CN107452839A - 一种发光二极管外延片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延片及其制作方法，属于半导体技术领域。制作方法包括：提供一图形化蓝宝石衬底；在图形化蓝宝石衬底设有图形的表面上形成氮化铝缓冲层，氮化铝缓冲层包括位于图形上的第一部分、以及位于图形之间的第二部分；在氮化铝缓冲层上涂覆光刻胶，位于第一部分上的光刻胶的厚度小于位于第二部分上的光刻胶的厚度；对光刻胶进行干法刻蚀，直到去除位于第一部分的顶部的光刻胶；去除第一部分的顶部；铺设二氧化硅材料；去除剩余的光刻胶，形成二氧化硅层状结构；依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层。本发明可以避免氮化铝缓冲层造成PSS顶端的外延缺陷，也可以利用氮化铝缓冲层缓解晶格失配。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制作方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种可以把电能转换成光能的半导体器件。芯片是LED的核心组件，芯片包括外延片以及设置在外延片上的电极。
现有的外延片包括衬底以及依次层叠在衬底上的N型半导体层、发光层和P型半导体层。其中，衬底的材料采用蓝宝石，N型半导体层、发光层和P型半导体层采用氮化镓(GaN)材料。
氮化镓材料和蓝宝石之间存在较大的晶格失配。为了缓解氮化镓材料和蓝宝石之间的晶格失配，一方面可以将衬底的表面刻蚀出周期排列的图形，形成图形化蓝宝石衬底(英文：Patterned Sapphire Substrate，简称：PSS)，利用图形的锥形斜面势能较高氮化镓不容易沉积的特点，促使氮化镓选择方向进行横向生长，合并和抵消氮化镓材料和蓝宝石晶格失配产生的位错和缺陷，提高外延片的生长质量；另一方面在衬底和氮化镓材料之间设置氮化铝(AlN)材料形成的缓冲层，利用氮化铝和蓝宝石(主要成分是氧化铝，即Al2O3)、氮化铝和氮化镓之间的晶格失配系数均较小，缓解氮化镓材料和蓝宝石之间的晶格失配，提高外延片的生长质量。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
如果在衬底采用PSS，同时在衬底和氮化镓材料之间设置氮化铝缓冲层，则由于氮化铝表面的使能低于蓝宝石，氮化镓材料在氮化铝缓冲层上很容易生长，氮化镓材料在PSS的锥形斜面上选择方向进行横向生长的特性会被破坏，无法合并和抵消氮化镓材料和蓝宝石晶格失配产生的位错和缺陷，外延片的生长质量反而会降低。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其制作方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制作方法，所述制作方法包括：
提供一图形化蓝宝石衬底，所述图形化蓝宝石衬底的一个表面设有周期排列的图形；
在所述图形化蓝宝石衬底设有所述图形的表面上形成氮化铝缓冲层，所述氮化铝缓冲层包括位于所述图形上的第一部分、以及位于所述图形之间的第二部分；
在所述氮化铝缓冲层上涂覆光刻胶，位于所述第一部分上的光刻胶的厚度小于位于所述第二部分上的光刻胶的厚度；
对所述光刻胶进行干法刻蚀，直到去除位于所述第一部分的顶部的光刻胶；
去除所述第一部分的顶部；
在所述图形的顶部和剩余的所述光刻胶上铺设二氧化硅材料；
去除剩余的所述光刻胶、以及位于剩余的所述光刻胶上的二氧化硅材料，位于所述图形的顶部的二氧化硅材料形成二氧化硅层状结构；
在所述二氧化硅层状结构和剩余的所述氮化铝缓冲层上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层。
可选地，所述提供一图形化蓝宝石衬底，包括：
提供一蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的表面为平面；
