一种增强型的LED结构的制作方法

一种增强型的led结构
技术领域
1.本技术涉及半导体技术领域，尤其涉及一种增强型的led(light-emitt ing diode，led)结构。


背景技术：

2.led光源(led指的是light emitt ing diode)为发光二极管光源。led的发光原理与白炽灯和气体放电灯的发光原理都不同，led光源的能量转化效率非常高，理论上可以达到白炽灯10％的能耗，led相比荧光灯也可以达到50％的节能效果。
3.随着led在照明领域的逐步应用，用户对led的出光效率要求越来越高，目前市场上采用的垂直线性结构的led芯片，因其具有单面出光，良好的散热能力，能够承受大电流注入，成本低廉，成为大功率led市场的首选。但垂直线性结构的led芯片还具有其缺点，当大电流注入时，造成n型电极附近电流拥挤效应明显，影响出光效率。
4.现有的led结构切割道为平面结构，使得led侧向光有一部分直接被切割道吸收，没有形成有效的光提取,而且在led切割道经过刻蚀之后，台阶呈一个斜坡结构，发出的光经过界面形成全反射，出光效率会受到限制无法发射出去，难以达到最佳的出光效率。


技术实现要素：

5.本技术提供一种增强型的led结构，以解决现有技术中传统led结构出光效率低的问题。同时，本技术提供的结构通过设置的柱状导光柱或锥状导光柱，可以增强反射出光的效果。
6.本技术示出的一种增强型的led结构，包括：第一导电层和在所述第一导电层上外延生长的发光层；
7.所述发光层包括第一侧边，所述第一侧边具有正向的倾斜坡度，所述第一侧边与所述第一导电层的第一表面形成大于90
°
的夹角，所述第一表面为所述第一导电层的上表面与所述发光层的下表面的未接触区域；
8.所述第一表面上设置有反射部。采用本实施方式，能够解决现有的mesa台阶仅具有正向坡度进而影响led外延结构侧向光的发出效率的问题。
9.优选的，所述反射部包括凸起部及反射层；
10.所述凸起部为干法刻蚀法制备，所述反射层通过真空镀膜技术制备包裹于所述凸起部朝向所述发光层一侧。采用该实施方式，可增强侧向光的出光效率。
11.优选的，反射部为分布式布拉格反射镜或银镜的至少一种。采用本实施方式，可以选择多种材质的反射部。采用分布式布拉格反射镜，可以改善器件的出光特性，对不同波长的光进行增强反射，实现对多个波长入射光的高效反射，可直接利用mocvd设备进行生长，无需再次加工，节约成本；采用银镜可使成像清新，反射率高，亮度高，色彩还原好，耐用性好，增加使用年限。
12.优选的，所述反射部上半部为柱形或锥形结构的至少一种。柱状导光柱或锥状导
光柱都可以起到促进正面出光的效果。
13.优选的，所述第一侧边与所述第一表面接触处与所述反射部朝向所述反光层一侧距离大于1微米。凸起与发光层之间有一定的间隙，间隙1微米以上，有利于光的反射。
14.优选的，所述第一侧边与所述第一导电层的第一表面夹角范围为120
°‑
180
°
。采用本方式，能够形成合适的刻蚀角度以便于出射光的射出。
15.优选的，所述衬底层和第二导电层；所述衬底层连接于所述第一导电层的下表面设置；所述第二导电层在所述发光层的上表面外延生长；所述第二导电层包括第二侧边，所述第二侧边与所述第一侧边的正向倾斜坡度保持一致。采用本实施方式，示出了一种四层的led外延结构，在第一导电层和发光层进行刻蚀，以形成倾斜坡度，使出射光在第一表面形成反射，以提升出光效率。
16.优选的，所述衬底层包括：硅衬底、蓝宝石衬底、钽铝酸锶镧衬底以及镓酸锂衬底的至少一种。采用本实施方式，可以选择多种衬底层。
17.优选的，所述第一导电层为n-gan层，所述第二导电层为p-gan层。
18.优选的，所述第一侧边与所述第一导电层的第一表面形成的夹角通过干法刻蚀法或湿法刻蚀法制备。采用本实施方式，通过使用等离子体或刻蚀气体来去除衬底材料或通过液体化学药品或蚀刻剂去除衬底材料。
19.以上示出的技术方案，包括：第一导电层和在第一导电层上外延生长的发光层；发光层包括第一侧边，第一侧边具倾斜坡度，第一侧边与第一导电层的第一表面形成大于90度的夹角，第一表面为第一导电层的上表面与所述发光层的下表面之间的未接触区域；第一表面上设置有反射部；能够在mesa台面形成梯形坡度，同时提升侧向光的出光效率，增大led的发光效率。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本技术在一种led外延结构在一种实施例中的结构示意图；
