CN112201734B - 复合图形衬底及其制作方法以及led结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合图形衬底及其制作方法以及一种LED结构及其制作方法，该复合图形衬底包括：正面形成有多个柱状凸起的蓝宝石衬底；位于蓝宝石衬底上的柱状凸起之间且与柱状凸起平齐的DBR全反射器；位于DBR全反射器上方、与DBR全反射器一一对应且上下对齐的图形介质层。DBR全反射器在蓝宝石和外延层的界面处形成了全反射界面，降低了光线在衬底中的吸收，除此之外，图形介质彻底消除了侧壁处的缺陷晶体，极大降低了缺陷处的光吸收现象。通过使用本发明所述的一种全反射复合图形衬底的LED结构，能够降低光线在衬底中的吸收，有效提升LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件制备技术领域，具体涉及一种复合图形衬底及其制作方法以及 LED结构及其制作方法。
背景技术
LED因具有高的发光效率及更长的使用寿命等优点，目前已经广泛的应用在背光、照明、景观等各个光源领域。进一步提高LED芯片的发光效率仍然是当前行业发展的重点。LED芯片的发光效率主要有两个效率决定，第一个是电子空穴在有源区的辐射复合效率，即通常说的内量子效率；第二个是光的提取效率。针对光提取效率的提升，当前行业中主要从两个方向改善：图形化蓝宝石衬底，图形界面可以有效散射有源区发出的光，抑制器件内部的全反射效应，提升LED的出光效率；在芯片背面形成全反射层，让更多的光线从芯片背面全反射出来。
现有技术中，为了改进LED芯片的发光效率，通常采用的方案是在衬底背面形成全反射层。如图1所示，在衬底01的背面形成全反射层02，该全反射层02可以将LED发光层03发出的光04反射回去，使更多的光线从芯片的正面出射。但是，如图1所示，由于全反射层形成在蓝宝石衬底的背面，从LED发光层03产生的光04，会在衬底内部发生多次反射(未详细示出反射路径)，这也会导致光线的吸收，进而使LED的出光效率下降。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提出了一种复合图形衬底及其制作方法以及LED 结构及其制作方法，在蓝宝石衬底的正面形成内嵌式DBR(Distributed BraggReflector)全反射器，LED芯片发出的光在芯片的正面即被全部反射，LED芯片发出的光不经过衬底，避免了光在蓝宝石衬底中的吸收；同时在DBR上方形成与其一一对应且上下对齐的图形介质层，该图形介质层可以避免在锥体侧壁处形成缺陷晶体，降低缺陷处的光吸收。由此，解决现有技术中LED芯片发出的光在衬底中多次反射被吸收，进而导致LED发光效率低等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种复合图形化衬底，所述复合图形化衬底包括：
蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的正面形成有多个柱状凸起；
DBR全反射器，所述DBR全反射器位于所述蓝宝石衬底上的柱状凸起之间，且与所述柱状凸起平齐；
图形介质层，位于所述DBR全反射器的上方，所述图形介质层与所述DBR全反射器一一对应且上下对齐。
可选地，所述蓝宝石衬底正面的多个柱状凸起呈六角密堆积排列。
可选地，所述蓝宝石衬底正面的多个柱状凸起的直径介于100nm-500nm，并且相邻所述柱状凸起的中心之间的距离介于2μm-4μm。
可选地，所述DBR全反射器包括交替层叠的具有不同的折射率的第一材料层和第二材料层，所述DBR全反射器包括20-70对第一材料层和第二材料层构成的反射层对。
可选地，所述图形介质层形成为多个锥体结构，并且所述锥体结构呈六角密堆积排列。
可选地，所述锥体结构的高度介于1μm-3μm，相邻所述锥体结构的中心之间的距离介于 2.5μm-6μm。
