具有空气桥结构发光二极管的制作方法

摘要

一种具有空气桥结构发光二极管的制作方法，包括：在蓝宝石衬底上淀积二氧化硅掩蔽层；在其上排列一单层紧密排列的自组装聚苯乙烯球；第一次加热和采用ICP刻蚀的方法，刻蚀自组装聚苯乙烯球；第二次加热和在自组装聚苯乙烯球的间隙、表面及掩蔽层的表面蒸镀金属掩膜；去除自组装聚苯乙烯球表面的金属掩膜；采用温度处理使自组装聚苯乙烯球气化，在掩蔽层上形成网孔状的金属掩膜；刻蚀掩蔽层；酸液腐蚀掉金属网孔状的金属掩膜，形成二氧化硅的纳米孔状阵列结构；在纳米孔状阵列结构上依次外延u-GaN层、n-GaN层、多量子阱结构、电子阻挡层和p-GaN层，形成芯片；将芯片置于HF溶液中超声，使u-GaN层中的掩蔽层被腐蚀掉后，被空气包覆，完成发光二极管的制作。

权利要求

1.一种具有空气桥结构发光二极管的制作方法，包括：

1)在蓝宝石衬底上淀积一层二氧化硅掩蔽层，二氧化硅掩蔽层的厚度为400nm；

2)在二氧化硅掩蔽层上排列一单层紧密排列的自组装聚苯乙烯球；

3)第一次加热，温度为80℃，使自组装聚苯乙烯球与二氧化硅掩蔽层结合牢固；

4)采用ICP刻蚀的方法，刻蚀自组装聚苯乙烯球；

5)第二次加热，温度为105℃，加热时间为1-5min，使自组装聚苯乙烯球在二氧化硅掩蔽层有稍微塌陷，把点接触变成面接触；

6)在自组装聚苯乙烯球的间隙、表面及二氧化硅掩蔽层的表面蒸镀金属掩膜，金属掩膜的材料为Al或Cr；并甲苯超声去除自组装聚苯乙烯球表面的金属掩膜；

7)采用温度处理，使自组装聚苯乙烯球气化，二氧化硅掩蔽层上形成网孔状的金属掩膜；

8)刻蚀二氧化硅掩蔽层，刻蚀深度到达蓝宝石衬底的表面；

9)酸液腐蚀掉金属网孔状的金属掩膜，形成二氧化硅的纳米孔状阵列结构；

10)在纳米孔状阵列结构上依次外延u-GaN层、n-GaN层、多量子阱结构、电子阻挡层和p-GaN层，形成芯片；

11)将芯片置于HF溶液中超声，使u-GaN层中的二氧化硅掩蔽层被腐蚀掉后，被空气包覆，完成发光二极管的制作。

2.根据权利要求1所述的具有空气桥结构发光二极管的制作方法，其中步骤2)的自组装聚苯乙烯球的直径为0.1-1um。

3.根据权利要求1所述的具有空气桥结构发光二极管的制作方法，其中采用ICP刻蚀的方法刻蚀自组装聚苯乙烯球，刻蚀气体为氧气，氧气流量为70sccm，腔压为6mTorr，起辉功率为300W，溅射功率为10W，刻蚀时间为1-2min，使自组装聚苯乙烯球半径减小。

4.根据权利要求1所述的具有空气桥结构发光二极管的制作方法，其中甲苯超声的时间为5min。

5.根据权利要求1所述的具有空气桥结构发光二极管的制作方法，其中采用温度处理的温度为500-600℃，处理时间为1-30min。

6.根据权利要求1所述的具有空气桥结构发光二极管的制作方法，其中将芯片置于HF溶液中超声为40s。

说明书

具有空气桥结构发光二极管的制作方法

技术领域

[0001] 本发明属于半导体光电子器件技术领域，特别是指一种具有空气桥结构发光二极管的制作方法。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 采用具有空气桥结构的发光二极管可提高LED的光提取效率，有很好的散热效果。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

[0004] 本发明目的是提出一种具有空气桥结构发光二极管的制作方法，这种空气桥结构可提高LED的光提取效率，有很好的散热效果。

[0005] 本发明提供一种具有空气桥结构发光二极管的制作方法，包括：

[0006] 1)在蓝宝石衬底上淀积一层二氧化硅掩蔽层，二氧化硅掩蔽层的厚度为400nm；

[0007] 2)在二氧化硅掩蔽层上排列一单层紧密排列的自组装聚苯乙烯球；

[0008] 3)第一次加热，温度为80℃，使自组装聚苯乙烯球与二氧化硅掩蔽层结合牢固；

[0009] 4)采用ICP刻蚀的方法，刻蚀自组装聚苯乙烯球；

[0010] 5)第二次加热，温度为105℃，加热时间为15min，使自组装聚苯乙烯球在二氧化硅掩蔽层有稍微塌陷，把点接触变成面接触；

[0011] 6)在自组装聚苯乙烯球的间隙、表面及二氧化硅掩蔽层的表面蒸镀金属掩膜，金属掩膜的材料为Al或Cr；并甲苯超声去除自组装聚苯乙烯球表面的金属掩膜，甲苯超声的时间为5min；

