一种发光二极管、发光装置及发光二极管的制备方法与流程

1.本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种发光二极管、发光装置及发光二极管的制备方法。


背景技术：

2.发光二极管(led)具有使用寿命长，光效高的特点，因而正在取代人们一直以来使用的传统光源。目前，行业内主要采用金属有机化合物化学气相沉积法(mocvd)来制备led外延片，由于在生产过程中存在误差和晶格失配等因素，制备出的gan材料具有位错密度高、产品质量提高难等缺陷。
3.为了抑制位错的产生，得到低位错密度、高晶体质量的外延层，现有技术中发展了图形化衬底技术。图形化衬底技术通过在异质衬底表面制作具有细微结构的图形，然后在这种图形化的衬底表面进行led材料外延。图形化衬底通过其细微结构对光波形成散漫或漫反射，增加光子的逃逸几率，从而能够提高led的发光亮度。现有技术中往往会在图形化衬底的图形顶部设置一层低折射率材料层，以提高光萃取效率。但是，由于该低折射率材料层上无法直接生长外延层，导致外延磊晶面积变小，外延磊晶过程也变得更加的困难，进而不利于生长出高质量的外延层。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管、发光装置及发光二极管的制备方法，以增加外延磊晶的面积，并提高外延质量。
5.为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管，包括依次层叠的图形化衬底、缓冲层和发光结构，其中：
6.图形化衬底，包括衬底以及形成在衬底表面的若干个间隔设置的图形结构；图形结构包括形成于衬底的表面的第一部分以及形成在第一部分上方的第二部分，第一部分和第二部分的材料不同；
7.缓冲层，覆盖于图形化衬底的表面，缓冲层包括第一子缓冲层和第二子缓冲层，第一子缓冲层覆盖于图形结构的第一部分的表面及间隔设置的图形结构之间；第二子缓冲层覆盖于图形结构的第二部分的表面，第一子缓冲层的厚度大于第二子缓冲层的厚度。
8.可选地，第一子缓冲层的厚度介于
9.可选地，第二子缓冲层的厚度介于
10.可选地，第一子缓冲层或第二子缓冲层的材料包括aln、algan或alingan中的一种。
11.可选地，第一子缓冲层或第二子缓冲层中的al组分的含量大于5％。
12.可选地，图形结构形成为直径自图形结构的底部向顶部逐渐递减的锥形结构。
13.可选地，在垂直于衬底的表面的方向上，图形结构的高度h介于1.4μm～2.4μm。
14.可选地，相邻图形结构的中心之间的距离d介于2.2μm～3.5μm。
15.可选地，第二部分的材料的折射率小于第一部分的材料的折射率。
16.可选地，图形结构的第一部分的材料与衬底的材料相同。
17.可选地，图形结构的第一部分的材料与衬底的材料不同，第一部分的材料的折射率小于衬底的材料的折射率。
18.可选地，衬底的材料包括蓝宝石、si、gan或zno中的一种。
19.可选地，第二部分的材料包括sio2、si3n4、zno2、si、sic、gaas、ti3o5、tio2中的一种或多种。
20.可选地，衬底与第一部分的材料为蓝宝石，第二部分的材料为二氧化硅。
21.可选地，第一部分的侧壁具有第一倾斜度，第二部分的侧壁具有第二倾斜度，第一倾斜度与第二倾斜度的取值相同或不同。
22.本发明还提供一种发光二极管，包括依次层叠的图形化衬底、缓冲层和发光结构，其中：
23.图形化衬底，包括衬底以及形成在衬底表面的若干个间隔设置的图形结构；
24.缓冲层，覆盖于图形化衬底的表面，缓冲层包括第一子缓冲层和第二子缓冲层，第一子缓冲层覆盖于衬底的表面，第二子缓冲层覆盖于图形结构的表面，第一子缓冲层的厚度大于第二子缓冲层的厚度。
25.可选地，第一子缓冲层的厚度介于
26.可选地，第二子缓冲层的厚度介于
27.可选地，第一子缓冲层或第二子缓冲层的材料包括aln、algan或alingan中的一种。
28.可选地，第一子缓冲层或第二子缓冲层中的al组分的含量大于5％。
29.可选地，图形结构材料与衬底的材料不同，图形结构的材料的折射率小于衬底的材料的折射率。
30.可选地，衬底的材料为蓝宝石，图形结构的材料为二氧化硅。
31.可选地，所述发光结构为设置于缓冲层上方的外延层，外延层在缓冲层的上方依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层。
32.本发明还提供一种发光装置，包括上述发光二极管。
33.本发明还提供一种发光二极管的制备方法，包括：
34.提供一图形化衬底，图形化衬底包括衬底以及形成在衬底表面的若干个间隔设置的图形结构；图形结构包括形成于衬底的表面的第一部分以及形成在第一部分上方的第二部分，所述第一部分的材料与所述第二部分的材料不同；
35.在图形化衬底的表面形成缓冲层，其中，在图形结构的第一部分的表面以及间隔设置的图形结构之间形成第一子缓冲层，在图形结构的第二部分的表面形成第二子缓冲层，使第一子缓冲层的厚度大于第二子缓冲层的厚度。
36.可选地，还包括：在缓冲层的上方依次形成第一半导体层、有源层和第二半导体层。