可选地，所述图形介质层的材料为SiO2或SixNy。
本发明提供一种LED结构，所述LED结构包括：
外延衬底，所述外延衬底为图形化衬底；
形成在所述外延衬底上的发光结构，所述发光结构包括依次形成在所述外延层衬底上的第一半导体层、多重量子阱层以及与所述第一半导体层导电性相反的第二半导体层；
其中，所述外延衬底包括：
蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的正面形成有多个柱状凸起；
DBR全反射器，所述DBR全反射器位于所述蓝宝石衬底上的柱状凸起之间，且与所述柱状凸起平齐；
图形介质层，位于所述DBR全反射器的上方，所述图形介质层与所述DBR全反射器一一对应且上下对齐。
可选地，所述多个柱状凸起呈六角密堆积排列。
可选地，所述柱状凸起的直径介于100nm-500nm，并且相邻所述柱状凸起的中心之间的距离介于2μm-4μm。
可选地，所述图形介质层形成为锥体结构，并且所述锥体结构呈六角密堆积排列。
可选地，所述锥体结构的高度介于1μm-3μm，相邻所述锥体结构的中心之间的距离介于2.5μm-6μm。
可选地，所述图形介质层的材料为SiO2或SixNy。
可选地，所述LED结构还包括形成在所述第一半导体层和所述外延衬底之间的形核层及缓冲层。
可选地，所述LED结构还包括形成在所述第一半导体上方与所述第一半导体层导电连接的第一电极，以及形成在所述第二半导体上方与所述第二半导体层导电连接的第二电极。
本发明还提供一种复合图形化衬底的制作方法，所述复合图形化衬底的制作方法包括如下步骤：
提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底的正面形成多个柱状凸起；
在相邻所述柱状凸起之间形成DBR全反射器，所述DBR全反射器与所述柱状凸起平齐；
在所述DBR全反射器上方形成图形介质层，所述图形介质层与所述DBR全反射器一一对应且上下对齐。
可选地，在所述蓝宝石衬底的正面形成多个柱状凸起还包括以下步骤：
在所述蓝宝石衬底的正面上形成光刻胶层；
对所述光刻胶层进行曝光、显影，形成图案化的光刻胶层；
以所述图案化的光刻胶层作为掩模层对所述蓝宝石衬底进行刻蚀，形成所述柱状凸起，所述柱状凸起在所述蓝宝石衬底上呈六角密堆积排列。
可选地，所述柱状凸起的直径介于100nm-500nm，并且相邻所述柱状凸起的中心之间的距离介于2μm-4μm。
可选地，在相邻所述柱状凸起之间形成DBR全反射器还包括以下步骤：
在形成有多个所述柱状凸起的所述蓝宝石衬底上方交替沉积第一材料层和第二材料层以形成DBR全反射层，所述第一材料层和所述第二材料层具有不同的折射率；
对所述DBR全反射层进行抛光以去除所述柱状凸起上方的DBR全反射层保留所述柱状凸起之间的DBR全反射层。
可选地，在所述DBR全反射器上方形成图形介质层还包括以下步骤：
在形成有所述DBR全反射器的所述蓝宝石衬底上方形成介质层；
对所述介质层进行光刻，形成图案化的介质层，所述图案化的介质层；
对所述图案化的介质层进行曝光，形成呈六角密堆积排列的多个锥形结构。
可选地，所述锥体结构的高度介于1μm-3μm，相邻所述锥体结构的中心之间的距离介于 2.5μm-6μm。
可选地，所述图形介质层的材料为SiO2或SixNy。
本发明还提供一种LED结构的制作方法，所述LED结构的制作方法包括如下步骤：
提供一外延衬底，所述衬底为图形化衬底；
在所述半导体衬底上方依次形成第一半导体层、多重量子阱层以及与所述第一半导体层导电性相反的第二半导体层；
其中，所述外延衬底由权利要求16-21中任意一项所述的复合图形化衬底的制作方法制备。
可选地，在所述衬底上形成所述第一半导体层之前还包括：在所述衬底上方依次形成形核层及缓冲层。
可选地，所述的LED结构的制作方法还包括：
刻蚀部分所述第二半导体层及部分所述多重量子阱层以暴露所述第一半导体层；
