CN109802017A - Led外延片及制作方法、led芯片 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及LED技术领域，提出一种LED外延片生成方法，该方法包括：提供一衬底基板；在所述衬底基板上形成图案化的种子层，所述种子层的非镂空区域包括与待形成LED芯片所需外延层形状、大小相同的图案；根据成核外延原理在所述种子层的非镂空区域上形成外延层；其中，所述基板材料与所述外延层材料的晶格失配率大于所述种子层材料与所述外延层材料的晶格失配率。本公开提供的LED外延片生成方法可以直接在衬底基板上形成待形成LED芯片所需的外延层图案，避免了在形成LED芯片时由于对外延层的刻蚀导致的对LED芯片发光层的损坏。
Description
技术领域
本公开涉及LED技术领域，尤其涉及一种LED外延片及制作方法、LED芯片。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，LED芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。
LED芯片一般是通过对LED外延片进一步加工制作形成。LED外延片一般包括衬底基板和形成于衬底基板上的外延层。在通过LED外延片形成LED芯片过程中，需要对LED外延片上的外延层进行刻蚀以形成LED芯片所需要形状、大小的外延层图案。
然而，在对LED外延片上的外延层进行刻蚀时，容易对外延层中用于发光的有源层的边沿造成破坏，从而影响LED芯片的发光效率。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
公开内容
本公开的目的在于提供一种LED外延片及制作方法、LED芯片，进而至少在一定程度上克服相关技术中，由于对外延层进行刻蚀导致LED芯片发光率低的问题。
根据本公开的一个方面，提供一种LED外延片生成方法，该方法包括：
提供一衬底基板；
在所述衬底基板上形成图案化的种子层，所述种子层的非镂空区域包括与待形成LED芯片所需外延层形状、大小相同的图案；
根据成核外延原理在所述种子层的非镂空区域上形成外延层；
其中，所述衬底基板材料与所述外延层材料的晶格失配率大于所述种子层材料与所述外延层材料的晶格失配率。
在本公开的一种示例性实施例中，所述衬底基板包括蓝宝石、碳化硅、单晶硅中的一种或多种。
在本公开的一种示例性实施例中，所述外延层包括氮化镓基材，所述种子层包括氮化镓、氮化铝、砷化镓中的一种或多种。
在本公开的一种示例性实施例中，在所述衬底基板上形成图案化的种子层，包括：
在所述衬底基板上形成种子材料层；
在所述种子材料层上形成光刻胶层；
通过曝光、显影、刻蚀工艺将所述种子材料层形成具有图案化的所述种子层。
在本公开的一种示例性实施例中，所述外延层包括依次形成于所述种子层非镂空区域的第一掺杂层、有源层、第二掺杂层；
在所述种子层的非镂空区域上形成外延层，包括：
根据成核外延原理利用金属有机化学气相沉积法将在所述种子层的非镂空区域依次形成所述第一掺杂层、有源层、第二掺杂层。
根据本公开的一个方面，提供一种LED外延片，该外延片包括：衬底基板、种子层以及外延层。种子层包括镂空区域和非镂空区域，所述种子层的非镂空区域包括与待形成LED芯片所需外延层形状、大小相同的图案；外延层形成于所述种子层的非镂空区域；其中，所述衬底基板材料与所述外延层材料的晶格失配率大于所述种子层材料与所述外延层材料的晶格失配率。
在本公开的一种示例性实施例中，所述衬底基板包括蓝宝石、碳化硅、单晶硅中的一种或多种。
在本公开的一种示例性实施例中，所述外延层为氮化镓基材，所述种子层包括氮化镓、氮化铝、砷化镓中的一种或多种。
在本公开的一种示例性实施例中，所述外延层包括依次形成于所述衬底基板的第一掺杂层、有源层、第二掺杂层。
根据本公开的一个方面，提供一种LED芯片，通过上述的LED外延片制成。
本发明提供一种LED外延片及制作方法、LED芯片。该种LED外延片制作方法，在基板上设置预设图案的种子层，通过在种子层的非镂空区域上选择生长外延层，从而实现直接在衬底基板上形成待形成LED芯片所需要形状、大小的外延层图案。一方面，该方法形成的外延片在制作LED芯片时，不需要对外延片的外延层进行刻蚀，从而避免了刻蚀对外延层中用于发光的有源层的影响，增加了LED芯片的发光率；另一方面，该种子层还可以缓解由于衬底基板与外延层之间晶格失配和热失配造成的应力。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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1-2为相关技术中LED外延片制作过程的结构示意图；