在所述蓝宝石衬底的一个表面上涂覆光刻胶；
对所述光刻胶进行曝光和显影，留下所述图形所在区域的光刻胶；
对所述蓝宝石衬底涂覆所述光刻胶的表面进行干法刻蚀，形成所述图形；
去除所述光刻胶。
可选地，所述图形的底面上两点之间的最大距离等于相邻两个所述图形的间距。
可选地，所述第一部分的厚度等于所述第二部分的厚度。
可选地，所述在所述氮化铝缓冲层上涂覆光刻胶，包括：
采用旋涂的方式在所述氮化铝缓冲层上涂覆光刻胶，旋涂的转速为500rpm～5000rpm。
可选地，位于所述第二部分上的光刻胶的厚度大于所述图形的高度。
可选地，所述制作方法还包括：
在所述对所述光刻胶进行干法刻蚀之前，在所述光刻胶上旋涂显影液或去胶液，对所述光刻胶进行湿法腐蚀，旋涂的转速为100rpm～4000rpm。
可选地，所述去除所述第一部分的顶部，包括：
采用腐蚀溶液去除所述第一部分的顶部，所述腐蚀溶液为氢氧化钾溶液、或者氢氧化钠溶液、或者磷酸和硝酸的混合溶液。
可选地，所述第一部分的顶部覆盖的图形的高度为所述图形的高度的1/4～1/2。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括图形化蓝宝石衬底、氮化铝缓冲层、二氧化硅层状结构、N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，所述图形化蓝宝石衬底的一个表面设有周期排列的图形，所述二氧化硅层状结构设置在各个所述图形的顶部，所述氮化铝缓冲层设置在所述图形化蓝宝石衬底除所述图形的顶部之外的区域上，所述N型氮化镓层设置在所述氮化铝缓冲层和所述二氧化硅层状结构上，所述发光层设置在所述N型氮化镓层上，所述P型氮化镓层设置在所述发光层上。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在图形化蓝宝石衬底上形成氮化铝缓冲层，并在氮化铝缓冲层上涂覆光刻胶，利用光刻胶在重力作用下会倾向于沉积在距离地面较近的表面上，使得在位于图形之间的氮化铝缓冲层上形成的光刻胶的厚度大于在位于图形上的氮化镓缓冲层上形成的光刻胶的厚度，对光刻胶进行干法刻蚀，位于图形的顶部的氮化铝缓冲层上的光刻胶会先被完全去除，此时可以接着去除位于图形的顶部的氮化铝缓冲层，保留图形化蓝宝石衬底除图形的顶部之外的区域上的氮化铝缓冲层。一方面，位于图形的顶部的氮化铝缓冲层被去除，可以避免氮化铝缓冲层破坏图形化蓝宝石衬底促使氮化镓选择方向进行横向生长的特性；而且，图形的顶部还设有二氧化硅层状结构，氮化镓材料和二氧化硅材料之间的晶格失配系数大于氮化镓材料和蓝宝石之间的晶格失配系数，氮化镓材料更不容易沉积在二氧化硅层状结构上，可以进一步促使氮化镓选择方向进行横向生长，合并和抵消氮化镓材料和蓝宝石晶格失配产生的位错和缺陷，提高外延片的生长质量。另一方面，图形化蓝宝石衬底除图形的顶部之外的区域上的氮化铝缓冲层保留，可以缓解氮化镓材料和蓝宝石之间的晶格失配，进一步提高外延片的生长质量，最终提高LED的发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管外延片的制作方法的流程图；
图2a-图2h是本发明实施例一提供的外延片制作过程中的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种发光二极管外延片的制作方法的流程图；
图4是本发明实施例三提供的一种发光二极管外延片的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制作方法，参见图1，该制作方法包括：
步骤101：提供一图形化蓝宝石衬底，图形化蓝宝石衬底的一个表面设有周期排列的图形。
图2a为步骤101执行之后外延片的结构示意图。其中，10表示图形化蓝宝石衬底，11表示图形。如图2a所示，若干图形11等间距地排列在图形化蓝宝石衬底10的一个表面上。
可选地，图形的底面上两点之间的最大距离可以等于相邻两个图形的间距。
