本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光器件制作的方法及半導(dǎo)體發(fā)光器件。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管(LED)是一種全新的固態(tài)光源，具有體積小、耗電量低、使用壽命長、環(huán)保、耐用等優(yōu)點，逐步替代傳統(tǒng)照明光源。隨著市場需求的不斷提高，要求LED芯片的發(fā)光效率不斷提高，因此許多新技術(shù)被發(fā)開出來，如倒裝芯片技術(shù)、光子晶體技術(shù)、表面粗化技術(shù)等，其中表面粗化技術(shù)是一種簡單有效的方法。在LED外延片生長過程中，通常采用降低溫度或通不同載氣的方法生長P-GaN外延層獲得粗糙的外延表面以達(dá)到表面粗化的目的，但這樣結(jié)構(gòu)的外延片會增加LED芯片的工作電壓。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對現(xiàn)有LED芯片表面粗話而導(dǎo)致的工作電壓增加，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件制作的方法，通過外延工藝將部分半導(dǎo)體層區(qū)域改性處理，獲得表面粗化的LED外延片的同時不增加LED芯片的工作電壓，提高LED芯片的發(fā)光效率。

本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件制作的方法，包括如下步驟：

在襯底上生產(chǎn)緩沖層和第一半導(dǎo)體層；

在第一半導(dǎo)體層上制作周期性圖案，并將周期性圖案轉(zhuǎn)移到襯底表面，獲取表面改性區(qū)域；

去除緩沖層和第一半導(dǎo)體層；

在襯底上重新生長第二半導(dǎo)體層、發(fā)光層和第三半導(dǎo)體層。

所述緩沖層和第一半導(dǎo)體層由Al，In，Ga，N中的兩種以上的原子構(gòu)成。

所述周期圖案由金屬、有機(jī)物或氧化物中的一種以上的物質(zhì)構(gòu)成。

所述周期性圖案的厚度不超過2微米。

所述在第一半導(dǎo)體層上制作周期性圖案，并將周期性圖案轉(zhuǎn)移到襯底表面，獲取表面改性區(qū)域包括：

通過刻蝕的方法將周期性圖案轉(zhuǎn)移到襯底表面。

所述通過刻蝕的方法將周期性圖案轉(zhuǎn)移到襯底表面包括：基于刻蝕的深度不少于緩沖層和第一半導(dǎo)體層厚度總和。

所述去除緩沖層和第一半導(dǎo)體層包括：

采用研磨、光腐蝕、刻蝕或加熱中的一種以上的方法去除緩沖層和第一半導(dǎo)體層。

所述襯底包括：硅襯底、藍(lán)寶石襯底。

本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括：襯底，以及襯底表面具有改性區(qū)域，以及依次在襯底結(jié)構(gòu)上生長出的第二半導(dǎo)體層、發(fā)光層和第三半導(dǎo)體層。

所述襯底包括：硅襯底、藍(lán)寶石襯底。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過外延工藝將部分半導(dǎo)體層區(qū)域改性處理，獲得表面粗化的LED外延片的同時，且不會增加LED芯片的工作電壓，提高了LED芯片的發(fā)光效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例中的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作的方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例中的在硅襯底表面生長緩沖層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中的在第一半導(dǎo)體層制作光刻膠掩膜結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例中的獲取表面改性區(qū)域的硅襯底結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例中的去除光刻膠掩膜后的硅襯底結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例中的具有改性區(qū)域的半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例中的在藍(lán)寶石襯底表面生長緩沖層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明實施例中的在GaN第一半導(dǎo)體層制作掩膜層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明實施例中的去除光刻膠層后的藍(lán)寶石襯底結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明實施例中的獲取表面改性區(qū)域的藍(lán)寶石襯底結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是本發(fā)明實施例中的具有表面改性區(qū)域的藍(lán)寶石襯底結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是本發(fā)明實施例中的具有改性區(qū)域的半導(dǎo)體發(fā)光器件第二實施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是本發(fā)明實施例中的在藍(lán)寶石襯底表面生長緩沖層第三實施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14是本發(fā)明實施例中的第一半導(dǎo)體層表面制作光光刻膠掩膜第三實施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15是本發(fā)明實施例中的獲取表面改性區(qū)域的藍(lán)寶石襯底第三實施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16是本發(fā)明實施例中的具有表面改性區(qū)域的藍(lán)寶石襯底第三實施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖17是本發(fā)明實施例中的具有改性區(qū)域的半導(dǎo)體發(fā)光器件第三實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為獲得表面粗化LED外延片的同時不增加LED芯片的工作電壓，本發(fā)明實施例提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件制作的方法，包括：在襯底上生產(chǎn)緩沖層和第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上制作周期性圖案，并轉(zhuǎn)移到襯底表面；獲得表面改性區(qū)域；去除緩沖層和第一半導(dǎo)體層；重新生長第二半導(dǎo)體層、發(fā)光層和第三半導(dǎo)體層。