图3为LED外延片制作LED芯片一制作过程的结构示意图；
图4为本公开LED外延片生成方法一种示例性实施例的流程图；
图5-8为本公开LED外延片生成方法一种示例性实施例的结构示意图；
图9为本公开LED外延片一种示例性实施例的结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“高”“低”“顶”“底”“左”“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。
如图1-2所示，为相关技术中LED外延片制作过程的结构示意图。相关技术中，LED外延片的制作一般包括：首先提供一衬底基板1，然后在该衬底基板上形成外延层2。如图3所示，为LED外延片制作LED芯片一制作过程的结构示意图，在利用LED外延片制作LED芯片过程中，需要外延片上的外延层通过刻蚀技术形成多个待形成LED芯片所需的外延层图案3。然而，在对LED外延片上的外延层进行刻蚀时，容易对外延层图案3中用于发光的有源层的边沿造成破坏，从而影响LED芯片的发光效率。
基于此，本示例性实施例首先提供一种LED外延片生成方法，如图4所示，为本公开LED外延片生成方法一种示例性实施例的流程图；该方法包括：
步骤S1：提供一衬底基板；
步骤S2：在所述衬底基板上形成图案化的种子层，所述种子层的非镂空区域包括与待形成LED芯片所需外延层形状、大小相同的图案；
步骤S3：根据成核外延原理在所述种子层的非镂空区域上形成外延层；
其中，所述衬底基板材料与所述外延层材料的晶格失配率大于所述种子层材料与所述外延层材料的晶格失配率。
本发明提供一种LED外延片制作方法。该LED外延片制作方法包括，提供一衬底基板；在衬底基板上设置图案化的种子层，所述种子层的非镂空区域包括与待形成LED芯片所需外延层形状、大小相同的图案；根据成核外延原理，在种子层上形成外延层时，由于所述衬底基板材料与所述外延层材料的晶格失配率大于所述种子层材料与所述外延层材料的晶格失配率，外延层材料在衬底基板和种子层上具有不同的成核条件，从而可以在种子层的非镂空区域上选择性生长外延层，从而实现直接在衬底基板上形成待形成LED芯片所需要形状、大小的外延层图案。一方面，该方法形成的外延片在制作LED芯片时，不需要对外延片的外延层进行刻蚀，从而避免了刻蚀对外延层中用于发光的有源层的影响，增加了LED芯片的发光率；另一方面，该种子层还可以缓解由于衬底基板与外延层之间晶格失配和热失配造成的应力。
本示例性实施例中，如图5-8所示，为本公开LED外延片生成方法一种示例性实施例的结构示意图。本示例性实施例首先可以提供一衬底基板4。
本示例性实施例中，在所述衬底基板上形成图案化的种子层，可以包括：在所述衬底基板4上形成种子材料层5；在所述种子材料层上形成光刻胶层；通过曝光、显影、刻蚀工艺将所述种子材料层形成具有图案化的所述种子层6。其中，在所述衬底基板上形成种子材料层可以通过蒸镀、涂覆等工艺在衬底基板上形成种子材料层。在所述种子材料层上形成光刻胶层可以通过涂覆等工艺在衬底基板上形成光刻胶层，该光刻胶可以为正光刻胶也可以为负光刻胶。应该理解的是，在其他示例性实施例中，在所述衬底基板上形成图案化的种子层还可以有更多的选择方式，例如，在衬底基板上设置掩膜版，然后通过蒸镀的方式直接在衬底基板上形成图案化的种子层。然后，可以根据成核外延原理在所述种子层6的非镂空区域上形成外延层7。
本示例性实施例中，所述衬底基板4可以包括蓝宝石、碳化硅、单晶硅中的一种或多种。对应的，所述外延层可以包括氮化镓基材，所述种子层可以包括氮化镓、氮化铝、砷化镓中的一种或多种。其中，所述衬底基板材料与所述外延层材料的晶格失配率大于所述种子层材料与所述外延层材料的晶格失配率。应该理解的是，在其他示例性实施例中，衬底基板、种子层、外延层还有更多的材料可供选择，这些都属于本公开的保护范围。
本示例性实施例中，所述外延层6可以包括依次形成于所述种子层非镂空区域的第一掺杂层、有源层、第二掺杂层。本示例性实施例以氮化镓(GaN)基LED为例进行说明，第一掺杂层可以为N型GaN组成的N型半导体层，有源层可以为InGaN/GaN组成的多量子阱层，第二掺杂层可以为P型GaN组成的P型半导体层。P型半导体上多余的空穴和N型半导体上多余的电子在有源层结合时可以发生发光现象。应该理解的是，外延层还有更多的结构可供选择，这些都属于本公开的保护范围。
在所述种子层的非镂空区域上形成外延层，可以包括：