37.与现有技术相比，本发明所述的发光二极管、发光装置及发光二极管的制备方法至少具备如下有益效果：
38.本发明所述led外延片衬底结构在图形化衬底的第一部分的表面形成第一子缓冲
层，在无法进行外延生长的第二部分的表面形成第二子缓冲层，其中，由于第二部分的表面的第二子缓冲层表面能够生长外延层，因而增加了图形化衬底表面的外延磊晶面积。设置第二子缓冲层的厚度小于第一子缓冲层的厚度，一方面，使第一子缓冲层与第一部分的底面的夹角小于第二子缓冲层与第二部分的底面的夹角，减小生长于图形结构表面外延层内的晶格位错。另一方面，第二部分表面的第二子缓冲层的厚度较小，能够尽可能的减小第二子缓冲层内的晶格缺陷，避免第二子缓冲层内的晶格缺陷过多对生长于第二子缓冲层表面的外延层质量的影响，因此，本发明能够提高外延磊晶面积，同时减小外延层内的晶格缺陷，提高led的发光效率。
39.本发明所述的发光二极管及发光装置均包括上述led外延片衬底结构，同样地，能实现上述效果。
附图说明
40.图1为本发明一实施例中所述led外延片衬底结构的结构示意图；
41.图2为本发明一实施例中所述led外延片衬底结构的结构示意图；
42.图3为本发明一实施例中所述led外延片衬底结构的结构示意图；
43.图4为本发明一实施例中所述led外延片衬底结构的结构示意图；
44.图5为本发明实施例所述发光二极管的结构示意图；
45.图6为本发明实施例所述的led外延片衬底结构的制方法的流程图；
46.图7为本发明实施例所述的发光二极管的制备方法的流程图。
47.附图标记列表：
48.100
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图形化衬底
49.101
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衬底
50.102
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图形结构
51.1021
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第一部分
52.1022
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第二部分
53.200
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缓冲层
54.201
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第一子缓冲层
55.202
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第二子缓冲层
56.300
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非掺杂层
57.400
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外延层
58.401
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第一半导体层
59.402
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有源层
60.403
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第二半导体层
61.501
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第一电极
62.502
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第二电极
具体实施方式
63.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。本发明还可以通过另外不同的具体
实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
64.须知，本发明实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本技术所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
65.实施例1
66.本实施例提供一种led外延片衬底结构，该外延片衬底结构包括图形化衬底及设置于图形化衬底表面的缓冲层。其中，图形化衬底包括衬底以及形成在衬底表面的若干个间隔设置的图形结构；图形结构包括形成于衬底的表面的第一部分以及形成在第一部分上方的第二部分，第一部分的材料与第二部分的材料不同；缓冲层包括第一子缓冲层和第二子缓冲层，第一子缓冲层覆盖于图形结构的第一部分的表面及间隔设置的图形结构之间；第二子缓冲层覆盖于图形结构的第二部分的表面，第一子缓冲层的厚度大于第二子缓冲层的厚度。