本發(fā)明實施例還提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括：襯底，以及襯底表面具有表面改性區(qū)域，以及依次在襯底結(jié)構(gòu)上生長出的第二半導(dǎo)體層、發(fā)光層和第三半導(dǎo)體層。該襯底包括：硅襯底、藍(lán)寶石襯底。表面改性區(qū)域在襯底表面呈周期性間隔分布。

表面改性技術(shù)(surface modified technique)是采用化學(xué)的、物理的方法改變材料或工件表面的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)以提高機(jī)器零件或材料性能的一類熱處理技術(shù)，它包括化學(xué)熱處理(滲氮、滲碳、滲金屬等)；表面涂層(低壓等離子噴涂、低壓電弧噴涂、激光重熔復(fù)合等門薄膜鍍層(物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等)和非金屬涂層技術(shù)等。這些用以強(qiáng)化零件或材料表面的技術(shù)，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射、導(dǎo)電、導(dǎo)磁等各種新的特性。使原來在高速、高溫、高壓、重載、腐蝕介質(zhì)環(huán)境下工作的零件，提高了可靠性、延長了使用壽命。

圖1示出了本發(fā)明實施例中的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作的方法流程圖，包括如下步驟：

S11、在襯底上生產(chǎn)緩沖層和第一半導(dǎo)體層；

該緩沖層和第一半導(dǎo)體層由Al，In，Ga，N中的兩種以上的原子構(gòu)成，比如緩沖層選擇Al和N原子組合而成，第一半導(dǎo)體可以選擇Ga和N原子組合而成，當(dāng)然不限于這種方式。

S12、在第一半導(dǎo)體層上制作周期性圖案，并將周期性圖案轉(zhuǎn)移到襯底表面，在襯底表面獲取表面改性區(qū)域；

該周期性圖案由金屬、有機(jī)物或氧化物中的一種或者他們混合構(gòu)成，具體實施過程中，周期性圖案可以選擇掩膜圖案形成，比如光刻膠掩膜、SiO₂掩膜層等等。

在周期性圖案形成之后，通過刻蝕的方法將周期性圖案轉(zhuǎn)移到襯底表面，從而可以獲取到表面改性區(qū)域，該刻蝕的深度不少于緩沖層和第一半導(dǎo)體層厚度總和。

S13、去除緩沖層和第一半導(dǎo)體層；

具體實施過程中可以，采用研磨、光腐蝕、刻蝕或加熱中的一種以上的方法去除緩沖層和第一半導(dǎo)體層。S14、在襯底上重新生長第二半導(dǎo)體層、發(fā)光層和第三半導(dǎo)體層。通過以上方法，通過外延工藝將部分半導(dǎo)體層區(qū)域改性處理，獲得表面粗化的LED外延片的同時，且不會增加LED芯片的工作電壓，提高了LED芯片的發(fā)光效率。

