CN209675324U - 一种底层带有凹纳米图形的led外延结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种底层带有凹纳米图形的LED外延结构，所述底层带有凹纳米图形的LED外延结构，包括蓝宝石衬底以及位于所述蓝宝石衬底表面依次设置的缓冲层、凹型纳米图形层、非掺杂层、第一型半导体层、多量子阱层和第二型半导体层；其中，由于凹型纳米图形层的存在，可以释放由于GaN与蓝宝石衬底之间的晶格失配和热失配大产生的应力，减少外延缺陷，从而提高LED的晶格质量，增加LED的内量子效率。另外，凹型纳米图形层部分覆盖缓冲层，凹型纳米图形层制作过程中，采用纳米压印技术形成，压印至裸露局部缓冲层，这样能够改变从多量子阱层发出的光的方向，减少全反射，从而提高LED的外量子效率。

Description

一种底层带有凹纳米图形的LED外延结构

技术领域

本实用新型涉及半导体器件制作领域，尤其涉及一种底层带有凹纳米图形的LED外延结构。

背景技术

LED是一种节能光源，随着发光二极管(LED)发光效率的不断提高，LED能够取代白炽灯的地位。LED已经广泛应用于手机背光、液晶显示屏背光、信号灯、建筑景观、特殊照明等领域，并日益向普通照明、汽车照明等领域拓展。

GaN及其合金是目前最有前景的半导体材料之一，其禁带宽度分布从1.95eV到6.2eV，可制备从可见光到紫外波段的发光器，Ⅱ－VI族化合物半导体因高温稳定性和高饱和迁移率越来越受到人们的关注，GaN基蓝绿发光二极管已经商品化，并且在稳定性及高亮方面已经取得了突破性进展，然而仍然存在LED内量子效率较低的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种底层带有凹纳米图形的LED外延结构，以解决现有技术中LED内量子效率较低的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种底层带有凹纳米图形的LED外延结构，包括：

蓝宝石衬底；

位于所述蓝宝石衬底上，沿背离所述蓝宝石衬底方向依次设置的缓冲层、凹型纳米图形层、非掺杂层、第一型半导体层、多量子阱层和第二型半导体层；

其中，所述凹型纳米图形层覆盖部分所述缓冲层，所述凹型纳米图形层的厚度小于或等于所述非掺杂层的厚度，且所述凹型纳米图形层的材质为二氧化硅。

优选地，所述凹型纳米图形层在所述蓝宝石衬底上的投影轮廓最宽处宽度为180nm～280nm，包括端点值。

优选地，所述凹型纳米图形层在垂直于所述蓝宝石衬底的方向上的厚度为50nm～200nm，包括端点值；所述凹型纳米图形层的横纵比值大于或等于1。

优选地，所述凹型纳米图形层采用纳米压印技术形成。

优选地，所述凹型纳米图形层的凹型结构为半球形凹槽、圆锥形凹槽或倒梯形凹槽。

优选地，所述凹型纳米图形层的面密度范围为5*10⁸cm^-2～9*10⁸cm^-2，包括端点值。

优选地，所述缓冲层的材质为AlN；或所述缓冲层为AlGaN层与AlN层的叠层结构。

优选地，所述蓝宝石衬底为图形化蓝宝石衬底或蓝宝石平片衬底。

经由上述的技术方案可知，本实用新型提供的底层带有凹纳米图形的LED外延结构，包括蓝宝石衬底以及位于所述蓝宝石衬底表面依次设置的缓冲层、凹型纳米图形层、非掺杂层、第一型半导体层、多量子阱层和第二型半导体层；其中，由于凹型纳米图形层的存在，可以释放由于GaN与蓝宝石衬底之间的晶格失配和热失配大产生的应力，减少外延缺陷，从而提高LED的晶格质量，增加LED的内量子效率。另外，凹型纳米图形层部分覆盖缓冲层，凹型纳米图形层制作过程中，采用纳米压印技术形成，压印至裸露局部缓冲层，由于缓冲层的折射率与非掺杂层的折射率，以及凹型纳米图形层的折射率不相同，这样能够改变从多量子阱层发出的光的方向，减少全反射，从而提高LED的外量子效率。

