專利名稱：一種led及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種LED及其制造方法。
背景技術(shù)：
在LED制造技術(shù)工藝中，由于藍(lán)寶石襯底材料與外延材料從晶格常數(shù)、熱漲系數(shù)到折射率都相差很大。這些物理性質(zhì)差異直接導(dǎo)致襯底上生長(zhǎng)的外延材料質(zhì)量不高，致使LED內(nèi)量子效率(IQE)受到限制，進(jìn)而影響外量子效率(EQE)以及光效的提高。因此，圖形化藍(lán)寶石襯底(Patterned Sapphire Substrate, PSS)技術(shù)被引入。PSS技術(shù)能提高LED效率的原理在于能夠有效的減少差排密度，減少外延生長(zhǎng)缺陷，提升外延片品質(zhì)，減少非輻射復(fù)合中心，提高了內(nèi)量子效應(yīng)；另外，在藍(lán)寶石襯底上形成的圖形將GaN/藍(lán)寶石界面轉(zhuǎn)變?yōu)槠鸱慕缑妫@樣避免了 LED產(chǎn)生的光在出光面和襯底面形成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中發(fā)生全反射，被限制在芯片內(nèi)部無法形成有效發(fā)光的問題，并通過改變光的出射方向?qū)⒐庀蜉S向匯聚而增加出光效率。理論上襯底材料與GaN折射率的差距愈大，上述效果愈顯著，出光效率越高。然而藍(lán)寶石襯底的折射率約為1. 7，外延生長(zhǎng)的GaN材料折射率約為2. 2 2. 4，并不能達(dá)到最佳的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種LED及其 制造方法，先在襯底上形成凸點(diǎn)，然后外延生長(zhǎng)厚度小于等于所述凸點(diǎn)的高度的第一氮化鎵層，去除所述凸點(diǎn)然后外壓生長(zhǎng)第二氮化鎵層，形成掩埋空洞，有效提高出光效率。本發(fā)明提供一種LED的制造方法，包括提供襯底，在所述襯底上形成介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層中形成凸點(diǎn)；外延生長(zhǎng)第一氮化鎵層，所述第一氮化鎵層的厚度小于等于所述凸點(diǎn)的高度；去除所述凸點(diǎn)，形成空洞；外延生長(zhǎng)第二氮化鎵層，形成掩埋空洞。可選的，介質(zhì)層的材質(zhì)為SiO2或SiNx,厚度為O.1 μ m-100 μ m?？蛇x的，利用光刻工藝在所述介質(zhì)層中形成凸點(diǎn)?？蛇x的，所述凸點(diǎn)周期性排布或隨機(jī)排布。可選的，所述凸點(diǎn)形狀為圓錐或半球形?？蛇x的，利用濕法刻蝕工藝去除所述凸點(diǎn)?？蛇x的，所述濕法刻蝕工藝的刻蝕液為HF溶液。本發(fā)明的另一面，還提供一種LED，包括襯底，形成于所述襯底上的氮化鎵層，還包括形成于所述襯底和所述氮化鎵層界面上的掩埋空洞?？蛇x的，所述掩埋空洞隨機(jī)排布或周期性排布在所述襯底和氮化鎵層的界面上?？蛇x的，所述掩埋空洞形狀為圓錐或半球形。
本發(fā)明提供一種LED及其制造方法，所述LED的制造方法先在襯底上形成凸點(diǎn)，然后外延生長(zhǎng)厚度小于等于所述凸點(diǎn)的高度的第一氮化鎵層，之后去除所述凸點(diǎn)，形成空洞，繼而外延生長(zhǎng)第二氮化鎵層，形成掩埋空洞。這樣，光在掩埋空洞上發(fā)生反射，改變光在出光面上的出射方向，在出光面射出，提高了出光效率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的LED的制造方法的流程圖；圖2A 2E為本發(fā)明實(shí)施例一的LED的制造方法的各步驟的剖面示意圖；圖3A 3E為本發(fā)明實(shí)施例二的LED的制造方法的各步驟的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式在背景技術(shù)中已經(jīng)提及，現(xiàn)有的PSS方法中由于藍(lán)寶石襯底的折射率約為1. 7，外延生長(zhǎng)的GaN材料折射率約為2. 2 2. 4，并不能達(dá)到最佳的將光向軸向匯聚效果。為此，本發(fā)明提供一種LED及其制造方法，所述LED包括襯底，形成于所述襯底上的氮化鎵層，形成于所述襯底和所述氮化鎵層界面上的掩埋空洞。相當(dāng)于在襯底面上形成了以空氣為材質(zhì)的圖形，其與GaN的折射率的差距比藍(lán)寶石與GaN的折射率的差距更大，有更佳的將光向軸向匯聚效果，提高出光效率。下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(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)所述理解本領(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。為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì) 使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。