專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，氮化物的半導(dǎo)體材料被廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管(Light EmittingDiode) 上，在發(fā)光二極管的制程上一般利用氮化物的半導(dǎo)體材料做成各種各樣的混合晶體。在現(xiàn)有技術(shù)中，發(fā)光二極管一般包括基板、成長(zhǎng)在所述基板上的氮化鎵(GaN)緩沖層、成長(zhǎng)在所述氮化鎵(GaN)緩沖層上的氮化鋁鎵(AWaN)束縛層以及成長(zhǎng)在所述氮化鋁鎵(AKiaN)束縛層上的發(fā)光結(jié)構(gòu)。上述發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生以下問(wèn)題在所述氮化鎵(GaN)緩沖層上成長(zhǎng)所述氮化鋁鎵(AWaN)束縛層時(shí)，由于應(yīng)力，所述氮化鋁鎵 (AlGaN)束縛層表面容易產(chǎn)生裂痕，從而影響發(fā)光二極管的晶格品質(zhì)；另外，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)發(fā)出的光線(xiàn)容易被所述氮化鎵(GaN)緩沖層吸收，從而造成光損失，影響發(fā)光二極管的光取出效率。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種可降低應(yīng)力，提升晶格品質(zhì)與光取出效率的發(fā)光二極管及其制造方法。一種發(fā)光二極管，其包括一基板、一位于所述基板上緩沖層、一位于所述緩沖層上并且具有第一折射率的圖案化層、一位于所述圖案化層上并且具有第二折射率的半導(dǎo)體層以及一位于所述半導(dǎo)體層上的發(fā)光結(jié)構(gòu)。所述第一折射率小于所述第二折射率。一種發(fā)光二極管的制造方法，其包括以下幾個(gè)步驟提供一基板，并成長(zhǎng)一緩沖層于所述基板上；在所述緩沖層上成長(zhǎng)一圖案化層；在所述圖案化層上制作圖案；在所述圖案化層上成長(zhǎng)一半導(dǎo)體層； 在所述半導(dǎo)體層上成長(zhǎng)一半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)在緩沖層上成長(zhǎng)一圖案化層，并在所述圖案化層上制作圖案，利用該圖案上釋放成長(zhǎng)在該圖案化層上的半導(dǎo)體層的應(yīng)力，減少半導(dǎo)體層表面產(chǎn)生裂縫，提升了晶格的品質(zhì)，另外，半導(dǎo)體層折射率大于所述圖案化層的折射系數(shù)，從而可以使發(fā)光結(jié)構(gòu)發(fā)出的部分光線(xiàn)在所述半導(dǎo)體層與所述圖案化層的界面發(fā)生全反射，減少光線(xiàn)被基板吸收，從而提升了所述發(fā)光二極管的光取出效率。本發(fā)明除了應(yīng)用于一般發(fā)光二極管外，對(duì)于制作UV發(fā)光二極管的效果更佳。


圖1為本發(fā)明實(shí)施方式中的發(fā)光二極管的剖面示意圖。圖2為圖1中發(fā)光二極管基板至圖案化層的剖面示意圖。
圖3為圖2中圖案化層的俯視示意圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明
發(fā)光二極管10
基板100
緩沖層200
圖案化層300
溝道310
側(cè)邊320
半導(dǎo)體層400
發(fā)光結(jié)構(gòu)500
η型氮化物半導(dǎo)體層510
氮化物發(fā)光層520
P型氮化物半導(dǎo)體層530
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施方式提供的發(fā)光二極管10包括一基板100、一成長(zhǎng)在所述基板100上的緩沖層200、一成長(zhǎng)在所述緩沖層200上的具有第一折射率的圖案化層300、 一成長(zhǎng)在所述圖案化層300上的具有第二折射率的半導(dǎo)體層400以及一成長(zhǎng)在所述半導(dǎo)體層400上的發(fā)光結(jié)構(gòu)500。所述第一折射率小于所述第二折射率。所述基板100的材料可以為藍(lán)寶石、碳化硅、硅等材料構(gòu)成。在本實(shí)施方式中所述基板100為一藍(lán)寶石襯底。請(qǐng)一并參閱圖2以及圖3，所述緩沖層200為氮化鎵(GaN)，以相對(duì)于后續(xù)正常磊晶溫度的較低的環(huán)境磊晶形成于所述基板100上。所述圖案化層300為氮化鋁(AlN)，其上的圖案可為連續(xù)圖案或是部分連續(xù)圖案， 例如網(wǎng)狀排列、圓柱狀孔洞、多角柱狀孔洞等連續(xù)圖案，平行排列的長(zhǎng)條柱狀等部分連續(xù)圖案，或者其它排列的不規(guī)則的形狀。