同时，由于凹型纳米图形层的侧壁完全没有缓冲层结构，避免后续外延生长非掺杂层时的图形侧壁应力在凹型纳米图形中急剧加大，导致第一型半导体层生长过程中凹凸严重，影响后续多量子阱层材料的晶体质量，从而避免影响发光效率和产品良率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种底层带有凹纳米图形的LED外延结构示意图；

图2-图4为本实用新型实施例提供的凹型纳米图形层制作使用的模板结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种底层带有凹纳米图形的LED外延结构制作方法流程图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中LED的内量子效率较低，还有待提高。

发明人发现出现上述问题的原因是，近年来GaN基高亮度发光二极管由于体积小、重量轻和寿命长等特点被广泛用于固体照明，交通信号灯、汽车前向照明、短程光学通信和生物传感器等领域。由于大尺寸、高质量的GaN同质衬底难以制备，通常采用蓝宝石衬底、Si和SiC等作为衬底材料，用于外延生长GaN薄膜，蓝宝石衬底因具有化学和物理性质稳定、透光性好以及成本合适等优点被广泛用于GaN基发光二极管的衬底，但由于GaN薄膜与蓝宝石衬底晶格失配和热膨胀系数失配大，位错密度高，严重影响了LED外延的电学性质和光学性质，使器件的内量子效率降低。

基于此，本实用新型提供一种底层带有凹纳米图形的LED外延结构，包括：

蓝宝石衬底；

位于所述蓝宝石衬底上，沿背离所述蓝宝石衬底方向依次设置的缓冲层、凹型纳米图形层、非掺杂层、第一型半导体层、多量子阱层和第二型半导体层；

其中，所述凹型纳米图形层覆盖部分所述缓冲层，所述凹型纳米图形层的厚度小于或等于所述非掺杂层的厚度，且所述凹型纳米图形层的材质为二氧化硅。

本实用新型提供的底层带有凹纳米图形的LED外延结构，包括蓝宝石衬底以及位于所述蓝宝石衬底表面依次设置的缓冲层、凹型纳米图形层、非掺杂层、第一型半导体层、多量子阱层和第二型半导体层；其中，由于凹型纳米图形层的存在，可以释放由于GaN与蓝宝石衬底之间的晶格失配和热失配大产生的应力，减少外延缺陷，从而提高LED的晶格质量，增加LED的内量子效率。另外，凹型纳米图形层部分覆盖缓冲层，凹型纳米图形层制作过程中，采用纳米压印技术形成，压印至裸露局部缓冲层，由于缓冲层的折射率与非掺杂层的折射率，以及凹型纳米图形层的折射率不相同，这样能够改变从多量子阱层发出的光的方向，减少全反射，从而提高LED的外量子效率。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1，图1为本实用新型实施例提供的一种底层带有凹纳米图形的LED外延结构示意图，所述底层带有凹纳米图形的LED外延结构包括：

蓝宝石衬底1、位于蓝宝石衬底1上，沿背离蓝宝石衬底1方向依次设置的缓冲层2、凹型纳米图形层3、非掺杂层4、第一型半导体层5、多量子阱层6和第二型半导体层7。

其中，凹型纳米图形层3覆盖部分缓冲层2，凹型纳米图形层3的厚度小于或等于非掺杂层的厚度，且凹型纳米图形层3的材质为二氧化硅。

本实施例中不限定蓝宝石衬底的具体结构，可选的，在本实用新型的一个实施例中，所述蓝宝石衬底为图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，PSS)，在本实用新型的另一个实施例中，蓝宝石衬底还可以是蓝宝石平片衬底。

由于GaN薄膜与空气间存在全反射的现象又大大的削弱了LED的外量子效率。在过去的一段时间里，LED的发展经历了一个显著提升，光提取效率在克服LED/空气界面的全内反射方面取得了可喜的技术进步。研究表明，采用PSS(patterned sapphire substrate，图形化蓝宝石衬底)、薄型GaN技术和纹理化p-GaN layer可以显著提高光提取效率。特别是蓝宝石基片上的微尺度图案大大提高了光输出功率，从而提高LED的外量子效率。因此，本实用新型实施例中，优选地，所述蓝宝石衬底为图形化蓝宝石衬底。

