專利名稱：Led外延片及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二級(jí)管(LED)制造領(lǐng)域，特別是涉及一種LED外延片及其制作方法。
背景技術(shù)：
無機(jī)半導(dǎo)體材料，如氮化鎵基材料、磷化鎵基材料和鎵氮磷基材料等無機(jī)材料，可以通過摻入其它元素(銦或者鋁)來實(shí)現(xiàn)藍(lán)光、綠光或紫外光的發(fā)光二極管(lightemitting diode，簡(jiǎn)稱LED)，因此在顯示、照明和存儲(chǔ)等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。從上世紀(jì)30年代開始，人們就開始了對(duì)無機(jī)半導(dǎo)體材料的廣泛研究，尤其是在90年代初，人們發(fā)現(xiàn)了利用低溫生長(zhǎng)的無機(jī)半導(dǎo)體材料成核層可以很大程度提高無機(jī)半導(dǎo)體材料外延層的晶 格質(zhì)量，而由此制作出了高亮度的LED器件。目前雖然無機(jī)半導(dǎo)體材料的LED產(chǎn)品取得了很大的進(jìn)展，但仍有一些關(guān)鍵問題有待解決首先是無法為外延層提供合適的襯底，這樣在外延層異質(zhì)外延生長(zhǎng)的過程中會(huì)導(dǎo)致晶格不匹配，熱不匹配等問題，并且伴隨著較大的位錯(cuò)缺陷密度，針對(duì)這個(gè)問題，有人采用橫向外延生長(zhǎng)技術(shù)(Lateral Epitaxial Over grown,簡(jiǎn)稱ELOG技術(shù))來生長(zhǎng)高質(zhì)量的氮化物外延膜；另外一個(gè)問題就是LED發(fā)光提取效率。由于無機(jī)半導(dǎo)體材料和空氣的折射率相差較大，導(dǎo)致二者界面的全反射臨界只有23°左右，因此，由有源層發(fā)出的光被大部分被全反射回外延層，這樣經(jīng)過多次的內(nèi)部反射和有源層對(duì)反射光的再吸收過程，出光效率大大降低，目前，為了提高發(fā)光效率，一些人對(duì)LED的發(fā)光面進(jìn)行粗糙化，即利用激光輻照，腐蝕或刻蝕的辦法使得表面形成粗糙層，從而提高出光效率。另外，在目前的LED市場(chǎng)上，由于傳統(tǒng)的平面電極結(jié)構(gòu)的LED芯片中存著電流擁擠效應(yīng)和發(fā)光面積小的問題，垂直電極結(jié)構(gòu)的LED芯片成為主流解決方案之一。為了實(shí)現(xiàn)這種垂直結(jié)構(gòu)，需要復(fù)雜且昂貴的紫外激光剝離設(shè)備來實(shí)現(xiàn)襯底與外延片的分離。但是由于在襯底上生長(zhǎng)的無機(jī)半導(dǎo)體材料外延層存在較大的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)不匹配，因此，在激光剝離過程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生局部的巨大的機(jī)械應(yīng)力，導(dǎo)致激光剝離面凹凸不平，并伴隨著裂紋的出現(xiàn)。并且由于激光脈沖引起的次聲波效應(yīng)使得大量應(yīng)力集中在芯片內(nèi)部，從而會(huì)導(dǎo)致制作LED芯片有較大的漏電流。綜上所述，在目前的LED產(chǎn)品中仍然存在著外延層晶格質(zhì)量低，出光效率弱，以及在垂直結(jié)構(gòu)的LED產(chǎn)品中，激光剝離設(shè)備價(jià)格昂貴和剝離面的質(zhì)量差等問題，雖然有一些方法可以單一解決上述問題，但不能同時(shí)改善上述三個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種LED外延片及其制作方法，可以同時(shí)解決上述三個(gè)問題，即能夠提高外延層晶格質(zhì)量，改善平面結(jié)構(gòu)的LED芯片出光效率，同時(shí)針對(duì)垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片，避免了使用價(jià)格昂貴的激光剝離設(shè)備，并且使剝離面的質(zhì)量得到保證。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種LED外延片，包括
襯底；圖形層，所述圖形層具有納米凸起圖形，所述納米凸起圖形之間具有空隙間隔，所述圖形層設(shè)置于所述襯底上；外延層，所述外延層設(shè)置在所述圖形層上。進(jìn)一步的，所述納米凸起圖形的橫截面形狀為三角形、多邊形或圓形。進(jìn)一步的，所述納米凸起圖形的寬度為O. 05um-0. 8um,高度為Ium-IOum,所述納米凸起圖形之間的空隙間隔的寬度為O. 5um-5um。