22.图2为本技术在一种led外延结构在一种实施例中的结构示意图；
23.图3为本技术在一种led外延结构在一种实施例中的结构示意图；
24.图4为led芯片工艺制程前的led外延结构的结构示意图；
25.图5为在现有技术中一种led外延结构的结构示意图。
具体实施方式
26.为使本技术的目的和实施方式更加清楚，下面将结合本技术示例性实施例中的附图，对本技术示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，描述的示例性实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.需要说明的是，本技术中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本技术的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
28.本技术中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换。
29.led外延结构是在一块加热至适当温度的衬底基片上，气态物质ingaaip有控制的输送到衬底表面，生长出特定的单晶薄膜。在led外延结构的生长过程中，需要考虑多种因素，如衬底与外延膜的结构匹配，需要考虑外延材料与衬底材料的晶体结构相同或相近、晶格常数失配小、结晶性能好、缺陷密度低；如衬底与外延膜的热膨胀系数匹配，热膨胀系数的匹配非常重要，外延膜与衬底材料在热膨胀系数上相差过大不仅可能使外延膜质量下降，还会在器件工作过程中，由于发热而造成器件的损坏；衬底与外延膜化学稳定性的匹配以及材料制备的难易程度以及成本的高低。
30.在考虑衬底与外延膜的结构匹配的基础上，还需要考虑外延结构的形状对led发光效率的影响，在具体的结构设计中，需要设计合适的led外延结构以能达到最适宜的发光效率。
31.图4示出一种led芯片工艺制程前的led外延结构的结构示意图，led外延结构包括：衬底层，形成在所述衬底层上的第一导电层1，形成在所述第一导电层1上的发光层2以及形成在所述发光层2上的第二导电层5。在一些实施例中，衬底层4设置为蓝宝石衬底；第一导电层1设置为n-gan导电层；发光层2为多量子阱层；第二导电层5为p-gan层。其中，蓝宝石衬底在图4中以pss表示，第一导电层1以n-gan表示，发光层2以mqw表示，第二导电层5以p-gan表示。
32.现有的发光层2结构主要包括两种：
33.1)双异质结(dh)：异质结led相对于同质结led来说，其p区和n区有带隙不同的半导体组分。在异质结中，宽带隙材料叫势垒层，窄带隙材料叫势阱层。只有一个势垒层和势阱层的结为单异质结(sh)，有两个势垒层和一个活性层(即载流子复合发光层)的结叫双异质结。双异质结的两个势垒层对注入的载流子起到限域作用，即通过第一个异质结果面扩散进入活性层的载流子，会被第二个异质结界面阴挡在活性层中，致使目前hbled能带结构通常都采用双异质结。
34.2)量子阱结构：活性层的变薄能够有效地提高辐射复合效率，并且能减少再吸收。但是，当活性层的厚度可以与晶体中电子的德布罗意波相比拟进，载流子会因为量子限域而发生能谱的改变。这种特殊的结构被称为量子阱(qw)。势阱中的载流子能带不再连续，而是取一系列的分立值。活性层既可以是单层，即单量子阱(sqw)；也可以为多层，即多量子阱(mqw)结构。采用量子阱结构的活性层可以更薄，造成对载流子的进一步限域，更有利于效率的提高。已经发现，发光波长为565nm的a1ingap双异质结led，当活性层厚度在0.15～0.75nm的范围内时，光效最高；超出这个范围时，光效则急剧下降，这是由于活性层太薄，容易引起载流子隧道穿透到活性层之外；如果活性层太厚，载流子复合效率会降低。量子阱结构是目前hbled广为采用的能带结构之一。
35.图5示出了一种现有工艺制程中的led外延结构的结构示意图，现有工艺制程中led外延结构中，衬底层4设置为蓝宝石衬底；第一导电层1设置为n-gan导电层；发光层2为多量子阱层；第二导电层5为p-gan层；其中，第二导电层5和发光层2经过刻蚀之后形成mesa台阶，该台阶呈一个正向的斜坡，出光效率会受到限制而无法发射出去。图5中示出了光线
的出射方向。