根据成核外延原理利用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)将在所述种子层的非镂空区域依次形成所述第一掺杂层、有源层、第二掺杂层。其中，衬底基板材料与第一掺杂层、有源层、第二掺杂层材料的晶格失配率均大于所述种子层材料与所述外延层材料的晶格失配率，从而可以选择性的依次在种子层的非镂空区域形成第一掺杂层、有源层、第二掺杂层。应该理解的是，在其他示例性实施例中，在所述种子层的非镂空区域上形成外延层还有更多的方法可供选择，例如，可以利用金属有机气相外延(MOVPE)等气相外延方法生长。
本示例性实施例还提供一种LED外延片，如图9所示，为本公开LED外延片一种示例性实施例的结构示意图，该外延片包括：衬底基板81、种子层以及外延层83。种子层包括镂空区域821和非镂空区域822，所述种子层的非镂空区域822包括与待形成LED芯片所需外延层形状、大小相同的图案；外延层形成于所述种子层的非镂空区域；其中，所述衬底基板材料与所述外延层材料的晶格失配率大于所述种子层材料与所述外延层材料的晶格失配率。
本示例性实施例中，所述衬底基板包括蓝宝石、碳化硅、单晶硅中的一种或多种。
本示例性实施例中，所述外延层为氮化镓基材，所述种子层包括氮化镓、氮化铝、砷化镓中的一种或多种。
本示例性实施例中，所述外延层包括依次形成于所述衬底基板的第一掺杂层、有源层、第二掺杂层。
本示例性实施例提供的LED外延片与上述的LED外延片生成方法具有相同的技术特征和工作原理，此处不再赘述。
本示例性实施例还提供一种LED芯片，通过上述的LED外延片制成。
本示例性实施例提供的LED芯片与上述的LED外延片具有相同的技术特征和工作原理，此处不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
上述所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中，如有可能，各实施例中所讨论的特征是可互换的。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
Claims (10)
1.一种LED外延片生成方法，其特征在于，包括：
提供一衬底基板；
在所述衬底基板上形成图案化的种子层，所述种子层的非镂空区域包括与待形成LED芯片所需外延层形状、大小相同的图案；
根据成核外延原理在所述种子层的非镂空区域上形成外延层；
其中，所述衬底基板材料与所述外延层材料的晶格失配率大于所述种子层材料与所述外延层材料的晶格失配率。
2.根据权利要求1所述的LED外延片生成方法，其特征在于，所述衬底基板包括蓝宝石、氮化硅、单晶硅中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的LED外延片生成方法，其特征在于，所述外延层包括氮化镓基材，所述种子层包括氮化镓、氮化铝、砷化镓中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的LED外延片生成方法，其特征在于，在所述衬底基板上形成图案化的种子层，包括：
在所述衬底基板上形成种子材料层；
在所述种子材料层上形成光刻胶层；
通过曝光、显影、刻蚀工艺将所述种子材料层形成具有图案化的所述种子层。
5.根据权利要求1所述的LED外延片生成方法，其特征在于，所述外延层包括依次形成于所述种子层非镂空区域的第一掺杂层、有源层、第二掺杂层；
根据成核外延原理在所述种子层的非镂空区域上形成外延层，包括：
根据成核外延原理利用金属有机化学气相沉积法将在所述种子层的非镂空区域依次形成所述第一掺杂层、有源层、第二掺杂层。
6.一种LED外延片，其特征在于，包括：
衬底基板；
种子层，包括镂空区域和非镂空区域，所述种子层的非镂空区域包括与待形成LED芯片所需外延层形状、大小相同的图案；
外延层，形成于所述种子层的非镂空区域；
其中，所述衬底基板材料与所述外延层材料的晶格失配率大于所述种子层材料与所述外延层材料的晶格失配率。
7.根据权利要求6所述的LED外延片，其特征在于，所述衬底基板包括蓝宝石、碳化硅、单晶硅中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的LED外延片，其特征在于，所述外延层为氮化镓基材，所述种子层包括氮化镓、氮化铝、砷化镓中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的LED外延片，其特征在于，所述外延层包括依次形成于所述衬底基板的第一掺杂层、有源层、第二掺杂层。
10.一种LED芯片，通过权利要求6-9任一项所述的LED外延片制成。
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