面上，去除Α1基板，对阳极氧化铝掩膜板扩孔；在阳极氧化铝掩膜上蒸镀金属层，腐蚀阳极氧化铝掩膜形成金属纳米颗粒掩膜； (5)在覆盖有金属纳米颗粒掩膜的掺铝氧化锌电流扩展层上制作粗化结构:对覆盖有金属纳米颗粒掩膜的掺铝氧化锌电流扩展层表面进行刻蚀，刻蚀后去除金属纳米颗粒，形成光子晶体的粗化结构。
4.如权利要求1或3任一项所述的一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，所述对覆盖有金属纳米颗粒掩膜的掺铝氧化锌电流扩展层表面进行刻蚀是采用ICP刻蚀，刻蚀气体为CH4、H2、Ar和02的混合气体；CH4的流量控制在10-50SCCm，H2的流量控制在30-100sccm，Ar的流量控制在10_50sccm，02的流量控制在5_20sccm ;刻蚀时间为30s_3mino
5.如权利要求2或3所述的一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，对覆盖有金属纳米颗粒掩膜的P-GaN表面进行刻蚀是采用ICP刻蚀，刻蚀气体为Cl2、BC13和02的混合气体，BC13的流量控制在2-10sCCm，Cl2的流量控制在30-100sCCm，02的流量控制在5-20sccm ;刻蚀时间为 lOs-lmin。
6.如权利要求1-3任一项所述的一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，步骤(1)所述制备金属纳米颗粒掩膜的方法如下: (1)制备50nm-lμ m厚的阳极氧化铝掩膜板:将铝片进行清洗、抛光，将抛光的铝片在电解液中进行一次阳极氧化，去掉氧化层，对所述铝片进行二次阳极氧化制备得到50nm-l μ m厚的阳极氧化招掩膜板； (2)将阳极氧化铝掩膜板转移至LED芯片表面:在LED芯片的表面涂覆光刻胶后，将阳极氧化铝掩膜板粘附在光刻胶上，采用CuCl2或者HgCl2溶液去除A1基板，采用磷酸溶液腐蚀阳极氧化铝掩膜板的阻挡层并扩孔，采用磷铬酸或离子束刻蚀进行通孔或扩孔； 步骤(2)或者，是将阳极氧化铝掩膜板放置于水中，再用LED芯片将其捞起，烘干，调整阳极氧化铝掩膜板的平整度，采用CuCl2或者取(:12溶液去除A1基板，采用磷酸溶液腐蚀阳极氧化铝掩膜板的阻挡层并扩孔，采用磷铬酸或离子束刻蚀进行通孔或扩孔； (3)制备金属的纳米颗粒掩膜:在阳极氧化铝掩膜上采用蒸镀法、电子束蒸镀法蒸镀或者电化学方法电镀厚度为50nm-500nm的金属层，采用磷酸、磷铬酸或者碱溶液腐蚀阳极氧化铝掩膜，制备金属纳米颗粒的掩膜。
7.如权利要求6所述的一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，步骤(1)所述抛光是在体积比为1: (3-10)的高氯酸与乙醇组成的抛光液中进行；以石墨片为阴极，铝片为阳极，抛光电压为10V-40v，抛光时间为lmin-10min。
8.如权利要求6所述的一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，步骤(1)所述一次阳极氧化和二次阳极氧化采用的电解液均选自0.1-lmol/L的硫酸、磷酸或草酸溶液；所述一次阳极氧化是在硫酸电解液中10V-40V氧化l_8h，或在草酸电解液中20V-80V氧化l_8h，或在磷酸电解液中100V-250V氧化l_8h ;所述二次阳极氧化的时间为5_15min。
9.如权利要求6所述的一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，步骤(1)所述去掉氧化层是采用的溶液浸泡，溶液选自HgCl2、H3P04、HC1、CuCl2或H3P04与HC1的混合酸。
10.如权利要求6所述的一种GaN基LED芯片表面粗化的方法，其特征在于，所述电化学方法电镀在是以阳极氧化铝掩膜为阳极，钛网或者电镀金属物质为阴极，电流密度为10mA/cm2-200mA/cm2。
【文档编号】H01L33/22GK104319328SQ201410543185
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】王钢, 陈义廷, 范冰丰, 招瑜 申请人:中山大学