LED外延片制造技术

本实用新型专利技术揭示了一种LED外延片，该LED外延片包括：衬底；图形层，所述图形层具有纳米凸起图形，所述纳米凸起图形之间具有空隙间隔，所述图形层设置于所述衬底上；外延层，所述外延层设置在所述图形层上。本实用新型专利技术提供的LED外延片，可以能够提高外延层晶格质量，改善LED芯片出光效率，同时针对需要剥离的垂直结构的LED芯片，避免了使用价格昂贵的激光剥离设备，并且剥离面的质量得到保证。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及发光二级管(LED)制造领域，特别是涉及一种LED外延片。
技术介绍
无机半导体材料，如氮化镓基材料、磷化镓基材料和镓氮磷基材料等无机材料，可以通过掺入其它元素(铟或者铝)来实现蓝光、绿光或紫外光的发光二极管(lightemitting diode，简称LED)，因此在显示、照明和存储等领域有非常广泛的应用。从上世纪30年代开始，人们就开始了对无机半导体材料的广泛研究，尤其是在90年代初，人们发现了利用低温生长的无机半导体材料成核层可以很大程度提高无机半导体材料外延层的晶格质量，而由此制作出了高亮度的LED器件。 目前虽然无机半导体材料的LED产品取得了很大的进展，但仍有一些关键问题有待解决首先是无法为外延层提供合适的衬底，这样在外延层异质外延生长的过程中会导致晶格不匹配，热不匹配等问题，并且伴随着较大的位错缺陷密度，针对这个问题，有人采用横向外延生长技术(Lateral Epitaxial Over grown,简称ELOG技术)来生长高质量的氮化物外延膜；另外一个问题就是LED发光提取效率。由于无机半导体材料和空气的折射率相差较大，导致二者界面的全反射临界只有23°左右，因此，由有源层发出的光被大部分被全反射回外延层，这样经过多次的内部反射和有源层对反射光的再吸收过程，出光效率大大降低，目前，为了提高发光效率，一些人对LED的发光面进行粗糙化，即利用激光辐照，腐蚀或刻蚀的办法使得表面形成粗糙层，从而提高出光效率。另外，在目前的LED市场上，由于传统的平面电极结构的LED芯片中存着电流拥挤效应和发光面积小的问题，垂直电极结构的LED芯片成为主流解决方案之一。为了实现这种垂直结构，需要复杂且昂贵的紫外激光剥离设备来实现衬底与外延片的分离。但是由于在衬底上生长的无机半导体材料外延层存在较大的晶格常数和热膨胀系数不匹配，因此，在激光剥离过程当中会产生局部的巨大的机械应力，导致激光剥离面凹凸不平，并伴随着裂纹的出现。并且由于激光脉冲引起的次声波效应使得大量应力集中在芯片内部，从而会导致制作LED芯片有较大的漏电流。综上所述，在目前的LED产品中仍然存在着外延层晶格质量低，出光效率弱，以及在垂直结构的LED产品中，激光剥离设备价格昂贵和剥离面的质量差等问题，虽然有一些方法可以单一解决上述问题，但不能同时改善上述三个问题。
技术实现思路
本技术的目的在于，提供一种LED外延片，可以同时解决上述三个问题，即能够提高外延层晶格质量，改善平面结构的LED芯片出光效率，同时针对垂直结构的LED芯片，避免了使用价格昂贵的激光剥离设备，并且使剥离面的质量得到保证。为解决上述技术问题，本技术提供一种LED外延片，包括衬底；图形层，所述图形层具有纳米凸起图形，所述纳米凸起图形之间具有空隙间隔，所述图形层设置于所述衬底上；外延层，所述外延层设置在所述图形层上。进一步的，所述纳米凸起图形的横截面形状为三角形、多边形或圆形。进一步的，所述纳米凸起图形的宽度为O. 05um-0. 8um,高度为Ium-IOum,所述纳米凸起图形之间的空隙间隔的宽度为O. 5um-5um。进一步的，所述纳米凸起图形的顶部具有平台。进一步的，所述衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底、氮化镓衬底或氧化锌衬 。进一步的,所述外延层的材料包括氮化镓基材料、磷化镓基材料、镓氮磷基材料及氧化锌基材料中的一种或几种的组合。进一步的，所述LED外延片设置于制备平面结构LED芯片、不需要剥离的垂直结构LED芯片或需要剥离的垂直结构LED芯片中。