其中，图形的底面为图形与图形化蓝宝石衬底接触的表面，图形的底面上两点之间的最大距离为图形与图形化蓝宝石衬底接触的区域内两点之间的最大距离。例如，图形为圆柱体或圆锥体，则图形的底面为圆形，图形的底面上两点之间的最大距离为圆形的直径。
相邻两个图形的间距为相邻两个图形与图形化蓝宝石衬底接触的区域的边缘之间的最短距离。例如，图形为圆锥体，则图形的底面为圆形，相邻两个图形的间距为两个圆形的圆心之间的距离与两个圆形的半径之差。
需要说明的是，图形的底面上两点之间的最大距离可以等于相邻两个图形的间距，相邻两个图形的斜面上生长的氮化镓材料可以较好地合并和抵消晶格失配产生的位错和缺陷。
具体地，图形的周期可以为2μm～5μm，图形的高度可以为1μm～5μm。
其中，图形的周期为相邻两个图形的形心之间的距离，图形的高度为图形上的点与图形的底面之间的最大距离。例如，图形为圆锥体，则图形的周期为相邻两个圆锥体的形心之间的距离，图形的高度为圆锥体的顶点与圆锥体的底面之间的距离。
需要说明的是，图形的周期为2μm～5μm，图形的高度为1μm～5μm，与业界常用的尺寸一致，可以采用现有技术提供图形化蓝宝石衬底，实现成本较低。
可选地，该步骤101可以包括：
第一步，提供一蓝宝石衬底，蓝宝石衬底的表面为平面。
第二步，在蓝宝石衬底的一个表面上涂覆光刻胶。
第三步，对光刻胶进行曝光和显影，留下图形所在区域的光刻胶。
第四步，对蓝宝石衬底涂覆光刻胶的表面进行干法刻蚀，形成图形。
第五步，去除光刻胶。
在实际应用中，可以先对蓝宝石衬底进行清洗，再采用匀胶机在拉闹事衬底的一个表面旋涂光刻胶，接着对光刻胶进行软烘；然后利用设定图形的掩膜版对光刻胶进行曝光(如果采用正性光刻胶，则对图形所在区域进行曝光；如果是负性光刻胶，则对除图形所在区域之外的区域进行曝光)，并在曝光完成后用显影液对光刻胶进行显影，去除除图形所在区域之外的区域的光刻胶，剩下图形所在区域的光刻胶；再次进行清洗和甩干之后，利用感应耦合等离子体刻蚀(英文：Inductively Coupled Plasma，简称：ICP)设备刻蚀蓝宝石衬底，形成周期排列的图形；最后利用去胶液去除剩余的光刻胶即可。
步骤102：在图形化蓝宝石衬底设有图形的表面上形成氮化铝缓冲层，氮化铝缓冲层包括位于图形上的第一部分、以及位于图形之间的第二部分。
图2b为步骤102执行之后外延片的结构示意图。其中，10表示图形化蓝宝石衬底，11表示图形，20表示氮化铝缓冲层，21表示第一部分，22表示第二部分。如图2b所示，第一部分21设置在图形11上，第二部分设置在图形11之间。
可选地，第一部分的厚度可以等于第二部分的厚度。采用常规技术在图形化蓝宝石衬底上铺设氮化铝材料即可，实现成本较低。
具体地，氮化铝缓冲层的厚度可以为10nm～500nm。若氮化铝缓冲层的厚度小于10nm，则无法缓解蓝宝石和氮化镓材料之间的晶格失配；若氮化铝缓冲层的厚度大于500nm，则会造成材料的浪费，而且会给图形顶部的氮化铝缓冲层的去除造成不必要的麻烦。
具体地，该步骤102可以包括：
采用物理气相沉积(英文：Physical Vapor Deposition，简称：PVD)技术在图形化蓝宝石衬底设有图形的表面上形成氮化铝缓冲层。
步骤103：在氮化铝缓冲层上涂覆光刻胶，位于第一部分上的光刻胶的厚度小于位于第二部分上的光刻胶的厚度。
需要说明的是，光刻胶是介于固体和液体之间的中间态物质，具有一定的流动性，涂覆在图形的氮化铝缓冲层(即第一部分)上的光刻胶在重力的作用下会向下移动到图形之间的凹槽内的氮化铝缓冲层(即第二部分)上，直到将凹槽填满，最终第二部分上的光刻胶的表面和第一部分上的光刻胶的表面基本上在同一平面。
图2c为步骤103执行之后外延片的结构示意图。其中，10表示图形化蓝宝石衬底，11表示图形，20表示氮化铝缓冲层，21表示第一部分，22表示第二部分，100表示光刻胶。如图2c所示，第一部分21和第二部分22上均设有光刻胶100，第一部分21上的光刻胶的厚度小于第二部分22上的光刻胶100的厚度。