67.本实施例在图形结构的第二部分的表面形成第二子缓冲层，使得无法进行外延生长的第二部分也能进行外延生长，进而增加了外延生长的磊晶面积，减小了磊晶难度，同时，设置第二子缓冲层的厚度小于第一子缓冲层的厚度，一方面，使第一子缓冲层与第一部分的底面的夹角小于第二子缓冲层与第二部分的底面的夹角，减小生长于图形结构表面外延层内的晶格位错。另一方面，第二部分表面的第二子缓冲层的厚度较小，能够尽可能的减小第二子缓冲层内的晶格缺陷，避免第二子缓冲层内的晶格缺陷过多对生长于第二子缓冲层表面的外延层质量的影响。
68.具体地，参照图1，图形化衬底100包括衬底101以及形成在衬底101表面的若干个间隔设置的图形结构102，其中，衬底101的材料可以为蓝宝石、si、gan或zno、中的一种，在本实施例中，衬底101为蓝宝石衬底。
69.图形结构102包括形成于衬底101表面的第一部分1021以及形成在第一部分1021上方的第二部分1022，第一部分1021的侧壁具有第一倾斜度，第二部分1022的侧壁具有第二倾斜度，第一倾斜度与第二倾斜度的取值可以相同，也可以不同。需要说明的是，第一倾斜度是指第一部分1021的侧壁与其底面的夹角α1，第二倾斜度是指第二部分的1022侧壁与其底面的夹角α2。本实施例以第一倾斜度与第二倾斜度的取值相同为例进行说明。具体地，如图1所示，图形结构102形成为直径自图形结构102的底部向顶部逐渐递减的锥形结构，即，图形结构102的第一部分1021的第一倾斜度α1等于图形结构102第二部分1022的第二倾斜度α2。在本实施例的可选实施例中，参照图3，图形结构102的第一部分1021的第一倾斜度α1与图形结构102第二部分1022的第二倾斜度α2取值不同，例如，第一倾斜度α1大于第二倾斜度α2。
70.在本实施例中，参照图1，在垂直于所述衬底的表面的方向上，所述图形结构的高
度h介于1.4μm～2.4μm。相邻所述图形结构的中心之间的距离d介于2.2μm～3.5μm。
71.第一部分1021的材料与衬底101的材料可以相同，也可以不同。在本实施例中，参照图1，第二部分1022的材料与第一部分1021的材料及衬底101的材料不同。第一部分1021的材料与衬底101的材料相同，即，第一部分1021的材料也为蓝宝石材料。在本实施例的可选实施例中，第一部分1021的材料与衬底101的材料不同，衬底101的材料的折射率大于第一部分1021的材料的折射率。
72.第二部分1022的材料为低折射率材料，该材料形成的第二部分的表面很难进行外延生长。第二部分1022材料的折射率小于第一部分1021的折射率、外延层400的折射率，当外延层400内的光发射至第二部分1022的表面时，能够形成全反射，将光反射至出光面，提高光的出光效率。可选地，第二部分1022的材料包括sio2、si3n4、zno2、si、sic、gaas、ti3o5、tio2中的一种或多种。在本实施例中，第二部分1022的材料为sio2。
73.缓冲层200覆盖于图形化衬底100的表面。其中，缓冲层200包括第一子缓冲层201和第二子缓冲层202，第一子缓冲层201覆盖于图形结构102之间暴露的衬底101的表面以及图形结构102的第一部分1021的表面。第二子缓冲层202覆盖于图形结构102的第二部分1022的表面，且第一子缓冲层201的厚度大于第二子缓冲层202的厚度。可选地，第一子缓冲层201的厚度介于第二子缓冲层202的厚度介于优选地，第一子缓冲层201的厚度介于第二子缓冲层202的厚度介于可选地，第一子缓冲层201或第二子缓冲层202的材料包括aln、algan或alingan中的一种，且第一子缓冲层201或第二子缓冲层202中al组分的含量大于5％，优选地，al组分的含量大于10％。
74.在本实施例中，如图1所示，第一子缓冲层201在图形结构102的第一部分1021的表面及间隔设置的图形结构102之间各处的厚度相同，第二子缓冲层202在图形结构102的第二部分1022的表面各处的厚度相同。在本实施例的可选实施例中，如图2所示，第一子缓冲层201及第二子缓冲层202在平行于衬底101的方向上厚度均自图形结构102的底部向顶部逐渐递减，且第一子缓冲层201的厚度大于第二子缓冲层202的厚度。在本实施例中，将第一缓冲层200和第二缓冲层200设置为逐渐递减的结构，能够降低后续外延层400与缓冲层200之间的压应力，防止生长外延层的发生翘曲现象。
75.本实施例还提供一种led外延片衬底结构的制备方法，参照图6，包括：
76.s101：提供一图形化衬底，图形化衬底包括衬底以及形成在衬底表面的若干个间隔设置的图形结构；图形结构包括形成于衬底的表面的第一部分以及形成在第一部分上方的第二部分，第一部分与第二部分的材料不同；
77.参照图1或图2，提供一衬底101，在衬底101的表面上形成一层低折射率材料层，刻蚀低折射率材料层及部分衬底101，以在衬底101的表面形成图形结构102。该图形结构102包括由衬底101材料形成的第一部分1021以及由低折射率材料形成的第二部分1022。
