一种发光二极管结构及其制作方法技术

本发明专利技术实提出一种发光二极管结构及其制作方法，涉及半导体技术领域。该发光二极管结构包括衬底，位于衬底一侧的缓冲层；位于缓冲层远离衬底一侧的多个间隔设置的氮化物支撑柱；以及基于氮化物支撑柱外延生长形成的发光层。本发明专利技术实提供的发光二极管结构及其制作方法具有能够抑制裂纹的形成、改善N型AlGaN的晶体质量以及有利于提高器件的光提取效率的优点。

A Light Emitting Diode Structure and Its Fabrication Method

The invention provides a structure of a light emitting diode and a manufacturing method thereof, which relates to the field of semiconductor technology. The structure of the light emitting diode includes a substrate, a buffer layer on one side of the substrate, a nitride support pillar arranged at multiple intervals far from the buffer layer on the one side of the substrate, and a luminescent layer formed by epitaxy growth of the nitride support pillar. The structure and fabrication method of the light emitting diode provided by the invention have the advantages of restraining the formation of cracks, improving the crystal quality of N-type AlGa N and advantageous to improving the light extraction efficiency of the device.

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管结构及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，具体而言，涉及一种发光二极管结构及其制作方法。
技术介绍
近年来，深紫外发光二极管因其在杀菌消毒、非视距通讯、特殊气体探测等方面的应用受到了越来越多的关注。从晶格匹配和热膨胀系数匹配的角度来说，AlN单晶是制备深紫外发光二极管最理想的衬底材料，然而现阶段AlN单晶衬底仍受制于成本高、尺寸小、透射率低等关键问题。因此，在蓝宝石衬底上沉积高质量AlN厚膜后再生长后续器件结构是主流的技术路线。现有的技术路线存在诸多问题：1.为了改善晶体质量和保证电流扩展特性，AlN和n型AlGaN通常各需要生长到2-3微米的厚度，在生长和降温过程中，较大的晶格失配和热失配会造成表面开裂问题；2.Al原子迁移能力较弱，要实现高质量的AlN，需要至少1250摄氏度的温度，这对反应室和加热丝提出了很高的要求；3.较厚的AlN和AlGaN结构会影响量子阱区发光的出射，降低光提取效率。有鉴于此，如何解决上述问题，是本领域技术人员关注的重点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种发光二极管结构，以解决现有技术中发光二极管在制作过程中容易开裂，以及光提取效率较低的问题。本专利技术的另一目的在于提供一种发光二极管结构制作方法，以解决现有技术中发光二极管在制作过程中容易开裂，以及光提取效率较低的问题。为了实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提出了一种发光二极管结构，所述发光二极管结构包括：衬底；位于所述衬底一侧的缓冲层；位于所述缓冲层远离所述衬底一侧的多个间隔设置的氮化物支撑柱；以及基于所述氮化物支撑柱外延生长形成的发光层。进一步地，所述发光层包括：基于所述氮化物支撑柱生长形成的N型层，其中，该N型层上形成多个从靠近所述氮化物支撑柱一侧凹陷的凹陷部；基于所述N型层远离氮化物支撑柱的一侧生长形成的量子阱层；基于所述量子阱层远离N型层的一侧生长形成的电子阻挡层；以及基于所述电子阻挡层远离量子阱层的一侧生长形成的P型层。进一步地，所述发光层包括：基于所述氮化物支撑柱生长形成N型层，其中，该N型层上形成多个从靠近所述氮化物支撑柱一侧凹陷的凹陷部；基于所述N型层远离所述氮化物支撑柱的一侧生长形成的量子阱层；以及基于所述量子阱层远离N型层的一侧生长形成的P型层。进一步地，所述多个氮化物支撑柱呈相互之间间隔设置。进一步地，所述多个氮化物支撑柱相互之间等间距排列，相邻两个氮化物支撑柱之间的间距为200-800nm。进一步地，所述缓冲层上开设有多个贯通该缓冲层的通槽，使该缓冲层形成多个分别与所述多个氮化物支撑柱对应的部分。另一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管结构制作方法，所述发光二极管结构制作方法包括：基于衬底一侧制作形成缓冲层；基于所述缓冲层远离所述衬底的一侧制作形成非掺杂氮化物层；利用掩膜从所述非掺杂氮化物远离所述缓冲层的一侧对所述非掺杂氮化物层进行刻蚀，形成多个间隔排列的氮化物支撑柱；基于所述氮化物支撑柱远离缓冲层的一侧外延生长形成发光层。进一步地，所述利用掩膜从所述非掺杂氮化物远离所述缓冲层的一侧对所述非掺杂氮化物层进行刻蚀，形成多个间隔排列的氮化物支撑柱的步骤包括：将纳米小球与有机溶液混合，得到混合试剂；其中，采用10％重量/体积比的纳米小球与有机溶剂以2:3的体积比进行混合搅拌；将所述混合试剂滴于所述非掺杂氮化物层远离缓冲层的一侧表面，形成单原子层纳米小球掩膜；沿所述纳米小球掩膜的空隙从所述非掺杂氮化物层开始进行刻蚀，直至刻穿衬底表面，以形成多根氮化物支撑柱。