一种半导体发光器件制作的方法及半导体发光器件与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体发光器件制作的方法及半导体发光器件。

背景技术：

发光二极管(LED)是一种全新的固态光源，具有体积小、耗电量低、使用寿命长、环保、耐用等优点，逐步替代传统照明光源。随着市场需求的不断提高，要求LED芯片的发光效率不断提高，因此许多新技术被发开出来，如倒装芯片技术、光子晶体技术、表面粗化技术等，其中表面粗化技术是一种简单有效的方法。在LED外延片生长过程中，通常采用降低温度或通不同载气的方法生长P-GaN外延层获得粗糙的外延表面以达到表面粗化的目的，但这样结构的外延片会增加LED芯片的工作电压。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，针对现有LED芯片表面粗话而导致的工作电压增加，本发明提供了一种半导体发光器件制作的方法，通过外延工艺将部分半导体层区域改性处理，获得表面粗化的LED外延片的同时不增加LED芯片的工作电压，提高LED芯片的发光效率。

本发明提供了一种半导体发光器件制作的方法，包括如下步骤：

在衬底上生产缓冲层和第一半导体层；

在第一半导体层上制作周期性图案，并将周期性图案转移到衬底表面，获取表面改性区域；

去除缓冲层和第一半导体层；

在衬底上重新生长第二半导体层、发光层和第三半导体层。

所述缓冲层和第一半导体层由Al，In，Ga，N中的两种以上的原子构成。

所述周期图案由金属、有机物或氧化物中的一种以上的物质构成。

所述周期性图案的厚度不超过2微米。

所述在第一半导体层上制作周期性图案，并将周期性图案转移到衬底表面，获取表面改性区域包括：

通过刻蚀的方法将周期性图案转移到衬底表面。

所述通过刻蚀的方法将周期性图案转移到衬底表面包括：基于刻蚀的深度不少于缓冲层和第一半导体层厚度总和。

所述去除缓冲层和第一半导体层包括：

采用研磨、光腐蚀、刻蚀或加热中的一种以上的方法去除缓冲层和第一半导体层。

所述衬底包括：硅衬底、蓝宝石衬底。

本发明还提供了一种半导体发光器件，包括：衬底，以及衬底表面具有改性区域，以及依次在衬底结构上生长出的第二半导体层、发光层和第三半导体层。

所述衬底包括：硅衬底、蓝宝石衬底。

与现有技术相比，通过外延工艺将部分半导体层区域改性处理，获得表面粗化的LED外延片的同时，且不会增加LED芯片的工作电压，提高了LED芯片的发光效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中的半导体发光器件制作的方法流程图；

图2是本发明实施例中的在硅衬底表面生长缓冲层结构示意图；

图3是本发明实施例中的在第一半导体层制作光刻胶掩膜结构示意图；

图4是本发明实施例中的获取表面改性区域的硅衬底结构示意图；

图5是本发明实施例中的去除光刻胶掩膜后的硅衬底结构示意图；

图6是本发明实施例中的具有改性区域的半导体发光器件结构示意图；

图7是本发明实施例中的在蓝宝石衬底表面生长缓冲层结构示意图；

图8是本发明实施例中的在GaN第一半导体层制作掩膜层结构示意图；

图9是本发明实施例中的去除光刻胶层后的蓝宝石衬底结构示意图；

图10是本发明实施例中的获取表面改性区域的蓝宝石衬底结构示意图；

图11是本发明实施例中的具有表面改性区域的蓝宝石衬底结构示意图；

图12是本发明实施例中的具有改性区域的半导体发光器件第二实施例结构示意图；

图13是本发明实施例中的在蓝宝石衬底表面生长缓冲层第三实施例结构示意图；

图14是本发明实施例中的第一半导体层表面制作光光刻胶掩膜第三实施例结构示意图；

图15是本发明实施例中的获取表面改性区域的蓝宝石衬底第三实施例结构示意图；

图16是本发明实施例中的具有表面改性区域的蓝宝石衬底第三实施例结构示意图；

图17是本发明实施例中的具有改性区域的半导体发光器件第三实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为获得表面粗化LED外延片的同时不增加LED芯片的工作电压，本发明实施例提供了一种半导体发光器件制作的方法，包括：在衬底上生产缓冲层和第一半导体层；在第一半导体层上制作周期性图案，并转移到衬底表面；获得表面改性区域；去除缓冲层和第一半导体层；重新生长第二半导体层、发光层和第三半导体层。