本实施例中对缓冲层、非掺杂层、第一型半导体层、第二型半导体层和多量子阱层的具体材质不做限制，在本实用新型的一个实施例中，缓冲层的具体材质可以是为AlN；或所述缓冲层为AlGaN层与AlN层的叠层结构，其中，缓冲层采用AlGaN层与AlN层叠层结构，尤其先生长形成AlN层，再生长形成AlGaN层，可以起到晶格过渡的作用，减少蓝宝石和GaN因晶格失配导致的应力。需要说明的是，缓冲层的厚度需要足够厚，本实施例中限定缓冲层的厚度为0.5μm～2.5μm，包括端点值。

本实用新型实施例中LED外延结构主要是GaN基蓝绿色LED结构，因此，对应地，本实用新型实施例中，非掺杂层的材质为非掺杂的GaN；第一型半导体层和第二型半导体层具体为一个是N型GaN层，一个是P型GaN层，本实施例中可选的，第一型半导体层为N型GaN层，第二型半导体层为P型GaN层。在本实用新型的其他实施例中，第一型半导体层还可以是P型GaN层，对应的，第二型半导体层可以为N型GaN层。本实施例中不限定多量子阱层的材质，可以根据实际晶格匹配，选择晶格匹配较好，晶格质量较好的多量子阱材质。

需要说明的是，本实施例中对凹型纳米图形层的具体形状不做限定，所述凹型纳米图形层采用纳米压印技术形成。所述凹型纳米图形层的凹型结构为半球形凹槽、圆锥形凹槽或倒梯形凹槽。也就是说，采用纳米压印技术形成的凹型纳米图形层，可以是采用平面模板上设置半球形结构、圆锥形结构或梯形结构，在二氧化硅薄膜上压印形成半球形凹槽、圆锥形凹槽或倒梯形凹槽而成。在本实用新型的其他实施例中，模板的形状也可以是其他形状，只要能够改变多量子阱层发出光的光路，避免全反射即可。如图2-图4所示，为模板上设置不同结构的示意图。

需要说明的是，为了避免由于引入凹型纳米图形层，造成后续层结构形成时，晶格缺陷较多，本实施例中，限定凹型纳米图形层在蓝宝石衬底上的投影轮廓最宽处宽度为180nm～280nm，包括端点值。所述最宽处不限定宽度的方向，也即投影轮廓相对两边边缘之间的距离，都可以称之为宽度。当凹型纳米图形层的深度或者说厚度太大，导致图形倾斜面太过陡峭时，将会导致一部分光限制在凹槽内，无法出射，造成出光率较低，因此，本实施例中凹型纳米图形层在垂直于蓝宝石衬底的方向上的厚度为50nm～200nm，包括端点值；所述凹型纳米图形层的横纵比值大于或等于1。同时，还能够避免后续外延生长时，由于凹槽太陡峭出现外延生长孔洞，降低发光效率。本实施例中，所述凹型纳米图形层的面密度范围为5*10⁸cm^-2～9*10⁸cm^-2，包括端点值。本实施例中所述的凹型纳米图形层的横纵比值为凹型纳米图形层在蓝宝石衬底上的投影轮廓最宽处宽度与凹型纳米图形层在垂直于蓝宝石衬底的方向上的厚度之间的比值。

本实用新型提供的在PSS或蓝宝石平片衬底上生长凹型纳米图形层，可以使外延层在后续生长过程中，螺旋位错弯曲进而降低位错密度，提高LED外延的晶体质量，从而提高LED的内量子效率，另外此结构可以更有效地使更大比例的发射光耦合到逃逸锥中，进而提高LED的外量子效率，同时，利用凹型纳米图形层的倾斜面增加LED的外膜覆盖面积，有效地散射发射光子，导致LED的发光强度增加。通过调整凹型纳米图形层的侧壁的倾斜角度不同，能够改变非掺杂层在凹型纳米图形层的侧壁和在缓冲层上的生长速度，从而减小孔洞的形成，防止孔洞形成，对LED实现高亮度起着至关重要的作用。

