专利名称：一种led及其制造方法
技术领域：
本发明涉及LED制造技术领域，尤其涉及一种LED及其制造方法。
背景技术：
在LED制造技术工艺中，由于蓝宝石衬底材料与外延材料从晶格常数、热涨系数到折射率都相差很大。这些物理性质差异直接导致衬底上生长的外延材料质量不高，致使LED内量子效率(IQE)受到限制，进而影响外量子效率(EQE)以及光效的提高。因此，图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate, PSS)技术被引入。PSS技术能提高LED效率的原理在于能够有效的减少差排密度，减少外延生长缺陷，提升外延片品质，减少非辐射复合中心，提高了内量子效应；另外，在蓝宝石衬底上形成的图形将GaN/蓝宝石界面转变为起伏的界面，这样避免了 LED产生的光在出光面和衬底面形成的波导结构中发生全反射，被限制在芯片内部无法形成有效发光的问题，并通过改变光的出射方向将光向轴向汇聚而增加出光效率。理论上衬底材料与GaN折射率的差距愈大，上述效果愈显著，出光效率越高。然而蓝宝石衬底的折射率约为1. 7，外延生长的GaN材料折射率约为2. 2 2. 4，并不能达到最佳的效果。
发明内容
本发明提供一种LED及其 制造方法，先在衬底上形成凸点，然后外延生长厚度小于等于所述凸点的高度的第一氮化镓层，去除所述凸点然后外压生长第二氮化镓层，形成掩埋空洞，有效提高出光效率。本发明提供一种LED的制造方法，包括提供衬底，在所述衬底上形成介质层；在所述介质层中形成凸点；外延生长第一氮化镓层，所述第一氮化镓层的厚度小于等于所述凸点的高度；去除所述凸点，形成空洞；外延生长第二氮化镓层，形成掩埋空洞。可选的，介质层的材质为SiO2或SiNx,厚度为O.1 μ m-100 μ m。可选的，利用光刻工艺在所述介质层中形成凸点。可选的，所述凸点周期性排布或随机排布。可选的，所述凸点形状为圆锥或半球形。可选的，利用湿法刻蚀工艺去除所述凸点。可选的，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液为HF溶液。本发明的另一面，还提供一种LED，包括衬底，形成于所述衬底上的氮化镓层，还包括形成于所述衬底和所述氮化镓层界面上的掩埋空洞。可选的，所述掩埋空洞随机排布或周期性排布在所述衬底和氮化镓层的界面上。可选的，所述掩埋空洞形状为圆锥或半球形。
本发明提供一种LED及其制造方法，所述LED的制造方法先在衬底上形成凸点，然后外延生长厚度小于等于所述凸点的高度的第一氮化镓层，之后去除所述凸点，形成空洞，继而外延生长第二氮化镓层，形成掩埋空洞。这样，光在掩埋空洞上发生反射，改变光在出光面上的出射方向，在出光面射出，提高了出光效率。
图1为本发明实施例的LED的制造方法的流程图；图2A 2E为本发明实施例一的LED的制造方法的各步骤的剖面示意图；图3A 3E为本发明实施例二的LED的制造方法的各步骤的剖面示意图。
具体实施例方式在背景技术中已经提及，现有的PSS方法中由于蓝宝石衬底的折射率约为1. 7，外延生长的GaN材料折射率约为2. 2 2. 4，并不能达到最佳的将光向轴向汇聚效果。为此，本发明提供一种LED及其制造方法，所述LED包括衬底，形成于所述衬底上的氮化镓层，形成于所述衬底和所述氮化镓层界面上的掩埋空洞。相当于在衬底面上形成了以空气为材质的图形，其与GaN的折射率的差距比蓝宝石与GaN的折射率的差距更大，有更佳的将光向轴向汇聚效果，提高出光效率。下面将结合附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应所述理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会 使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。