可选地，位于第二部分上的光刻胶的厚度可以大于图形的高度，可以根据实际需要控制从光刻胶中露出的氮化铝缓冲层并进行去除。
具体地，位于第二部分上的光刻胶的厚度可以为1.5μm～2.5μm。若位于第二部分上的光刻胶的厚度小于1.5μm，则第二部分上的光刻胶很容易被去除，无法保护图形之间的氮化铝缓冲层不被去除，最终不能利用图形之间的氮化铝缓冲层缓解氮化镓材料和蓝宝石之间的晶格失配；若位于第二部分上的光刻胶的厚度大于2.5μm，则会造成光刻胶的滥用，提高制作成本。
可选地，该步骤103可以包括：
采用旋涂的方式在氮化铝缓冲层上涂覆光刻胶，旋涂的转速为500rpm～5000rpm。
需要说明的是，若旋涂的转速小于500rpm，则沉积在第一部分上的光刻胶较厚，会造成光刻胶的浪费；若旋涂的转速大于5000rpm，则光刻胶很容易被甩出，还是会造成光刻胶的浪费。
步骤104：对光刻胶进行干法刻蚀，直到去除位于第一部分的顶部的光刻胶。
其中，第一部分的顶部为第一部分中远离图形化蓝宝石衬底的部分。例如，图形为圆锥体，则第一部分的顶部为设置在圆锥体的顶点附近区域的氮化铝缓冲层。
图2d为步骤104执行之后外延片的结构示意图。其中，10表示图形化蓝宝石衬底，11表示图形，20表示氮化铝缓冲层，21表示第一部分，22表示第二部分，100表示光刻胶。如图2d所示，第二部分22的顶部的光刻胶被完全去除，第二部分22的顶部露出。
可选地，第一部分的顶部覆盖的图形的高度可以为图形的高度的1/4～1/2。一方面可以避免图形上的氮化铝缓冲层破坏氮化镓材料的三维生长，另一方面可以保证图形之间的氮化铝缓冲层缓解氮化镓材料和蓝宝石之间的晶格失配。
可选地，在步骤104之前，该制作方法还可以包括：
在光刻胶上旋涂显影液或去胶液，对光刻胶进行湿法腐蚀，旋涂的转速为100rpm～4000rpm。
需要说明的是，旋涂的转速为100rpm～4000rpm时，显影液或者去胶液的涂覆区域较好。
在实际应用中，若采用负性光刻胶和显影液，则先对负性光刻胶进行曝光，再采用显影液对曝光后的负性光刻胶进行湿法腐蚀；若采用正性光刻胶或者去胶液，则直接采用显影液对正性光刻胶进行湿法腐蚀，或者直接采用去胶液对正性光刻胶进行湿法腐蚀，或者直接采用去胶液对负性光刻胶进行湿法腐蚀。
可选地，湿法腐蚀的时长可以为10～60s。当湿法腐蚀的时长小于10s时，去除的光刻胶较少，无法有效提高生产效率；当湿法腐蚀的时长大于60s时，容易造成过腐蚀。
需要说明的是，由于干法刻蚀光刻胶的速率很低，如果完全采用干法刻蚀光刻胶，则会造成整个制作时间过长，生产效率低下。在干法刻蚀光刻胶之前，先采用湿法腐蚀的方式(利用显影液或者去胶液)去除部分光刻胶，可以大大提高光刻胶的去除速率，缩短制作时间，提高生产效率。另外，湿法腐蚀对光刻胶的去除进度无法精确控制，在湿法腐蚀光刻胶之后，再采用干法刻蚀，可以实现在位于第一部分的顶部的光刻胶去除完全时刚好停止，避免造成图形之间的氮化铝缓冲层过腐蚀。
具体地，该步骤104可以包括：
通入气体对光刻胶进行干法刻蚀，气体可以为氧气、或者四氟化碳、或者三氟甲烷、或者氧气和四氟化碳的混合气体、或者氧气和三氟甲烷的混合气体。
步骤105：去除第一部分的顶部。
图2e为步骤105执行之后外延片的结构示意图。其中，10表示图形化蓝宝石衬底，11表示图形，20表示氮化铝缓冲层，21表示第一部分，22表示第二部分，100表示光刻胶。如图2e所示，第二部分22的顶部被完全去除，图形11的顶部露出。
可选地，该步骤105可以包括：
采用腐蚀溶液去除第一部分的顶部，腐蚀溶液为氢氧化钾(KOH)溶液、或者氢氧化钠(NaOH)溶液、或者磷酸(H3PO4)和硝酸(HNO3)的混合溶液。
优选地，腐蚀溶液的温度可以为25℃～80℃。若腐蚀溶液的温度低于25℃，则腐蚀时间过长，生产效率较低；若腐蚀溶液的温度高于80℃，则很容易造成过腐蚀。
步骤106：在图形的顶部和剩余的光刻胶上铺设二氧化硅材料。