进一步的，所述LED外延片设置于制备平面结构LED芯片或不需要剥离的垂直结构LED芯片中，所述图形层的材料包含碳化硅、氮化镓、氧化锌、硫化锌、氧化镁、二氧化钛及氧化铝的一种或几种的组合。进一步的，所述LED外延片设置于制备需要剥离的垂直结构LED芯片中，所述图形层的材料包含氧化锌、硫化锌及氧化镁的一种或几种的组合。与现有技术相比，本技术提供的LED外延片具有以下优点I.在本技术提供的LED外延片在衬底与外延层之间设置一层具有纳米凸起图形的图形层，一方面，由于图形层与外延层的晶格匹配优于衬底与外延层的晶格匹配，因此，在图形层上生长的外延层的晶格质量要高于直接在衬底上生长外延层，使早期在图形层上生长的外延层种子层的晶格质量本身就得到极大的提高；另一方面，随着外延层的不断生长和厚度增加，通过生长条件的控制，由于晶体生长方向垂直于位错运动方向，因此大大降低外延层中的扩展位错密度，使得在横向外延生长过程中外延层逐渐合并，从而整个外延层连成一片，从而再次提高了外延层的晶格质量。2.在本技术提供的LED外延片在衬底与外延层之间具有一层具有纳米凸起图形的图形层，图形层具有粗糙的表面，可以对外延层向下射出的光通过散射效应反射到上表面，从而提高了光提取效率；另外，外延层覆盖所述图形层的纳米凸起图形的顶部，图形层的纳米凸起图形之间是保留空隙间隔的，所以该空隙间隔形成空气泡，由于空气与图形层的材料之间存在较大的折射率差，因此当该LED外延片用于平面结构LED芯片或不需要剥离的垂直结构LED芯片时，该空气泡会对外延层向下出射的光有较强的散射和反射作用，从而可以大大提高LED的出光效率和外量子效率。3.在本技术提供的LED外延片在衬底与外延层之间具有一层具有纳米凸起图形的图形层，当将该LED外延片用于垂直结构LED芯片时，需要把衬底和外延层分离，利用图形层材料的化学易腐蚀特性，避免复杂并且昂贵的紫外激光剥离工艺，采用无损伤无机械分离且简单可行的化学剥离技术，大大降低激光剥离对外延片的损伤而造成的漏电流和良率低的问题，同时采用化学剥离技术可以对LED外延片进行批量处理，并且图形层的纳米凸起图形之间具有空隙间隔，空隙间隔增加了化学反应的表面积，有助于加快化学反应的速度。附图说明图I为本技术第一实施例的LED外延片的结构的截面示意图；图2为本技术第一实施例的LED外延片的图形层纳米凸起图形的横截面形状示意图；图3为本技术第一实施例的LED外延片的衬底与外延层分离过程示意图；图4为本技术第一实施例的LED外延片的制作方法的流程图；图5a-图5c为本技术第二实施例的LED外延片的图形层纳米凸起图形的横 截面形状示意图。其中，101、衬底；102、图形层；103、外延层；121、纳米凸起图形；122、空隙间隔；131、缓冲层；132、第一限制层；133、发光层；134、第二限制层。具体实施方式下面将结合示意图对本技术的LED外延片进行更详细的描述，其中表示了本技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本技术，而仍然实现本技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本技术的限制。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本技术。根据下面说明和权利要求书，本技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本技术实施例的目的。本技术的核心思想在于，提供一种LED外延片，该LED外延片的衬底与外延层之间设置有一层具有纳米凸起图形的图形层，具有纳米凸起图形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED外延片，包括：衬底；图形层，所述图形层具有纳米凸起图形，所述纳米凸起图形之间具有空隙间隔，所述图形层设置于所述衬底上；外延层，所述外延层设置在所述图形层上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高耀辉，张昊翔，封飞飞，金豫浙，万远涛，李东昇，江忠永，
申请(专利权)人：杭州士兰明芯科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：