请参考图1，其为本发明实施例的LED的制造方法的流程图，所述方法包括如下步骤步骤S021，提供衬底，在所述衬底上形成介质层；步骤S022，在所述介质层中形成凸点；步骤S023，外延生长第一氮化镓层，所述第一氮化镓层的厚度小于等于所述凸点的高度；步骤S024，去除所述凸点，形成空洞；步骤S025，外延生长第二氮化镓层，形成掩埋空洞。该方法的核心思想在于，先在衬底上形成凸点，然后外延生长第一氮化镓层，以部分掩埋所述凸点，之后去除凸点，最后外延生长第二氮化镓层，形成掩埋空洞，最终形成LED器件。实施例一参照图2A，执行步骤S021，提供衬底101，在所述衬底101上形成介质层102。本实施例中，所述衬底101为蓝宝石衬底，介质层102用以在后续的步骤中形成凸点。介质层102的材质优选为SiO2或SiNx,本实施例中，介质层102为SiO2薄膜层，厚度为O.1 μ m-100 μ m。参考图2B，执行步骤S022，在所述介质层102中形成凸点102’。可以利用光刻工艺在所述介质层102中形成凸点102’，该工艺手段为本领域技术人员常用手段和公知常识，在此不再赘述。所述凸点102’周期性排布或随机排布在所述衬底101上，本实施例中所述凸点102’为半球形，随机的排布在所述衬底上。参考图2C，执行步骤S023，外延生长第一氮化镓层103，所述第一氮化镓层103的厚度小于等于所述凸点102’的高度(即最大高度)。这样凸点102’未被第一氮化镓层103完全覆盖，露出凸点102’顶部，便于后续步骤中去除所述凸点102’，形成空洞。参考图2D，执行步骤S024，去除所述凸点102’，形成空洞103’。由于所述凸点102’未被第一氮化镓层103完全覆盖，可利用湿法刻蚀工艺去除所述凸点102’，选用对所述凸点102’刻蚀速率较高而几乎不刻蚀氮化镓的刻蚀液，以顺利在第一氮化镓层103中形成空洞103’，本实施例使用HF溶液作为湿法刻蚀工艺的刻蚀液。当然，本领域技术人员可以根据公知常识选择其他满足条件的刻蚀液来去除所述凸点102’。参考图2E，执行步骤S025，外延生长第二氮化镓层104，形成掩埋空洞104’。在第一氮化镓层103上继续生长第二氮化镓层104，通过控制外延生长的条件使氮化镓横向生长速率高于厚度方向生长·的速率，这样空洞103’开口处氮化镓横向生长将空洞103’封闭，形成掩埋空洞104’。这样，相当于在衬底101上形成了空气为材质的图形，其与GaN的折射率的差距大，本来在出光面和衬底面形成的波导结构中发生全反射的光在掩埋空洞104’与GaN界面上发生反射，向轴向汇聚，最终在出光面射出，提高了出光效率。在形成第二氮化镓层104后，还包括公知的其他工艺步骤，例如继续外延生长LED发光结构，形成电极结构，封装裂片等步骤，以形成LED，由于本申请并不涉及这些步骤的改进，在此不再赘述这些后续步骤。实施例二参照图3A，执行步骤S021，提供衬底201，在所述衬底201上形成介质层202。本实施例中，所述衬底201为蓝宝石衬底，介质层202用以在后续的步骤中形成凸点。介质层202的材质优选为SiO2或SiNx,本实施例中，介质层202材质选为SiO2,厚度为O.1 μ m-100 μ m。参考图3B，执行步骤S022，在所述介质层202中形成凸点202’。可以利用光刻工艺在所述介质层202中形成凸点202’，该工艺手段为本领域技术人员常用手段和公知常识，在此不再赘述。所述凸点202’周期性排布或随机排布在所述衬底201上，本实施例中所述凸点202’的形状为圆锥形，周期性排布在所述衬底上201。参考图3C，执行步骤S023，外延生长第一氮化镓层203，所述第一氮化镓层203的厚度小于所述凸点202’的高度(即最大高度)。这样凸点202’未被第一氮化镓层203完全覆盖，露出凸点202’顶部，便于后续步骤中去除所述凸点202’，形成空洞203’。