图2f为步骤106执行之后外延片的结构示意图。其中，10表示图形化蓝宝石衬底，11表示图形，20表示氮化铝缓冲层，21表示第一部分，22表示第二部分，100表示光刻胶，31表示二氧化硅材料。如图2f所示，图形11的顶部和光刻胶100上均设有二氧化硅材料31。
具体地，二氧化硅材料的厚度可以为1nm～100nm。若二氧化硅材料的厚度小于1nm，则起不到作用；若二氧化硅材料的厚度大于100nm，则造成的材料的浪费，还可能对外延片的生长质量造成不良影响。
具体地，该步骤106可以包括：
采用化学气相沉积(英文：Chemical Vapor Deposition，简称：CVD)技术在图形的顶部和剩余的光刻胶上铺设二氧化硅材料。
步骤107：去除剩余的光刻胶、以及位于剩余的光刻胶上的二氧化硅材料，位于图形的顶部的二氧化硅材料形成二氧化硅层状结构。
图2g为步骤107执行之后外延片的结构示意图。其中，10表示图形化蓝宝石衬底，11表示图形，20表示氮化铝缓冲层，21表示第一部分，22表示第二部分，30表示二氧化硅层状结构。如图2g所示，图形11的顶部的二氧化硅材料形成二氧化硅层状结构30。
具体地，该步骤107可以包括：
利用去胶液去除剩余的光刻胶、以及位于剩余的光刻胶上的二氧化硅材料。
步骤108：在二氧化硅层状结构和剩余的氮化铝缓冲层上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层。
图2h为步骤108执行之后外延片的结构示意图。其中，10表示图形化蓝宝石衬底，11表示图形，20表示氮化铝缓冲层，21表示第一部分，22表示第二部分，30表示二氧化硅层状结构，40表示N型氮化镓层，50表示发光层，60表示P型氮化镓层。
具体地，发光层包括多个量子阱层和多个量子垒层，多个量子阱层和多个量子垒层交替层叠设置。其中，量子阱层为铟镓氮(InGaN)层，量子垒层为氮化镓层。
更具体地，N型氮化镓层的厚度可以为2μm～3μm，多量子阱层的厚度可以为130nm～160nm，P型氮化镓层的厚度可以为50nm～80nm。
可选地，N型氮化镓层和氮化铝缓冲层、二氧化硅层状结构之间还可以设置非掺杂氮化镓层，以缓解N型氮化镓层和蓝宝石衬底之间的晶格失配。
优选地，非掺杂氮化镓层的厚度可以为2μm～3.5μm。
可选地，P型氮化镓层和发光层之间还可以设置电子阻挡层。具体地，电子阻挡层为铝镓氮(AlGaN)层。
优选地，电子阻挡层的厚度可以为30nm～50nm。
在实际应用中，可以将设有氮化铝缓冲层和二氧化硅层状结构的PSS放置在金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal Organic Chemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)设备中依次生长N型氮化镓层、发光层、电子阻挡层和P型氮化镓层。具体可以采用高纯氢气(H2)或高纯氮气(N2)或高纯氢气和高纯氮气的混合气体作为载气，高纯氨气(NH3)作为氮源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，三甲基铝(TMAl)作为铝源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂。反应室压力控制在100～600torr。
本发明实施例通过在图形化蓝宝石衬底上形成氮化铝缓冲层，并在氮化铝缓冲层上涂覆光刻胶，利用光刻胶在重力作用下会倾向于沉积在距离地面较近的表面上，使得在位于图形之间的氮化铝缓冲层上形成的光刻胶的厚度大于在位于图形上的氮化镓缓冲层上形成的光刻胶的厚度，对光刻胶进行干法刻蚀，位于图形的顶部的氮化铝缓冲层上的光刻胶会先被完全去除，此时可以接着去除位于图形的顶部的氮化铝缓冲层，保留图形化蓝宝石衬底除图形的顶部之外的区域上的氮化铝缓冲层。一方面，位于图形的顶部的氮化铝缓冲层被去除，可以避免氮化铝缓冲层破坏图形化蓝宝石衬底促使氮化镓选择方向进行横向生长的特性；而且，图形的顶部还设有二氧化硅层状结构，氮化镓材料和二氧化硅材料之间的晶格失配系数大于氮化镓材料和蓝宝石之间的晶格失配系数，氮化镓材料更不容易沉积在二氧化硅层状结构上，可以进一步促使氮化镓选择方向进行横向生长，合并和抵消氮化镓材料和蓝宝石晶格失配产生的位错和缺陷，提高外延片的生长质量。另一方面，图形化蓝宝石衬底除图形的顶部之外的区域上的氮化铝缓冲层保留，可以缓解氮化镓材料和蓝宝石之间的晶格失配，进一步提高外延片的生长质量，最终提高LED的发光效率。
