发光二极管及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体光电器件领域，具体为一种发光二极管及其制作方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(英文为Light Emitting D1de，简称LED)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。随着LED应用的越来越广泛，进一步提尚发光效率已势在必行。
[0003]LED光效主要取决于内量子效率和取光效率，前者由发光材料本身的外延晶体质量决定，而后者则由芯片结构、出光界面形貌、封装材料的折射率等因素决定。由于半导体材料的折射率与空气或者封装材料(如环氧树脂)的差异较大，造成严重的全反射，使光被反射回来，而反射回来的光于LED内部来回震荡，在光子震荡的路径中会被吸光的衬底以及能隙接近的量子井吸收，造成亮度损失。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述问题，本发明利用选择性生长方式形成分段的量子井，避免光子在LED内量子井的再吸收效应，使得外部萃取效率提升，亮度增加。
[0005]本发明的技术方案为:发光二极管，依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第一半导体层的上表面至少划分为第一生长区和第二生长区，所述有源层通过选择性外延生长的方式仅形成于所述第一生长区，所述第二半导体层通过外延生长覆盖所述有源层及第一半导体层的第二生长区。
[0006]优先地，所述发光二极管还包括一位于所述第一半导体层和有源层之间的第一半导体缓冲层，其通过外延生长的方式仅形成于所述第一半导体层的第一生长区。
[0007]优选地，所述发光二极管还包括一位于所述第二半导体层和有源层之间的第二半导体缓冲层，其通过外延生长的方式覆盖所述有源层及第一半导体层的第二生长区。
[0008]在一些实施例中，所述第一半导体层的上表面可划分为第一生长区、第二生长区和第三生长区，其中第一、第三生长区通过第二生长区间隔开，所述有源层通过外延生长的方式仅形成于所述第一生长区和第三生长区，形成交错型有源层，所述第二半导体层通过外延生长覆盖所述有源层及第一半导体层的第二生长区。如此，可维持与传统有源层基本相同的发光面积，但利用交错设计避免光在反射过程中二次吸收。
[0009]进一步地，位于第一生长区和第二生长区的有源层可以分别发射不同波段光线，两者混合形成白光。
[0010]进一步地，所述有源层可以为不同形态量子井，如使用双异质结构搭配量子井结构。在具体实施例中，位于第一生长区的有源层为量子阱结构，位于第二生长区的有源层为双异质结构。双异质结构具有较宽的井与皇，因此对于高温时载子溢流的状况会比量子井结构来的减轻，搭配双异质结构可以改善量子井结构在高温时的缺点。
[0011]进一步地，所述第一生长区和第三生长区的面积分别为SI和S3，两者的关系为:S1>S30
[0012]本发明同时提供了一种发光二极管的制作方法，包括步骤:1)衬底，在所述衬底上形成第一半导体层；2)将所述第一半导体层的上表面至少划分为第一生长区和第二生长区；3)采用选择性外延生长的方式在所述第一半导体层的第一生长区形成有源层;4)在所述有源层和第一半导体层的第二生长区外延生长第二半导体层。
[0013]优选地，所述步骤2)中，首先在第一半导体层的第一生长区继续生长第一半导体层，接着再生长有源层。
[0014]优选地，所述步骤2)中，首先在第一半导体层的第一生长区继续生长第一半导体层，接着生长一第一半导体缓冲层，最后生长所述有源层。
[0015]优选地，所述步骤4)中，在所述有源层和第一半导体层的第二生长区首先外延生长一第二半导体缓冲层层，接着生长所述第二半导体层。
[0016]在一些实施例中，所述步骤2)中，将所述第一半导体层的上表面至少划分为第一生长区、第二生长区和第三生长区，其中第一、第三生长区通过第二生长区间隔开;所述步骤3)中在第一半导体层的第一生长区和第三生长区外延生长有源层，形成交错型有源层。
