專利名稱：一種具有圖形襯底的發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有圖形襯底的發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管具有體積小、效率高和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在交通指示、戶外全色顯示等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。尤其是利用大功率發(fā)光二極管可能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體固態(tài)照明，引起人類照明史的革命，從而逐漸成為目前電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的芯片制造工藝是在一片襯底上同時(shí)制備數(shù)百個(gè)甚至數(shù)千個(gè)芯片，每個(gè)芯片之間有一定的距離，在制備好這些芯片之后，進(jìn)行劃片、切割將他們分離，最后經(jīng)后續(xù)的封裝等工藝得到發(fā)光二極管。通常發(fā)光二極管的芯片結(jié)構(gòu)為在藍(lán)寶石等襯底上依次外延了 η型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層的構(gòu)造。最終的芯片可以是正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)等。在外延芯片結(jié)構(gòu)時(shí)，由于襯底的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)等與外延的半導(dǎo)體材料會(huì)有差異，使得生長的半導(dǎo)體層中存在殘余應(yīng)力和諸多晶體缺陷，影響了材料的晶體質(zhì)量，限制了光電子器件性能的進(jìn)一步提高。目前廣泛使用的解決方法是在藍(lán)寶石等襯底上制備圖形形成圖形化襯底的技術(shù)，采用這種圖形化襯底可以緩解外延的半導(dǎo)體材料由于晶格失配引起的應(yīng)力，一定程度上降低其中的位錯(cuò)密度，提高內(nèi)量子效率。如中國專利申請(qǐng)201010153212. 5公開了一種氮化鎵基LED外延用藍(lán)寶石圖形化襯底的制備方法，該方法在襯底上制備出均勻分布的圖形；中國專利申請(qǐng)201110153487. 3中公開了一種制備納米圖形化襯底的方法，通過ICP刻蝕制備出均勻分布的圖形。然而，均勻圖形化襯底經(jīng)過外延生長后，芯片結(jié)構(gòu)中存在的殘余應(yīng)力和晶體缺陷，仍然對(duì)光電子器件性能，如內(nèi)量子效、正向電壓、光強(qiáng)、反向漏電流、波長均勻性、FffHM等有很大的影響。因此，如何突破現(xiàn)有 技術(shù)提高電子器件的內(nèi)量子效率等性能仍然是本領(lǐng)域技術(shù)人員函待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有圖形化襯底存在的不足，本發(fā)明提供了一種新的具有圖形襯底的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，可提高發(fā)光二極管芯片的內(nèi)量子效率、波長均勻性，改善光電參數(shù)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種具有圖形襯底的發(fā)光二極管，其結(jié)構(gòu)包括襯底、N型半導(dǎo)體層、有源層和P型半導(dǎo)體層；所述襯底以中心為圓心分成η個(gè)同心環(huán)狀區(qū)域，5 < η ( 8，所述環(huán)狀區(qū)域內(nèi)帶有圖形；同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的圖形尺寸相同，圖形的垂直深度為O. 5-3微米，圖形的截面為圓形、橢圓形、矩形或等腰三角形，圖形截面的橫向尺寸為1-10微米，縱向尺寸為1-10微米；所述橫向尺寸由內(nèi)部環(huán)狀區(qū)域向外部環(huán)狀區(qū)域遞增，遞增幅度為O. 1-2微米。本發(fā)明的一種圖形排布為同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的圖形截面呈陣列分布，且間距相同；當(dāng)所述圖形截面為圓形、橢圓形或矩形時(shí)，間距為同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的相鄰圖形截面的中心距離；當(dāng)所述圖形截面為等腰三角形時(shí)，間距為同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的相鄰等腰三角形的底邊中心距離；不同環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的間距由內(nèi)向外遞增；所述間距為2-30微米，遞增幅度為O. 2-7微米。本發(fā)明的另一種圖形排布為當(dāng)所述圖形截面為圓形、橢圓形或矩形時(shí)，同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的圖形截面的中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布；當(dāng)所述圖形截面為等腰三角形時(shí)，同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的等腰三角形的底邊中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布；同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)，相鄰?fù)膱A的半徑差相等，為2-30微米；不同環(huán)狀區(qū)域內(nèi)，所述半徑差由內(nèi)向外遞增，遞增幅度為O. 