发光二极管的结构及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管结构，在发光二极管外延结构的表面上经过二次外延生长形成第二外延层，所述第二外延层为具有一定周期的凹凸不平的棱锥结构。本发明专利技术还公开了上述发光二极管结构的制作方法，在生长原先的发光二极管外延结构之后，在所述外延结构的表面上制作一层有周期性镂空结构的掩膜，然后利用再生长技术在掩膜的镂空的位置中，也就是暴露出来的外延结构表面上再进行一次外延生长，得到所述第二外延层。本发明专利技术改变了发光二极管的出光角度的同时也增加了出光效率，并增加了发光二极管的光的均匀性和亮度。本发明专利技术增加了导光板耦合效率，提高了面板的亮度，并确保面板亮度的均匀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件结构，尤其是一种发光二极管的结构。本专利技术还涉及 一种半导体器件的制作方法，尤其是一种发光二极管的制作方法。
技术介绍
现有的发光二极管在发光结构上面有一层粗化层，该粗化层的表面会有许多凹 陷，正因为这些凹陷的表面，会使得发光二极管产生的光线在从器件表面射出的时候，避免 因为发生全反射而造成发光功率的损失，而降低器件的出光效率。现有的发光二极管这种 含有许多凹陷的粗化层的制作方法通常是在生长好发光结构之后，再用相对较低的温度继 续生长一层粗化层，由于温度较低，因此会使得晶体结晶速度加快而造成分布不均勻，从而 得到具有许多凹陷的表面。这些凹陷都是一些V形凹陷，这些V形凹陷很容易发生尖端放 电的现象。另外，由于粗化层是以较低的温度生长，因此会降低先前制作的半导体结构的晶 体质量。这些问题还都可能导致发光二极管器件抗静电能力的下降。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，能够改 变出光角度并增加出光效率，同时作为背光源，由于本专利技术中具有周期性棱锥状结构的第 二外延层具有聚光的作用，把具有这样结构的发光二极管芯片应用到LCD面板的背光源结 构时，可以增加导光板耦合效率，提高了面板的亮度，并确保面板亮度的均勻性。为解决上述技术问题，本专利技术发光二极管的结构的技术方案是，所述发光二极管 的发光结构从下到上依次包括N-GaN层、多量子阱层和P-GaN层，在发光二极管P-GaN层外 延结构的表面上有经过二次外延生长形成第二外延层，所述第二外延层为具有一定周期的 凹凸不平的棱锥结构。本专利技术还提供了上述发光二极管结构的制作方法，其技术方案是，在生长原先的 发光二极管外延结构的所述P-GaN层之后，通过光刻及刻蚀工艺，在所述发光结构的上面 制作一层周期性镂空结构的掩膜，然后以外延横向生长技术在掩膜的镂空图形中暴露出来 的外延结构表面上再进行一次外延生长，得到所述具有一定周期的凹凸不平的棱锥结构的 第二外延层，之后去除所述掩膜，并在所述外延结构上制作电极并完成发光二极管后续的 制作步骤。本专利技术改变了发光二极管的出光角度的同时也增加了出光效率，并增加了发光二 极管的光的均勻性和亮度。由于本专利技术中具有周期性棱锥状结构的第二外延层具有聚光的 作用，把具有这样结构的发光二极管芯片应用到LCD面板的背光源结构时，可以增加导光 板耦合效率，提高了面板的亮度，并确保面板亮度的均勻性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明图1和图2为本专利技术发光二极管结构两个实施例的示意图；图3 图5为本专利技术发光二极管制作方法一个实施例的示意图；图6 图8为本专利技术发光二极管制作方法另一个实施例的示意图。图中附图标记为，1.衬底；2. N型GaN层；3.多量子阱层；4. P型GaN层；5.截面为 三角形的条状棱锥的第二外延层；6.截面为梯形或者近似于梯形的四边形的条状棱锥的 第二外延层；7.掩膜；8.隔离层。具体实施例方式本专利技术公开了一种发光二极管结构，如图1和图2所示，包括衬底1和衬底上面 的发光结构，所述发光二极管的发光结构从下到上依次包括N-GaN层2、多量子阱层3和 P-GaN层4，在所述P-GaN层4的上面有经过二次外延生长形成的第二外延层，所述第二外 延层为下面宽上面窄的条状棱锥。所述第二外延层表面的凸起结构为下面宽上面窄的条状凸起，所述条状棱锥的横 截面可以是三角形5，如图1所示，也可以是梯形或者近似于梯形的四边形6，如图2所示， 例如上底边和下底边不平行，或者上底边是弧形。对于上述具有条状棱锥结构的第二外延层而言，其棱锥结构越尖，则发光二极管 的出光效率就会越高。