進(jìn)一步的，所述納米凸起圖形的頂部具有平臺(tái)。進(jìn)一步的，所述外延層采用橫向外延法生長(zhǎng)。進(jìn)一步的，所述襯底為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底、氮化鎵襯底或氧化鋅襯。進(jìn)一步的,所述外延層的材料包括氮化鎵基材料、磷化鎵基材料、鎵氮磷基材料及氧化鋅基材料中的一種或幾種的組合。進(jìn)一步的，所述LED外延片用于制備平面結(jié)構(gòu)LED芯片、不需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片或需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片。進(jìn)一步的，所述LED外延片用于制備平面結(jié)構(gòu)LED芯片或不需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，所述圖形層的材料包含碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、硫化鋅、氧化鎂、二氧化鈦及氧化鋁的一種或幾種的組合。進(jìn)一步的，所述LED外延片用于制備需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，所述圖形層的材料包含氧化鋅、硫化鋅及氧化鎂的一種或幾種的組合。進(jìn)一步的，所述LED外延片用于制備需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，在制備需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片時(shí)，利用化學(xué)濕法腐蝕所述LED外延片的圖形層，以實(shí)現(xiàn)所述襯底與所述外延層的分離。進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供一種制作LED外延片的制作方法，包括提供襯底；在所述襯底上制備圖形層，所述圖形層具有納米凸起圖形，所述納米凸起圖形之間具有空隙間隔；在所述圖形層上制備外延層。進(jìn)一步的，所述納米凸起圖形的橫截面形狀為三角形、多邊形或圓形。進(jìn)一步的，所述納米凸起圖形的寬度為O. 05um-0. 8um,高度為Ium-IOum,所述納米凸起圖形之間的空隙間隔的寬度為O. 5um-5um。進(jìn)一步的，所述納米凸起圖形的頂部具有平臺(tái)。進(jìn)一步的，所述圖形層通過沉積工藝直接形成，所述沉積工藝為化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積工藝沉積。進(jìn)一步的，通過控制縱向和橫向生長(zhǎng)速度比，在所述圖形層的納米凸起圖形頂部出現(xiàn)平臺(tái)。進(jìn)一步的，所述圖形層的形成過程包括先通過沉積工藝在形成所述納米凸起圖形前先形成膜層，所述沉積工藝為化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積工藝沉積；以及
在所述膜層上制備所述納米凸起圖形，得到所述圖形層。進(jìn)一步的，通過電子束光刻技術(shù)在所述膜層上制備所述納米凸起圖形。進(jìn)一步的，所述外延層采用橫向外延法生長(zhǎng)。進(jìn)一步的，所述襯底為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底、氮化鎵襯底或氧化鋅襯
。進(jìn)一步的,所述外延層的材料包括氮化鎵基材料、磷化鎵基材料、鎵氮磷基材料及氧化鋅基材料中的一種或幾種的組合。進(jìn)一步的，所述LED外延片用于制備平面結(jié)構(gòu)LED芯片、不需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片或需要?jiǎng)冸x的。進(jìn)一步的，所述LED外延片用于制備平面結(jié)構(gòu)LED芯片或不需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，所述圖形層的材料包含碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、硫化鋅、氧化鎂、二氧化鈦及氧化鋁的一種或幾種的組合。進(jìn)一步的，所述LED外延片用于制備需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，所述圖形層的材料包含氧化鋅、硫化鋅及氧化鎂的一種或幾種的組合。