[发明专利]一种垂直结构发光二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种垂直结构发光二极管及其制作方法。

背景技术

近年来，发光二极管（LED）正朝着高亮度，尺寸微型化（微米甚至纳米量级）的方向发展。微型LED在生物医学等领域的应用发展越来越迅猛。GaN基LED由于折射系数和空气的相差较大，存在出光效率低下的问题。GaN基垂直结构LED的表面通常单面采用图形化的六角锥形GaN层结构，来提高出光效率。但是，在微型发光二极管与六角锥形结构相结合的方法和结构还未被提出。市场需要发明出一种制作微型高亮度的垂直结构LED，以满足研究和生产的需求。

发明内容

本发明的目的是：提供一种大小均匀可控、两端为六角锥形的微型棒状垂直结构发光二极管及其制作方法。

本发明的第一方面，提供一种垂直结构发光二极管的制作方法，包括以下工艺步骤：

1）提供第一基板，在第一基板上生长发光外延层，发光外延层依次包含第一外延层、发光层、第二外延层；

2）在所述第二外延层表面制作复数个第二六角锥形图案；

3）在所述第二外延层表面沉积键合层，覆盖所述第二六角锥形图案；

4）将所述第二外延层键合到第二基板上；

5）剥离所述第一基板，裸露出所述第一外延层；

6）通过光刻对准技术，在与第二外延层中的第二六角锥形图案相对应位置，采用蚀刻工艺，制作出所述第一外延层表面上的第一六角锥形图案，所述蚀刻工艺继续将第一六角锥形之间的间隙蚀刻穿透到第二六角锥形之间的间隙，直接到达键合层；

7）去除键合层和第二基板。

优选的，步骤2）中利用光罩蚀刻在所述第二外延层表面制作出第二六角锥形图案。

优选的，所述第一六角锥形相邻间距为100nm~800nm，所述第二六角锥形相邻间距为100nm~800nm。

优选的，步骤6）制作第一六角锥形前为增加蚀刻选择比，在第一外延层上制作蚀刻选择比高的图形掩膜层，图形掩膜层材料为SiO₂或SiN_x。

优选的，步骤6）采用蚀刻工艺制作出第一六角锥形图案，蚀刻工艺主要由第一段干法蚀刻对选择比高的掩膜层进行蚀刻和第二段干法蚀刻组成。

优选的，所述第一段干法蚀刻和第二段干法蚀刻在ICP电感耦合式等离子刻蚀或RIE反应离子刻蚀等干法蚀刻设备中进行，第一段干法蚀刻采用的蚀刻气体成分包括CHF₃和Ar，所述第二段干法蚀刻采用的蚀刻气体成分包括Cl₂和Ar。

本发明的第二方面，提供一种垂直结构发光二极管，依次包括第一外延层、发光层、第二外延层，所述垂直发光二极管为棒状结构，棒两端为六角椎形，棒径为20nm~800nm。

优选的，所述第一外延层包含第一六角锥形，所述第二外延层包含第二六角锥形，所述第一六角锥形和所述第二六角锥形的底面分别与一柱形结构的两个底面重合。

优选的，所述棒状结构的长度为90nm~8000nm。

优选的，所述第一六角锥形和第二六角锥形的侧边相对底面的倾斜角为50°~70°。

本发明相对于现有技术，至少包括以下技术效果：根据本发明的制作方法，通过调整干蚀刻的工艺参数，实现纳米级垂直结构发光二极管的制作，满足部分领域对纳米级发光二极管的应用需求，两端采用六角锥形结构，可以极大提高出光效率和实现360度出光效果。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图中标示：

图1~图10为本发明实施例1制作垂直发光二极管的工艺流程示意图。

图11为本发明制作垂直结构发光二极管立体示意图。

100：第一基板；200：第一外延层；210：第一六角锥形；300：发光层；400：第二外延层；410：第二六角锥形；500：掩膜层；600：键合层；700：第二基板；

具体实施方式

下面结合示意图对本发明进行详细的描述，在进一步介绍本发明之前，应当理解，由于可以对特定的实施例进行改造，因此，本发明并不限于下述的特定实施例。还应当理解，由于本发明的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的实施例只是介绍性的，而不是限制性的。除非另有说明，否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域的普通技术人员所普遍理解的意义相同。