所述第二外延层的材料为未掺杂的GaN。本专利技术还公开了一种上述发光二极管结构的制作方法，在生长原先的发光二极 管外延结构之后，在所述外延结构的表面上制作一层有周期性镂空结构的掩膜，然后利用 再生长技术在掩膜的镂空的位置中，也就是暴露出来的外延结构表面上再进行一次外延生 长，得到所述具有一定周期的凹凸不平的棱锥结构的第二外延层。所述掩膜的材料为硅，氮化硅或者二氧化硅中的一种。如图3所示，在发光二极管的发光结构上淀积掩膜层7，之后对掩膜层7进行光刻 和刻蚀工艺，得到如图4所示带有周期性镂空图形的掩膜。在图4中，所述掩膜的镂空图 形包括条形，这样制作得到的第二外延层的棱锥结构就是下面宽上面窄的条状棱锥，如图5 所示。制作所述第二外延层时进行外延生长的材料为未掺杂的GaN。所述发光二极管衬底1的材料为硅、蓝宝石、铝酸锂、及SiC中的一种。在进行第二外延层的外延生长时，第二外延层不会在掩膜上生长，而只是在掩膜 镂空处暴露出来的外延上生长，经过逐渐的生长堆积就会得到下面宽上面窄的条状。在采用MOCVD生长不掺杂的GaN凸起时，其温度高达800°C，为避免掩膜中SiO2薄 层的Si或O2扩散进入P-GaN层导致P-GaN层导电能力下降，在制作所述掩膜7之前，在所 述发光二极管发光结构上先制作一层隔离层8，所述隔离层8将随后制作的掩膜7与所述 P-GaN层4隔离，如图6所示，在对掩膜7通过光刻和刻蚀制作图形的时候，也同时对所述隔 离层8进行光刻和刻蚀工艺，使得所述镂空图形将P-GaN层4暴露出来，如图7所示，之后 再进行外延生长制作第二外延层，如图8所示。所述隔离层采用第III族的金属或第IV族的中性材料，例如采用镍或锌。通过外延生长的温度及生长压强可以控制第二外延层的凸起结构得到不同角度的形貌，实验发现棱锥顶部越尖，棱锥顶部占空比越小，棱锥的宽度与两棱锥间的距离比值 越大亮度越高。同时考虑到有利于电流横向扩散，棱锥的宽度与两棱锥间的距离比值控制 在大于1，条状棱锥宽度在Ium 5um，间距小于2um，外延生长温度在500度 1200度，压 强在 40torr 300torro在本专利技术中，N-GaN层、量子阱层、P-GaN层、金属层、介质膜层、及不掺杂的GaN凸 起等的生长条件、刻蚀或蚀刻介质膜层的刻蚀或蚀刻条件、及腐蚀介质膜层所采用的腐蚀 液和相应腐蚀条件等都已为本领域技术人员所熟悉，故在此不再详细描述。本专利技术发光二极管的结构可应用于背光源，其制作方法与现有的发光二极管相 比，就是在制作发光结构的工艺步骤之前插入制作第二外延层的步骤。本专利技术改变了发光 二极管的出光角度的同时也增加了出光效率，并增加了发光二极管的光的均勻性和亮度。 由于本专利技术中具有周期性棱锥状结构的第二外延层具有聚光的作用，把具有这样结构的发 光二极管芯片应用到LCD面板的背光源结构时，可以增加导光板耦合效率，提高了面板的 亮度，并确保面板亮度的均勻性。权利要求一种发光二极管结构，包括衬底和衬底上面的发光结构，所述发光二极管的发光结构从下到上依次包括N GaN层、多量子阱层和P GaN层，其特征在于，在发光二极管P GaN层外延结构的表面上有经过二次外延生长形成第二外延层，所述第二外延层为具有一定周期的凹凸不平的棱锥结构。2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述第二外延层的材料为未 掺杂的GaN。3.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述条状棱锥的横截面为梯 形或者近似于梯形的四边形。4.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述条状棱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管结构，包括衬底和衬底上面的发光结构，所述发光二极管的发光结构从下到上依次包括Ｎ－ＧａＮ层、多量子阱层和Ｐ－ＧａＮ层，其特征在于，在发光二极管Ｐ－ＧａＮ层外延结构的表面上有经过二次外延生长形成第二外延层，所述第二外延层为具有一定周期的凹凸不平的棱锥结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝茂盛，周健华，张楠，陈诚，潘尧波，袁根如，李士涛，
申请(专利权)人：上海蓝光科技有限公司，彩虹集团公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]