進(jìn)一步的，所述LED外延片用于制備需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，在制備需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片時(shí)，利用化學(xué)濕法腐蝕所述LED外延片的圖形層，以實(shí)現(xiàn)所述襯底與所述外延層的分離。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的LED外延片及其制作方法具有以下優(yōu)點(diǎn)I.在本發(fā)明提供的LED外延片在襯底與外延層之間設(shè)置一層具有納米凸起圖形的圖形層，一方面，由于圖形層與外延層的晶格匹配優(yōu)于襯底與外延層的晶格匹配，因此，在圖形層上生長(zhǎng)的外延層的晶格質(zhì)量要高于直接在襯底上生長(zhǎng)外延層，使早期在圖形層上生長(zhǎng)的外延層種子層的晶格質(zhì)量本身就得到極大的提高；另一方面，隨著外延層的不斷生長(zhǎng)和厚度增加，通過生長(zhǎng)條件的控制，由于晶體生長(zhǎng)方向垂直于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向，因此大大降低外延層中的擴(kuò)展位錯(cuò)密度，使得在橫向外延生長(zhǎng)過程中外延層逐漸合并，從而整個(gè)外延層連成一片，從而再次提高了外延層的晶格質(zhì)量。2.在本發(fā)明提供的LED外延片在襯底與外延層之間具有一層具有納米凸起圖形的圖形層，圖形層具有粗糙的表面，可以對(duì)外延層向下射出的光通過散射效應(yīng)反射到上表面，從而提高了光提取效率；另外，外延層覆蓋所述圖形層的納米凸起圖形的頂部，圖形層的納米凸起圖形之間是保留空隙間隔的，所以該空隙間隔形成空氣泡，由于空氣與圖形層的材料之間存在較大的折射率差，因此當(dāng)該LED外延片用于平面結(jié)構(gòu)LED芯片或不需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片時(shí)，該空氣泡會(huì)對(duì)外延層向下出射的光有較強(qiáng)的散射和反射作用，從而可以大大提高LED的出光效率和外量子效率。3.在本發(fā)明提供的LED外延片在襯底與外延層之間具有一層具有納米凸起圖形的圖形層，當(dāng)將該LED外延片用于垂直結(jié)構(gòu)LED芯片時(shí)，需要把襯底和外延層分離，利用圖形層材料的化學(xué)易腐蝕特性，避免復(fù)雜并且昂貴的紫外激光剝離工藝，采用無損傷無機(jī)械分離且簡(jiǎn)單可行的化學(xué)剝離技術(shù)，大大降低激光剝離對(duì)外延片的損傷而造成的漏電流和良率低的問題，同時(shí)采用化學(xué)剝離技術(shù)可以對(duì)LED外延片進(jìn)行批量處理，并且圖形層的納米 凸起圖形之間具有空隙間隔，空隙間隔增加了化學(xué)反應(yīng)的表面積，有助于加快化學(xué)反應(yīng)的速度。


圖I為本發(fā)明第一實(shí)施例的LED外延片的結(jié)構(gòu)的截面示意圖；圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的LED外延片的圖形層納米凸起圖形的橫截面形狀示意圖；圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例的LED外延片的襯底與外延層分離過程示意圖；圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的LED外延片的制作方法的流程圖；圖5a-圖5c為本發(fā)明第二實(shí)施例的LED外延片的圖形層納米凸起圖形的橫截面形狀示意圖。其中，101、襯底；102、圖形層；103、外延層；121、納米凸起圖形；122、空隙間隔；131、緩沖層；132、第一限制層；133、發(fā)光層；134、第二限制層。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的LED外延片及其制作方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。本發(fā)明的核心思想在于，提供一種LED外延片及其制作方法，該LED外延片的襯底與外延層之間設(shè)置有一層具有納米凸起圖形的圖形層，具有納米凸起圖形的圖形層可以能夠提高外延層晶格質(zhì)量，改善出光效率，同時(shí)在對(duì)襯底與外延層進(jìn)行剝離時(shí)，避免了使用價(jià)格昂貴的激光剝離設(shè)備，并且保證了剝離面的質(zhì)量。