在所述第一半导体层上方形成与所述第一半导体层导电连接的第一电极；
在所述第二半导体层上方形成与所述第二半导体层导电连接的第二电极。
本发明的复合图形衬底及其制作方法以及LED结构及其制作方法，至少具有以下有益效果：
本发明的复合图形衬底包括所述蓝宝石衬底的正面形成有多个柱状凸起；位于所述蓝宝石衬底上的DBR全反射器，所述DBR全反射器位于所述柱状凸起之间且与所述柱状凸起平齐，即内嵌式位于所述蓝宝石衬底中。该DBR反射器与后续外延层的接触位置形成全反射界面，将后续形成的LED芯片发出的光全反射至芯片的正面射出。LED芯片发出的光不会进入衬底内部，由此不会有光被衬底吸收，避免了蓝宝石衬底对光的吸收，提高LED的发光效率。
另外，复合图形衬底还包括位于所述DBR全反射器上方的图形介质层，所述图形介质层与所述DBR全反射器一一对应且上下对齐。该图形介质层形成为锥体结构，并且图形介质层的材料优选为在高温(例如温度高于1000℃)下仍保持稳定且折射率小于发光材料的折射率的材料，以GaN LED为例，该图形介质层的材料优选为折射率小于GaN(即，折射率小于 2.4)的SiO2、SixNy等材料。由上述材料形成的具有锥体结构的图形介质层可以避免在锥体结构的侧壁处形成缺陷晶体，极大降低了缺陷处的光吸收现象，提高了LED芯片的出光效率。本发明的上述复合图形衬底能够使LED芯片的亮度至少提升2％。
本发明的LED结构基于上述复合图形衬底形成，因此同样具有上述有益技术效果。
附图说明
图1显示为现有技术中衬底背面镀有全反射层的LED芯片结构示意图。
图2显示为本发明实施例一提供的复合图形化衬底的结构示意图。
图3显示为本发明的复合图形化衬底的制作方法的流程示意图。
图4显示为蓝宝石衬底的结构示意图。
图5显示为在图4衬底上形成DBR全反射层的结构示意图。
图6显示为对图5所示的DBR全反射层进行抛光形成DBR全反射器的结构示意图。
图7显示为在图6衬底上形成介质层的结构示意图。
图8显示为将图7所示的介质层形成图形介质层的示意图。
图9显示为本发明实施例二提供的LED结构的示意图。
图10显示为本发明的LED结构的制作方法的流程示意图。
图11显示为在图8所示的复合图形化衬底表面形成第一半导体层的结构示意图。
图12显示为在图11所示的第一半导体层上方形成多重量子阱的结构示意图。
图13显示为在图12所示的多重量子阱上方形成第二半导体层的结构示意图。
元件标号说明
01 衬底
02 全反射层
03 LED的发光层
04 LED发光层发出的光
10 外延衬底
11 蓝宝石衬底
110 柱状凸起
12 DBR全反射器
120 DBR全反射层
13 图形介质层
130 介质层
20 形核层
30 缓冲层
41 第一半导体层
42 第二半导体层
50 多重量子阱层
61 第一电极
62 第二电极
S1-S3 步骤1)-3)
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供一种复合图形衬底，如图2所示，所述复合图形衬底包括：蓝宝石衬底11，所述蓝宝石衬底的正面形成有多个柱状凸起110；DBR全反射器12，所述DBR全反射器12 位于所述柱状凸起110之间，且与所述柱状凸起110平齐；图形介质层13，位于所述DBR全反射器12的上方，所述图形介质层13与所述DBR全反射器12一一对应且上下对齐。
作为示例，所述蓝宝石衬底正面形成有多个柱状凸起110，所述柱状凸起呈六角密堆积排列。所述柱状凸起的横截面形状可以是圆形、椭圆形、矩形、多边形等任意形状。本实施例中，以横截面为圆形的圆柱状凸起为例，所述柱状凸起的直径介于100nm-500nm，并且相邻所述柱状凸起的中心之间的距离介于2μm-4μm。