参考图3D，执行步骤S024，去除所述凸点202’，形成空洞203’。由于所述凸点202’未被第一氮化镓层203完全覆盖，可利用湿法刻蚀工艺去除所述凸点202’，选用对所述凸点202’刻蚀速率较高而几乎不刻蚀氮化镓的刻蚀液，以顺利在第一氮化镓层203中形成空洞203’，例如，使用HF溶液作为湿法刻蚀工艺的刻蚀液。参考图3E，执行步骤S025，外延生长第二氮化镓层204，形成掩埋空洞204’。在第一氮化镓层203上继续生长第二氮化镓层204，通过控制外延生长的条件使横向生长速率高于厚度方向生长的速率，这样空洞203’开口处的氮化镓横向生长将空洞203’封闭，形成掩埋空洞204’。本发明的另一面，还提供上述实施例中的方法制造的LED。所述LED包括衬底，形成于所述衬底上的氮化镓层，形成于所述衬底和所述氮化镓层界面上的掩埋空洞。所述掩埋空洞随机排布或周期性的规则排布在所述衬底和氮化镓层的界面上，形状优选为圆锥或半球形。由于形成了掩埋孔洞，相当于在衬底面上形成了以空气为材质的图形，其与GaN的折射率的差距比蓝宝石与GaN的折射率的差距更大，本来在出光面和衬底面形成的波导结构中发生全反射的光在掩埋空洞与GaN界面上发生反射，向轴向汇聚，最终在出光面射出，提高了出光效率。综上所述，本发明提供一种LED及其制造方法，所述LED的制造方法先在衬底上形成凸点，然后外延生长厚度小于等于所述凸点的高度的第一氮化镓层，之后去除所述凸点，形成空洞，继而外延生长第二氮化镓层，形成掩埋空洞。这样，光在掩埋空洞上发生反射，改变光在出光面上的出射方向，在 出光面射出，提高了出光效率。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种LED的制造方法，包括提供衬底，在所述衬底上形成介质层；在所述介质层中形成凸点；外延生长第一氮化镓层，所述第一氮化镓层的厚度小于或等于所述凸点的高度； 去除所述凸点，形成空洞；外延生长第二氮化镓层，形成掩埋空洞。
2.如权利要求1所述的LED的制造方法，其特征在于，所述介质层的材质为SiO2或 SiNx,厚度为 O. 1μ -100μπι。
3.如权利要求1所述的LED的制造方法，其特征在于，利用光刻工艺在所述介质层中形成凸点。
4.如权利要求3所述的LED的制造方法，其特征在于，所述凸点周期性排布或随机排布。
5.如权利要求4所述的LED的制造方法，其特征在于，所述凸点形状为圆锥或半球形。
6.如权利要求1所述的LED的制造方法，其特征在于，利用湿法刻蚀工艺去除所述凸点。
7.如权利要求6所述的LED的制造方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液为 HF溶液。
8.—种LED，利用如权利要求1所述的LED的制造方法形成，包括衬底以及形成于所述衬底上的氮化镓层，其特征在于，还包括形成于所述衬底和所述氮化镓层界面上的掩埋空洞。
9.如权利要求8所述的LED，其特征在于，所述掩埋空洞随机排布或周期性排布在所述衬底和氮化镓层的界面上。
10.如权利要求9所述的LED，其特征在于，所述掩埋空洞形状为圆锥或半球形。
全文摘要
本发明提供一种LED及其制造方法，包括提供衬底，在所述衬底上形成介质层；在所述介质层中形成凸点；外延生长第一氮化镓层，所述第一氮化镓层的厚度小于等于所述凸点的高度；去除所述凸点，形成空洞；外延生长第二氮化镓层，形成掩埋空洞。光在掩埋空洞与GaN界面上发生反射，向轴向汇聚，最终在出光面射出，提高出光效率。
文档编号H01L33/00GK103050588SQ20131002022
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者汪洋 申请人:映瑞光电科技(上海)有限公司