[0017]优选地，所述步骤3)分两次外延生长有源层，首先在第一生长区生长第一有源层，接着在第三生长区生长第二有源层。
[0018]在一些实施例，所述第一有源层和第二有源层分别发射不同波段光线，两者混合形成白光。
[0019]在一些实施例，所述第一有源层为量子阱结构，第二有源层为双异质结构。
[0020]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0021]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
[0022]图1是根据本发明实施的一种LED外延结构剖视图。
[0023]图2是制作图1所示LED外延结构的过程示意图。
[0024]图3是图2所示步骤3中第一半导体层表面的图案。
[0025]图4是根据本发明实施的一种LED芯片结构剖视图。
[0026]图5是根据本发明实施的另一种LED芯片结构剖视图。
[0027]图6是根据本发明实施的另一种LED外延结构剖视图。
[0028]图7和图8分别显示了传统LED的光路径和根据本发明实施的LED的光路径。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和优选的具体实施例对本发明做进一步说明。
[0030]参看图1，根据本发明实施的一种发光二极管的外延结构，包括:衬底110，第一半导体层120、有源层122、第二半导体层124，其中第一半导体层120的上表面划分为第一生长区120a和第二生长区120b，其中有源层122选择性生长于第一生长区120a的表面上，呈分段式结构。
[0031 ]衬底110的选取包括但不限于蓝宝石、氮化铝、氮化镓、硅、碳化硅，其表面结构可为平面结构或图案化图结构。当第一半导体层120为P型半导体，第二半导体层124可为相异电性的η型半导体，反之，当第一半导体层120为η型半导体，第二半导体层124可为相异电性的P型半导体。有源层122可为中性、P型或η型电性的半导体。施以电流通过半导体发光叠层时，激发有源层122发光出光线。当有源层122以氮化物为基础的材料时，会发出蓝或绿光；当以磷化铝铟镓为基础的材料时，会发出红、橙、黄光的琥珀色系的光。在本实施例中，第一半导体层120为η型半导体、第二半导体层124为P型半导体，有源层122采用磷化铝铟镓系多量子阱结构。进一步地，在第一半导体层120与有源层122之间设置第一半导体缓冲层121，在有源层122和第二半导体层124之间设置第二半导体缓冲层123。具体的，第一半导体层120为Si掺杂的AlGaInP材料层，Si浓度为7 X 11M X 118，第二半导体层124为掺Mg的GaP材料层，掺杂浓度为1.5\1018以上，第一和第二半导体缓冲层均为(41().76&().3)11^材料层。在其他实施例中，有源层122采用氮化物材料，可在第一半导体层120与有源层之间设置超晶格应力缓冲层121，在有源层122与第二半导体层124之间设置电子阻挡层等。
[0032]在本实施例中，第一半导体层120的上表面的图案设计主要考虑亮度提升需求，在保证有源层的有效发光面积的前提下，尽量减少有源层中量子阱的吸光。请参看图3，显示了一种较佳的图案，在该图案中，第二生长区120b为一系列相互分离的图案，其图案的形状可为圆形、方形、六边形等。如此当在第一半导体层的第二生长区120b的表面上选择性生长第二半导体缓冲层121、有源层122时，形成一系列分段式的量子阱结构。如此可避免光子在LED内量子井的再吸收效应。
[0033]下面结合图2和具体的制作方法对上述LED外延结构进行详细说明，在本实施例，以磷化铝铟镓系红光LED为例。
[0034]步骤1:在GaAs衬底采用MOCVD生长第一半导体层120;
步骤2:在第一半导体层120的上表面利用PECVD沉积约2um厚度的S1x掩膜层200，再经由黄光工艺定义第一生长区120a和第二生长区120b，其中第二生长区以BOE蚀刻，蚀刻后再将光阻移除；
步骤3:将前述完成图形定义的外延片再经由MOCVD进行二外延生长，首先继续生长厚度50?10nm的第一半导体层120，接着生长厚度50?70nm的