作为示例，所述DBR全反射器12包括交替层叠的具有不同的折射率的第一材料层和第二材料层。在可选实施例中，反射层由20-70对第一材料层和第二材料层交替构成的，第一材料层的厚度介于25nm-75nm，第二材料层的厚度介于50nm-120nm。在可选实施例中，第一材料层的折射率小于第二材料层的折射率，例如在本实施例中，所述第一材料层为SiO2层，所述第二材料层为折射率大于SiO2的折射率的TiO2层，SiO2层的厚度介于25nm-75nm，TiO2层的厚度介于50nm-120nm。上述DBR反射器12与后续外延层的接触位置形成全反射界面，使得LED芯片发出的光不会进入衬底内部，避免了蓝宝石衬底对光的吸收，将后续形成的 LED芯片发出的光全反射至芯片的正面射出，提高LED的发光效率。
作为示例，所述图形介质层13形成为多个锥体结构，并且所述锥体结构呈六角密堆积排列，所述锥形结构的高度介于1μm-3μm，优选高度为1.6μm-2.2μm，相邻所述锥形结构的中心之间的距离介于2.5μm-6μm，优选距离为3μm。
作为示例，形成所述图形介质层13的材料可以是在高温(例如温度高于1000℃)下仍保持稳定且折射率小于发光材料的折射率的材料，以GaN及LED为例，该图形介质层的材料优选为在高温(温度高于1000℃)下仍保持稳定且折射率小于GaN，即折射率小于2.4的SiO2、SixNy等材料。本实施例中，选用形成所述图形介质层13的材料为SiO2，可以避免在锥体侧壁处形成缺陷晶体，极大降低了缺陷处的光吸收现象，提高LED芯片的出光效率。
本实施例还提供了上述复合图形衬底的制作方法，如图3所示，所述复合图形衬底的制作方法包括如下步骤：
步骤S1：提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底的正面形成多个柱状凸起；
如图4所示，提供蓝宝石衬底11，并且在蓝宝石衬底的正面形成多个柱状凸起110。作为示例，多个柱状凸起110制作方法包括：在蓝宝石衬底正面涂覆光胶作为掩膜，对光刻胶进行曝光、显影等工艺形成图形化的光刻胶掩模层，然后通过光刻、ICP刻蚀等方法对蓝宝石衬底进行刻蚀，将光刻胶图形转移到蓝宝石衬底11中，在蓝宝石衬底11的正面形成图4所示的多个柱状凸起110。该柱状凸起在蓝宝石衬底上呈六角密堆积排列。柱状凸起110的横截面形状可以是圆形、椭圆形形、矩形、多边形等任意形状。本实施例中，形成的柱状凸起110为横截面为圆形的圆柱形凸起，相邻的柱状凸起110的中心之间的距离介于2μm-4μm，柱状凸起110的直径介于100nm-500nm。
形成具有上述柱状凸起110的蓝宝石衬底11之后，进行图3所示的步骤S2：
步骤S2：在相邻所述柱状凸起之间形成DBR全反射器，所述DBR全反射器与所述柱状凸起平齐；
作为示例，首先，将步骤S1所述蓝宝石衬底放入电子束蒸发炉中，蒸镀DBR全反射层 120，在蓝宝石衬底11的正面交替蒸镀具有不同折射率的第一材料层和第二材料层。在可选实施例中，交替蒸镀20-70对第一材料层和第二材料层构成的反射层对，第一材料层的厚度介于25nm-75nm，第二材料层的厚度介于50nm-120nm。在可选实施例中，第一材料层的折射率小于第二材料层的折射率，例如在本实施例中，所述第一材料层为SiO2层，所述第二材料层为折射率大于SiO2的折射率的TiO2层，SiO2层的厚度介于25nm-75nm，TiO2层的厚度介于50nm-120nm。如图5所示，此时的全反射层120同时形成在蓝宝石衬底11的柱状凸起110之间以及柱状凸起110的上方。
为了形成图6所示DBR全反射器，作为示例，蒸镀形成图5所示的全反射层120之后，将形成有DBR全反射层120的蓝宝石衬底11放入抛光设备，采用化学机械抛光工艺，对蓝宝石衬底11进行抛光，将蓝宝石衬底11正面的柱状凸起110上方的DBR全反射层去除，直至露出柱状凸起110的表面，柱状凸起110之间的DBR全反射层形成本实施例所述的全反射器12，如图6所示。
如图6所示，上述DBR全反射器12形成在柱状凸起110之间，使所述DBR反射器与后续外延层的接触位置形成全反射界面，将后续形成的LED芯片发出的光全反射至芯片的正面射出，降低了光线在衬底中的多次反射，避免了蓝宝石衬底对光的吸收，提高了LED的发光效率。
