CN105449062B - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管，包括基板和成长在基板上的半导体结构，所述基板包括基体和形成在基体上的缓冲层，所述的基体包括相对设置的第一表面和第二表面，所述基体的第一表面上形成有微结构，所述微结构为连续弯折的金属片体，所述微结构包括多个相连接的阻挡结构，每一阻挡结构之间形成凹槽，所述缓冲层形成在所述凹槽内并覆盖每一阻挡结构，所述阻挡结构的折射率小于缓冲层的折射率。本发明还提供一种该发光二极管的制造方法。

Description

发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光元件，特别涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术
发光二极管因具有生产成本低、结构简单、低能耗低污染、体积小及容易安装等优势被大量用于照明光源及显示技术中。
一般的发光二极管包括蓝宝石基板、以及依次成长在蓝宝石基板上的N型半导体层、发光活性层和P型半导体层，以及设置在P型半导体层和N型半导体层上的P电极和N电极。在发光二极管的制造过程中，通常先在蓝宝石基板上形成多个实心的球状凸起，然后再基板上依次形成其他结构。然而，此种凸起的形成往往导致其顶端应力集中，如此导致晶格缺陷的形成，并且这些缺陷将延伸到蓝宝石基板上的其他结构，从而使整个发光二极管存在较大的晶格缺陷。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种品质优良且出光效率高的发光二极管及其制造方法。
一种发光二极管，包括基板和成长在基板上的半导体结构，所述基板包括基体和形成在基体上的缓冲层，所述的基体包括相对设置的第一表面和第二表面，所述基体的第一表面上形成有微结构所述微结构包括多个相连接的阻挡结构，每一阻挡结构之间形成凹槽，所述缓冲层形成在所述凹槽内并覆盖每一阻挡结构，所述阻挡结构的折射率小于缓冲层的折射率。
一种发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
提供一基体，所述基体包括相对的第一表面和第二表面，使用黄光微影技术或者溅射法在基体的上表面形成多个凸起的光致抗阻剂；
使用原子沉积机台在光致抗阻剂及基体的第一表面上镀一层氮化铝(AlN)；
加热氮化铝(AlN)，使氮化铝(AlN)结晶；
第二次加热氮化铝(AlN)，将光致抗阻剂从氮化铝(AlN)内脱离，进而形成内部为空心腔体的微结构；
在所述微结构的外表面形成缓冲层，从而得到磊晶基板；
在所述磊晶基板上依次成长半导体结构。
在本发明所述的发光二极管，微结构有效的降低了基体与和缓冲层以及半导体结构之间因应力而产生的晶格缺陷，使得发光二极管品质优良。自发光活性层出射的光线经过N型半导体层、缓冲层到达基板时，因缓冲层、微结构以及空腔的折射率依次减小，使得到达微结构上的大部光线被全反射后朝向远离基板的方向散射出去，从而有效的阻止了光线自基板的下表面方向出射，提高了发光二极管的出光效率。
附图说明
图1为本发明发光二极管的剖视图。
图2为本发明发光二极管磊晶基板剖视图。
图3-8为本发明发光二极管制造流程图。
图9图3中所述基板的俯视图。
图10为另一实施例中基板的俯视图。
主要元件符号说明
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
如图1所示本发明所述发光二极管结构，包括基板100和成长在在基板100上的半导体结构200。
所述基板100包括基体10以及设置在基体10上的缓冲层20。
请同时参考图2，所述基体10可采用蓝宝石、含矽材料以及氮化镓材料中的一种，优选的，本发明采用蓝宝石作为基体10的材料，以利用蓝宝石材料的机械强度高，易于加工处理的特点。所述基体10包括相对的第一表面101和第二表面102，所述第一表面101上形成有微结构11。