本发明实施例还提供了一种半导体发光器件，包括：衬底，以及衬底表面具有表面改性区域，以及依次在衬底结构上生长出的第二半导体层、发光层和第三半导体层。该衬底包括：硅衬底、蓝宝石衬底。表面改性区域在衬底表面呈周期性间隔分布。

表面改性技术(surface modified technique)是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术，它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等)；表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。这些用以强化零件或材料表面的技术，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件，提高了可靠性、延长了使用寿命。

图1示出了本发明实施例中的半导体发光器件制作的方法流程图，包括如下步骤：

S11、在衬底上生产缓冲层和第一半导体层；

该缓冲层和第一半导体层由Al，In，Ga，N中的两种以上的原子构成，比如缓冲层选择Al和N原子组合而成，第一半导体可以选择Ga和N原子组合而成，当然不限于这种方式。

S12、在第一半导体层上制作周期性图案，并将周期性图案转移到衬底表面，在衬底表面获取表面改性区域；

该周期性图案由金属、有机物或氧化物中的一种或者他们混合构成，具体实施过程中，周期性图案可以选择掩膜图案形成，比如光刻胶掩膜、SiO₂掩膜层等等。

在周期性图案形成之后，通过刻蚀的方法将周期性图案转移到衬底表面，从而可以获取到表面改性区域，该刻蚀的深度不少于缓冲层和第一半导体层厚度总和。

S13、去除缓冲层和第一半导体层；

具体实施过程中可以，采用研磨、光腐蚀、刻蚀或加热中的一种以上的方法去除缓冲层和第一半导体层。S14、在衬底上重新生长第二半导体层、发光层和第三半导体层。通过以上方法，通过外延工艺将部分半导体层区域改性处理，获得表面粗化的LED外延片的同时，且不会增加LED芯片的工作电压，提高了LED芯片的发光效率。

以下，结合图1中所示的流程图针对不同实施例子进行详细阐述和说明。

实施例1

结合图2至图6说明半导体发光器件制作的方法工艺流程示意图。

图2示出了本发明实施例中的在硅衬底表面生长缓冲层结构示意图，通过在800微米的硅衬底101表面生长AlN缓冲层102，AlN缓冲层102生长使用MOCVD设备，生长压力可以选择在700-850mtorr，本实施例中选择800mtorr，生长温度可以选择在1000℃-1100℃，本实施例中选择1070℃，生长厚度厚度可以控制在0.01-0.05微米范围内，比如这里选择0.03微米。在生长完A1N缓冲层后，在AlN缓冲层102上生长GaN第一半导体层103，GaN第一半导体层103的生产压力范围控制在550-700mtorr内，比如取值为600mtorr，生长温度可以选择在1000℃-1100℃，这里可以选择为1020℃，生长厚度控制在3微米以内，比如这里选择为1.2微米。

图3示出了本发明实施例中的在第一半导体层制作光刻胶掩膜结构示意图，通过在GaN第一半导体层103表面制作光刻胶掩膜104，光刻胶掩膜104的厚度一般控制在2微米以内，比如这里选择为1.8微米，该光刻胶掩膜104周期性的间隔分布在GaN第一半导体层103。

图4示出了本发明实施例中的获取表面改性区域结构示意图，经过20-40分钟时限长，比如经过30分钟，Cl2：BCl3＝20ppm：100ppm，RF＝1500mW的ICP刻蚀，有效刻蚀深度为1.5微米，在硅衬底101表面获得表面改性区域105，该周期性图案制作以光刻胶掩膜104的两边进行刻蚀，直至达到硅衬底101表面，在硅衬底101表面形成周期性间隔的表面改性区域105。

图5示出了本发明实施例中的去除光刻胶掩膜后的结构示意图，可以采用范围在80-℃90℃范围内的去胶液处理，这里可以采用85℃去胶液去除光刻胶掩膜104，在通过高温比经过一定时长真空烘烤，比如在1400℃下经过3小时真空烘烤，将AlN缓冲层102和GaN第一半导体层103分解，最终形成具有表面改性区域的硅衬底结构。

图6示出了本发明实施例中的具有改性区域的半导体发光器件结构示意图，在具有表面改性区域的硅衬底结构上依次生长n-GaN第二半导体层106，GaN/InGaN发光层107和p-GaN第三半导体层108。