形成上述DBR全反射器12之后，进行图3所示的步骤S3：
步骤S3：在所述DBR全反射器上方形成图形介质层，所述图形介质层与所述DBR全反射器一一对应且上下对齐。
作为示例，首先，将形成有步骤S2所述DBR全反射器的蓝宝石衬底放入等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备中，在所述衬底上方形成介质层。该介质层的材料优选为在高温(例如温度高于1000℃)下仍保持稳定且折射率小于发光材料的折射率的材料，以GaN及LED为例，该图形介质层的材料优选为折射率小于GaN(即，折射率小于2.4)的SiO2、SixNy等材料。在本实施例中，将所述衬底放入等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备中，通入气体N2O和SiH4生长介质层SiO2，厚度介于1μm-3μm，优选厚度为1.6μm-2.2μm。
接着，对所述介质层120进行光刻，形成图案化的介质层。在本实施例中，形成的是具有六角密堆积排列的圆形图形，所述圆形图形的中心之间的距离介于2.5μm-6μm，优选距离为3μm。
为了形成图8所示的图形介质层13，作为示例，对所述图案化的介质层进行曝光，形成呈六角密堆积排列的多个锥体结构，多个锥体结构形成上述图形介质层13，同时通过控制曝光工艺，将锥形图形介质层13控制到DBR全反射器12的正上方，保证蓝宝石柱状凸起部分裸露在所述锥形结构中间。
如图8所示，上述图形介质层13与步骤S2所述的DBR全反射器12一一对应且上下对齐，由SiO2锥体结构形成的所述图形介质层可以避免在锥体侧壁处形成缺陷晶体，极大降低缺陷处的光吸收现象，提高LED芯片的出光效率。
本实施例的申述复合图形衬底具有全反射功能，DBR全反射器在蓝宝石和外延层的界面处形成了全反射界面，降低了光线在衬底中的吸收；此外，图形介质层可以避免在锥体侧壁处形成缺陷晶体，极大降低了缺陷处的光吸收现象。通过使用本发明所述的全反射复合图形衬底，可有效提升LED的发光效率。
实施例二
本发明提供一种LED结构，如图9所示，所述LED结构包括：外延衬底10，该外延衬底为复合图形外延衬底；形成在所述外延衬底上的发光结构，所述发光结构包括依次形成在所述外延衬底的正面上的第一半导体层41、多重量子阱层50以及与所述第一半导体层导电性相反的第二半导体层42。
作为示例，本实施例中所述复合图形外延衬底为实施例一所述复合图形衬底，再次参照图2，所述复合图形衬底包括：蓝宝石衬底11，所述蓝宝石衬底的正面形成有多个柱状凸起 110；DBR全反射器12，所述DBR全反射器12位于所述柱状凸起110之间，且与所述柱状凸起110平齐；图形介质层13，位于所述DBR全反射器12的上方，所述图形介质层13与所述DBR全反射器12一一对应且上下对齐。该复合图形衬底的具体结构可参照实施例一的描述，在此不再赘述。
作为示例，如图9所示，所述第一半导体层41和所述外延衬底10之间还包括形核层20 和缓冲层30。
以镓氮基LED为例，在可选实施例中，所述形核层20采用的材料为AlN，厚度介于5nm- 20nm，优选厚度为12nm。
作为示例，所述缓冲层30厚度介于10nm-50nm。
作为示例，本实施例中，所述第一半导体层41形成为n型半导体层，该第一半导体层自所述外延衬底的正面依次包括：非掺杂氮化镓层，厚度介于2μm-4μm；n-GaN层，厚度介于1.5μm-4μm；InGaN/GaN超晶格层，周期为15-20个，每个周期内InGaN的厚度介于 1nm-3nm，GaN厚度介于2nm-10nm。
作为示例，所述多层量子阱层50由InGaN和GaN交替形成，周期为5-15个。