結(jié)合上述核心思想，本發(fā)明提供一種LED外延片及其制作方法，LED外延片包括襯底；圖形層，所述圖形層具有納米凸起圖形，所述納米凸起圖形之間具有空隙間隔，所述圖形層設(shè)置于所述襯底上；外延層，所述外延層設(shè)置在所述圖形層上。進(jìn)一步，結(jié)合上述LED外延片，本發(fā)明還提供了一種制造方法，包括以下步驟步驟Sll，提供襯底；步驟S12，在所述襯底上制備圖形層；步驟S13，在所述圖形層上制備外延層。以下結(jié)合核心思想，詳細(xì)說明本發(fā)明所述LED外延片及其制作方法。以下列舉所述LED外延片及其制作方法的幾個(gè)實(shí)施例，以清楚說明本發(fā)明的內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)明確的是，本發(fā)明的內(nèi)容并不限制于以下實(shí)施例，其他通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的常規(guī)技術(shù)手段的改進(jìn)亦在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。第一實(shí)施例以下請(qǐng)參考圖1，其為本發(fā)明第一實(shí)施例的LED外延片的結(jié)構(gòu)的截面圖。本發(fā)明所述LED外延片及其制作方法中，所述圖形層通過沉積工藝直接形成。如圖I所示，在本實(shí)施例中，襯底101可以從以下一組材料中選出，該組材料包括、藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底、氮化鎵襯底及氧化鋅襯底，在較佳的實(shí)施例中，襯底101選取藍(lán)寶石襯底，因?yàn)樗{(lán)寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運(yùn)用在高溫生長(zhǎng)過程中，并且，藍(lán)寶石的機(jī)械強(qiáng)度高，易于處理和清洗。圖形層102設(shè)置于襯底101上，圖形層102具有納米凸起圖形121，納米凸起圖形121之間具有空隙間隔122。在較佳的實(shí)施例中，納米凸起圖形121的頂部具有平臺(tái)，納米凸起圖形121的頂部的平臺(tái)有利于外延層103在生長(zhǎng)時(shí)保留圖形層102的空隙間隔122。在本實(shí)施例中，由于襯底101選取藍(lán)寶石襯底，外延層103為氮化鎵基材料，所以圖形層102的材料較佳的選擇氧化鋅材料。氮化鎵和氧化鋅均為六方晶體，氧化鋅的圖形層102與氮化鎵基外延層103的晶格匹配優(yōu)于藍(lán)寶石材料的襯底101，因此在氧化鋅的圖形層102上形成氮化鎵基外延層103時(shí)外延層103的晶格質(zhì)量更高。而且氮化鎵的外延層生長(zhǎng)是通過橫向外延生長(zhǎng)來覆蓋氧化鋅圖形層的，由于晶體生長(zhǎng)方向垂直于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向，因此大大降低外延層中的擴(kuò)展位錯(cuò)密度，使得在橫向外延生長(zhǎng)過程中外延層逐漸合并，從而整個(gè)外延層連成一片，從而再次提高了外延層的晶格質(zhì)量。同時(shí)氧化鋅的納米凸起圖形的制備容易控制，并且氧化鋅是兩性氧化物，能與酸堿反應(yīng)，在實(shí)現(xiàn)對(duì)襯底101與外延層103的分離時(shí)容易進(jìn)行化學(xué)濕法腐蝕。但其它材料，如硫化鋅、氧化鎂等可以通過化學(xué)濕法腐蝕去除掉的材料，亦在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。另外，當(dāng)本實(shí)施例的LED外延片用于制備平面結(jié)構(gòu)LED芯片或不需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片時(shí)，圖形層102的材料還可以選擇碳化硅、氮化鎵、
