發光二極管結構及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及發光二極管結構及其制作方法，特別是制作在外延層襯底上孔洞的方法，同時適用于其他功率型半導體器件。
【背景技術】
[0002]近年來，LED器件在外延生長的過程中較多使用異質襯底，例如藍寶石，Si，以及SiC等材料，其與外延層之間存在比較嚴重的晶格失配和熱失配，且此問題在大尺寸外延片生長過程中更加突出。而此晶格失配和熱失配在外延生長的過程中產生較大的應力，從而引入位錯缺陷，降低材料的晶格質量，而且在外延生長中存在翹曲等問題，影響材料的均勻性。
[0003]此外，取光效率也是影響LED器件性能的關鍵因素之一，GaN材料與襯底的折射率不同，存在全反射吸光，只有在有限的折射角度范圍內產生的光才能夠出射到空氣中，導致取光效率低。雖然目前業內有使用垂直發光二極管結構增加取光效率，但傳統的垂直發光二極管工藝，又存在剝離襯底難度大，易損傷外延層以及剝離不徹底等問題，從而無法大規模改善LED器件的出光效率。

【發明內容】

[0004]為解決以上技術問題，一方面，本發明提供發光二極管結構，其中，第一半導體層與襯底間的具備孔洞結構，利用孔洞的折射率不同減少全反射吸光、增加反射出光，AlxGa1 XN等耐高溫材料降低了 GaN外延層與襯底間的晶格失配和熱失配程度，孔洞結構減少由應力所引入的位錯缺陷，提高晶格質量，由于該結構的孔洞減少了外延層與襯底間接觸面積，因此降低剝離襯底的難度，避免損傷外延層。
[0005]發光二極管的結構，包括:圖形化襯底，第一半導體層和第二半導體層夾著的發光外延層，其中圖形化襯底上分布凹槽和凸起，凹槽內有側壁，凹槽側壁與耐高溫層接觸，其特征在于:所述耐高溫層與凹槽的側壁之間包裹著孔洞。
[0006]根據本發明，優選的是，定義所述凹槽側壁分為阻擋層覆蓋區和阻擋層未覆蓋區，其中與孔洞相鄰區域的側壁為阻擋層未覆蓋區。
[0007]根據本發明，優選的是，所述阻擋層材料為S12S SiN x。
[0008]根據本發明，優選的是，所述凹槽側壁阻擋層未覆蓋區用于生長過渡層，所述過渡層材料為Al、A1N、AlGaN, GaN中的一種。
[0009]根據本發明，優選的是，所述凹槽開口形狀為圓形，凹槽開口直徑范圍為1~5μπι，所述直徑優選范圍為4~5 μ m。
[0010]根據本發明，優選的是，所述凹槽的側壁為粗化表面，側壁表面呈不規則凹凸形。[0011 ] 根據本發明，優選的是，所述圖形化襯底的材料包括藍寶石、S1、SiC,ZnO,AlN中的一種。
[0012]根據本發明，優選的是，所述耐高溫層材料為AlxGa1 XN、A1203、SiC中的一種，其中0.5彡X彡I。
[0013]根據本發明，優選的是，所述耐高溫層的厚度為50~1000nm。
[0014]同時本發明還提供了發光二級管結構的制作方法，包括步驟:
(O提供一圖形化襯底，其表面具有凸起和凹槽；
(2)在圖形化襯底的凸起和凹槽上生長阻擋層，并定義凹槽側壁分為阻擋層覆蓋區和阻擋層未覆蓋區；
(3)通過光罩和蝕刻工藝，去除阻擋層未覆蓋區的阻擋層；
(4)在圖形化襯底上依次繼續生長GaN以及包裹GaN的耐高溫層，由于在阻擋層上無法生長GaN和耐高溫層，從而實現只在所述阻擋層未覆蓋區生長GaN以及包裹GaN的耐高溫層；
(5)高溫退火，從而分解GaN，形成耐高溫材料孔洞；
(6)在耐高溫層和襯底上生長第一半導體層；
(7)在第一半導體層上依次生長發光外延層和第二半導體層。
[0015]根據本方法，優選的是，所述圖形化襯底的材料為藍寶石。
[0016]根據本方法，優選的是，所述高溫退火，溫度范圍在1150~1600°C之間，既能提高耐高溫層的表面結晶質量，同時有利于提高第一半導體層的生長質量。
[0017]根據本方法，優選的是，所述阻擋層材料為S12S SiNx。
[0018]根據本方法，優選的是，所述圖形化襯底是通過光罩工藝和蝕刻工藝得到凹槽，所述光罩工藝，對工藝中的光刻膠進行高溫處理，光刻膠自然坍塌變形形成不規則的光刻膠形狀，所述蝕刻工藝在凹槽側壁形成不規則凹凸形，所述高溫的溫度范圍為130~150°C。