进一步地，所述利用掩膜从所述非掺杂氮化物远离缓冲层的一侧对所述非掺杂氮化物层进行刻蚀，形成多个间隔排列的氮化物支撑柱的步骤包括：将纳米小球与有机溶液混合，得到混合试剂；将所述混合试剂滴于所述非掺杂氮化物层远离缓冲层的一侧表面，形成单原子层纳米小球掩膜；沿所述纳米小球掩膜的空隙从所述非掺杂氮化物层开始进行刻蚀，直至刻穿所述非掺杂氮化物层至所述缓冲层远离衬底一侧的表面或者刻穿所述非掺杂氮化物层至所述缓冲层内部，以形成多根氮化物支撑柱。进一步地，基于所述氮化物支撑柱远离缓冲层的一侧外延生长形成发光层的步骤包括：基于所述氮化物支撑柱生长形成N型层，其中，该N型层上形成多个从靠近所述氮化物支撑柱一侧凹陷的凹陷部；且N型层的V/III元素摩尔比为400-1500，厚度为1-3微米，压力为50-150mbar，生长温度为1050-1150度；基于所述N型层远离氮化物支撑柱的一侧生长形成量子阱层；其中，量子阱层的V/III元素摩尔比为400-1500，压力为50-150mbar，生长温度为1050-1150摄氏度；基于所述量子阱层远离N型层的一侧生长形成电子阻挡层；其中，电子阻挡层的V/III元素摩尔比为800-2000，压力为50-150mbar，生长温度为1050-1150摄氏度；基于所述电子阻挡层远离量子阱层的一侧生长形成P型层；其中，P型层的V/III元素摩尔比为800-2000，压力为50-150mbar，生长温度为1050-1150摄氏度。相对现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的了一种发光二极管结构及其制作方法，其中，发光二极管结构包括衬底，位于衬底一侧的缓冲层；位于缓冲层远离衬底一侧的多个间隔设置的氮化物支撑柱；以及基于氮化物支撑柱外延生长形成的发光层。第一方面，由于本专利技术提供的发光二极管结构有效减少了和蓝宝石衬底的接触面积，有利于应变的释放，因此在外延和升降温过程中能够抑制裂纹的形成。第二方面，本专利技术提供的发光二极管结构不需要高质量缓冲层，利用氮化物支撑柱能够减少位错的占有面积，在氮化物支撑柱合拢过程中位错可以通过弯曲效应减少，高密度的氮化物支撑柱位错的湮灭几率很大；同时，较小的氮化物支撑柱间隔可以保证合拢时不同晶体柱之间的取向差异很小，抑制新位错的产生，有效改善N型AlGaN的晶体质量。第三方面，纳米柱之间的空气洞有利于量子阱层发光的出射，有利于提高器件的光提取效率。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利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，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。图1示出了本专利技术的实施例提供的第一种发光二极管结构的剖面图。图2示出了本专利技术的实施例提供的衬底、缓冲层以及非掺杂氮化物层的剖面示意图。图3示出了本专利技术的实施例提供的氮化物支撑柱与衬底的结构示意图。图4示出了本专利技术的实施例提供的第二种发光二极管结构的剖面图。图5示出了本专利技术的实施例提供的第三种发光二极管结构的剖面图。图6示出了本专利技术的实施例提供的发光二极管结构制作方法的流程图。图标：100-发光二极管结构；110-衬底；120-氮化物支撑柱；130-N型层；131-凹陷部；140-量子阱层；150-电子阻挡层；160-P型层；170-发光层；180-缓冲层；190-非掺杂氮化物层。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管结构，其特征在于，所述发光二极管结构包括：衬底；位于所述衬底一侧的缓冲层；位于所述缓冲层远离所述衬底一侧的多个间隔设置的氮化物支撑柱；以及基于所述氮化物支撑柱外延生长形成的发光层。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管结构，其特征在于，所述发光二极管结构包括：衬底；位于所述衬底一侧的缓冲层；位于所述缓冲层远离所述衬底一侧的多个间隔设置的氮化物支撑柱；以及基于所述氮化物支撑柱外延生长形成的发光层。2.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述发光层包括：基于所述氮化物支撑柱生长形成的N型层，其中，该N型层上形成多个从靠近所述氮化物支撑柱一侧凹陷的凹陷部；基于所述N型层远离氮化物支撑柱的一侧生长形成的量子阱层；基于所述量子阱层远离N型层的一侧生长形成的电子阻挡层；以及基于所述电子阻挡层远离量子阱层的一侧生长形成的P型层。3.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述发光层包括：基于所述氮化物支撑柱生长形成N型层，其中，该N型层上形成多个从靠近所述氮化物支撑柱一侧凹陷的凹陷部；基于所述N型层远离所述氮化物支撑柱的一侧生长形成的量子阱层；以及基于所述量子阱层远离N型层的一侧生长形成的P型层。4.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述多个氮化物支撑柱呈相互之间间隔设置。5.如权利要求4所述的发光二极管结构，其特征在于，所述多个氮化物支撑柱相互之间等间距排列，相邻两个氮化物支撑柱之间的间距为200-800nm。6.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述缓冲层上开设有多个贯通该缓冲层的通槽，使该缓冲层形成多个分别与所述多个氮化物支撑柱对应的部分。7.一种发光二极管结构制作方法，其特征在于，所述发光二极管结构制作方法包括：基于衬底一侧制作形成缓冲层；基于所述缓冲层远离所述衬底的一侧制作形成非掺杂氮化物层；其中，非掺杂氮化物层的V/III族元素摩尔比为400-1500，压力为50-150mbar，生长温度在1050-1150度之间；利用掩膜从所述非掺杂氮化物远离所述缓冲层的一侧对所述非掺杂氮化物层进行刻蚀，形成多个间隔排列的氮化物支撑柱；基于所述氮化物支撑柱远离缓冲层的一侧外延生长形成发光层。8.如权利要求7所述的发光二极管结构制作方法，其特征在于，所述利用掩膜从所述非掺杂氮化物远离所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晨光，陈志涛，赵维，吴华龙，贺龙飞，张康，刘晓燕，刘云洲，廖乾光，
申请(专利权)人：广东省半导体产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44