二氧化鈦、氧化鋁等不易被化學(xué)腐蝕材料。應(yīng)注意，圖形層102的材料和外延層103的材料較佳的選擇同種晶型的材料以保證圖形層102和外延層103之間具有好的晶格匹配。圖形層102通過沉積工藝直接形成，沉積工藝為化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積工藝沉積，其中，化學(xué)氣相沉積為金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積，物理氣相沉積為分子束外延、激光脈沖沉積或磁控濺射。在本實(shí)施例中，在襯底101上沉積圖形層102的過程中，可通過對(duì)化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積工藝中環(huán)境的控制，使氧化鋅的原子自團(tuán)簇，直接沉積形成納米凸起圖形121，納米凸起圖形121之間具有空隙間隔122，所以圖形層102具有粗糙的表面。然后通過控制縱向和橫向生長(zhǎng)速度比，納米凸起圖形121頂部出現(xiàn)平臺(tái)，呈現(xiàn)柱形，由于圖形層102的材料為氧化鋅，氧化鋅屬于六方晶體，因此納米凸起圖形121的橫截面形狀為六邊形，如圖2所示。當(dāng)圖形層102的材料不選擇氧化鋅時(shí)，直接沉積形成的納米凸起圖形121的橫截面形狀可以為其它形狀，如四邊形，具體的形狀由所選材料的晶型決定。納米凸起圖形121的寬度為O. 05-0. 8um，高度為l_10um，空隙間隔122的寬度為O. 5-5um。較佳的，納米凸起圖形121的寬度為O. lum、0. 2um、0. 3um、0. 5um、0. 6um、0. 7um,高度為 2um、3um、5um、6um、8um、9um,空隙間隔 122 的寬度為 lum、l. 5um、2um、 2.5um、3um、4um0外延層103設(shè)置于圖形層102上，用于激發(fā)出光，外延層103的材料包括氮化鎵基材料、磷化鎵基材料、鎵氮磷基材料或氧化鋅基材料。在較佳的實(shí)施例中，所述外延層103覆蓋圖形層102的納米凸起圖形121的頂部的平臺(tái)部分，圖形層102的納米凸起圖形121之間保留空隙間隔122，所以空隙間隔122形成空氣泡，該空氣泡會(huì)對(duì)外延層向下出射的光有較強(qiáng)的散射和反射作用，從而可以大大提高LED的出光效率和外量子效率，另外，當(dāng)需要利用化學(xué)剝離技術(shù)把襯底101和外延層103分離時(shí)，空隙間隔122增加了化學(xué)反應(yīng)的表面積，有助于加快化學(xué)反應(yīng)的速度。此外，還可對(duì)外延層103的發(fā)光面進(jìn)行粗糙化，從而提高出光效率。以下說明本實(shí)施例的LED外延片的制備方法。參考圖4，其為本發(fā)明第一實(shí)施例的LED外延片的制作方法的的流程圖。首先進(jìn)行步驟S11，提供襯底101。然后進(jìn)行步驟S12，在襯底101上制備圖形層102，圖形層102通過化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積工藝沉積，在生長(zhǎng)過程中，通過對(duì)化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積工藝中環(huán)境的控制，使圖形層102的氧化鋅原子 自團(tuán)簇，直接沉積形成納米凸起圖形121，納米凸起圖形121之間具有空隙間隔122。然后通過控制縱向和橫向生長(zhǎng)速度比，納米凸起圖形121頂部出現(xiàn)平臺(tái)，呈現(xiàn)柱形。最后進(jìn)行步驟S13，采用橫向外延法生長(zhǎng)在圖形層102上制備外延層103。本實(shí)施例的LED外延片用于制備平面結(jié)構(gòu)LED芯片或垂直結(jié)構(gòu)LED芯片。在較佳的實(shí)施例中，將本實(shí)施例的LED外延片用于制備平面結(jié)構(gòu)LED芯片或不需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片時(shí)，本實(shí)施例的LED外延片用于做平面結(jié)構(gòu)LED芯片或不需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯的襯底和外延層，其中，與襯底101接觸的圖形層102下部的納米凸起圖形121之間保留空隙間隔122，所以該空隙間隔形成空氣泡，該空氣泡會(huì)對(duì)外延層向下出射的光有較強(qiáng)的散射和反射作用，從而可以大大提高LED的出光效率和外量子效率。另外，可以將本實(shí)施例的LED外延片用于制備需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，本實(shí)施例的LED外延片用于做需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯的外延層，在將襯底101與外延層的分離時(shí)，利用化學(xué)濕法腐蝕圖形層102的方法來實(shí)現(xiàn)，見圖3。