以下，結(jié)合圖1中所示的流程圖針對不同實施例子進(jìn)行詳細(xì)闡述和說明。

實施例1

結(jié)合圖2至圖6說明半導(dǎo)體發(fā)光器件制作的方法工藝流程示意圖。

圖2示出了本發(fā)明實施例中的在硅襯底表面生長緩沖層結(jié)構(gòu)示意圖，通過在800微米的硅襯底101表面生長AlN緩沖層102，AlN緩沖層102生長使用MOCVD設(shè)備，生長壓力可以選擇在700-850mtorr，本實施例中選擇800mtorr，生長溫度可以選擇在1000℃-1100℃，本實施例中選擇1070℃，生長厚度厚度可以控制在0.01-0.05微米范圍內(nèi)，比如這里選擇0.03微米。在生長完A1N緩沖層后，在AlN緩沖層102上生長GaN第一半導(dǎo)體層103，GaN第一半導(dǎo)體層103的生產(chǎn)壓力范圍控制在550-700mtorr內(nèi)，比如取值為600mtorr，生長溫度可以選擇在1000℃-1100℃，這里可以選擇為1020℃，生長厚度控制在3微米以內(nèi)，比如這里選擇為1.2微米。

圖3示出了本發(fā)明實施例中的在第一半導(dǎo)體層制作光刻膠掩膜結(jié)構(gòu)示意圖，通過在GaN第一半導(dǎo)體層103表面制作光刻膠掩膜104，光刻膠掩膜104的厚度一般控制在2微米以內(nèi)，比如這里選擇為1.8微米，該光刻膠掩膜104周期性的間隔分布在GaN第一半導(dǎo)體層103。

圖4示出了本發(fā)明實施例中的獲取表面改性區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖，經(jīng)過20-40分鐘時限長，比如經(jīng)過30分鐘，Cl2：BCl3＝20ppm：100ppm，RF＝1500mW的ICP刻蝕，有效刻蝕深度為1.5微米，在硅襯底101表面獲得表面改性區(qū)域105，該周期性圖案制作以光刻膠掩膜104的兩邊進(jìn)行刻蝕，直至達(dá)到硅襯底101表面，在硅襯底101表面形成周期性間隔的表面改性區(qū)域105。

圖5示出了本發(fā)明實施例中的去除光刻膠掩膜后的結(jié)構(gòu)示意圖，可以采用范圍在80-℃90℃范圍內(nèi)的去膠液處理，這里可以采用85℃去膠液去除光刻膠掩膜104，在通過高溫比經(jīng)過一定時長真空烘烤，比如在1400℃下經(jīng)過3小時真空烘烤，將AlN緩沖層102和GaN第一半導(dǎo)體層103分解，最終形成具有表面改性區(qū)域的硅襯底結(jié)構(gòu)。

圖6示出了本發(fā)明實施例中的具有改性區(qū)域的半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)示意圖，在具有表面改性區(qū)域的硅襯底結(jié)構(gòu)上依次生長n-GaN第二半導(dǎo)體層106，GaN/InGaN發(fā)光層107和p-GaN第三半導(dǎo)體層108。

實施例2

結(jié)合圖7至圖12說明半導(dǎo)體發(fā)光器件制作的方法工藝流程示意圖。

圖7示出了本發(fā)明實施例中的在藍(lán)寶石襯底表面生長緩沖層結(jié)構(gòu)示意圖，通過在400微米的藍(lán)寶石襯底201表面生長AlGaN緩沖層202，AlGaN緩沖層202生長使用MOCVD設(shè)備，生長壓力可以選擇在680-750mtorr，本實施例中選擇為700mtorr，生長溫度可以選擇在800℃-900℃，本實施例中選擇820℃，生長厚度可以控制在0.01-0.1微米范圍內(nèi)，比如這里選擇0.05微米；在AlGaN緩沖層202上生長GaN第一半導(dǎo)體層203，GaN第一半導(dǎo)體層203的生產(chǎn)壓力范圍可以控制在700-900mtorr內(nèi)，比如取值為750mtorr，生長溫度可以選擇在900℃-1100℃，這里可以選擇為1010℃，生長厚度控制在5微米以內(nèi)，比如這里選擇為3.1微米。

圖8示出了本發(fā)明實施例中的在GaN第一半導(dǎo)體層制作掩膜層結(jié)構(gòu)示意圖，在GaN第一半導(dǎo)體層203生長一定厚度的掩膜層，比如這里為1.2微米SiO₂掩膜層204，SiO₂掩膜層204采用PECVD設(shè)備生產(chǎn)，生長壓力可以選擇在700-900mtorr之間，這里選擇為800mtorr，生長溫度為240℃。在SiO₂掩膜層204表面做厚度為1.5微米的光刻膠層205。