实施例二
本发明实施例提供了一种一种发光二极管外延片的制作方法，本实施例提供的制作方法是实施例二提供的制作方法的一种具体实现方式。参见图3，该制作方法包括：
步骤201：提供一图形化蓝宝石衬底，图形化蓝宝石衬底的一个表面设有周期排列的图形，图形的周期为3μm，图形的高度为1.6μm。
步骤202：在图形化蓝宝石衬底设有图形的表面上形成厚度为300nm的氮化铝缓冲层，氮化铝缓冲层包括位于图形上的第一部分、以及位于图形之间的第二部分。
步骤203：在氮化铝缓冲层上涂覆光刻胶，位于第一部分上的光刻胶的厚度小于位于第二部分上的光刻胶的厚度，位于第二部分上的光刻胶的厚度为2μm。
步骤204：对光刻胶进行干法刻蚀，直到去除位于第一部分的顶部的光刻胶，第一部分的顶部覆盖的图形的高度为图形的高度的1/3。
步骤205：采用湿法腐蚀技术去除第一部分的顶部。
步骤206：在图形的顶部和剩余的光刻胶上铺设厚度为50nm的二氧化硅材料。
步骤207：采用湿法腐蚀技术去除剩余的光刻胶、以及位于剩余的光刻胶上的二氧化硅材料，位于图形的顶部的二氧化硅材料形成二氧化硅层状结构。
步骤208：在二氧化硅层状结构和剩余的氮化铝缓冲层上依次生长厚度为2.75μm的非掺杂氮化镓层、2.5μm的N型氮化镓层、厚度为145nm的发光层、厚度为65nm的电子阻挡层和厚度为40nm的P型氮化镓层。
经过测试，本实施例制作的外延片制成的芯片与氮化铝缓冲层完全覆盖在PSS上的芯片相比，发光效率提高了2％。
实施例三
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，本实施例提供的外延片可以采用实施例一或实施例二提供的制作方法制作而成，参见图4，该发光二极管外延片包括图形化蓝宝石衬底10、氮化铝缓冲层20、二氧化硅层状结构30、N型氮化镓层40、发光层50和P型氮化镓层60，图形化蓝宝石衬底10的一个表面设有周期排列的图形11，二氧化硅层状结构30设置在各个图形11的顶部，氮化铝缓冲层20设置在图形化蓝宝石衬底10除图形11的顶部之外的区域上，N型氮化镓层40设置在氮化铝缓冲层20和二氧化硅层状结构30上，发光层50设置在N型氮化镓层40上，P型氮化镓层60设置在50发光层上。
本发明实施例通过去除位于图形的顶部的氮化铝缓冲层，可以避免氮化铝缓冲层破坏图形化蓝宝石衬底促使氮化镓选择方向进行三维生长的特性；并且在图形的顶部设置二氧化硅层状结构，氮化镓材料和二氧化硅材料之间的晶格失配系数大于氮化镓材料和蓝宝石之间的晶格失配系数，氮化镓材料更不容易沉积在二氧化硅层状结构上，可以进一步促使氮化镓选择方向进行三维生长，晶格失配产生的位错和缺陷会合并和抵消，外延片的生长质量得到提高。同时保留图形化蓝宝石衬底除图形的顶部之外的区域上的氮化铝缓冲层，可以缓解氮化镓材料和蓝宝石之间的晶格失配，进一步提高外延片的生长质量，最终提高LED的发光效率。
可选地，图形11的底面上两点之间的最大距离可以等于相邻两个图形11的间距。
具体地，图形11的周期可以为2μm～5μm，图形11的高度可以为1μm～5μm。氮化铝缓冲层20的厚度可以为10nm～500nm。二氧化硅层状结构30的厚度可以为1nm～100nm。N型氮化镓层的厚度可以为2μm～3μm。发光层包括多个量子阱层和多个量子垒层，多个量子阱层和多个量子垒层交替层叠设置；量子阱层为铟镓氮层，量子垒层为氮化镓层；多量子阱层的厚度可以为130nm～160nm。P型氮化镓层的厚度可以为50nm～80nm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管外延片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供一图形化蓝宝石衬底，所述图形化蓝宝石衬底的一个表面设有周期排列的图形；