2-7微米。本發(fā)明的一種優(yōu)選方案為所述縱向尺寸保持相同。本發(fā)明的一種優(yōu)選方案為所述垂直深度由內(nèi)部環(huán)狀區(qū)域向外部環(huán)狀區(qū)域遞增，遞增幅度為O. 1-0. 5微米。本發(fā)明的思路是在襯底上制備非均勻的圖形。將襯底分成同心環(huán)狀區(qū)域，不同環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的圖形尺寸、圖形之間的距離不同，且由內(nèi)向外遞增。采用的圖形左右對(duì)稱，當(dāng)為等腰三角形時(shí)，橫向尺寸指底邊長。本發(fā)明制作的芯片可以為正裝、倒裝或者垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā) 明的有益效果在于能夠降低外延生長過程中的殘余應(yīng)力，減小晶體缺陷，提高內(nèi)量子效率，從而有利于改善芯片的波長均勻性，改善芯片的漏電，提高芯片的亮度。與傳統(tǒng)工藝相比，波長的均勻性約提高6-7nm，芯片的亮度提高10 %以上。該技術(shù)在采用大尺寸的生長襯底時(shí)效果更加明顯，有利于減小其翹曲度。


圖1、圖2為本發(fā)明圖形襯底的示意圖 其中1-圖形；2_襯底。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施例，為了示出的方便附圖并未按照比例繪制。實(shí)施例1
參看附圖1，一種具有圖形襯底的發(fā)光二極管，其結(jié)構(gòu)包括襯底、N型半導(dǎo)體層、有源層和P型半導(dǎo)體層。襯底以中心為圓心分成5個(gè)同心環(huán)狀區(qū)域，環(huán)狀區(qū)域內(nèi)帶有呈陣列分布的圖形；圖形的垂直深度為3微米，圖形的截面為橢圓形，5個(gè)環(huán)狀區(qū)域內(nèi)橢圓形的橫向尺寸由內(nèi)向外依次為2、4、6、8、10微米，縱向尺寸依次為1. 5、3、4. 5、6、7. 5微米，圖形間距依次為 4、8、12、16、20 微米。實(shí)施例2
一種具有圖形襯底的發(fā)光二極管，其結(jié)構(gòu)包括襯底、N型半導(dǎo)體層、有源層和P型半導(dǎo)體層。襯底以中心為圓心分成6個(gè)同心環(huán)狀區(qū)域，環(huán)狀區(qū)域內(nèi)帶有呈陣列分布的圖形；圖形的截面為橢圓形，6個(gè)環(huán)狀區(qū)域內(nèi)橢圓形的橫向尺寸由內(nèi)向外依次為2、2. 1,2. 2,2. 3,2. 4、2. 5微米，縱向尺寸依次為1. 5、1. 6、1. 7、1. 8、1. 9、2微米，圖形間距依次為4,4. 2,4. 4,4. 6、4. 8、5微米，圖形的垂直深度依次為O. 5,0. 6,0. 7,0. 8,0. 9、I微米。實(shí)施例3一種具有圖形襯底的發(fā)光二極管，其結(jié)構(gòu)包括襯底、N型半導(dǎo)體層、有源層和P型半導(dǎo)體層。襯底以中心為圓心分成5個(gè)同心環(huán)狀區(qū)域，環(huán)狀區(qū)域內(nèi)帶有呈陣列分布的圖形；圖形的截面為正方形，5個(gè)環(huán)狀區(qū)域內(nèi)正方形的橫向和縱向尺寸即邊長由內(nèi)向外依次為1、1.5、
2、2. 5、3微米，圖形間距依次為2、9、16、23、30微米，圖形的垂直深度依次為O. 5,0. 6,0. 7、O. 8,0. 9 微米。實(shí)施例4
參看附圖2，一種具有圖形襯底的發(fā)光二極管，其結(jié)構(gòu)包括襯底、N型半導(dǎo)體層、有源層和P型半導(dǎo)體層。襯底以中心為圓心分成5個(gè)同心環(huán)狀區(qū)域，環(huán)狀區(qū)域內(nèi)帶有截面為橢圓形的圖形，同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的圖形截面的中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布且相鄰?fù)膱A的半徑差相等；5個(gè)環(huán)狀區(qū)域內(nèi)橢圓形的橫向尺寸由內(nèi)向外依次為1、2、3、4、5微米，縱向尺寸依次為6、6. 1,6. 2,6. 3、6· 4微米;相鄰半徑差依次為8、12、16、20、24微米，圖形的垂直深度依次為O. 5、1、1. 5、2、2. 5微米。實(shí)施例5
一種具有圖形襯底的發(fā)光二極管，其結(jié)構(gòu)包括襯底、N型半導(dǎo)體層、有源層和P型半導(dǎo)體層。襯底以中心為圓心分成8個(gè)同心環(huán)狀區(qū)域，環(huán)狀區(qū)域內(nèi)帶有截面為矩形的圖形，同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的圖形截面的中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布且相鄰?fù)膱A的半徑差相等；8個(gè)環(huán)狀區(qū)域內(nèi)矩形的橫向尺寸由內(nèi)向外依次為2、2. 1、2. 2、2. 3、2.4、2. 5、2.6、
2.7微米，縱向尺寸都為I微米；相鄰半徑差依次為4、4. 2,4. 4,4. 6,4. 8、5、5. 2,5. 4微米，圖形的垂直深度依次為O. 5,0. 8,1. 1、1· 4,1. 7、2、2· 3,2. 6微米。實(shí)施例6