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。請(qǐng)參考圖1，其為本發(fā)明實(shí)施例的LED的制造方法的流程圖，所述方法包括如下步驟步驟S021，提供襯底，在所述襯底上形成介質(zhì)層；步驟S022，在所述介質(zhì)層中形成凸點(diǎn)；步驟S023，外延生長(zhǎng)第一氮化鎵層，所述第一氮化鎵層的厚度小于等于所述凸點(diǎn)的高度；步驟S024，去除所述凸點(diǎn)，形成空洞；步驟S025，外延生長(zhǎng)第二氮化鎵層，形成掩埋空洞。該方法的核心思想在于，先在襯底上形成凸點(diǎn)，然后外延生長(zhǎng)第一氮化鎵層，以部分掩埋所述凸點(diǎn)，之后去除凸點(diǎn)，最后外延生長(zhǎng)第二氮化鎵層，形成掩埋空洞，最終形成LED器件。實(shí)施例一參照?qǐng)D2A，執(zhí)行步驟S021，提供襯底101，在所述襯底101上形成介質(zhì)層102。本實(shí)施例中，所述襯底101為藍(lán)寶石襯底，介質(zhì)層102用以在后續(xù)的步驟中形成凸點(diǎn)。介質(zhì)層102的材質(zhì)優(yōu)選為SiO2或SiNx,本實(shí)施例中，介質(zhì)層102為SiO2薄膜層，厚度為O.1 μ m-100 μ m。參考圖2B，執(zhí)行步驟S022，在所述介質(zhì)層102中形成凸點(diǎn)102’?？梢岳霉饪坦に囋谒鼋橘|(zhì)層102中形成凸點(diǎn)102’，該工藝手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用手段和公知常識(shí)，在此不再贅述。所述凸點(diǎn)102’周期性排布或隨機(jī)排布在所述襯底101上，本實(shí)施例中所述凸點(diǎn)102’為半球形，隨機(jī)的排布在所述襯底上。參考圖2C，執(zhí)行步驟S023，外延生長(zhǎng)第一氮化鎵層103，所述第一氮化鎵層103的厚度小于等于所述凸點(diǎn)102’的高度(即最大高度)。這樣凸點(diǎn)102’未被第一氮化鎵層103完全覆蓋，露出凸點(diǎn)102’頂部，便于后續(xù)步驟中去除所述凸點(diǎn)102’，形成空洞。參考圖2D，執(zhí)行步驟S024，去除所述凸點(diǎn)102’，形成空洞103’。由于所述凸點(diǎn)102’未被第一氮化鎵層103完全覆蓋，可利用濕法刻蝕工藝去除所述凸點(diǎn)102’，選用對(duì)所述凸點(diǎn)102’刻蝕速率較高而幾乎不刻蝕氮化鎵的刻蝕液，以順利在第一氮化鎵層103中形成空洞103’，本實(shí)施例使用HF溶液作為濕法刻蝕工藝的刻蝕液。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)公知常識(shí)選擇其他滿足條件的刻蝕液來去除所述凸點(diǎn)102’。參考圖2E，執(zhí)行步驟S025，外延生長(zhǎng)第二氮化鎵層104，形成掩埋空洞104’。在第一氮化鎵層103上繼續(xù)生長(zhǎng)第二氮化鎵層104，通過控制外延生長(zhǎng)的條件使氮化鎵橫向生長(zhǎng)速率高于厚度方向生長(zhǎng)·的速率，這樣空洞103’開口處氮化鎵橫向生長(zhǎng)將空洞103’封閉，形成掩埋空洞104’。這樣，相當(dāng)于在襯底101上形成了空氣為材質(zhì)的圖形，其與GaN的折射率的差距大，本來在出光面和襯底面形成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中發(fā)生全反射的光在掩埋空洞104’與GaN界面上發(fā)生反射，向軸向匯聚，最終在出光面射出，提高了出光效率。在形成第二氮化鎵層104后，還包括公知的其他工藝步驟，例如繼續(xù)外延生長(zhǎng)LED發(fā)光結(jié)構(gòu)，形成電極結(jié)構(gòu)，封裝裂片等步驟，以形成LED，由于本申請(qǐng)并不涉及這些步驟的改進(jìn)，在此不再贅述這些后續(xù)步驟。實(shí)施例二參照?qǐng)D3A，執(zhí)行步驟S021，提供襯底201，在所述襯底201上形成介質(zhì)層202。本實(shí)施例中，所述襯底201為藍(lán)寶石襯底，介質(zhì)層202用以在后續(xù)的步驟中形成凸點(diǎn)。介質(zhì)層202的材質(zhì)優(yōu)選為SiO2或SiNx,本實(shí)施例中，介質(zhì)層202材質(zhì)選為SiO2,厚度為O.1 μ m-100 μ m。參考圖3B，執(zhí)行步驟S022，在所述介質(zhì)層202中形成凸點(diǎn)202’。可以利用光刻工藝在所述介質(zhì)層202中形成凸點(diǎn)202’，該工藝手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用手段和公知常識(shí)，在此不再贅述。所述凸點(diǎn)202’周期性排布或隨機(jī)排布在所述襯底201上，本實(shí)施例中所述凸點(diǎn)202’的形狀為圓錐形，周期性排布在所述襯底上201。