作为示例，本实施例中，当上述第一半导体层为n型半导体层时，该第二半导体层则为 p型半导体层。所述第二半导体层42沿所述多重量子阱层依次包括包括：AlGaN势垒层，其中铝组分5％-25％，厚度介于5nm-20nm；低温p-AlInGaN空穴注入层，厚度介于20nm-80nm；多层p-AlGaN/GaN层；p-GaN层。
如上所述，以第一半导体层为n型半导体层，第二半导体层为p型半导体层为例进行了说明，应该理解的是，所述第一半导体层可以是p型半导体层，相应地，第二半导体层为n 型半导体层。
本实施例还提供了上述LED结构的制作方法，如图10所示，所述LED结构的制作方法包括如下步骤：
步骤S1：提供一外延衬底，所述衬底为图形化衬底；
提供一外延衬底，所述衬底为图形化衬底。作为示例，所述外延衬底由实施例一所述的复合图形化衬底的制作方法制备，如图2所示，该复合图形化衬底包括：蓝宝石衬底11，所述蓝宝石衬底的正面形成有多个柱状凸起110；DBR全反射器12，所述DBR全反射器12位于所述柱状凸起110之间，且与所述柱状凸起110平齐；图形介质层13，位于所述DBR全反射器12的上方，所述图形介质层13与所述DBR全反射器12一一对应且上下对齐。该复合图形衬底的具体结构可参照实施例一的描述，在此不再赘述。
步骤S2：在所述外延衬底上方依次形成第一半导体层、多重量子阱层以及与所述第一半导体层导电性相反的第二半导体层；
同样以形成镓氮基LED为例，如图9所示，在形成上述第一半导体层41之前，首先在外延衬底10上方还要形成形核层20和缓冲层30。在本实施例中，形核层20选用AlN薄膜，将所述外延衬底放入可以生长AlN的物理气相沉积设备中，譬如，美国应材的Endura II200mm、北方微电子iTops A220等其他可以生长AlN的磁控溅射设备，在350-700℃范围内，生长5nm-20nm的AlN薄膜，优选厚度为12nm。形成所述形核层20后，对表面进行处理，具体地，将所述复合图形衬底放入金属有机物化学气相沉积(MOCVD)系统中，升温至 500-1200℃，通入氢气、氮气、氨气的混合气体处理表面。接着，在所述形核层20上方生长缓冲层30，具体地，将温度调整至500-1050℃，通入氨气和三甲基镓，生长10nm-50nm的缓冲层，关闭三甲基镓。
接着，在所述缓冲层上方形成第一半导体层41，如图11所示。作为示例，该第一半导体层41形成为n型半导体层，具体包括如下步骤：升温至1000-1100℃，在此温度下进行退火处理1-5分钟，通入三甲基镓，生长1μm-2μm厚度的非掺杂氮化镓；继续升温至1050-1150℃，生长1μm-2μm厚度的非掺杂氮化镓；降温至1020-1120℃，生长1.5μm-4μm的氮化镓，通入甲硅烷进行掺杂，得到n-GaN层；降温至770-870℃，生长15-20个周期的InGaN/GaN超晶格层，每个周期内InGaN的厚度为1nm-3nm，GaN厚度为2nm-10nm。
接着，在所述第一半导体层上方形成多重量子阱层50，如图12所示。作为示例，本实施例中，所述多重量子阱层为InGaN/GaN多重量子阱层，具体方法为：将温度升至750-900℃，生长5-15个周期的InGaN/GaN多量子阱层。
接着，在所述多重量子阱层50上方形成第二半导体层42，如图13所示。作为示例，该第二半导体层42形成为p型半导体层，具体包括如下步骤：在所述多量子阱层上方生长AlGaN 势垒层，所述AlGaN势垒层厚度为5nm-20nm，其中铝组分5％-25％；降温至620-800℃，生长所述低温p-AlInGaN空穴注入层，厚度介于20nm-80nm；升温至900-1000℃，通入二茂镁进行掺杂，生长所述多层p-AlGaN/GaN层；升温至900-1000℃，通入二茂镁进行掺杂，形成所述p型半导体层。
如上所述，以第一半导体层为n型半导体层，第二半导体层为p型半导体层为例进行了说明，应该理解的是，所述第一半导体层可以是p型半导体层，相应地，第二半导体层为n 型半导体层。