在所述图形化蓝宝石衬底设有所述图形的表面上形成氮化铝缓冲层，所述氮化铝缓冲层包括位于所述图形上的第一部分、以及位于所述图形之间的第二部分；
在所述氮化铝缓冲层上涂覆光刻胶，位于所述第一部分上的光刻胶的厚度小于位于所述第二部分上的光刻胶的厚度；
对所述光刻胶进行干法刻蚀，直到去除位于所述第一部分的顶部的光刻胶；
去除所述第一部分的顶部；
在所述图形的顶部和剩余的所述光刻胶上铺设二氧化硅材料；
去除剩余的所述光刻胶、以及位于剩余的所述光刻胶上的二氧化硅材料，位于所述图形的顶部的二氧化硅材料形成二氧化硅层状结构；
在所述二氧化硅层状结构和剩余的所述氮化铝缓冲层上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述提供一图形化蓝宝石衬底，包括：
提供一蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的表面为平面；
在所述蓝宝石衬底的一个表面上涂覆光刻胶；
对所述光刻胶进行曝光和显影，留下所述图形所在区域的光刻胶；
对所述蓝宝石衬底涂覆所述光刻胶的表面进行干法刻蚀，形成所述图形；
去除所述光刻胶。
3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述图形的底面上两点之间的最大距离等于相邻两个所述图形的间距。
4.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述第一部分的厚度等于所述第二部分的厚度。
5.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述在所述氮化铝缓冲层上涂覆光刻胶，包括：
采用旋涂的方式在所述氮化铝缓冲层上涂覆光刻胶，旋涂的转速为500rpm～5000rpm。
6.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，位于所述第二部分上的光刻胶的厚度大于所述图形的高度。
7.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：
在所述对所述光刻胶进行干法刻蚀之前，在所述光刻胶上旋涂显影液或去胶液，对所述光刻胶进行湿法腐蚀，旋涂的转速为100rpm～4000rpm。
8.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述去除所述第一部分的顶部，包括：
采用腐蚀溶液去除所述第一部分的顶部，所述腐蚀溶液为氢氧化钾溶液、或者氢氧化钠溶液、或者磷酸和硝酸的混合溶液。
9.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述第一部分的顶部覆盖的图形的高度为所述图形的高度的1/4～1/2。
10.一种发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片包括图形化蓝宝石衬底、氮化铝缓冲层、二氧化硅层状结构、N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，所述图形化蓝宝石衬底的一个表面设有周期排列的图形，所述二氧化硅层状结构设置在各个所述图形的顶部，所述氮化铝缓冲层设置在所述图形化蓝宝石衬底除所述图形的顶部之外的区域上，所述N型氮化镓层设置在所述氮化铝缓冲层和所述二氧化硅层状结构上，所述发光层设置在所述N型氮化镓层上，所述P型氮化镓层设置在所述发光层上。
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