在本實(shí)施方式中，沿所述圖案化層300的兩條邊建立 X-Y坐標(biāo)系，在所述圖案化層300上沿平行X軸方向以及平行Y軸方向分別形成多條溝道 310。所述沿平行X軸方向上的溝道310的開(kāi)口寬度為A，沿平行Y軸方向上的溝道310的開(kāi)口寬度為B，所述圖案化層300的厚度為H，所述A、B以及H滿(mǎn)足以下條件1微米(μ m) < A < 5微米；1微米< B < 5微米；0. 05微米< H < 1微米。在本實(shí)施方式中，所述溝道 310由半導(dǎo)體黃光微影制程以及蝕刻技術(shù)制作。另外，所述溝道310包括一傾斜的側(cè)邊320， 其用于反射光線(xiàn)，可提高光線(xiàn)的折射率。所述半導(dǎo)體層400為氮化鋁鎵(AlxGai_xN，0 < χ < 1)半導(dǎo)體層，其成長(zhǎng)在所述圖案化層300上。所述圖案化層300上的溝道310能夠很好的釋放所述半導(dǎo)體層400的應(yīng)力， 降低半導(dǎo)體層400因應(yīng)力的作用而在表面產(chǎn)生裂痕或是隙縫，避免影響后續(xù)發(fā)光結(jié)構(gòu)500 的成長(zhǎng)質(zhì)量。所述發(fā)光結(jié)構(gòu)500包括成長(zhǎng)在所述半導(dǎo)體層400上的η型氮化物半導(dǎo)體層510、 成長(zhǎng)在所述η型氮化物半導(dǎo)體層510上的氮化物發(fā)光層520以及成長(zhǎng)在所述氮化物發(fā)光層520上的ρ型氮化物半導(dǎo)體層530。所述發(fā)光層可以是單異質(zhì)結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、單量子井層或是多重量子井層結(jié)構(gòu)。在制作所述發(fā)光二極管10的過(guò)程中，當(dāng)在所述圖案化層300上成長(zhǎng)所述半導(dǎo)體層 400時(shí)，所述具有圖案化的圖案化層300上的溝道310能夠很好的釋放所述半導(dǎo)體層400的應(yīng)力，防止所述半導(dǎo)體層400的表面產(chǎn)生裂痕，從而可以很好地提升氮化鋁鎵半導(dǎo)體層400 的晶格品質(zhì)。另外由于所述半導(dǎo)體層400的折射系數(shù)大于所述圖案化層300的折射系數(shù)，因而所述氮化物發(fā)光層520朝向所述緩沖層200發(fā)出的一部分光線(xiàn)在所述半導(dǎo)體層400與所述圖案化層300的界面能夠被全反射，使該部分光線(xiàn)反射至所述發(fā)光二極管10的出光側(cè)， 防止該部分光線(xiàn)被所述緩沖層200以及基板100吸收，從而提升了所述發(fā)光二極管10的光取出效率。本發(fā)明實(shí)施方式提供的一種發(fā)光二極管的制造方法包括以下幾個(gè)步驟步驟一，提供一基板100，并成長(zhǎng)一緩沖層200于所述基板100上。所述基板100 可以為藍(lán)寶石、碳化硅、硅等材料構(gòu)成。所述緩沖層200為氮化鎵(GaN)。步驟二，在所述緩沖層200上成長(zhǎng)一圖案化層300。所述圖案化層300為氮化鋁 (AlN)。步驟三，在所述圖案化層300上制作圖案。所述圖案采用半導(dǎo)體黃光微影制程以及蝕刻技術(shù)制作，其中所述蝕刻技術(shù)包含濕式蝕刻(wet etching)或干式蝕刻(dry etching)。在本實(shí)施方式中，沿所述圖案化層300的兩條邊建立X-Y坐標(biāo)系，在所述圖案化層300上沿平行X軸方向以及平行Y軸方向分別形成多條溝道。步驟四，在所述圖案化層300上成長(zhǎng)一半導(dǎo)體層400。所述半導(dǎo)體層400為氮化鋁鎵(AWaN)半導(dǎo)體層。步驟五，在所述半導(dǎo)體層400上成長(zhǎng)一半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)500。所述發(fā)光結(jié)構(gòu)500包括成長(zhǎng)在所述半導(dǎo)體層400上的η型氮化物半導(dǎo)體層510、成長(zhǎng)在所述η型氮化物半導(dǎo)體層510上的氮化物發(fā)光層520以及成長(zhǎng)在所述氮化物發(fā)光層520上的ρ型氮化物半導(dǎo)體層 530。在方法SlOl，S102, S104以及S105中，所述緩沖層200、圖案化層300、半導(dǎo)體層 400以及發(fā)光結(jié)構(gòu)500是采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或者分子束外延生長(zhǎng) (MBE)制程工藝形成。