最后，在所述第一半导体层41和第二半导体层42上方分别形成第一电极61和第二电极62，如图9所示。作为示例，刻蚀部分所述第二半导体层42及部分所述多重量子阱层50以暴露所述第一半导体层41，在暴露的所述第一半导体层41上方形成与所述第一半导体层41导电连接的第一电极61，在所述第二半导体层42上方形成与所述第二半导体层42导电连接的第二电极62，形成本实施例所述的LED结构。
综上所述，本发明提供一种复合图形衬底及其制作方法以及一种LED结构及其制作方法。
本发明的复合图形衬底包括所述蓝宝石衬底的正面形成有多个柱状凸起；位于所述蓝宝石衬底上的DBR全反射器，所述DBR全反射器位于所述柱状凸起之间且与所述柱状凸起平齐，即内嵌式位于所述蓝宝石衬底中。该DBR反射器与后续外延层的接触位置形成全反射界面，将后续形成的LED芯片发出的光全反射至芯片的正面射出。LED芯片发出的光不会进入衬底内部，由此不会有光被衬底吸收，避免了蓝宝石衬底对光的吸收，提高LED的发光效率。
另外，复合图形衬底还包括位于所述DBR全反射器上方的图形介质层，所述图形介质层与所述DBR全反射器一一对应且上下对齐。该图形介质层可以避免在锥体侧壁处形成缺陷晶体，极大降低了缺陷处的光吸收现象，提高了LED芯片的出光效率。本发明的上述复合图形衬底能够使LED芯片的亮度至少提升2％。
本发明的LED结构基于上述复合图形衬底形成，因此同样具有上述有益技术效果。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (24)
1.复合图形化衬底，其特征在于，包括：
蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的正面形成有多个柱状凸起；
DBR全反射器，所述DBR全反射器位于所述蓝宝石衬底上的柱状凸起之间，且与所述柱状凸起平齐；
图形介质层，位于所述DBR全反射器的上方，所述图形介质层与所述DBR全反射器一一对应且上下对齐。
2.根据权利要求1所述的复合图形化衬底，其特征在于，所述多个柱状凸起呈六角密堆积排列。
3.根据权利要求1或2所述的复合图形化衬底，其特征在于，所述柱状凸起的直径介于100nm-500nm，并且相邻所述柱状凸起的中心之间的距离介于2μm-4μm。
4.根据权利要求1所述的复合图形化衬底，其特征在于，所述DBR全反射器包括交替层叠的具有不同的折射率的第一材料层和第二材料层，所述DBR全反射器包括20-70对第一材料层和第二材料层构成的反射层对。
5.根据权利要求1所述的复合图形化衬底，其特征在于，所述图形介质层形成为多个锥体结构，并且所述锥体结构呈六角密堆积排列。
6.根据权利要求5所述的复合图形化衬底，其特征在于，所述锥体结构的高度介于1μm-3μm，相邻所述锥体结构的中心之间的距离介于2.5μm-6μm。
7.根据权利要求1所述的复合图形化衬底，其特征在于，所述图形介质层的材料为SiO2或SixNy。
8.一种LED结构，其特征在于，包括：
外延衬底，所述外延衬底为图形化衬底；
形成在所述外延衬底的正面的发光结构，所述发光结构包括依次形成在所述外延层衬底上的第一半导体层、多重量子阱层以及与所述第一半导体层导电性相反的第二半导体层；
其中，所述外延衬底包括：
蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的正面形成有多个柱状凸起；
DBR全反射器，所述DBR全反射器位于所述蓝宝石衬底上的柱状凸起之间，且与所述柱状凸起平齐；
图形介质层，位于所述DBR全反射器的上方，所述图形介质层与所述DBR全反射器一一对应且上下对齐。
9.根据权利要求8所述的LED结构，其特征在于，所述多个柱状凸起呈六角密堆积排列。
10.根据权利要求8或9所述的LED结构，其特征在于，所述柱状凸起的直径介于100nm-500nm，并且相邻所述柱状凸起的中心之间的距离介于2μm-4μm。