圖9示出了本發(fā)明實施例中的去除光刻膠層后的藍(lán)寶石襯底結(jié)構(gòu)示意圖，通過在BOE溶液中腐蝕90秒，腐蝕部分SiO₂掩膜層204，在經(jīng)過85℃去膠液去除光刻膠層205。該光刻膠掩膜104周期性的間隔分布在GaN第一半導(dǎo)體層203。

圖10示出了本發(fā)明實施例中的獲取表面改性區(qū)域的藍(lán)寶石襯底結(jié)構(gòu)示意圖，采用經(jīng)過40分鐘，Cl₂：BCl₃＝10ppm：100ppm，RF＝900mW的ICP刻蝕，有效刻蝕深度為3.5微米，獲得表面改性區(qū)域206。

圖11示出了本發(fā)明實施例中的具有表面改性區(qū)域的藍(lán)寶石襯底結(jié)構(gòu)示意圖，經(jīng)過BOE溶液腐蝕SiO₂掩膜層204，在1400℃-3小時真空烘烤下，將AlGaN緩沖層202和GaN第一半導(dǎo)體層203分解。

圖12示出了本發(fā)明實施例中的具有改性區(qū)域的半導(dǎo)體發(fā)光器件第二實施例結(jié)構(gòu)示意圖，在具有表面改性區(qū)域的藍(lán)寶石襯底結(jié)構(gòu)上依次生長n-GaN第二半導(dǎo)體層207，GaN/InGaN發(fā)光層208和p-GaN第三半導(dǎo)體層209。

實施例3

結(jié)合圖13至圖17說明三維圖形化藍(lán)寶石襯底制作方法工藝流程示意圖。

圖13示出了本發(fā)明實施例中的在藍(lán)寶石襯底表面生長緩沖層第三實施例結(jié)構(gòu)示意圖，在藍(lán)寶石襯底301表面生長GaN緩沖層302，GaN緩沖層302生長使用MOCVD設(shè)備，生長壓力為800mtorr，生長溫度是860℃，生長厚度0.1微米；在GaN緩沖層302上生長AlGaN第一半導(dǎo)體層303，AlGaN第一半導(dǎo)體層303的生產(chǎn)壓力為600mtorr，生長溫度是970℃，生長厚度為1微米。

圖14示出了本發(fā)明實施例中的在第一半導(dǎo)體層表面制作光光刻膠掩膜第三實施例結(jié)構(gòu)示意圖，在AlGaN第一半導(dǎo)體層303表面制作光刻膠掩膜304，光刻膠掩膜304的厚度為1.5微米。

圖15示出了本發(fā)明實施例中的獲取表面改性區(qū)域的藍(lán)寶石襯底第三實施例結(jié)構(gòu)示意圖，經(jīng)過25分鐘，Cl₂：BCl₃＝20ppm：140ppm，RF＝1200mW的ICP刻蝕，有效刻蝕深度為1.2微米，獲得表面改性區(qū)域305。

圖16示出了本發(fā)明實施例中的具有表面改性區(qū)域的藍(lán)寶石襯底第三實施例結(jié)構(gòu)示意圖，能量為0.9mW，頻率50HZ的248nm準(zhǔn)分子激光從背面藍(lán)寶石襯底301方向照射，將GaN緩沖層302、AlGaN第一半導(dǎo)體層303和光刻膠掩膜304整體與面藍(lán)寶石襯底301剝離開，實現(xiàn)光腐蝕。

圖17示出了本發(fā)明實施例中的具有改性區(qū)域的半導(dǎo)體發(fā)光器件第三實施例結(jié)構(gòu)示意圖，在具有表面改性區(qū)域的藍(lán)寶石襯底結(jié)構(gòu)上依次生長n-GaN第二半導(dǎo)體層306，GaN/InGaN發(fā)光層307和p-GaN第三半導(dǎo)體層308。

綜上，本發(fā)明實施例通過外延工藝將部分半導(dǎo)體層區(qū)域改性處理，獲得表面粗化的LED外延片的同時，且不會增加LED芯片的工作電壓，提高了LED芯片的發(fā)光效率。

以上對本發(fā)明實施例所提供的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作的方法及半導(dǎo)體發(fā)光器件進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。