由于圖形層102的材料選擇了可以被化學(xué)腐蝕的材料，所以可以采用無損傷無機(jī)械分離且簡(jiǎn)單可行的化學(xué)剝離技術(shù)，避免復(fù)雜并且昂貴的紫外激光剝離工藝，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)批量處理，大大降低激光剝離對(duì)外延片的損傷而造成的漏電流和良率低的問題。在本實(shí)施例中，該LED外延片中納米凸起圖形是沉積圖形層時(shí)通過直接生長(zhǎng)形成，納米凸起圖形的橫截面形狀由圖形層所選材料的晶型決定。第二實(shí)施例本實(shí)施例在第一實(shí)施例的基礎(chǔ)上，區(qū)別在于圖形層102的形成過程包括先通過沉積工藝在形成納米凸起圖形121前先形成膜層，所述沉積工藝為化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積工藝沉積；以及在所述膜層上制備所述納米凸起圖形121，得到所述圖形層102。在第二實(shí)施例中，同樣可以通過化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積工藝生長(zhǎng)膜層，但不需要對(duì)化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積工藝中環(huán)境進(jìn)行控制，直接沉積出膜層，這時(shí)不具有納米凸起圖形121及空隙間隔122。然后通過電子束光刻技術(shù)，在膜層上刻出納米凸起圖形121，納米凸起圖形121之間具有空隙間隔122，從而得到圖形層102。由于在本實(shí)施例中采用電子束光刻技術(shù)制備納米凸起圖形121，所以納米凸起圖形121的橫截面形狀可以按需要進(jìn)行控制，較佳的，橫截面形狀包括三角形、多邊形及圓形，其它圖形如不規(guī)則圖形亦在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。圖5a-圖5c為本發(fā)明第二實(shí)施例的LED外延片的圖形層納米凸起圖形的橫截面形狀示意圖。在圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)表示等同于圖I中標(biāo)號(hào)，如圖5a-圖5c所示，納米凸起圖形121的橫截面形狀為三角形、五邊形及圓形。本實(shí)施例中采用電子束光刻技術(shù)制備亦可得到具有納米凸起圖形121的圖形層102，采用采用電子束光刻技術(shù)制備納米凸起圖形121時(shí)，納米凸起圖形121的橫截面形狀可以按需要進(jìn)行控制，不受圖形層102材料的限制。圖形層102的設(shè)置可以達(dá)到能夠提高外延層晶格質(zhì)量，改善平面結(jié)構(gòu)的LED芯片出光效率，同時(shí)針對(duì)垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片，避免了使用價(jià)格昂貴的激光剝離設(shè)備，并且剝離面的質(zhì)量得到保證的有益效果。綜上所述，本發(fā)明所述LED外延片及其制作方法，在襯底和外延層之間設(shè)置一層圖形層，所述圖形層具有納米凸起圖形，所述納米凸起圖形之間具有空隙間隔。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的LED外延片具有以下優(yōu)點(diǎn)I.在本發(fā)明提供的LED外延片在襯底與外延層之間設(shè)置一層具有納米凸起圖形的圖形層，一方面，由于圖形層與外延層的晶格匹配優(yōu)于襯底與外延層的晶格匹配，因此，在圖形層上生長(zhǎng)的外延層的晶格質(zhì)量要高于直接在襯底上生長(zhǎng)外延層，使早期在圖形層上生長(zhǎng)的外延層種子層的晶格質(zhì)量本身就得到極大的提高；另一方面，隨著外延層的不斷生長(zhǎng)和厚度增加，通過生長(zhǎng)條件的控制，由于晶體生長(zhǎng)方向垂直于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向，因此大大降低外延層中的擴(kuò)展位錯(cuò)密度，使得在橫向外延生長(zhǎng)過程中外延層逐漸合并，從而整個(gè)外延層連成一片，從而再次提高了外延層的晶格質(zhì)量。2.