78.s101：在图形化衬底的表面形成缓冲层，其中，在图形结构的第一部分的表面以及间隔设置的图形结构之间形成第一子缓冲层，在图形结构的第二部分的表面形成第二子缓冲层，使第一子缓冲层的厚度大于第二子缓冲层的厚度。
79.在本实施例中，参照图1，在图形化衬底100的表面形成厚度均匀的缓冲层200，刻蚀覆盖于图形结构102的第二部分1022的缓冲层200，使覆盖于图形结构102的第二部分1022的缓冲层200形成为第二子缓冲层202，覆盖于图形结构102第一部分1021的缓冲层200
形成为第一子缓冲层201，第一子缓冲层201的厚度小于第二子缓冲层202的厚度。
80.在可选实施例中，参照图2，在图形化衬底100的表面形成厚度均匀的缓冲层200，刻蚀覆盖于图形结构102表面的缓冲层200，使缓冲层200的厚度自图形结构102到的底部向顶部逐渐递减，并继续刻蚀覆盖于第二部分1022表面的缓冲层200，使覆盖于图形结构102的第二部分1022的缓冲层200大于覆盖于图形结构102第一部分1021的缓冲层200。
81.实施例2
82.本实施例提供一种led外延片衬底结构，其与实施例1的相同之处在此不再一一赘述，其不同之处在于：
83.参照图4，本实施例中的图形结构102的上下为相同的材料，即，图1中第一部分1021和第二部分1022的材料为相同的材料。可选地，图形结构的材料包括sio2、si3n4、zno2、si、sic、gaas、ti3o5、tio2中的一种或多种，例如，图形结构的材料为二氧化硅。并且，在本实施例中，第一缓冲层201覆盖于衬底100的表面，第二子缓冲层202覆盖于图形结构102的表面，第一子缓冲层201的厚度大于第二子缓冲层202的厚度。由于图形结构中缓冲层的设置，本实施例同样能够在图形结构的表面生长高质量的外延层，同时图形结构102的折射率小于衬底100的折射率，达到提亮的技术效果。
84.本实施例还提供一种led外延片衬底结构的制备方法，包括：
85.s101：提供一图形化衬底，图形化衬底包括衬底以及形成在衬底表面的若干个间隔设置的图形结构；
86.参照图4，提供一衬底101，在衬底101的表面上形成一层低折射率材料层，刻蚀低折射率材料层，以在衬底101的表面形成图形结构102。
87.s101：在图形化衬底的表面形成缓冲层，其中，在衬底的表面形成第一子缓冲层，在图形结构的表面形成第二子缓冲层，使第一子缓冲层的厚度大于第二子缓冲层的厚度。
88.在本实施例中，参照图4，在图形化衬底100的表面形成厚度均匀的缓冲层200，刻蚀覆盖于图形结构102的缓冲层200，使覆盖于图形结构102的缓冲层200形成为第二子缓冲层202，覆盖于衬底表面的缓冲层200形成为第一子缓冲层201，第一子缓冲层201的厚度小于第二子缓冲层202的厚度。
89.实施例3
90.本实施例还提供一种发光二极管，该发光二极管包括实施例1或2中所述的led外延片衬底结构，本实施例以实施例1中led外延片衬底结构为例进行说明。参照图5，发光二极管包括图形化衬底100、缓冲层200及发光结构。其中，发光结构为外延层400，该外延层400在缓冲层200的上方依次包括由第一半导体层401、有源层402和第二半导体层403。可选地，在缓冲层200的上方还设置有一层非掺杂层300。本实施例所述led芯片的外延磊晶面积大，外延层质量缺陷少，发光效率较高。
91.本实施例还提供一种发光二极管的制备方法，参照图7，包括：
92.s101～s102步骤与实施例1或2所述led外延片衬底结构的制备方法相同，在此不再一一赘述。
93.s103：在缓冲层的上方依次形成第一半导体层、有源层和第二半导体层。
94.参照图3，在图形化衬底100的缓冲层200的表面依次沉积第一半导体层401、有源层402和第二半导体层403，以形成外延层400。可选地，在缓冲层200与外延层400还形成有
一层非掺杂层300。
95.刻蚀该外延层400，使在外延层400的表面暴露第一半导体层401，在暴露的第一半导体层401的表面形成第一电极501，在第二半导体层403的表面形成第二电极502。
96.本实施例还提供一种发光装置，包括上述发光二极管，同样地能够提高发光效率。
97.综上，本发明所述led外延片衬底结构在图形化衬底的第一部分的表面形成第一子缓冲层，在无法进行外延生长的第二部分的表面形成第二子缓冲层，其中，由于第二部分的表面的第二子缓冲层表面能够生长外延层，因而增加了图形化衬底表面的外延磊晶面积。设置第二子缓冲层的厚度小于第一子缓冲层的厚度，一方面，使第一子缓冲层与第一部分的底面的夹角小于第二子缓冲层与第二部分的底面的夹角，减小生长于图形结构表面外延层内的晶格位错。另一方面，第二部分表面的第二子缓冲层的厚度较小，能够尽可能的减小第二子缓冲层内的晶格缺陷，避免第二子缓冲层内的晶格缺陷过多对生长于第二子缓冲层表面的外延层质量的影响，因此，本发明能够提高外延磊晶面积，同时减小外延层内的晶格缺陷，提高led的发光效率。
98.本发明所述的发光二极管及发光装置均包括上述led外延片衬底结构，同样地，能实现上述效果。
99.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。