发光二极管结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发光二极管结构及其制作方法，特别是制作在外延层衬底上孔洞的方法，同时适用于其他功率型半导体器件。
【背景技术】
[0002]近年来，LED器件在外延生长的过程中较多使用异质衬底，例如蓝宝石，Si，以及SiC等材料，其与外延层之间存在比较严重的晶格失配和热失配，且此问题在大尺寸外延片生长过程中更加突出。而此晶格失配和热失配在外延生长的过程中产生较大的应力，从而引入位错缺陷，降低材料的晶格质量，而且在外延生长中存在翘曲等问题，影响材料的均匀性。
[0003]此外，取光效率也是影响LED器件性能的关键因素之一，GaN材料与衬底的折射率不同，存在全反射吸光，只有在有限的折射角度范围内产生的光才能够出射到空气中，导致取光效率低。虽然目前业内有使用垂直发光二极管结构增加取光效率，但传统的垂直发光二极管工艺，又存在剥离衬底难度大，易损伤外延层以及剥离不彻底等问题，从而无法大规模改善LED器件的出光效率。
【发明内容】
[0004]为解决以上技术问题，一方面，本发明提供发光二极管结构，其中，第一半导体层与衬底间的具备孔洞结构，利用孔洞的折射率不同减少全反射吸光、增加反射出光，AlxGa1 XN等耐高温材料降低了 GaN外延层与衬底间的晶格失配和热失配程度，孔洞结构减少由应力所引入的位错缺陷，提高晶格质量，由于该结构的孔洞减少了外延层与衬底间接触面积，因此降低剥离衬底的难度，避免损伤外延层。
[0005]发光二极管的结构，包括:图形化衬底，第一半导体层和第二半导体层夹着的发光外延层，其中图形化衬底上分布凹槽和凸起，凹槽内有侧壁，凹槽侧壁与耐高温层接触，其特征在于:所述耐高温层与凹槽的侧壁之间包裹着孔洞。
[0006]根据本发明，优选的是，定义所述凹槽侧壁分为阻挡层覆盖区和阻挡层未覆盖区，其中与孔洞相邻区域的侧壁为阻挡层未覆盖区。
[0007]根据本发明，优选的是，所述阻挡层材料为S12S SiN x。
[0008]根据本发明，优选的是，所述凹槽侧壁阻挡层未覆盖区用于生长过渡层，所述过渡层材料为Al、A1N、AlGaN, GaN中的一种。
[0009]根据本发明，优选的是，所述凹槽开口形状为圆形，凹槽开口直径范围为1~5μπι，所述直径优选范围为4~5 μ m。
[0010]根据本发明，优选的是，所述凹槽的侧壁为粗化表面，侧壁表面呈不规则凹凸形。[0011 ] 根据本发明，优选的是，所述图形化衬底的材料包括蓝宝石、S1、SiC,ZnO,AlN中的一种。
[0012]根据本发明，优选的是，所述耐高温层材料为AlxGa1 XN、A1203、SiC中的一种，其中0.5彡X彡I。
[0013]根据本发明，优选的是，所述耐高温层的厚度为50~1000nm。
[0014]同时本发明还提供了发光二级管结构的制作方法，包括步骤:
(O提供一图形化衬底，其表面具有凸起和凹槽；
(2)在图形化衬底的凸起和凹槽上生长阻挡层，并定义凹槽侧壁分为阻挡层覆盖区和阻挡层未覆盖区；
(3)通过光罩和蚀刻工艺，去除阻挡层未覆盖区的阻挡层；
(4)在图形化衬底上依次继续生长GaN以及包裹GaN的耐高温层，由于在阻挡层上无法生长GaN和耐高温层，从而实现只在所述阻挡层未覆盖区生长GaN以及包裹GaN的耐高温层；
(5)高温退火，从而分解GaN，形成耐高温材料孔洞；
(6)在耐高温层和衬底上生长第一半导体层；
(7)在第一半导体层上依次生长发光外延层和第二半导体层。
[0015]根据本方法，优选的是，所述图形化衬底的材料为蓝宝石。
[0016]根据本方法，优选的是，所述高温退火，温度范围在1150~1600°C之间，既能提高耐高温层的表面结晶质量，同时有利于提高第一半导体层的生长质量。
[0017]根据本方法，优选的是，所述阻挡层材料为S12S SiNx。
[0018]根据本方法，优选的是，所述图形化衬底是通过光罩工艺和蚀刻工艺得到凹槽，所述光罩工艺，对工艺中的光刻胶进行高温处理，光刻胶自然坍塌变形形成不规则的光刻胶形状，所述蚀刻工艺在凹槽侧壁形成不规则凹凸形，所述高温的温度范围为130~150°C。