[0019]此外，本發明還提供了，另一種發光二極管結構的制作方法，包括步驟:
(O提供一圖形化襯底，其表面具有凸起和凹槽；
(2)在圖形化襯底的凸起和凹槽上生長阻擋層，并定義凹槽側壁分為阻擋層覆蓋區和阻擋層未覆蓋區；
(3)通過光罩和蝕刻工藝，去除阻擋層未覆蓋區的阻擋層；
(4)在凹槽的阻擋層未覆蓋區上，生長過渡層；
(5)在圖形化襯底上依次繼續生長GaN以及包裹GaN的耐高溫層，由于在阻擋層上無法生長GaN和耐高溫層，從而實現只在所述過渡層上生長GaN以及包裹GaN的耐高溫層；
(6)高溫退火，從而分解GaN，形成耐高溫材料孔洞；
(7)在耐高溫層和襯底上生長第一半導體層；
(8)在第一半導體層上依次生長發光外延層和第二半導體層。
[0020]根據本方法，優選的是，所述襯底材料為Si時，所述過渡層材料優選為A1N。
[0021]根據本方法，優選的是，所述襯底材料為SiC時，所述過渡層材料優選為Al，其作用是控制襯底上GaN的生長極性，提高GaN的生長質量。
[0022]根據本方法，優選的是，所述高溫退火，溫度范圍在1150~1600°C之間，既能提高耐高溫層的表面結晶質量，同時有利于提高第一半導體層的生長質量。
[0023]根據本方法，優選的是，所述阻擋層材料為S12S SiN x。
[0024]根據本方法，優選的是，所述圖形化襯底是通過光罩工藝和蝕刻工藝得到凹槽，所述光罩工藝，對工藝中的光刻膠進行高溫處理，光刻膠自然坍塌變形形成不規則的光刻膠形狀，所述蝕刻工藝在凹槽側壁形成不規則凹凸形，所述高溫的溫度范圍為130~150°C。
[0025]本發明的有益效果至少包括解決了【背景技術】中的問題，利用本發明的結構和制作方法能有效提高發光二極管的亮度，由于耐高溫層與凹槽側壁之間包裹的孔洞起到應力釋放作用，減少大尺寸外延片因為應力產生的位錯缺陷和外延片翹曲問題；凹槽側壁粗化成凹凸形，減少全反射吸光，增加出光效率；由于阻擋層結構和孔洞結構大幅減少了第一半導體層與襯底的接觸面積，故除了正裝、倒裝等結構的發光二極管，當本發明應用于垂直發光二極管結構的制備工藝時，可明顯降低襯底剝離的難度，有效改善垂直發光二極管的制備良率。
【附圖說明】
[0026]附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。此外，附圖數據是描述概要，不是按比例繪制。
[0027]圖1是本發明實施例1制作到步驟(I)提供的圖形化襯底結構剖面圖。
[0028]圖2是本發明實施例1制作到步驟(2)定義的圖形化襯底結構俯視圖。
[0029]圖3是本發明實施例1制作到步驟(3)完成后的圖形化襯底結構剖面圖。
[0030]圖4、圖5是本發明實施例1制作到步驟(4)的圖形化襯底結構剖面示意圖。
[0031]圖6是本發明實施例1制作到步驟(5)完成后的圖形化襯底結構剖面圖。
[0032]圖7是本發明實施例1制作完成的發光二極管結構剖面示意圖。
[0033]圖8是本發明實施例2制作到步驟(4)完成后的圖形化襯底結構剖面圖。
[0034]圖9、圖10是本發明實施例2制作到步驟(5)的圖形化襯底結構剖面示意圖。
[0035]圖11是本發明實施例2制作到步驟(6)完成后的圖形化襯底結構剖面圖。
[0036]圖12是本發明實施例2制作完成的發光二極管結構剖面示意圖。
[0037]圖13是本發明實施例4中提供的圖形化襯底示意圖。
[0038]圖14是本發明實施例4制作完成的發光二極管結構剖面示意圖。
[0039]圖15是本發明實施例5制作完成的發光二極管結構剖面示意圖。
[0040]其中，1:襯底；2:凹槽；21:阻擋層覆蓋區；22:阻擋層未覆蓋區，3:阻擋層；4:GaN層；41:孔洞；5:耐高溫層；6:過渡層；7:第一半導體層；8:發光外延層；9:第二半導體層。
【具體實施方式】
[0041]下面結合示意圖對本發明的結構及其制作方法進行詳細的描述，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程