CN203674245U - Led 结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的一种LED结构，该LED结构包括：衬底；反射层，覆盖所述衬底；LED发光结构，位于所述反射层上，该LED发光结构包括上层半导体层、下层半导体层以及位于该上层半导体层和下层半导体层之间的多量子阱层，所述上层半导体层和下层半导体层其中一个是P型掺杂，另一个是N型掺杂。本实用新型无需衬底转移或者衬底图形化就能克服吸光问题，有利于降低制造成本，而且有利于减少采用MOCVD形成LED发光结构时的生长时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体光电芯片技术领域，尤其涉及一种LED结构。
背景技术
半导体发光二极管(LED)是新型固态冷光源，其具有能效高、寿命长、体积小、电压低等诸多优点，广泛应用于人们的日常生活，例如交通红绿灯、车头灯、户外显示器、手机背光源，电器的指示灯、部分照明路灯等都广泛采用LED。尤其而言，在节能环保方面，LED灯相比普通白炽灯和荧光灯具有明显的优势，因此未来LED光源代替传统光源成为主要照明光源已经成为共识。
然而要代替传统光源，LED的成本要尽可能低。目前LED发光结构通常都是采用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术异质外延制备。其中，常用的异质衬底目前主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底。
其中，硅衬底以其便宜的价格，大尺寸等优势，在LED照明上具有极其明显的优势。但是，由于硅衬底具有吸光特性，因此硅衬底上的外延层需要转移到另外的衬底上以制备成垂直结构LED芯片。虽然通过硅衬底转移得到的垂直结构LED芯片有很多的优势，但是芯片的成本会升高。
此外，采用蓝宝石衬底则需要额外的图形化衬底工艺，也会增加器件成本。
另外，目前的LED发光结构中的外延层厚度基本为5-7μm，对于这样的厚度，在常规的MOCVD设备中需要生长7-9个小时，如此长的时间需要耗费大量的金属有机化合物源，导致芯片成本上升。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是提供一种LED结构，无需衬底转移或者衬底图形化就能克服吸光问题，有利于降低制造成本。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种LED结构，包括：
衬底；
反射层，覆盖所述衬底；
LED发光结构，位于所述反射层上，该LED发光结构包括上层半导体层、下层半导体层以及位于该上层半导体层和下层半导体层之间的多量子阱层，所述上层半导体层和下层半导体层其中一个是P型掺杂，另一个是N型掺杂。
根据本实用新型的一个实施例，所述反射层对于440～550nm波长的反射率高于95%。
根据本实用新型的一个实施例，所述反射层为布拉格反射镜结构。
根据本实用新型的一个实施例，所述反射层的材料为氧化硅和氧化钛。
根据本实用新型的一个实施例，所述反射层的厚度为2～3μm。
根据本实用新型的一个实施例，所述LED发光结构和反射层之间还具有AlN缓冲层，该AlN缓冲层覆盖所述反射层，该LED发光结构位于所述AlN缓冲层上。
根据本实用新型的一个实施例，该AlN缓冲层为择优取向的AlN缓冲层。
根据本实用新型的一个实施例，所述AlN缓冲层的厚度为100nm～500nm。
根据本实用新型的一个实施例，该LED结构还包括：
贯穿所述上层半导体层和多量子阱层的台阶；
位于该台阶下的下层半导体层表面的第一焊盘，该第一焊盘与所述下层半导体层电连接；
位于该台阶上的上层半导体层表面的透明导电膜，该透明导电膜与所述上层半导体层电连接；
位于该透明导电膜上的第二焊盘，该第二焊盘与所述透明导电膜电连接。
根据本实用新型的一个实施例，所述衬底为硅衬底或蓝宝石衬底。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
本实用新型实施例的LED结构中，在衬底上和LED发光结构之间形成有反射层，反射层能够避免衬底的吸光，从而无需做衬底转移或者衬底图形化，有利于降低制造成本。
另外，本实用新型实施例的LED结构中，在LED发光结构和反射层之间还具有AlN缓冲层，其能够减少形成LED发光结构所需要的MOCVD生长时间，从而有利于节约金属有机化合物源，以降低成本。而且该AlN缓冲层的形成方法优 选为溅射，溅射法应用广泛，适合量产。
附图说明
图1是本实用新型实施例的LED结构的制造方法的流程示意图；
图2至图5是实用新型实施例的LED结构的制造方法中各个步骤对应的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。
参考图1，本实用新型的LED结构的制造方法包括如下步骤：
步骤S11，提供衬底；
步骤S12，形成反射层，该反射层覆盖所述衬底；
步骤S13，在所述反射层上形成LED发光结构，该LED发光结构包括上层半导体层、下层半导体层以及位于该上层半导体层和下层半导体层之间的多量子阱层，所上层半导体层和下层半导体层其中一个是P型掺杂，另一个是N型掺杂。
下面结合具体实施例进行详细说明。
第一实施例
参考图2，提供衬底11，作为一个非限制性的例子，本实施例中的衬底11为硅衬底，例如可以是2-8寸的硅衬底。
之后，在衬底11的表面上通过形成反射层12。该反射层12优选为布拉格反射镜结构，例如可以通过蒸发或溅射的方法形成氧化硅（SiO2）和氧化钛（TiO2）周期结构，也即布拉格反射镜结构。优选地，可以采用离子辅助蒸发来沉积SiO2和TiO2周期结构。通过调整膜厚，可以使得形成的反射层12在440-550nm波长之间的反射率高于95%，其厚度范围优选为0.1～100μm，更加优选为2～3μm。
例如，在本实施例中，该布拉格反射镜的周期为28个周期，其厚度为2.13um左右。
