半導(dǎo)體層表面粗化方法及具有表面粗化的led結(jié)構(gòu)形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體層表面粗化方法及具有表面粗化的LED結(jié)構(gòu)形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]研究表明，對(duì)GaN基LED芯片的表面進(jìn)行粗化能夠提高其外量子效率，增加芯片的光效?，F(xiàn)有的常規(guī)工藝為納米微球掩膜刻蝕法，其過程為:首先在藍(lán)寶石基底材料上分別沉積外延層:從下到上依次為緩沖層，N型GaN層，MQW發(fā)光層，P型GaN層；其次在P型GaN層上旋涂混合有均勻納米微球的分散劑，如圖1a所示；然后用刻蝕技術(shù)形成粗化，其中納米微球作用是阻擋ICP刻蝕，其余不被納米微粒覆蓋的地方被刻蝕掉，如圖1b所示；最后將表面掩膜覆蓋層去除，最終形成P型GaN粗化結(jié)構(gòu)。
[0003]該方法中，由于納米微球混合在分散劑中時(shí)會(huì)發(fā)生堆積或者不均勻的現(xiàn)象，直接導(dǎo)致后續(xù)粗化刻蝕過程不易控制，刻蝕得到的粗化結(jié)構(gòu)分布不均勻，量產(chǎn)穩(wěn)定性差。具體地，納米球堆積較為密集的區(qū)域在后續(xù)粗化刻蝕過程中形成的凹槽間隔較窄且深度較淺，納米球堆積較為疏散的區(qū)域在后續(xù)粗化刻蝕過程中形成的凹槽間隔較寬且深度較深。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的刻蝕不均勻、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種均勻的、可靠的半導(dǎo)體層表面粗化方法，以及提出具有表面粗化的LED結(jié)構(gòu)形成方法。
[0005]有鑒于此，本發(fā)明第一方面提出一種半導(dǎo)體層表面粗化方法，包括以下步驟:提供半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層為氮化物半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層之上形成固態(tài)的金屬或合金薄膜；在高于所述金屬或合金熔點(diǎn)的預(yù)設(shè)溫度下退火預(yù)設(shè)時(shí)間，以使所述金屬或合金薄膜液化為多個(gè)金屬或合金液滴，然后降溫至所述金屬或合金的熔點(diǎn)以下，以使所述多個(gè)金屬或合金液滴冷凝為多個(gè)金屬或合金島狀凸起；以所述多個(gè)金屬或合金島狀凸起為掩膜層，在所述半導(dǎo)體層的頂部刻蝕出凹凸結(jié)構(gòu)以形成粗化表面；去除所述多個(gè)金屬或合金島狀凸起。
[0006]由上可知，本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體層表面粗化方法至少具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)由于液體表面張力而形成的液滴大小近似、分布均勻，使得最終得到的粗化表面在平面方向上均勻度好。(2)由于沒有傳統(tǒng)工藝中的分散劑的影響，ICP刻蝕時(shí)的深度可以精確控制，使得最終得到的粗化表面在垂直方向上的粗糙度可控。(3)簡(jiǎn)單易行，穩(wěn)定性好。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述金屬或合金的材料為:金、銀、銅、鋁、錫、鋅、銀鉛合金、銅鋁合金、錫鋅合金或銀錫合金。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,所述金屬或合金薄膜的厚度為0.2_5nm。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述預(yù)設(shè)溫度高于所述金屬或合金的熔點(diǎn)10-50°C。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述預(yù)設(shè)時(shí)間為1-1OOmin。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過濺射或蒸鍍形成所述金屬或合金薄膜。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過ICP干法刻蝕出所述凹凸結(jié)構(gòu)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述粗化表面的粗糙度為6_600nm。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過濕化學(xué)腐蝕去除所述多個(gè)金屬或合金島狀凸起。
[0015]有鑒于此，本發(fā)明第二方面提出一種具有表面粗化的LED結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，包括以下步驟:提供襯底；在所述襯底之上形成第一摻雜類型半導(dǎo)體層；在所述第一摻雜類型半導(dǎo)體層之上形成多量子阱層；在所述多量子阱層之上形成電子阻擋層；在所述電子阻擋層之上形成第二摻雜類型半導(dǎo)體層；采用上文所述的半導(dǎo)體層表面粗化方法對(duì)所述第二摻雜類型半導(dǎo)體層的頂部進(jìn)行表面粗化；形成第一電極和第二電極。