[0012] 7)采用温度处理，使自组装聚苯乙烯球气化，二氧化硅掩蔽层上形成网孔状的金属掩膜；

[0013] 8)刻蚀二氧化硅掩蔽层，刻蚀深度到达蓝宝石衬底的表面；

[0014] 9)酸液腐蚀掉金属网孔状的金属掩膜，形成二氧化硅的纳米孔状阵列结构；

[0015] 10)在纳米孔状阵列结构上依次外延u-GaN层、n-GaN层、多量子阱结构、电子阻挡层和p-GaN层，形成芯片；

[0016] 11)将芯片置于HF溶液中超声，超声时间为40s，使u-GaN层中的二氧化硅掩蔽层被腐蚀掉后，被空气包覆，完成发光二极管的制作。

附图说明

[0017] 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：

[0018] 图1是本发明在蓝宝石衬底沉积二氧化硅掩蔽层，其中10为蓝宝石衬底，11为二氧化硅掩蔽层；

[0019] 图2是本发明自组装聚苯乙烯球俯视图，其中11为二氧化硅掩蔽层，20为自组装聚苯乙烯球；

[0020] 图3是本发明单层自组装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为二氧化硅掩蔽层，20为自组装聚苯乙烯球；

[0021] 图4是本发明采用ICP刻蚀自组装聚苯乙烯球，使PS球半径变小后的截面图，其中10为蓝宝石衬底，11为二氧化硅掩蔽层，20为自组装聚苯乙烯球；

[0022] 图5是本发明采用ICP刻蚀自组装聚苯乙烯球，使PS球半径变小后的俯视图，其中11为二氧化硅掩蔽层，20为聚苯乙烯球；

[0023] 图6是在自组装聚苯乙烯球表面、间隙及二氧化硅掩蔽层表面蒸金属A1或Cr后，超声清洗掉自组装聚苯乙烯球上的金属后的截面图，其中10为蓝宝石衬底，11为二氧化硅掩蔽层，20为自组装聚苯乙烯球，金属网孔掩膜60；

[0024] 图7是本发明高温去除自组装聚苯乙烯球，剩下金属掩膜的截面图，其中10为蓝宝石衬底，11为二氧化硅掩蔽层，60金属网孔掩膜；

[0025] 图8是本发明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为被刻蚀的二氧化硅掩蔽层，金属网孔掩膜60；

[0026] 图9是本发明在图8基础上去除金属掩膜后的截面图，其中10为蓝宝石衬底，90二氧化硅纳米孔状阵列结构；

[0027] 图10是本发明在图9基础上外延u-GaN层，其中10为蓝宝石衬底，11为被刻蚀的二氧化硅掩蔽层，100为u-GaN层；

[0028] 图11是本发明在u-GaN层上形成n-GaN层，MQW结构，EBL，p-GaN层，其中10为蓝宝石衬底，11为被刻蚀的二氧化硅掩蔽层，100为u-GaN层，110为n-GaN层，111为MQW结构，112为EBL，113为p-GaN层。

具体实施方式

[0029] 请参阅图1至图11所示，本发明提供一种具有空气桥结构发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

[0030] 1)在蓝宝石衬底10淀积一层二氧化硅掩蔽层11，约400nm，形成基片，掩蔽层11也可以是SiN或者其它绝缘介质膜；

[0031] 2)在二氧化硅掩蔽层11上排列一单层紧密排列的自组装聚苯乙烯球20；二氧化硅掩蔽层11上排列的掩膜为自组装技术，或者用甩膜的方式在基片表面排列一单层紧密排列的聚苯乙烯或氧化硅纳米小球，还包括其他透明有机球，球的直径在0.1-1um之间；

[0032] 3)第一次加热，温度为80℃，使自组装聚苯乙烯球20与二氧化硅掩蔽层11结合牢固；

[0033] 4)采用ICP刻蚀的方法，刻蚀自组装聚苯乙烯球20，刻蚀气体为氧气，氧气流量为70sccm，腔压为6mTorr，起辉功率为300W，溅射功率为10W，刻蚀时间为1-2min，使自组装聚苯乙烯球半径减小，也可以采用RIE的来刻蚀；

[0034] 5)第二次加热，温度为105℃，加热时间为1-5min，自组装聚苯乙烯球20在二氧化硅掩蔽层11有稍微塌陷，把点接触变成面接触；

[0035] 6)在自组装聚苯乙烯球20的间隙、表面及二氧化硅表面蒸金属掩膜60，该金属掩膜60的材料为Al或Cr，并甲苯超声去除自组装聚苯乙烯球20表面的金属掩膜60，甲苯超声的时间为5min，二氧化硅掩蔽层11表面的属掩膜60结合较紧，则不会被剥离；

[0036] 7)采用温度处理，处理的温度为400-600℃，处理的时间为1-30min，使自组装聚苯乙烯球20气化，二氧化硅掩蔽层11上形成网孔状的金属掩膜60；网孔状的金属掩膜60的形成是借助于自组装聚苯乙烯球20高温加热后气化除去；

[0037] 8)刻蚀二氧化硅掩蔽层11，刻蚀深度到达蓝宝石衬底10的表面，刻蚀气体为氟基气体；

[0038] 9)酸液腐蚀掉网孔状的金属掩膜60，形成二氧化硅纳米孔状阵列结构90：

[0039] 10)在纳米孔状阵列结构90上依次外延u-GaN层100、n-GaN层110、MQW(多量子阱结构)111、EBL(电子阻挡层)112和p-GaN层113，形成芯片；

[0040] 11)将芯片置于HF溶液中超声，超声时间为40s，使u-GaN层100中的二氧化硅掩蔽层11被腐蚀掉后，被空气包覆，完成发光二极管的制作。

[0041] 最后采用激光划出激光划槽，将芯片切割成多个小芯片，但不裂片，小芯片切割成7×9mil、10×23mil等尺寸，形成空气桥结构121的发光二极管管芯。

[0042] 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。