参考图3，在反射层12上形成AlN缓冲层13，该AlN缓冲层优选为择优取向的AlN缓冲层，其厚度优选为100nm～500nm，更加优选为300nm。
AlN缓冲层13的形成方法可以是溅射法，优选为射频磁控溅射法。射频磁控溅射法是一种大面积、低成本的薄膜制备技术，它具有沉积温度低、可控性强、薄膜结构和表面比较均匀等特点。更加具体而言，采用射频磁控溅射法形成AlN缓冲层13的工艺条件可以为：采用铝靶，工作气压为1.3Pa，功率为100W，衬底11的温度为100℃，溅射气氛中N2的浓度为20%；或者，也可以采用如下工艺条件：采用铝靶，工作气压为0.8Pa，功率为1400W，衬底11的温度为400℃，溅射气氛中N2的浓度为80%。
参考图4，在AlN缓冲层13上形成LED发光结构17，其包括上层半导体层16、下层半导体层14以及位于二者时间的多量子阱（MQW）层15，上层半导体层16和下层半导体层14其中之一为N型掺杂，另一个为P型掺杂。
作为一个非限制性的例子，可以通过有机物化学气相沉积（MOCVD）在AlN缓冲层上沉积1.5μm的n-GaN，作为下层半导体层14；接下来沉积100nm的多量子阱层15；之后再沉积150nm的p-GaN，作为上层半导体层16。需要说明的是，LED发光结构17的结构以及形成方法还可以采用本领域技术人员公知的其他结构和方法，由于此部分并非本实用新型的重点，在此不做过多描述。
参考图5，通过芯片制造工艺将图4所示的结构制造成平面结构的LED芯片。
首先，在LED发光结构17中形成贯穿上层半导体层16和多量子阱层15的台阶，台阶的形成工艺可以是刻蚀或其他适当的工艺。例如，可以刻蚀到下层半导体层14的剩余厚度为1.2μm。
之后，可以在台阶上的上层半导体层16表面形成透明导电膜19，例如氧化铟锡（ITO），其形成方法可以是电子束蒸发，其厚度可以是3000埃。在形成透明导电膜19后，可以退火形成欧姆接触。
之后，可以在台阶下的下层半导体层14表面形成第一焊盘18，以及在台阶上的上层半导体层16表面形成第二焊盘20。
由上，第一实施例在硅衬底上形成反射层，LED发光结构位于反射层上方，避免了硅衬底的吸光，无需进行衬底转移，有利于降低成本。
而且，本实施例还在反射层上形成AlN缓冲层，使得LED发光结构的整体厚度无需很厚，例如在一个实例中只需要生长1～2μm的LED发光结构，而现有技术中常规的LED发光结构的厚度通常为5～7μm，因此本实施例的制造方法可以缩 短MOCVD的时间，大大降低了制造成本。
第二实施例
参考图2，提供衬底11，本实施例的衬底11为蓝宝石衬底。之后在衬底11上形成反射层12。反射层12的材料、结构、形成过程请参考第一实施例，这里不再赘述。
参考图3，在反射层12上形成AlN缓冲层13。在第二实施例中，AlN的形成方法仍然为射频磁控溅射法，不过不采用Al靶反应生成AlN，而是采用AlN靶材直接溅射得到择优取向的AlN缓冲层13。具体的工艺条件为：工作气压为2.0Pa，功率为300W，温度为370℃，溅射气氛中N2的浓度99.99%。
参考图4，采用MOCVD方法在AlN缓冲层13上沉积LED发光结构17。其具体形成过程请参考第一实施例，这里不再赘述。
参考图5，通过芯片制造工艺将图4所示结构制造成平面结构的LED芯片，其具体工艺步骤请参考第一实施例，这里不再赘述。
第二实施例在蓝宝石衬底上形成反射层，然后再形成LED发光结构，避免了蓝宝石衬底图形化的过程，有利于降低成本。
另外，第二实施例也在反射层上形成AlN缓冲层，使得无需在昂贵的MOCVD设备中生长很厚的LED发光结构，有利于进一步降低制造成本。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，只是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单的修改、等同的变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种LED结构，其特征在于，包括：
衬底；
反射层，覆盖所述衬底；
LED发光结构，位于所述反射层上，该LED发光结构包括上层半导体层、下层半导体层以及位于该上层半导体层和下层半导体层之间的多量子阱层，所述上层半导体层和下层半导体层其中一个是P型掺杂，另一个是N型掺杂。
2.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述反射层对于440～550nm波长的反射率高于95％。
3.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述反射层为布拉格反射镜结构。
4.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述反射层的厚度为2μm～3μm。
5.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述LED发光结构和反射层之间还具有AlN缓冲层，该AlN缓冲层覆盖所述反射层，该LED发光结构位于所述AlN缓冲层上。
6.根据权利要求5所述的LED结构，其特征在于，该AlN缓冲层为择优取向的AlN缓冲层。
7.根据权利要求5所述的LED结构，其特征在于，所述AlN缓冲层的厚度为100nm～500nm。
8.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，还包括：
贯穿所述上层半导体层和多量子阱层的台阶；
位于该台阶下的下层半导体层表面的第一焊盘，该第一焊盘与所述下层半导体层电连接；
位于该台阶上的上层半导体层表面的透明导电膜，该透明导电膜与所述上层半导体层电连接；
位于该透明导电膜上的第二焊盘，该第二焊盘与所述透明导电膜电连接。
9.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述衬底为硅衬底或蓝宝石衬底。
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