[发明专利]LED外延结构、LED芯片及LED外延结构制造方法

说明书

本发明提供一种LED外延结构、LED芯片及LED外延结构制造方法，LED外延结构包括衬底和设于其上的缓冲层和半导体层，衬底表面设有多个凸起的微结构；缓冲层包括覆于微结构之上的第一缓冲层，第一缓冲层于微结构的顶端形成第一通孔，并且于微结构的侧壁形成第二通孔；半导体层内形成有沿第一通孔向上延伸的镂空结构，所述镂空结构内介质为空气。通过基于通孔结构形成的位于微结构顶端的空气柱型镂空结构，增加了界面处的折射率差值，有效增强了光线在界面处的反射作用，提高了LED器件的光提取效率；并且，由于镂空结构为细长且向上延伸的圆柱结构，其对所述半导体层内的结构影响较小。

技术领域

本发明涉及半导体发光器件领域，具体地涉及一种LED外延结构、LED芯片及LED外延结构制造方法。

背景技术

发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)作为一种新型节能、环保固态照明光源，具有能效高、体积小、重量轻、响应速度快以及寿命长等优点，使其在很多领域得到了广泛应用。

目前的主流半导体发光材料如氮化镓等，存在和衬底晶格失配和热失配等问题，从而影响器件的使用寿命和发光效率。为解决这个问题，通常在衬底上生长氮化铝缓冲层来作为过渡层以减小晶格失配等问题。

同时，图形化蓝宝石衬底的技术近年来也在迅速发展，其在蓝宝石基板上制备微/纳米尺寸的微结构图形阵列，一方面，微结构能使半导体层实现侧向外延生长，减少了半导体层的位错密度，弛豫生长过程中产生的应力；另一方面，通过微结构对有源层产生的光的反射、衍射作用而减少因材料折射率差值所造成的内部全反射，从而通过多方面的作用提高LED芯片的出光效率。

然而，在图形化衬底表面生长氮化铝缓冲层，虽然降低了半导体层和衬底间的晶格不匹配等问题，但由于铝原子的键能较弱，氮化铝缓冲层的表面平整，降低了界面间的折射率差值，不利于进一步提升LED芯片的出光效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED外延结构、LED芯片及LED外延结构制造方法。

本发明提供一种LED外延结构，包括衬底和设于其上的缓冲层以及半导体层，所述衬底表面设有多个凸起的微结构；所述缓冲层包括覆于所述微结构之上的第一缓冲层，所述第一缓冲层于所述微结构的顶端形成第一通孔，并且于所述微结构的侧壁形成多个第二通孔；所述半导体层内形成有沿所述第一通孔向上延伸的镂空结构，所述镂空结构内介质为空气。

作为本发明的进一步改进，所述缓冲层还包括位于所述衬底和所述第一缓冲层之间的第二缓冲层，所述第一缓冲层的材料与所述衬底的材料之间的晶格常数差值大于所述第二缓冲层的材料与所述衬底的材料之间的晶格常数差值。

作为本发明的进一步改进，所述衬底为蓝宝石衬底，其上的所述微结构为圆锥形、或棱锥形、或为侧壁凸起或凹陷的类圆锥形、或为侧壁凸起或凹陷的类棱锥形，其高度范围为1.5-2μm。

作为本发明的进一步改进，所述第一缓冲层为氮化镓铝层或氮化镓层，其厚度范围为10-20nm。

作为本发明的进一步改进，所述第二缓冲层为氮化铝层，其厚度为10-30nm。

作为本发明的进一步改进，所述第一缓冲层和所述半导体层之间还设有一层粗化层，所述粗化层为氮化镓层，所述镂空结构贯通所述粗化层，所述粗化层的厚度与所述微结构的高度之间的差值小于0.5μm。

作为本发明的进一步改进，所述镂空结构为圆柱形，高度范围为0.5-4μm，孔径范围为0.01-0.1μm。

作为本发明的进一步改进，所述第二通孔的尺寸小于所述第一通孔。

本发明还提供一种LED芯片，包括LED外延结构，以及依次成形在LED外延结构上的电流阻挡层、透明导电层和连接电极，所述LED外延结构采用如上述的LED外延结构。