基于相同的实用新型构思，本实用新型还提供一种底层带有凹纳米图形的LED外延结构制作方法，请参见图5，图5为底层带有凹纳米图形的LED外延结构制作方法流程示意图，所述制作方法包括：

S101：提供衬底；

S102：在所述衬底上形成缓冲层；

S103：在所述缓冲层上形成凹型纳米图形层，所述凹型纳米图形层覆盖部分所述缓冲层；

具体地，所述在所述缓冲层上形成凹型纳米图形层，包括：

生长二氧化硅薄膜；

加工模板，所述模板用于压印形成凹型纳米图形层的凹槽结构；

图样转移，在所述二氧化硅薄膜上形成光刻胶，将所述模板上的图形转移到所述光刻胶上；

固化光刻胶，并移处所述模板，通过刻蚀工艺，形成凹槽结构，得到所述凹型纳米图形层。

S104：在所述凹型纳米图形层上形成非掺杂层；

S105：在所述非掺杂层上依次形成第一型半导体层、多量子阱层和第二型半导体层。

为清楚说明本实用新型实施例提供的制作方法，本实用新型以下方几个具体实施例为例进行说明。

实施例一

首先，采用MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)在PSS蓝宝石衬底上生长缓冲层AlN层，AlN层的厚度为1μm，生长温度范围为800℃～1000℃，优选地，本实施例中，生长温度为800℃；需要说明的是，AlN缓冲层，也可以采用PVD生长，PVD镀膜均匀，绕镀性较好。

在缓冲层AlN层上生长形成SiO₂薄层，用于纳米压印，厚度为80nm，生长温度范围为950℃～1100℃，优选地，本实施例中，生长温度为1000℃；生长分为然后NH₃流量不变，将温度降为室温，取出生长中断的外延片。

加工模板，使用电子束刻蚀等手段，在硅或其他衬底上加工圆锥型模板，圆锥底面横截直径范围可以为180nm～280nm，本实施例中优选为180nm，本实施例中圆锥高度范围可以为50nm～200nm，本实施例中高度优选为60nm，密度范围可以为5*10⁸cm^-2～9*10⁸cm^-2，本实施例中密度优选为8*10⁸cm^-2。

图样的转移，在如上长完薄层SiO₂的外延片表面涂上光刻胶，然后将模板压在其表面，采用加压的方式使图案转移到光刻胶上。注意光刻胶不能被全部去除，防止模板与材料直接接触，损坏模板。

固化，用紫外光使光刻胶固化，移开模板后，用刻蚀液将上一步未完全去除的光刻胶刻蚀掉，露出待加工材料表面，然后使用化学刻蚀的方法进行加工，完成后去除全部光刻胶，最终得到高精度的纳米图形。

将带有纳米图形的LED外延片放入MOCVD内，进行生长，通入120L的NH₃进行保护表面，将温度升至1100℃，生长2.0μm的U-GaN两层，然后依次生长N型GaN层、MQW层，P型GaN层。

实施例二

首先，采用MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)在PSS蓝宝石衬底上生长缓冲层AlN层，AlN层的厚度为0.5μm，然后生长AlGaN层，生长厚度为0.5μm，生长温度范围为800℃～1000℃，优选地，本实施例中，生长温度为800℃；需要说明的是，AlN缓冲层，也可以采用PVD生长，PVD镀膜均匀，绕镀性较好。

在缓冲层AlN层上生长形成SiO₂薄层，用于纳米压印，厚度为80nm，生长温度范围为950℃～1100℃，优选地，本实施例中，生长温度为1000℃；生长分为然后NH₃流量不变，将温度降为室温，取出生长中断的外延片。

加工模板，使用电子束刻蚀等手段，在硅或其他衬底上加工圆锥型模板，圆锥底面横截直径范围可以为180nm～280nm，本实施例中优选为180nm，本实施例中圆锥高度范围可以为50nm～200nm，本实施例中高度优选为60nm，密度范围可以为5*10⁸cm^-2～9*10⁸cm^-2，本实施例中密度优选为8*10⁸cm^-2。