微结构11包括多个阻挡结构110和连接多个阻挡结构110的连接部120。每一阻挡结构110包括一水平的顶壁111和自水平顶壁111相对两侧向下、向外倾斜延伸的两侧壁112。由顶壁111及两侧壁112形成的每一所述阻挡结构110的内部为空心腔体。所述阻挡结构110的尺寸自所述第一表面101朝向远离第一表面101的方向逐渐减小。相邻二阻挡结构110的二侧壁112的底端与连接部120的相对两端连接，相互连接的侧壁112及连接部120围成一凹槽130。每一顶壁111为一水平的板体。
在本实施例中，所述微结构11由氮化铝(AlN)材料支撑。这些阻挡结构110的顶端的顶壁111平行共面及底端的连接部120分别共面，且每一阻挡结构110的厚度在80nm-180nm之间，优选的，每一阻挡结构110的厚度为120nm。所述微结构11完全遮盖第一表面101，从而使形成半导体结构200侧向生长，并且其顶端的顶壁111为平行共面的板体，减小了顶端的应力，阻止了晶种生长过程中形成缺陷并延伸至半导体结构，从而提高磊晶的品质。
更进一步的，阻挡结构110用于将照射至其上的光线进行反射，以提高出光效率。
所述缓冲层20填充于所述凹槽130中且覆盖所述微结构11。所述缓冲层20材料为不掺杂的氮化镓(GaN)，主要用于降低N型半导体层30的晶格缺陷。所述缓冲层20的折射率大于所述微结构11的折射率。
所述的半导体结构200包括依次自下而上形成在磊晶基板100上的N型半导体层30、发光活性层40以及P型半导体层50。可以理解的，在本发明所述发光二极管的磊晶结构中，为了提高电流传输效率，可在P型半导体层50上设置欧姆接触层。
所述P型半导体层50和N型半导体层30上分别设置有P电极51和N电极31。所述N电极31的形成过程包括先蚀刻部分发光活性层40和P型半导体层50以露出部分N型半导体层30，再将所述N电极31设置在露出的N型半导体层的表面上。
P型半导体层50提供电洞，主要为P型氮化镓(GaN)材料，N型半导体层30提供电子，主要为掺杂的氮化镓(GaN)材料，如AlGaN。发光活性层40产生光，其材质为氮化镓基材料，如InGaN、GaN等，还使电子及电洞局限在一起，增加发光强度。
本发明所述的发光二极管，微结构11可使晶种侧向生长，进而阻止了晶种生长过程中形成缺陷并使缺陷自基体10向上延伸至缓冲层20和半导体结构200，有效的降低了基体10与和缓冲层20以及半导体结构200之间因应力而产生的晶格缺陷密度，使得发光二极管品质优良。自发光活性层40出射的光线经过N型半导体层30、缓冲层20到达基板100时，因缓冲层20、微结构11的折射率依次减小，使得到达微结构11上的大部光线被全反射后朝向远离基板100的方向散射出去，从而有效的阻止了光线自基板100的第二表面102方向出射，提高了发光二极管的出光效率。
一种上述所述发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
步骤一：如图3，提供所述基体10，使用黄光微影技术或者溅射法在基体10的上表面形成多个凸起12，所述凸起12的材料为光致抗阻剂材料。
步骤二：如图4，使用原子沉积机台在凸起12及第一表面101上形成一厚度均匀的氮化铝(AlN)层13。在本发明中，所述氮化铝(AlN)层13的厚度在80nm-180nm之间，优选的，氮化铝(AlN)层13的厚度为120nm。
步骤三：如图5，加热氮化铝(AlN)层13，使氮化铝(AlN)层13结晶。在本发明中所述加热氮化铝(AlN)层13结晶的温度为700-950℃，加热时间为70-100分钟，优选的，加热氮化铝(AlN)层13结晶的温度为800℃，加热时间为90分钟。
步骤四：如图6，第二次加热氮化铝(AlN)层13，将为光致抗阻剂材料的凸起12从氮化铝(AlN)层13内脱离出，进而形成内部为空腔的阻挡结构110，多个阻挡结构110之间具有连接部120，进而组成微结构11。在本发明中，所述第二次加热温度为1000-1250℃，加热时间为7-11小时，优选的，所述二次加热温度为1150℃，加热时间为9小时。
步骤五：如图7，在微结构11的外表面成长缓冲层20，从而得到磊晶基板100。所述缓冲层20可采用有机金属化学气相沉积法、射频磁控溅镀法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、原子层沉积法、分子束沉积法方法中的任何一种形成。