參考圖3C，執(zhí)行步驟S023，外延生長(zhǎng)第一氮化鎵層203，所述第一氮化鎵層203的厚度小于所述凸點(diǎn)202’的高度(即最大高度)。這樣凸點(diǎn)202’未被第一氮化鎵層203完全覆蓋，露出凸點(diǎn)202’頂部，便于后續(xù)步驟中去除所述凸點(diǎn)202’，形成空洞203’。參考圖3D，執(zhí)行步驟S024，去除所述凸點(diǎn)202’，形成空洞203’。由于所述凸點(diǎn)202’未被第一氮化鎵層203完全覆蓋，可利用濕法刻蝕工藝去除所述凸點(diǎn)202’，選用對(duì)所述凸點(diǎn)202’刻蝕速率較高而幾乎不刻蝕氮化鎵的刻蝕液，以順利在第一氮化鎵層203中形成空洞203’，例如，使用HF溶液作為濕法刻蝕工藝的刻蝕液。參考圖3E，執(zhí)行步驟S025，外延生長(zhǎng)第二氮化鎵層204，形成掩埋空洞204’。在第一氮化鎵層203上繼續(xù)生長(zhǎng)第二氮化鎵層204，通過控制外延生長(zhǎng)的條件使橫向生長(zhǎng)速率高于厚度方向生長(zhǎng)的速率，這樣空洞203’開口處的氮化鎵橫向生長(zhǎng)將空洞203’封閉，形成掩埋空洞204’。本發(fā)明的另一面，還提供上述實(shí)施例中的方法制造的LED。所述LED包括襯底，形成于所述襯底上的氮化鎵層，形成于所述襯底和所述氮化鎵層界面上的掩埋空洞。所述掩埋空洞隨機(jī)排布或周期性的規(guī)則排布在所述襯底和氮化鎵層的界面上，形狀優(yōu)選為圓錐或半球形。由于形成了掩埋孔洞，相當(dāng)于在襯底面上形成了以空氣為材質(zhì)的圖形，其與GaN的折射率的差距比藍(lán)寶石與GaN的折射率的差距更大，本來在出光面和襯底面形成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中發(fā)生全反射的光在掩埋空洞與GaN界面上發(fā)生反射，向軸向匯聚，最終在出光面射出，提高了出光效率。綜上所述，本發(fā)明提供一種LED及其制造方法，所述LED的制造方法先在襯底上形成凸點(diǎn)，然后外延生長(zhǎng)厚度小于等于所述凸點(diǎn)的高度的第一氮化鎵層，之后去除所述凸點(diǎn)，形成空洞，繼而外延生長(zhǎng)第二氮化鎵層，形成掩埋空洞。這樣，光在掩埋空洞上發(fā)生反射，改變光在出光面上的出射方向，在 出光面射出，提高了出光效率。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的制造方法，包括提供襯底，在所述襯底上形成介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層中形成凸點(diǎn)；外延生長(zhǎng)第一氮化鎵層，所述第一氮化鎵層的厚度小于或等于所述凸點(diǎn)的高度； 去除所述凸點(diǎn)，形成空洞；外延生長(zhǎng)第二氮化鎵層，形成掩埋空洞。
2.如權(quán)利要求1所述的LED的制造方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為SiO2或 SiNx,厚度為 O. 1μ -100μπι。
3.如權(quán)利要求1所述的LED的制造方法，其特征在于，利用光刻工藝在所述介質(zhì)層中形成凸點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的LED的制造方法，其特征在于，所述凸點(diǎn)周期性排布或隨機(jī)排布。
5.如權(quán)利要求4所述的LED的制造方法，其特征在于，所述凸點(diǎn)形狀為圓錐或半球形。
6.如權(quán)利要求1所述的LED的制造方法，其特征在于，利用濕法刻蝕工藝去除所述凸點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的LED的制造方法，其特征在于，所述濕法刻蝕工藝的刻蝕液為 HF溶液。
8.—種LED，利用如權(quán)利要求1所述的LED的制造方法形成，包括襯底以及形成于所述襯底上的氮化鎵層，其特征在于，還包括形成于所述襯底和所述氮化鎵層界面上的掩埋空洞。
9.如權(quán)利要求8所述的LED，其特征在于，所述掩埋空洞隨機(jī)排布或周期性排布在所述襯底和氮化鎵層的界面上。
10.如權(quán)利要求9所述的LED，其特征在于，所述掩埋空洞形狀為圓錐或半球形。
全文摘要
本發(fā)明提供一種LED及其制造方法，包括提供襯底，在所述襯底上形成介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層中形成凸點(diǎn)；外延生長(zhǎng)第一氮化鎵層，所述第一氮化鎵層的厚度小于等于所述凸點(diǎn)的高度；去除所述凸點(diǎn)，形成空洞；外延生長(zhǎng)第二氮化鎵層，形成掩埋空洞。光在掩埋空洞與GaN界面上發(fā)生反射，向軸向匯聚，最終在出光面射出，提高出光效率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK103050588SQ20131002022
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者汪洋 申請(qǐng)人:映瑞光電科技(上海)有限公司