图样的转移，在如上长完薄层SiO₂的外延片表面涂上光刻胶，然后将模板压在其表面，采用加压的方式使图案转移到光刻胶上。注意光刻胶不能被全部去除，防止模板与材料直接接触，损坏模板。

固化，用紫外光使光刻胶固化，移开模板后，用刻蚀液将上一步未完全去除的光刻胶刻蚀掉，露出待加工材料表面，然后使用化学刻蚀的方法进行加工，完成后去除全部光刻胶，最终得到高精度的纳米图形。

将带有纳米图形的LED外延片放入MOCVD内，进行生长，通入120L的NH₃进行保护表面，将温度升至1100℃，生长2.0μm的U-GaN两层，然后依次生长N型GaN层、MQW层，P型GaN层。

本实施例中，与实施例一种的缓冲层生长结构不同，先生长AlN层再生长AlGaN层，可以起到晶格过度的作用，减少蓝宝石和GaN因晶格失配导致的应力。

实施例三

首先，采用MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)在PSS蓝宝石衬底上生长缓冲层AlN层，AlN层的厚度为1μm，生长温度范围为800℃～1000℃，优选地，本实施例中，生长温度为800℃；需要说明的是，AlN缓冲层，也可以采用PVD生长，PVD镀膜均匀，绕镀性较好。

在缓冲层AlN层上生长形成SiO₂薄层，用于纳米压印，厚度为80nm，生长温度范围为950℃～1100℃，优选地，本实施例中，生长温度为1000℃；生长分为然后NH₃流量不变，将温度降为室温，取出生长中断的外延片。

加工模板，使用电子束刻蚀等手段，在硅或其他衬底上加工圆锥型模板，圆锥底面横截直径范围可以为180nm～280nm，本实施例中优选为180nm，本实施例中圆锥高度范围可以为50nm～200nm，本实施例中高度优选为160nm，密度范围可以为5*10⁸cm^-2～9*10⁸cm^-2，本实施例中密度优选为8*10⁸cm^-2。

图样的转移，在如上长完薄层SiO₂的外延片表面涂上光刻胶，然后将模板压在其表面，采用加压的方式使图案转移到光刻胶上。注意光刻胶不能被全部去除，防止模板与材料直接接触，损坏模板。

固化，用紫外光使光刻胶固化，移开模板后，用刻蚀液将上一步未完全去除的光刻胶刻蚀掉，露出待加工材料表面，然后使用化学刻蚀的方法进行加工，完成后去除全部光刻胶，最终得到高精度的纳米图形。

将带有纳米图形的LED外延片放入MOCVD内，进行生长，通入120L的NH₃进行保护表面，将温度升至1100℃，生长2.0μm的U-GaN两层，然后依次生长N型GaN层、MQW层，P型GaN层。

实施例四

首先，采用MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)在PSS蓝宝石衬底上生长缓冲层AlN层，AlN层的厚度为1μm，生长温度范围为800℃～1000℃，优选地，本实施例中，生长温度为800℃；需要说明的是，AlN缓冲层，也可以采用PVD生长，PVD镀膜均匀，绕镀性较好。

在缓冲层AlN层上生长形成SiO₂薄层，用于纳米压印，厚度为80nm，生长温度范围为950℃～1100℃，优选地，本实施例中，生长温度为1000℃；生长分为然后NH₃流量不变，将温度降为室温，取出生长中断的外延片。

加工模板，使用电子束刻蚀等手段，在硅或其他衬底上加工倒梯形模板，上横截面边长为180nm，下截面边长为100nm，高度为60nm，密度范围可以为5*10⁸cm^-2～9*10⁸cm^-2，本实施例中密度优选为8*10⁸cm^-2。

图样的转移，在如上长完薄层SiO₂的外延片表面涂上光刻胶，然后将模板压在其表面，采用加压的方式使图案转移到光刻胶上。注意光刻胶不能被全部去除，防止模板与材料直接接触，损坏模板。

固化，用紫外光使光刻胶固化，移开模板后，用刻蚀液将上一步未完全去除的光刻胶刻蚀掉，露出待加工材料表面，然后使用化学刻蚀的方法进行加工，完成后去除全部光刻胶，最终得到高精度的纳米图形。