一種具有圖形襯底的發(fā)光 二極管，其結(jié)構(gòu)包括襯底、N型半導(dǎo)體層、有源層和P型半導(dǎo)體層。襯底以中心為圓心分成5個(gè)同心環(huán)狀區(qū)域，環(huán)狀區(qū)域內(nèi)帶有截面為圓形的圖形，同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的圖形截面的中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布且相鄰?fù)膱A的半徑差相等；5個(gè)環(huán)狀區(qū)域內(nèi)圓形的橫向和縱向尺寸即直徑由內(nèi)向外依次為1、3、5、7、9微米，相鄰半徑差依次為2、9、16、23、30微米，圖形的垂直深度依次為O. 5,0. 7,0. 9、1. 1、1. 3微米。實(shí)施例7
一種具有圖形襯底的發(fā)光二極管，其結(jié)構(gòu)包括襯底、N型半導(dǎo)體層、有源層和P型半導(dǎo)體層。襯底以中心為圓心分成6個(gè)同心環(huán)狀區(qū)域，環(huán)狀區(qū)域內(nèi)帶有截面為正方形的圖形，同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的圖形截面的中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布且相鄰?fù)膱A的半徑差相等；6個(gè)環(huán)狀區(qū)域內(nèi)正方形的橫向和縱向尺寸即邊長由內(nèi)向外依次為5、6、7、8、9、10微米，相鄰半徑差依次為10、12、14、16、18、20微米，圖形的垂直深度都為3微米。上述實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案。任何不脫離本發(fā)明精神和范圍的技術(shù)方案均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍中。
權(quán)利要求
1.一種具有圖形襯底的發(fā)光二極管，其結(jié)構(gòu)包括襯底、N型半導(dǎo)體層、有源層和P型半導(dǎo)體層，其特征在于，所述襯底以中心為圓心分成η個(gè)同心環(huán)狀區(qū)域，5 ≤η ≤ 8，所述環(huán)狀區(qū)域內(nèi)帶有圖形；同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的圖形尺寸相同，圖形的垂直深度為O. 5-3微米，圖形的截面為圓形、橢圓形、矩形或等腰三角形，圖形截面的橫向尺寸為1-10微米，縱向尺寸為1-10微米；所述橫向尺寸由內(nèi)部環(huán)狀區(qū)域向外部環(huán)狀區(qū)域遞增，遞增幅度為O. 1-2微米。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的圖形截面呈陣列分布，且間距相同；當(dāng)所述圖形截面為圓形、橢圓形或矩形時(shí)，間距為同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的相鄰圖形截面的中心距離；當(dāng)所述圖形截面為等腰三角形時(shí)，間距為同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的相鄰等腰三角形的底邊中心距離；不同環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的間距由內(nèi)向外遞增；所述間距為2-30微米，遞增幅度為O. 2-7微米。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，當(dāng)所述圖形截面為圓形、橢圓形或矩形時(shí)，同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的圖形截面的中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布；當(dāng)所述圖形截面為等腰三角形時(shí)，同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的等腰三角形的底邊中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布；同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)，相鄰?fù)膱A的半徑差相等，為2-30微米；不同環(huán)狀區(qū)域內(nèi)，所述半徑差由內(nèi)向外遞增，遞增幅度為O. 2-7微米。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述縱向尺寸保持相同。
5.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述垂直深度由內(nèi)部環(huán)狀區(qū)域向外部環(huán)狀區(qū)域遞增，遞增幅度為O. 1-0. 5微米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種新的具有圖形襯底的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其襯底以中心為圓心分成5-8個(gè)同心環(huán)狀區(qū)域，同一環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的圖形的尺寸和圖形之間的距離相同，不同環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的圖形的尺寸和圖形之間的距離由內(nèi)向外依次遞增。本發(fā)明能夠降低外延生長過程中的殘余應(yīng)力，減小晶體缺陷，提高內(nèi)量子效率，從而有利于改善芯片的波長均勻性，改善芯片的漏電，提高芯片的亮度。該技術(shù)在采用大尺寸的生長襯底時(shí)效果更加明顯，有利于減小其翹曲度。
文檔編號(hào)H01L33/20GK103050596SQ20111036749
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者肖志國, 唐勇, 武勝利, 李倩影, 孫英博, 薛念亮 申請(qǐng)人:大連美明外延片科技有限公司