CN103811612A - 发光二极管制造方法及发光二极管 - Google Patents

发光二极管制造方法及发光二极管 Download PDF

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Abstract

一种发光二极管的制造方法,包括以下的步骤:提供一个蓝宝石基板,蓝宝石基板的表面形成有多个凸出部;在蓝宝石基板的表面成长一个未掺杂的GaN层,所述未掺杂的GaN层不完全覆盖所述凸出部以露出凸出部的部分区域;在未掺杂的GaN层表面成长布拉格反射层直至覆盖凸出部的顶部区域;对布拉格反射层以及未掺杂的GaN层进行蚀刻直至露出凸出部的顶部区域;以及在凸出部的顶部区域以及布拉格反射层上依次成长N型GaN层、活性层以及P型氮化镓层。所述布拉格反射层可阻挡未掺杂的GaN层中的缺陷向上延伸,从而降低发光二极管的晶体缺陷。同时,布拉格反射层的高反射率特性也可以提高元件的出光效率。本发明还提供了一种由上述方法所制造的发光二极管。

Description

发光二极管制造方法及发光二极管
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的制造方法,尤其涉及一种可有效降低晶体缺陷并提高元件出光效率的发光二极管制造方法及相应的发光二极管。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode,LED)是一种可将电流转换成特定波长范围的光电半导体元件。发光二极管以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点,从而可作为光源而广泛应用于照明领域。
在LED的磊晶生长过程中,如何降低LED晶粒的晶体缺陷是人们需要考虑的问题。一种制备低缺陷的LED晶粒的方法是采用图案化的蓝宝石基板。即,在蓝宝石基板上形成多个凸出部,所述多个凸出部可使到后续磊晶过程中半导体层形成侧向生长,从而降低LED晶粒的晶体缺陷。然而,在上述过程中,直接在凸出部底部生长的磊晶层的缺陷仍然会在磊晶过程中向上延伸。并且,当采用图案化的蓝宝石基板时,缺陷容易集中在凸出部顶部的磊晶层中,从而对后续的磊晶层的成长造成影响。另一方面,使用图案化基板还可以提高元件的出光效率,但这只是凸出部所造成的效应,凸出部之间的平坦部是无法提高出光效率的。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种可有效降低晶体缺陷以及提高元件出光效率的发光二极管的制造方法及相应的发光二极管。
一种发光二极管的制造方法,包括以下的步骤:
提供一个蓝宝石基板,蓝宝石基板的表面形成有多个凸出部;
在蓝宝石基板的表面成长一个未掺杂的GaN层,所述未掺杂的GaN层不完全覆盖所述凸出部以露出凸出部的部分区域;
在未掺杂的GaN层表面成长布拉格反射层直至覆盖凸出部的顶部区域;
对布拉格反射层以及未掺杂的GaN层进行蚀刻直至露出凸出部的顶部区域;以及
在凸出部的顶部区域以及布拉格反射层上依次成长N型GaN层、活性层以及P型GaN层。
一种发光二极管,包括:
蓝宝石基板,蓝宝石基板的表面形成有多个凸出部;
未掺杂的GaN层,形成在相邻两个凸出部之间;
布拉格反射层,形成在未掺杂的GaN层的表面且位于相邻两个凸出部之间,所述布拉格反射层顶面的高度小于或等于凸出部顶面的高度;以及
N型GaN层、活性层以及P型GaN层,依次生长在凸出部的顶面以及布拉格反射层的顶面。
在上述发光二极管及发光二极管的制造方法中,在蓝宝石基板的相邻两个凸出部之间形成布拉格反射层,由于布拉格反射层是由两层折射率不同的材料交叠形成,在凸出部底部所生长的未掺杂的GaN层的缺陷将会被布拉格反射层所阻挡,从而不会影响后续N型GaN层、活性层以及P型GaN层的晶体质量。同时,通过蚀刻将位于凸出部顶部区域的未掺杂的GaN层以及布拉格反射层去除。此时,由于缺陷集中的部分被去除,在后续生长N型GaN层、活性层以及P型GaN层时,所述缺陷将不会影响其生长过程,从而降低后续半导体层生长过程中的缺陷。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的发光二极管的制造方法的第一个步骤。
图2是本发明实施例所提供的发光二极管的制造方法的第二个步骤。
图3是本发明实施例所提供的发光二极管的制造方法的第三个步骤。
图4是本发明实施例所提供的发光二极管的制造方法的第四个步骤。
图5是本发明实施例所提供的发光二极管的制造方法的第五个步骤。
图6是本发明实施例所制造的发光二极管的光出射过程示意图。
主要元件符号说明
蓝宝石基板 110
凸出部 111
未掺杂的GaN层 120、70
第一部分 121
第二部分 122
布拉格反射层 130
AlN层 131
GaN层 132
N型GaN层 140
活性层 150
P型GaN层 160
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下参照图示,对本发明的发光二极管制造方法进行进一步的说明。
请参见图1,首先提供一个蓝宝石基板110。所述蓝宝石基板110的表面具有多个凸出部111。在本实施例中,所述凸出部111的横截面为半圆形状。根据需要,所述凸出部111的横截面也可以是三角形形状,梯形形状或其他多边形形状。
请参见图2,在蓝宝石基板110的表面成长未掺杂的GaN层120,所述未掺杂的GaN层120不完全覆盖所述凸出部111以露出凸出部111的部分区域。在本实施例中,所述未掺杂的GaN层120包括位于相邻两个凸出部111之间的第一部分121以及位于凸出部111顶部的第二部分122。
请参见图3,在未掺杂的GaN层120的表面生长布拉格反射层130,直至布拉格反射层130完全覆盖凸出部111的顶部区域。在本实施例中,所述布拉格反射层130包括多个AlN层131以及多个GaN层132,所述AlN层131及GaN层132沿远离未掺杂的GaN层120的方向交替排布。根据需要,所述布拉格反射层130生长至覆盖未掺杂的GaN层120的第一部分121和第二部分122。