11.根据权利要求8所述的LED结构，其特征在于，所述图形介质层形成为锥体结构，并且所述锥体结构呈六角密堆积排列。
12.根据权利要求11所述的LED结构，其特征在于，所述锥体结构的高度介于1μm-3μm，相邻所述锥体结构的中心之间的距离介于2.5μm-6μm。
13.根据权利要求8所述的LED结构，其特征在于，所述图形介质层的材料为SiO2或SixNy。
14.根据权利要求8所述的LED结构，其特征在于，还包括形成在所述第一半导体层和所述外延衬底之间的形核层及缓冲层。
15.根据权利要求8所述的LED结构，其特征在于，还包括形成在所述第一半导体上方与所述第一半导体层导电连接的第一电极，以及形成在所述第二半导体上方与所述第二半导体层导电连接的第二电极。
16.一种复合图形化衬底的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底的正面形成多个柱状凸起；
在相邻所述柱状凸起之间形成DBR全反射器，所述DBR全反射器与所述柱状凸起平齐；
在所述DBR全反射器上方形成图形介质层，所述图形介质层与所述DBR全反射器一一对应且上下对齐。
17.根据权利要求16所述的复合图形化衬底的制作方法，其特征在于，在所述蓝宝石衬底的正面形成多个柱状凸起还包括以下步骤：
在所述蓝宝石衬底的正面上形成光刻胶层；
对所述光刻胶层进行曝光、显影，形成图案化的光刻胶层；
以所述图案化的光刻胶层作为掩模层对所述蓝宝石衬底进行刻蚀，形成所述柱状凸起，所述柱状凸起在所述蓝宝石衬底上呈六角密堆积排列。
18.根据权利要求16或17所述的复合图形化衬底的制作方法，所述柱状凸起的直径介于100nm-500nm，并且相邻所述柱状凸起的中心之间的距离介于2μm-4μm。
19.根据权利要求16所述的复合图形化衬底的制作方法，其特征在于，在相邻所述柱状凸起之间形成DBR全反射器还包括以下步骤：
在形成有多个所述柱状凸起的所述蓝宝石衬底上方交替沉积第一材料层和第二材料层以形成DBR全反射层，所述第一材料层和所述第二材料层具有不同的折射率；
对所述DBR全反射层进行抛光以去除所述柱状凸起上方的DBR全反射层保留所述柱状凸起之间的DBR全反射层。
20.根据权利要求16所述的复合图形化衬底的制作方法，其特征在于，在所述DBR全反射器上方形成图形介质层还包括以下步骤：
在形成有所述DBR全反射器的所述蓝宝石衬底上方形成介质层；
对所述介质层进行光刻，形成图案化的介质层；
对所述图案化的介质层进行曝光，形成呈六角密堆积排列的多个锥体结构。
21.根据权利要求20所述的复合图形化衬底的制作方法，其特征在于，所述锥体结构的高度介于1μm-3μm，相邻所述锥体结构的中心之间的距离介于2.5μm-6μm。
22.一种LED结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一外延衬底，所述衬底为图形化衬底；
在所述外延衬底上方依次形成第一半导体层、多重量子阱层以及与所述第一半导体层导电性相反的第二半导体层；
其中，所述外延衬底由权利要求16-21中任意一项所述的复合图形化衬底的制作方法制备。
23.根据权利要求22所述的LED结构的制作方法，其特在征于，在所述衬底上形成所述第一半导体层之前还包括：在所述衬底上方依次形成形核层及缓冲层。
24.根据权利要求22所述的LED结构的制作方法，其特征在于，还包括：
刻蚀部分所述第二半导体层及部分所述多重量子阱层以暴露所述第一半导体层；
在暴露的所述第一半导体层上方形成与所述第一半导体层导电连接的第一电极；
在所述第二半导体层上方形成与所述第二半导体层导电连接的第二电极。
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| GR01 | Patent grant | ||
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