36.为了解决现有的led外延结构中正向的mesa台阶的正向坡度影响led侧向光的发出效率的问题，本技术示出了一种的led外延结构，能够利用光刻负胶通过曝光和芯片刻蚀制备，使得出射光在反射部3进行反射，从而提升出光效率。
37.图1为本技术在一种led外延结构在一种实施例中的结构示意图，所述led外延结构包括：第一导电层1和在所述第一导电层1上外延生长的发光层2；所述发光层2包括第一侧边21，所述第一侧边21具有正向的倾斜坡度，所述第一侧边21与所述第一导电层1的第一表面11形成大于90度的夹角，所述第一表面11为所述第一导电层1的上表面与所述发光层2的下表面的未接触区域；所述第一表面11上设置有反射部3。
38.外延生长是指在单晶衬底(基片)上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段。外延生长技术发展于50年代末60年代初，为了制造高频大功率器件，需要减小集电极串联电阻，又要求材料能耐高压和大电流，因此需要在低阻值衬底上生长一层薄的高阻外延层。外延生长的新单晶层可在导电类型、电阻率等方面与衬底不同，还可以生长不同厚度和不同要求的多层单晶，从而大大提高器件设计的灵活性和器件的性能。外延工艺还广泛用于集成电路中的pn结隔离技术(见隔离技术)和大规模集成电路中改善材料质量方面。
39.在本实施例中，所述第一侧边21与所述第一导电层1的第一表面11形成的夹角通过干法刻蚀法或湿法刻蚀法制备；干法刻蚀法利用等离子与表面膜反应，能实现各向异性蚀刻，以保证细节转换后图像的保真性；湿法刻蚀法，适应性强，表面均匀，对硅片的损伤小，几乎适用于所有的金属、玻璃、塑料等材料；
40.所述第一侧边21与所述第一导电层1的第一表面11形成大于90度的夹角；光线的出射方向指向第一导电层1，经由反射部3，使得出射光在反射部3与第一侧边21之间进行反射，提高了提高出光效率；所述反射层32通过真空镀膜技术制备包裹于所述凸起部31朝向所述发光层2一侧；所述反射部3为分布式布拉格反射镜或银镜的至少一种；
41.具体的，分布式布拉格反射镜能够将垂直射向衬底的光利用布拉格反射原理反射回发光区或窗口，可以部分改善器件的出光特性，对不同波长的光进行增强反射，实现对多个波长入射光的高效反射，可直接利用mocvd设备进行生长，无需再次加工，且节约成本；银镜成像清新，反射率高，亮度高，色彩还原好，耐用性好，使用年限长；需要注意的是，所述第一侧边21与所述第一导电层1的第一表面11形成的夹角角度、制备方法以及反射层在这里不作具体限定，根据具体情况自行选取；
42.所述干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。当气体以等离子体形式存在时，它具备两个特点：一方面等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多，根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，就可以更快地与材料进行反应，实现刻蚀去除的目的；另一方面，还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使其具备一定能量，当其轰击被刻蚀物的表面时，会将被刻蚀物材料的原子击出，从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。因此，干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结果。干法刻蚀又分为物理性刻蚀、化学性刻蚀、物理化学性刻蚀。其中物理性刻蚀又称为溅射刻蚀。
43.所述湿法刻蚀是一种刻蚀方法，是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术；主要在较为平整的膜面上刻出绒面，从而增加光程，减少光的反射，刻蚀可用稀释的盐酸；
由于所有的半导体湿法刻蚀都具有各向同性，所以无论是氧化层还是金属层的刻蚀，横向刻蚀的宽度都接近于垂直刻蚀的深度；这样一来，上层光刻胶的图案与下层材料上被刻蚀出的图案就会存在一定的偏差，也就无法高质量地完成图形转移和复制的工作，因此随着特征尺寸的减小，在图形转移过程中基本不再使用；目前，湿法刻蚀一般被用于工艺流程前面的晶圆片准备、清洗等不涉及图形的环节。