请参见图4,蚀刻所述布拉格反射层130以及未掺杂的GaN层120,直至露出凸出部111的顶部区域。所述蚀刻的方法可以是干法蚀刻或者是湿法蚀刻。在本实施例中,所述蚀刻通过电感耦合等离子蚀刻的方法进行。根据需要,在蚀刻至露出凸出部111的顶部区域时,还可以继续对布拉格反射层130以及未掺杂的GaN层120蚀刻一段时间,以完全去除未掺杂的GaN层120的第二部分122。
请参见图5,在凸出部111的顶部区域以及布拉格反射层130上依次成长N型GaN层140、活性层150以及P型GaN层160。在本实施例中,所述活性层150为多量子阱层。根据需要,在成长N型GaN层140之前,可预先在凸出部111的顶部区域以及布拉格反射层130上成长一层未掺杂的GaN层70。然后再在未掺杂的GaN层70上依次成长N型GaN层140、活性层150以及P型GaN层160。
在上述发光二极管的制造方法中,由于蓝宝石基板110的相邻两个凸出部111之间形成布拉格反射层130,所述布拉格反射层130可阻挡在凸出部111底部所生长的未掺杂的GaN层120的缺陷向上延伸,从而使其不会影响后续N型GaN层140、活性层150以及P型GaN层160的晶体质量。并且,通过蚀刻将位于凸出部111顶部的未掺杂的GaN层120的第二部分122去除,此时,由于晶体缺陷集中的部分被去除,在后续生长N型GaN层140、活性层150以及P型GaN层160的时候,所述的缺陷将不会向上延伸而影响其晶体质量,从而降低发光二极管的晶体缺陷。另外,所述布拉格反射层130也可以提高所制造的发光二极管的出光效率。如图6所示,由于相邻的凸出部111之间形成有布拉格反射层130,在发光二极管的出光过程中,活性层150所发出朝向蓝宝石基板110的光线可有效被布拉格反射层130所反射,然后出射到外界。即,所述布拉格反射层130防止光线被未掺杂的GaN层120或者蓝宝石基板110所吸收,从而提高了发光二极管的出光效率。
本发明还提供了一种由上述方法所制造的发光二极管。请参见图5,所述发光二极管包括蓝宝石基板110,形成在蓝宝石基板110表面的未掺杂的GaN层120,形成在未掺杂的GaN层120表面的布拉格反射层130以及依次生长在布拉格反射层130顶面的未掺杂的GaN层70、N型GaN层140、活性层150以及P型GaN层160。蓝宝石基板110的表面形成多个凸出部111。所述未掺杂的GaN层120以及布拉格反射层130位于相邻的两个凸出部111之间,并且,布拉格反射层130顶面的高度小于或等于凸出部111顶面的高度。根据需要,也可以不成长未掺杂的GaN层70而直接在凸出部111的顶面以及布拉格反射层130的顶面成长N型GaN层140、活性层150以及P型GaN层160。在上述发光二极管中,由于蓝宝石基板110的相邻两个凸出部111之间形成布拉格反射层130,所述布拉格反射层130可阻挡在凸出部111底部所生长的未掺杂的GaN层120的缺陷向上延伸,从而使其不会影响后续N型GaN层140、活性层150以及P型GaN层160的晶体质量。
根据需要,在生长N型GaN层140之前,还可以在布拉格反射层130以及凸出部111的顶部预先生长一层未掺杂的GaN层70。
可以理解的是,对于本领域的普通技术人员来说,可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形,而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管的制造方法,包括以下的步骤:
提供一个蓝宝石基板,蓝宝石基板的表面形成有多个凸出部;
在蓝宝石基板的表面成长一个未掺杂的GaN层,所述未掺杂的GaN层不完全覆盖所述凸出部以露出凸出部的部分区域;
在未掺杂的GaN层表面成长布拉格反射层直至覆盖凸出部的顶部区域;
对布拉格反射层以及未掺杂的GaN层进行蚀刻直至露出凸出部的顶部区域;以及
在凸出部的顶部区域以及布拉格反射层上依次成长N型GaN层、活性层以及P型GaN层。
2.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法,其特征在于,所述布拉格反射层由两种具有不同折射率的材料交替排布而成。
3.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法,其特征在于,所述蚀刻布拉格反射层以及未掺杂的GaN层的过程以干蚀刻或者湿蚀刻的方法进行。
4.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法,其特征在于,所述活性层为多量子阱层。
5.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法,其特征在于,所述凸出部的截面为半圆形状、三角形形状或梯形形状。
6.一种发光二极管,包括:
蓝宝石基板,蓝宝石基板的表面形成有多个凸出部;
未掺杂的GaN层,形成在相邻两个凸出部之间;
布拉格反射层,形成在未掺杂的GaN层的表面且位于相邻两个凸出部之间,所述布拉格反射层顶面的高度小于或等于凸出部顶面的高度;以及
N型GaN层、活性层以及P型GaN层,依次生长在凸出部的顶面以及布拉格反射层的顶面。
7.如权利要求6所述的发光二极管,其特征在于,所述布拉格反射层由两种具有不同折射率的材料交替排布而成。
8.如权利要求6所述的发光二极管,其特征在于,所述蚀刻布拉格反射层以及未掺杂的GaN层的过程以干蚀刻或者湿蚀刻的方法进行。
9.如权利要求6所述的发光二极管,其特征在于,所述活性层为多量子阱层。
10.如权利要求6所述的发光二极管,其特征在于,所述凸出部的截面为半圆形状、三角形形状或梯形形状。
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