将带有纳米图形的LED外延片放入MOCVD内，进行生长，通入120L的NH₃进行保护表面，将温度升至1100℃，生长2.0μm的U-GaN两层，然后依次生长N型GaN层、MQW层，P型GaN层。

本实施例中与实施例一不同的是：凹型纳米图形不同，本实施例中凹型纳米图形为倒梯形结构，但两种方案均有利于增加光的出射，提高外量子效率，以及减少底层因晶格失配及热失配导致的应力，增加LED整体晶格质量，提高内量子效率。

实施例五

首先，采用MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)在PSS蓝宝石衬底上生长缓冲层AlN层，AlN层的厚度为1μm，生长温度范围为800℃～1000℃，优选地，本实施例中，生长温度为800℃；需要说明的是，AlN缓冲层，也可以采用PVD生长，PVD镀膜均匀，绕镀性较好。

在缓冲层AlN层上生长形成SiO₂薄层，用于纳米压印，厚度为80nm，生长温度范围为950℃～1100℃，优选地，本实施例中，生长温度为1000℃；生长分为然后NH₃流量不变，将温度降为室温，取出生长中断的外延片。

加工模板，使用电子束刻蚀等手段，在硅或其他衬底上加工圆锥型模板，圆锥底面横截直径范围可以为180nm～280nm，本实施例中优选为180nm，本实施例中圆锥高度范围可以为50nm～200nm，本实施例中高度优选为60nm，密度范围可以为5*10⁸cm^-2～9*10⁸cm^-2，本实施例中密度优选为5*10⁸cm^-2。

图样的转移，在如上长完薄层SiO₂的外延片表面涂上光刻胶，然后将模板压在其表面，采用加压的方式使图案转移到光刻胶上。注意光刻胶不能被全部去除，防止模板与材料直接接触，损坏模板。

固化，用紫外光使光刻胶固化，移开模板后，用刻蚀液将上一步未完全去除的光刻胶刻蚀掉，露出待加工材料表面，然后使用化学刻蚀的方法进行加工，完成后去除全部光刻胶，最终得到高精度的纳米图形。

将带有纳米图形的LED外延片放入MOCVD内，进行生长，通入120L的NH₃进行保护表面，将温度升至1100℃，生长2.0μm的U-GaN两层，然后依次生长N型GaN层、MQW层，P型GaN层。

本实施例中，与实施例一不同的是，凹型纳米图形的面密度不同。但，同样能够相对于现有技术释放晶格之间的应力，提高晶格质量。

实施例六

首先，采用MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)在PSS蓝宝石衬底上生长缓冲层AlN层，AlN层的厚度为1μm，生长温度范围为800℃～1000℃，优选地，本实施例中，生长温度为800℃；需要说明的是，AlN缓冲层，也可以采用PVD生长，PVD镀膜均匀，绕镀性较好。

在缓冲层AlN层上生长形成SiO₂薄层，用于纳米压印，厚度为80nm，生长温度范围为950℃～1100℃，优选地，本实施例中，生长温度为1000℃；生长分为然后NH₃流量不变，将温度降为室温，取出生长中断的外延片。

加工模板，使用电子束刻蚀等手段，在硅或其他衬底上加工圆锥型模板，圆锥底面横截直径范围可以为180nm～280nm，本实施例中优选为180nm，本实施例中圆锥高度范围可以为50nm～200nm，本实施例中高度优选为60nm，密度范围可以为5*10⁸cm^-2～9*10⁸cm^-2，本实施例中密度优选为8*10⁸cm^-2。

图样的转移，在如上长完薄层GaN的外延片表面涂上光刻胶，然后将模板压在其表面，采用加压的方式使图案转移到光刻胶上。注意光刻胶不能被全部去除，防止模板与材料直接接触，损坏模板。

固化，用紫外光使光刻胶固化，移开模板后，用刻蚀液将上一步未完全去除的光刻胶刻蚀掉，露出待加工材料表面，然后使用化学刻蚀的方法进行加工，完成后去除全部光刻胶，最终得到高精度的纳米图形。