44.布拉格反射镜采用周期性结构的布拉格反射的反射镜结构；布拉格反射镜也称为分布布拉格反射器，是一种反射镜结构，是由两种不同的介质材料交替排列而成的周期性多层膜系，它的性能主要由峰值反射率、反射带的宽度以及反射带的位置三者来表征。最常用的是四分之一反射镜，其中每一层的厚度都对应四分之一的波长，在特定层数的情况下可以提供最大的反射率；后面的条件适用于正入射的情况，如果反射镜用于较大角度的入射时，则相对的需要层厚更大。
45.图2示出了一种led外延结构在一种实施例中的结构示意图；如图2所示，所述led外延结构包括：衬底层4、第一导电层1、发光层2和第二导电层5；所述衬底层4连接于所述第一导电层1的下表面设置；所述第二导电层5在所述发光层2的上表面外延生长；所述第二导电层5包括第二侧边51，所述第二侧边51与所述第一侧边21的正向倾斜坡度保持一致；所述衬底层4包括：硅衬底、蓝宝石衬底、钽铝酸锶镧衬底以及镓酸锂衬底的至少一种。
46.具体的，所述衬底层4又称基板，也称之为支撑衬底；衬底层4是外延层生长的基板，在生产和制作过程中，起到支撑和固定的作用，它与外延层的特性配合要求比较严格，否则会影响到外延层的生长或是芯片的品质；在衬底材料的选择上，衬底层4材料与外延膜晶格、热膨胀系数以及化学稳定性的匹配很重要，可以选择硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底、钽铝酸锶镧衬底以及镓酸锂衬底等；
47.相较而言，硅衬底有良好的导电以及导热特性、尺寸大、成本低、易加工；蓝宝石衬底化学稳定性好、不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟；碳化硅衬底是导电体、晶格常数差异较小、导热系数大；氮化镓衬底与外延材料相同，无晶格常数、热膨胀失配的问题，且具有较低的差排密度、高的热传导率，制造gan发光二极管的最理想材料；氧化锌衬底晶体结构与gan相同，晶格常数差异非常小，且质量优异；
48.在本实施例中，所述第一侧边21与所述第一导电层1的第一表面11夹角范围为120
°‑
180
°
；述反射部3为根据真空镀膜技术制备；所述反射层32为分布式布拉格反射镜或银镜的至少一种；分布式布拉格反射镜还可以降低衬底层4对光的吸收，将部分射向衬底层4的光反射回来，从而增大出光效率；所述第一侧边21与所述第一导电层1的第一表面1形成的夹角为通过干法刻蚀法或湿法刻蚀法制备；所述衬底层4可选用硅衬底、蓝宝石衬底、钽铝酸锶镧衬底以及镓酸锂衬底的至少一种；
49.所述第一导电层1为n-gan层；所述第二导电层5为p-gan层；所述发光层2和所述正极导电层5截面形成梯形结构；需要注意的是，所述第一侧边21与所述第一导电层1的第一表面11形成的夹角角度、制备方法、反射层3以及衬底层4在这里不作具体限定，根据具体情况自行选取。
50.n-gan中主要掺杂剂为si，si是gan中很好的n型掺杂剂，且掺杂技术比较简单，易于控制；p-gan典型的生长环境是在h2条件下，使用mg作为受主掺杂剂实现的，而掺mg后得到的gan薄膜存在较高的电阻率，主要是由于mg与从薄膜渗透进的h分子结合形成非活性的
(mg—h)络合物，即通过h的钝化作用使mg失去活性。
51.优选的，所述反射部3上半部为柱形或锥形结构的至少一种。如图3所示，锥状导光柱与柱状导光柱都可以起到促进正面出光的效果；需要说明的是，所述反射部3上的凸起部31的个数至少为一个，在此不作具体的数量限定。
52.优选的，所述第一侧边21与所述第一表面11接触处与所述反射部3朝向所述发光层2一侧距离大于1微米；通过在两结构之间留有大于1微米的缝隙，可使光的反射效果更佳。
53.具体的，还可以有以下实施例，led的mesa制备过程中，干法刻蚀技术，把切割道部分刻蚀到衬底层4。利用蒸发镀膜等技术在切割道中蒸镀反光层薄膜或者具有反射效果的凸起(若干个凸起分布于第一导电层1上，柱状或者锥状均有利于光的反射)或者其他凸起材料，从而增强侧向光的出光效率。
54.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。
55.为了方便解释，已经结合具体的实施方式进行了上述说明。但是，上述示例性的讨论不是意图穷尽或者将实施方式限定到上述公开的具体形式。根据上述的教导，可以得到多种修改和变形。上述实施方式的选择和描述是为了更好的解释原理以及实际的应用，从而使得本领域技术人员更好的使用所述实施方式以及适于具体使用考虑的各种不同的变形的实施方式。