[发明专利]LED外延片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二级管(LED)制造领域，特别是涉及一种LED外延片及其制作方法。

背景技术

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(light emitting 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。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种LED外延片及其制作方法，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，本发明提供一种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0.05um-0.8um，高度为1um-10um，所述纳米凸起图形之间的空隙间隔的宽度为0.5um-5um。

进一步的，所述纳米凸起图形的顶部具有平台。

进一步的，所述外延层采用横向外延法生长。

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底。

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外延片用于制备平面结构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。

进一步的，所述LED外延片用于制备平面结构LED芯片或不需要剥离的垂直结构LED芯片，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外延片用于制备需要剥离的垂直结构LED芯片，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。

进一步的，所述LED外延片用于制备需要剥离的垂直结构LED芯片，在制备需要剥离的垂直结构LED芯片时，利用化学湿法腐蚀所述LED外延片的图形层，以实现所述衬底与所述外延层的分离。

进一步的，本发明还提供一种制作LED外延片的制作方法，包括：

提供衬底；