[0019]此外，本发明还提供了，另一种发光二极管结构的制作方法，包括步骤:
(O提供一图形化衬底，其表面具有凸起和凹槽；
(2)在图形化衬底的凸起和凹槽上生长阻挡层，并定义凹槽侧壁分为阻挡层覆盖区和阻挡层未覆盖区；
(3)通过光罩和蚀刻工艺，去除阻挡层未覆盖区的阻挡层；
(4)在凹槽的阻挡层未覆盖区上，生长过渡层；
(5)在图形化衬底上依次继续生长GaN以及包裹GaN的耐高温层，由于在阻挡层上无法生长GaN和耐高温层，从而实现只在所述过渡层上生长GaN以及包裹GaN的耐高温层；
(6)高温退火，从而分解GaN，形成耐高温材料孔洞；
(7)在耐高温层和衬底上生长第一半导体层；
(8)在第一半导体层上依次生长发光外延层和第二半导体层。
[0020]根据本方法，优选的是，所述衬底材料为Si时，所述过渡层材料优选为A1N。
[0021]根据本方法，优选的是，所述衬底材料为SiC时，所述过渡层材料优选为Al，其作用是控制衬底上GaN的生长极性，提高GaN的生长质量。
[0022]根据本方法，优选的是，所述高温退火，温度范围在1150~1600°C之间，既能提高耐高温层的表面结晶质量，同时有利于提高第一半导体层的生长质量。
[0023]根据本方法，优选的是，所述阻挡层材料为S12S SiN x。
[0024]根据本方法，优选的是，所述图形化衬底是通过光罩工艺和蚀刻工艺得到凹槽，所述光罩工艺，对工艺中的光刻胶进行高温处理，光刻胶自然坍塌变形形成不规则的光刻胶形状，所述蚀刻工艺在凹槽侧壁形成不规则凹凸形，所述高温的温度范围为130~150°C。
[0025]本发明的有益效果至少包括解决了【背景技术】中的问题，利用本发明的结构和制作方法能有效提高发光二极管的亮度，由于耐高温层与凹槽侧壁之间包裹的孔洞起到应力释放作用，减少大尺寸外延片因为应力产生的位错缺陷和外延片翘曲问题；凹槽侧壁粗化成凹凸形，减少全反射吸光，增加出光效率；由于阻挡层结构和孔洞结构大幅减少了第一半导体层与衬底的接触面积，故除了正装、倒装等结构的发光二极管，当本发明应用于垂直发光二极管结构的制备工艺时，可明显降低衬底剥离的难度，有效改善垂直发光二极管的制备良率。
【附图说明】
[0026]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。
[0027]图1是本发明实施例1制作到步骤(I)提供的图形化衬底结构剖面图。
[0028]图2是本发明实施例1制作到步骤(2)定义的图形化衬底结构俯视图。
[0029]图3是本发明实施例1制作到步骤(3)完成后的图形化衬底结构剖面图。
[0030]图4、图5是本发明实施例1制作到步骤(4)的图形化衬底结构剖面示意图。
[0031]图6是本发明实施例1制作到步骤(5)完成后的图形化衬底结构剖面图。
[0032]图7是本发明实施例1制作完成的发光二极管结构剖面示意图。
[0033]图8是本发明实施例2制作到步骤(4)完成后的图形化衬底结构剖面图。
[0034]图9、图10是本发明实施例2制作到步骤(5)的图形化衬底结构剖面示意图。
[0035]图11是本发明实施例2制作到步骤(6)完成后的图形化衬底结构剖面图。
[0036]图12是本发明实施例2制作完成的发光二极管结构剖面示意图。
[0037]图13是本发明实施例4中提供的图形化衬底示意图。
[0038]图14是本发明实施例4制作完成的发光二极管结构剖面示意图。
[0039]图15是本发明实施例5制作完成的发光二极管结构剖面示意图。
[0040]其中，1:衬底；2:凹槽；21:阻挡层覆盖区；22:阻挡层未覆盖区，3:阻挡层；4:GaN层；41:孔洞；5:耐高温层；6:过渡层；7:第一半导体层；8:发光外延层；9:第二半导体层。
【具体实施方式】
[0041]下面结合示意图对本发明的结构及其制作方法进行详细的描述，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程