在本發(fā)明提供的LED外延片在襯底與外延層之間具有一層具有納米凸起圖形 的圖形層，圖形層具有粗糙的表面，可以對(duì)外延層向下射出的光通過散射效應(yīng)反射到上表面，從而提高了光提取效率；另外，外延層覆蓋所述圖形層的納米凸起圖形的頂部，圖形層的納米凸起圖形之間保留空隙間隔的，所以該空隙間隔形成空氣泡，由于空氣與圖形層的材料之間存在較大的折射率差，因此當(dāng)該LED外延片用于平面結(jié)構(gòu)LED芯片時(shí)，該空氣泡會(huì)對(duì)外延層向下出射的光有較強(qiáng)的散射和反射作用，從而可以大大提高LED的出光效率和外量子效率。3.在本發(fā)明提供的LED外延片在襯底與外延層之間具有一層具有納米凸起圖形的圖形層，當(dāng)將該LED外延片用于垂直結(jié)構(gòu)LED芯片時(shí)，需要把襯底和外延層分離，利用圖形層材料的化學(xué)易腐蝕特性，避免復(fù)雜并且昂貴的紫外激光剝離工藝，采用無損傷無機(jī)械分離且簡(jiǎn)單可行的化學(xué)剝離技術(shù)，大大降低激光剝離對(duì)外延片的損傷而造成的漏電流和良率低的問題，同時(shí)采用化學(xué)剝離技術(shù)可以對(duì)LED外延片進(jìn)行批量處理，并且圖形層的納米凸起圖形之間具有空隙間隔，空隙間隔增加了化學(xué)反應(yīng)的表面積，有助于加快化學(xué)反應(yīng)的速度。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種LED外延片，包括 襯底； 圖形層，所述圖形層具有納米凸起圖形，所述納米凸起圖形之間具有空隙間隔，所述圖形層設(shè)置于所述襯底上； 外延層，所述外延層設(shè)置在所述圖形層上。
2.如權(quán)利要求I所述的LED外延片，其特征在于，所述納米凸起圖形的橫截面形狀為三角形、多邊形或圓形。
3.如權(quán)利要求I所述的LED外延片，其特征在于，所述納米凸起圖形的寬度為O. 05um-0. 8um,高度為Ium-IOum,所述納米凸起圖形之間的空隙間隔的寬度為O. 5um_5um。
4.如權(quán)利要求I所述的LED外延片，其特征在于，所述納米凸起圖形的頂部具有平臺(tái)。
5.如權(quán)利要求I所述的LED外延片，其特征在于，所述外延層采用橫向外延法生長(zhǎng)。
6.如權(quán)利要求I所述的LED外延片，其特征在于，所述襯底為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底、氮化鎵襯底或氧化鋅襯底。
7.如權(quán)利要求I所述的LED外延片，其特征在于，所述外延層的材料包括氮化鎵基材料、磷化鎵基材料、鎵氮磷基材料及氧化鋅基材料中的一種或幾種的組合。
8.如權(quán)利要求I至7中任意一項(xiàng)所述的LED外延片,其特征在于,所述LED外延片用于制備平面結(jié)構(gòu)LED芯片、不需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片或需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片。
9.如權(quán)利要求8所述的LED外延片，其特征在于，所述LED外延片用于制備平面結(jié)構(gòu)LED芯片或不需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，所述圖形層的材料包含碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、硫化鋅、氧化鎂、二氧化鈦及氧化鋁的一種或幾種的組合。
10.如權(quán)利要求8所述的LED外延片，其特征在于，所述LED外延片用于制備需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，所述圖形層的材料包含氧化鋅、硫化鋅及氧化鎂的一種或幾種的組合。
11.如權(quán)利要求8所述的LED外延片，其特征在于，所述LED外延片用于制備需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，在制備需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片時(shí)，利用化學(xué)濕法腐蝕所述LED外延片的圖形層，以實(shí)現(xiàn)所述襯底與所述外延層的分離。
12.—種制作LED外延片的制作方法，包括 提供襯底； 在所述襯底上制備圖形層，所述圖形層具有納米凸起圖形，所述納米凸起圖形之間具有空隙間隔； 在所述圖形層上制備外延層。
13.如權(quán)利要求12所述的LED外延片，其特征在于，所述納米凸起圖形的橫截面形狀為三角形、多邊形或圓形。
14.如權(quán)利要求12所述的LED外延片，其特征在于，所述納米凸起圖形的寬度為O. 05um-0. 8um,高度為Ium-IOum,所述納米凸起圖形之間的空隙間隔的寬度為O. 5um_5um。