实施例2

结合图7至图12说明半导体发光器件制作的方法工艺流程示意图。

图7示出了本发明实施例中的在蓝宝石衬底表面生长缓冲层结构示意图，通过在400微米的蓝宝石衬底201表面生长AlGaN缓冲层202，AlGaN缓冲层202生长使用MOCVD设备，生长压力可以选择在680-750mtorr，本实施例中选择为700mtorr，生长温度可以选择在800℃-900℃，本实施例中选择820℃，生长厚度可以控制在0.01-0.1微米范围内，比如这里选择0.05微米；在AlGaN缓冲层202上生长GaN第一半导体层203，GaN第一半导体层203的生产压力范围可以控制在700-900mtorr内，比如取值为750mtorr，生长温度可以选择在900℃-1100℃，这里可以选择为1010℃，生长厚度控制在5微米以内，比如这里选择为3.1微米。

图8示出了本发明实施例中的在GaN第一半导体层制作掩膜层结构示意图，在GaN第一半导体层203生长一定厚度的掩膜层，比如这里为1.2微米SiO₂掩膜层204，SiO₂掩膜层204采用PECVD设备生产，生长压力可以选择在700-900mtorr之间，这里选择为800mtorr，生长温度为240℃。在SiO₂掩膜层204表面做厚度为1.5微米的光刻胶层205。

图9示出了本发明实施例中的去除光刻胶层后的蓝宝石衬底结构示意图，通过在BOE溶液中腐蚀90秒，腐蚀部分SiO₂掩膜层204，在经过85℃去胶液去除光刻胶层205。该光刻胶掩膜104周期性的间隔分布在GaN第一半导体层203。

图10示出了本发明实施例中的获取表面改性区域的蓝宝石衬底结构示意图，采用经过40分钟，Cl₂：BCl₃＝10ppm：100ppm，RF＝900mW的ICP刻蚀，有效刻蚀深度为3.5微米，获得表面改性区域206。

图11示出了本发明实施例中的具有表面改性区域的蓝宝石衬底结构示意图，经过BOE溶液腐蚀SiO₂掩膜层204，在1400℃-3小时真空烘烤下，将AlGaN缓冲层202和GaN第一半导体层203分解。

图12示出了本发明实施例中的具有改性区域的半导体发光器件第二实施例结构示意图，在具有表面改性区域的蓝宝石衬底结构上依次生长n-GaN第二半导体层207，GaN/InGaN发光层208和p-GaN第三半导体层209。

实施例3

结合图13至图17说明三维图形化蓝宝石衬底制作方法工艺流程示意图。

图13示出了本发明实施例中的在蓝宝石衬底表面生长缓冲层第三实施例结构示意图，在蓝宝石衬底301表面生长GaN缓冲层302，GaN缓冲层302生长使用MOCVD设备，生长压力为800mtorr，生长温度是860℃，生长厚度0.1微米；在GaN缓冲层302上生长AlGaN第一半导体层303，AlGaN第一半导体层303的生产压力为600mtorr，生长温度是970℃，生长厚度为1微米。

图14示出了本发明实施例中的在第一半导体层表面制作光光刻胶掩膜第三实施例结构示意图，在AlGaN第一半导体层303表面制作光刻胶掩膜304，光刻胶掩膜304的厚度为1.5微米。

图15示出了本发明实施例中的获取表面改性区域的蓝宝石衬底第三实施例结构示意图，经过25分钟，Cl₂：BCl₃＝20ppm：140ppm，RF＝1200mW的ICP刻蚀，有效刻蚀深度为1.2微米，获得表面改性区域305。

图16示出了本发明实施例中的具有表面改性区域的蓝宝石衬底第三实施例结构示意图，能量为0.9mW，频率50HZ的248nm准分子激光从背面蓝宝石衬底301方向照射，将GaN缓冲层302、AlGaN第一半导体层303和光刻胶掩膜304整体与面蓝宝石衬底301剥离开，实现光腐蚀。

图17示出了本发明实施例中的具有改性区域的半导体发光器件第三实施例结构示意图，在具有表面改性区域的蓝宝石衬底结构上依次生长n-GaN第二半导体层306，GaN/InGaN发光层307和p-GaN第三半导体层308。

综上，本发明实施例通过外延工艺将部分半导体层区域改性处理，获得表面粗化的LED外延片的同时，且不会增加LED芯片的工作电压，提高了LED芯片的发光效率。

以上对本发明实施例所提供的半导体发光器件制作的方法及半导体发光器件进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。