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)在緩沖層上成長(zhǎng)一圖案化層，并在所述圖案化層上制作圖案，利用該圖案上釋放成長(zhǎng)在該圖案化層上的半導(dǎo)體層的應(yīng)力，減少半導(dǎo)體層表面產(chǎn)生裂縫，提升了晶格的品質(zhì)，另外，半導(dǎo)體層折射率大于所述圖案化層的折射系數(shù)，從而可以使發(fā)光結(jié)構(gòu)發(fā)出的部分光線(xiàn)在所述半導(dǎo)體層與所述圖案化層的界面發(fā)生全反射，減少光線(xiàn)被基板吸收，從而提升了所述發(fā)光二極管的光取出效率。本發(fā)明除了應(yīng)用于一般發(fā)光二極管外，對(duì)于制作UV發(fā)光二極管的效果更佳?？梢岳斫獾氖?，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思做出其它各種像應(yīng)的改變與變形，而所有這些改變與變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，其包括一基板、一位于所述基板上緩沖層、一位于所述緩沖層上并且具有第一折射率的圖案化層、一位于所述圖案化層上并且具有第二折射率的半導(dǎo)體層以及一位于所述半導(dǎo)體層上的發(fā)光結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一折射率小于所述第二折射率。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包括一位于所述半導(dǎo)體層上的η型氮化物半導(dǎo)體層，一位于所述η型氮化物半導(dǎo)體層上的氮化物發(fā)光層及一位于所述氮化物發(fā)光層上的P型氮化物半導(dǎo)體層。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述基板的材料為藍(lán)寶石、碳化硅或硅材料，所述緩沖層為氮化鎵層，所述具有第一折射率的圖案化層為氮化鋁層，所述具有第二折射率的半導(dǎo)體層的材料為Alx(iai_xN，其中0 < χ < 1。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述圖案化層上設(shè)置連續(xù)圖案或是部分連續(xù)圖案。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述圖案化層的厚度介于0.05微米至1微米。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述圖案化層包括多條溝道，所述溝道的寬度介于ι. O微米至5. 0微米。
7.如權(quán)利要求6所述的一種發(fā)光二極管，其特征在于所述溝道包括一傾斜的側(cè)邊，其用于反射光線(xiàn)。
8.一種發(fā)光二極管的制造方法，其包括以下幾個(gè)步驟提供一基板，并成長(zhǎng)一緩沖層于所述基板上；在所述緩沖層上成長(zhǎng)一圖案化層；在所述圖案化層上制作圖案；在所述圖案化層上成長(zhǎng)一半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層上成長(zhǎng)一半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于所述圖案化層上形成有多條溝道。
全文摘要
一種發(fā)光二極管，其包括一基板、一位于所述基板上緩沖層、一位于所述緩沖層上并且具有第一折射率的圖案化層、一位于所述圖案化層上并且具有第二折射率的半導(dǎo)體層以及一位于所述半導(dǎo)體層上的發(fā)光結(jié)構(gòu)。所述第一折射率小于所述第二折射率。本發(fā)明的發(fā)光二極管在緩沖層上成長(zhǎng)一具有第一折射率的圖案化層，以減少成長(zhǎng)在該圖案化層上的具有第二折射率的半導(dǎo)體層的應(yīng)力，另外由于半導(dǎo)體層其折射率大于所述圖案化層的折射率，從而可以使發(fā)光層發(fā)出的光線(xiàn)在所述具有第二折射率的半導(dǎo)體層與所述具有第一折射率的圖案化層的界面發(fā)生全反射，降低光線(xiàn)被基板吸收，從而提升了所述發(fā)光二極管的光取出效率。本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管的制造方法。
文檔編號(hào)H01L33/10GK102244168SQ201010172770
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者凃博閔, 楊順貴, 黃世晟, 黃嘉宏 申請(qǐng)人:展晶科技(深圳)有限公司, 榮創(chuàng)能源科技股份有限公司