步骤六：如图8，在磊晶基板100上依次成长半导体结构200。成长半导体结构200同样可采用有机金属化学气相沉积法、射频磁控溅镀法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、原子层沉积法、分子束沉积法方法中的任何一种形成。
如图9所示，为上述所述发光二极管磊晶的制造方法步骤1中，形成的凸起12为非连续的间隔的点状分布。
如图10所示，为本发明另一实施例发光二极管磊晶的制造方法，其与第一实施例相似，其不同之处在于：步骤1中形成所述凸起12为连续条状分布。

Claims (15)

1.一种发光二极管，包括基板和成长在基板上的半导体结构，所述基板包括基体，所述基体包括相对设置的第一表面和第二表面，其特征在于：所述发光二极管还包括形成在所述基体的第一表面上的微结构，所述微结构的厚度在80nm-180nm之间，所述微结构为多个依次相连接的阻挡结构，每一所述阻挡结构具有平板状的顶壁，每一所述阻挡结构与所述第一表面形成空心腔体。
2.如权利要求1所述发光二极管，其特征在于：多个所述阻挡结构的顶壁均平行共面。
3.如权利要求1所述发光二极管，其特征在于：每一所述阻挡结构的尺寸自所述基体第一表面朝向远离所述第一表面的方向逐渐减小。
4.如权利要求2所述发光二极管，其特征在于：每一所述阻挡结构还包括自所述顶壁的相对两侧倾斜延伸的两侧壁。
5.如权利要求2所述发光二极管，其特征在于：每相邻两个所述阻挡结构之间还包括有连接部，相邻的两个所述阻挡结构的两侧壁的底端与所述连接部的相对两端连接。
6.如权利要求5所述发光二极管，其特征在于：每两个所述阻挡结构的两侧壁及所述连接部围成一凹槽。
7.如权利要求1所述发光二极管，其特征在于：所述微结构为氮化铝材料。
8.如权利要求6所述发光二极管，其特征在于：还包括一缓冲层，所述缓冲层填充于所述凹槽中且覆盖所述微结构。
9.如权利要求1所述发光二极管，其特征在于：所述半导体结构包括自下而上依次形成在所述基板上的N型半导体层、发光活性层、P型半导体层，所述P型半导体层和N型半导体层上分别设置有P电极和N电极。
10.一种发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
提供基体，所述基体包括相对设置的第一表面和第二表面，使用黄光微影技术或者溅射法在所述基体的第一表面形成多个凸起；
使用原子沉积机台在所述凸起及所述基体的第一表面上形成一氮化铝层；
加热氮化铝层，使氮化铝层结晶；
第二次加热氮化铝层，将所述凸起从所述氮化铝层内部脱离，进而形成内部为空心腔体的阻挡结构及位于所述阻挡结构之间的连接部，所述阻挡结构和所述连接部共同组成微结构；
在所述微结构的外表面形成缓冲层，从而得到磊晶基板；
在所述磊晶基板上成长半导体结构。
11.如权利要求10所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述氮化铝层的厚度均匀，其厚度在80nm-180nm之间。
12.如权利要求10所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：加热氮化铝使其结晶的温度为700-950℃，加热时间为70-100分钟。
13.如权利要求10所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：第二次加热温度为1000-1250℃，加热时间为7-11小时。
14.如权利要求10所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述凸起的材料为光致抗阻剂，所述凸起呈间隔的非连续的点状分布。
15.如权利要求10所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述凸起的材料为光致抗阻剂，所述凸起呈连续的条形分布。
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