将带有纳米图形的LED外延片放入MOCVD内，进行生长，通入120L的NH₃进行保护表面，将温度升至1100度，生长2.0μm的U-GaN两层，然后依次生长N型GaN层、MQW层，P型GaN层。

本实施例中，与实施例一不同的是，形成的凹型图形层的材质为GaN，本实施例为对比实施例，通过后续生长，可以得知，后续GaN在侧壁的生长较容易，但更容易产生孔洞，因此，对凹图形的横纵比要求更为严格。

本实用新型提供的制作方法中，生长完缓冲层后，生长一薄层SiO2，用纳米压印的技术，产生凹型纳米图形，且压印至显露局部AlN缓冲层，与现有技术对比，不同深度的纳米凹槽可以改善LED的晶格质量，越细而深的凹槽，晶格质量越好，但是发光效率却不是正相关的，因此强调图形横纵比的重要性。

由于不同角度的斜面改变了出光方向，发射光子光学行为受到影响。对于一般结构来说，根据斯奈尔定律，n1*sinθ1＝n2*sinθ2；其中，n1＝1代表空气折射率，n2＝2.5代表氮化镓薄膜的折射率。考虑到完全的内部反射行为(即θ1＝90°)，临界角θ2＝23.5°可以计算。因此，从LED有源层入射光的角度应小于23.5°，使发出的光能够从LED结构逃逸。当入射光角度大于23.5°时，发出的光将被反射回LED内部，即只有入射光在逃逸锥内部才可以出射光，相比本结构采用凹纳米图形，即使在逃逸锥之外的入射光，因在凹型纳米图案的侧壁处发生了折射，使更多的发射光回到逃逸锥中而被提取出来。这为发射光子从LED结构中逃逸提供了更多的散射概率，从而达到更高的光提取效率。

综上，本实用新型提供的底层带有凹纳米图形的LED外延结构及其制作方法，结构增加的光强归因于凹型纳米图形提高晶体质量进而提高内量子效率和凹面倾斜面提高了光提取效率进而提高外量子效率。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种底层带有凹纳米图形的LED外延结构，其特征在于，包括：

蓝宝石衬底；

位于所述蓝宝石衬底上，沿背离所述蓝宝石衬底方向依次设置的缓冲层、凹型纳米图形层、非掺杂层、第一型半导体层、多量子阱层和第二型半导体层；

其中，所述凹型纳米图形层覆盖部分所述缓冲层，所述凹型纳米图形层的厚度小于或等于所述非掺杂层的厚度，且所述凹型纳米图形层的材质为二氧化硅。

2.根据权利要求1所述的底层带有凹纳米图形的LED外延结构，其特征在于，所述凹型纳米图形层在所述蓝宝石衬底上的投影轮廓最宽处宽度为180nm～280nm，包括端点值。

3.根据权利要求2所述的底层带有凹纳米图形的LED外延结构，其特征在于，所述凹型纳米图形层在垂直于所述蓝宝石衬底的方向上的厚度为50nm～200nm，包括端点值；所述凹型纳米图形层的横纵比值大于或等于1。

4.根据权利要求1所述的底层带有凹纳米图形的LED外延结构，其特征在于，所述凹型纳米图形层采用纳米压印技术形成。

5.根据权利要求1所述的底层带有凹纳米图形的LED外延结构，其特征在于，所述凹型纳米图形层的凹型结构为半球形凹槽、圆锥形凹槽或倒梯形凹槽。

6.根据权利要求1所述的底层带有凹纳米图形的LED外延结构，其特征在于，所述凹型纳米图形层的面密度范围为5*10⁸cm^-2～9*10⁸cm^-2，包括端点值。

7.根据权利要求1所述的底层带有凹纳米图形的LED外延结构，其特征在于，所述缓冲层的材质为AlN；或所述缓冲层为AlGaN层与AlN层的叠层结构。

8.根据权利要求1所述的底层带有凹纳米图形的LED外延结构，其特征在于，所述蓝宝石衬底为图形化蓝宝石衬底或蓝宝石平片衬底。