15.如權(quán)利要求12所述的LED外延片，其特征在于，所述納米凸起圖形的頂部具有平臺(tái)。
16.如權(quán)利要求12所述的LED外延片的制作方法，其特征在于，所述圖形層通過沉積工藝直接形成，所述沉積工藝為化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積工藝沉積。
17.如權(quán)利要求16所述的LED外延片的制作方法，其特征在于，通過控制縱向和橫向生長(zhǎng)速度比，在所述圖形層的納米凸起圖形頂部出現(xiàn)平臺(tái)。
18.如權(quán)利要求12所述的LED外延片的制作方法，其特征在于，所述圖形層的形成過程包括 先通過沉積工藝在形成所述納米凸起圖形前先形成膜層，所述沉積工藝為化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積工藝沉積；以及 在所述膜層上制備所述納米凸起圖形，得到所述圖形層。
19.如權(quán)利要求18所述的LED外延片的制作方法，其特征在于，通過電子束光刻技術(shù)在所述膜層上制備所述納米凸起圖形。
20.如權(quán)利要求12所述的LED外延片的制作方法，其特征在于，所述外延層采用橫向外延法生長(zhǎng)。
21.如權(quán)利要求12所述的LED外延片的制作方法，其特征在于，所述襯底為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底、氮化鎵襯底或氧化鋅襯底。
22.如權(quán)利要求12所述的LED外延片的制作方法，其特征在于，所述外延層的材料包括氮化鎵基材料、磷化鎵基材料、鎵氮磷基材料及氧化鋅基材料中的一種或幾種的組合。
23.如權(quán)利要求12至22中任意一項(xiàng)所述的LED外延片的制作方法，其特征在于，所述LED外延片用于制備平面結(jié)構(gòu)LED芯片、不需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片或需要?jiǎng)冸x的。
24.如權(quán)利要求23所述的LED外延片的制作方法，其特征在于，所述LED外延片用于制備平面結(jié)構(gòu)LED芯片或不需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，所述圖形層的材料包含碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、硫化鋅、氧化鎂、二氧化鈦及氧化鋁的一種或幾種的組合。
25.如權(quán)利要求23所述的LED外延片的制作方法，其特征在于，所述LED外延片用于制備需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，所述圖形層的材料包含氧化鋅、硫化鋅及氧化鎂的一種或幾種的組合。
26.如權(quán)利要求23所述的LED外延片的制作方法，其特征在于，所述LED外延片用于制備需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，在制備需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片時(shí)，利用化學(xué)濕法腐蝕所述LED外延片的圖形層，以實(shí)現(xiàn)所述襯底與所述外延層的分離。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種LED外延片及其制作方法，該LED外延片包括襯底；圖形層，所述圖形層具有納米凸起圖形，所述納米凸起圖形之間具有空隙間隔，所述圖形層設(shè)置于所述襯底上；外延層，所述外延層設(shè)置在所述圖形層上。該LED外延片的制作方法包括提供襯底；在所述襯底上制備圖形層，所述圖形層具有納米凸起圖形，所述納米凸起圖形之間具有空隙間隔；在所述圖形層上制備外延層。本發(fā)明提供的LED外延片，可以能夠提高外延層晶格質(zhì)量，改善LED芯片出光效率，同時(shí)針對(duì)需要?jiǎng)冸x的垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片，避免了使用價(jià)格昂貴的激光剝離設(shè)備，并且剝離面的質(zhì)量得到保證。
文檔編號(hào)H01L33/10GK102723416SQ20121023252
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者萬遠(yuǎn)濤, 封飛飛, 張昊翔, 李東昇, 江忠永, 金豫浙, 高耀輝 申請(qǐng)人:杭州士蘭明芯科技有限公司