[0016]由上可知，本發(fā)明實(shí)施例的具有表面粗化的LED結(jié)構(gòu)形成方法，其中的粗化表面均勻性好，粗糙度可控，因而能夠更好地提高芯片外量子效率，提高LED芯片光效。
[0017]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0018]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
圖1a和圖1b是現(xiàn)有的納米微球掩膜刻蝕法實(shí)現(xiàn)表面粗化方法的示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體層表面粗化方法的流程圖。
[0020]圖3a至圖3d是本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體層表面粗化方法的流程圖。
[0021]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的具有表面粗化的LED結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖。
[0022]圖5a至圖5f是本發(fā)明實(shí)施例的具有表面粗化的LED結(jié)構(gòu)形成方法的過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0024]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“厚度”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0025]此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。
[0026]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0027]本發(fā)明第一方面提出一種半導(dǎo)體層表面粗化方法，如圖2所示，可以包括以下步驟:
Sll.提供半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層為氮化物半導(dǎo)體層，在半導(dǎo)體層之上形成固態(tài)的金屬或合金薄膜。
[0028]半導(dǎo)體層的材料可以為GaN、InGaN, AlGaN等等多種氮化物半導(dǎo)體,也可以為S1、Ge或SiGe等IV族半導(dǎo)體，技術(shù)人員可以根據(jù)需要靈活選用?？梢酝ㄟ^濺射或蒸鍍等方式在半導(dǎo)體層之上形成金屬或合金薄膜。金屬或合金薄膜的材料可以為金、銀、銅、鋁、錫、鋅、銀鉛合金、銅鋁合金、錫鋅合金或銀錫合金等等。上述金屬或合金的材料入選理由為以下理由的至少之一:a.熔點(diǎn)小于退火爐設(shè)備的最高溫度；b.成本便宜，易于獲得；c.易于濺射或蒸鍍成膜；d.理化性質(zhì)穩(wěn)定；e.后期易于被去除。固態(tài)的金屬或合金薄膜厚度約0.2-5nm，優(yōu)選0.5-2nm。薄膜過厚或過薄都會(huì)導(dǎo)致后續(xù)步驟中難以形成均勻分布的固態(tài)島狀結(jié)構(gòu)。此時(shí)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)如圖3a所示，I表示半導(dǎo)體層，2表示固態(tài)的金屬或合金薄膜。
[0029]S12.在高于所述金屬或合金熔點(diǎn)的預(yù)設(shè)溫度下退火預(yù)設(shè)時(shí)間，以使金屬或合金薄膜液化為多個(gè)金屬或合金液滴，然后降溫至金屬或合金的熔點(diǎn)以下，以使多個(gè)金屬或合金液滴冷凝為多個(gè)金屬或合金島狀凸起。
[0030]進(jìn)行退火操作后，固態(tài)的薄膜發(fā)生相變，因?yàn)橐后w表面張力而液化成多個(gè)大小近似、均勻分布的液滴。隨后將溫度降低至熔點(diǎn)下，液滴便冷凝成固態(tài)的島狀凸起。通常地，島狀凸起的直徑為0.3-1.5 μ m。此時(shí)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)如圖3b所示，其中3表示金屬或合金島狀凸起。
[0031]需要說明的是，預(yù)設(shè)溫度需要嚴(yán)格控制在高于所述金屬或合金的熔點(diǎn)10-50°C的溫度范圍內(nèi)。溫度過低，固體的金屬或合金薄膜難以液化成金屬或合金液滴。溫度過高則有可能導(dǎo)致一些合金發(fā)生分凝現(xiàn)象，或者導(dǎo)致汽化現(xiàn)象。預(yù)設(shè)時(shí)間為lO-lOOmin，優(yōu)選30-60min。退火時(shí)間過短有可能退火爐內(nèi)局部溫度尚未達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，未能完成液化過程。退火時(shí)間過長有可能對(duì)不耐高溫的半導(dǎo)體層產(chǎn)生不良影響。
[0032]S13.以多個(gè)金屬或合金島狀凸起為掩膜層，在半導(dǎo)體層的