專利名稱：一種具有圖形襯底的發光二極管的制作方法
技術領域：
本發明屬于半導體照明技術領域，尤其涉及一種具有圖形襯底的發光二極管。
背景技術：
發光二極管具有體積小、效率高和壽命長等優點，在交通指示、戶外全色顯示等領域有著廣泛的應用。尤其是利用大功率發光二極管可能實現半導體固態照明，引起人類照明史的革命，從而逐漸成為目前電子學領域的研究熱點。傳統的芯片制造工藝是在一片襯底上同時制備數百個甚至數千個芯片，每個芯片之間有一定的距離，在制備好這些芯片之后，進行劃片、切割將他們分離，最后經后續的封裝等工藝得到發光二極管。通常發光二極管的芯片結構為在藍寶石等襯底上依次外延了 η型半導體層、有源層、P型半導體層的構造。最終的芯片可以是正裝結構、倒裝結構、垂直結構等。在外延芯片結構時，由于襯底的晶格常數和熱膨脹系數等與外延的半導體材料會有差異，使得生長的半導體層中存在殘余應力和諸多晶體缺陷，影響了材料的晶體質量，限制了光電子器件性能的進一步提高。目前廣泛使用的解決方法是在藍寶石等襯底上制備圖形形成圖形化襯底的技術，采用這種圖形化襯底可以緩解外延的半導體材料由于晶格失配引起的應力，一定程度上降低其中的位錯密度，提高內量子效率。如中國專利申請201010153212. 5公開了一種氮化鎵基LED外延用藍寶石圖形化襯底的制備方法，該方法在襯底上制備出均勻分布的圖形；中國專利申請201110153487. 3中公開了一種制備納米圖形化襯底的方法，通過ICP刻蝕制備出均勻分布的圖形。然而，均勻圖形化襯底經過外延生長后，芯片結構中存在的殘余應力和晶體缺陷，仍然對光電子器件性能，如內量子效、正向電壓、光強、反向漏電流、波長均勻性、FffHM等有很大的影響。因此，如何突破現有 技術提高電子器件的內量子效率等性能仍然是本領域技術人員函待解決的技術課題。

發明內容
為了解決現有圖形化襯底存在的不足，本發明提供了一種新的具有圖形襯底的發光二極管結構，可提高發光二極管芯片的內量子效率、波長均勻性，改善光電參數。本發明采用如下技術方案
一種具有圖形襯底的發光二極管，其結構包括襯底、N型半導體層、有源層和P型半導體層；所述襯底以中心為圓心分成η個同心環狀區域，5 < η ( 8，所述環狀區域內帶有圖形；同一環狀區域內的圖形尺寸相同，圖形的垂直深度為O. 5-3微米，圖形的截面為圓形、橢圓形、矩形或等腰三角形，圖形截面的橫向尺寸為1-10微米，縱向尺寸為1-10微米；所述橫向尺寸由內部環狀區域向外部環狀區域遞增，遞增幅度為O. 1-2微米。本發明的一種圖形排布為同一環狀區域內的圖形截面呈陣列分布，且間距相同；當所述圖形截面為圓形、橢圓形或矩形時，間距為同一環狀區域內的相鄰圖形截面的中心距離；當所述圖形截面為等腰三角形時，間距為同一環狀區域內的相鄰等腰三角形的底邊中心距離；不同環狀區域內的間距由內向外遞增；所述間距為2-30微米，遞增幅度為O. 2-7微米。本發明的另一種圖形排布為當所述圖形截面為圓形、橢圓形或矩形時，同一環狀區域內的圖形截面的中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布；當所述圖形截面為等腰三角形時，同一環狀區域內的等腰三角形的底邊中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布；同一環狀區域內，相鄰同心圓的半徑差相等，為2-30微米；不同環狀區域內，所述半徑差由內向外遞增，遞增幅度為O. 2-7微米。本發明的一種優選方案為所述縱向尺寸保持相同。本發明的一種優選方案為所述垂直深度由內部環狀區域向外部環狀區域遞增，遞增幅度為O. 1-0. 5微米。本發明的思路是在襯底上制備非均勻的圖形。將襯底分成同心環狀區域，不同環狀區域內的圖形尺寸、圖形之間的距離不同，且由內向外遞增。采用的圖形左右對稱，當為等腰三角形時，橫向尺寸指底邊長。本發明制作的芯片可以為正裝、倒裝或者垂直結構的LED芯片。相較于現有技術，本發 明的有益效果在于能夠降低外延生長過程中的殘余應力，減小晶體缺陷，提高內量子效率，從而有利于改善芯片的波長均勻性，改善芯片的漏電，提高芯片的亮度。與傳統工藝相比，波長的均勻性約提高6-7nm，芯片的亮度提高10 %以上。該技術在采用大尺寸的生長襯底時效果更加明顯，有利于減小其翹曲度。


圖1、圖2為本發明圖形襯底的示意圖 其中1-圖形；2_襯底。
具體實施例方式 下面結合附圖進一步說明本發明的具體實施例，為了示出的方便附圖并未按照比例繪制。實施例1
參看附圖1，一種具有圖形襯底的發光二極管，其結構包括襯底、N型半導體層、有源層和P型半導體層。襯底以中心為圓心分成5個同心環狀區域，環狀區域內帶有呈陣列分布的圖形；圖形的垂直深度為3微米，圖形的截面為橢圓形，5個環狀區域內橢圓形的橫向尺寸由內向外依次為2、4、6、8、10微米，縱向尺寸依次為1. 5、3、4. 5、6、7. 5微米，圖形間距依次為 4、8、12、16、20 微米。實施例2
一種具有圖形襯底的發光二極管，其結構包括襯底、N型半導體層、有源層和P型半導體層。襯底以中心為圓心分成6個同心環狀區域，環狀區域內帶有呈陣列分布的圖形；圖形的截面為橢圓形，6個環狀區域內橢圓形的橫向尺寸由內向外依次為2、2. 1,2. 2,2. 3,2. 4、2. 5微米，縱向尺寸依次為1. 5、1. 6、1. 7、1. 8、1. 9、2微米，圖形間距依次為4,4. 2,4. 4,4. 6、4. 8、5微米，圖形的垂直深度依次為O. 5,0. 6,0. 7,0. 8,0. 9、I微米。實施例3一種具有圖形襯底的發光二極管，其結構包括襯底、N型半導體層、有源層和P型半導體層。襯底以中心為圓心分成5個同心環狀區域，環狀區域內帶有呈陣列分布的圖形；圖形的截面為正方形，5個環狀區域內正方形的橫向和縱向尺寸即邊長由內向外依次為1、1.5、
2、2. 5、3微米，圖形間距依次為2、9、16、23、30微米，圖形的垂直深度依次為O. 5,0. 6,0. 7、O. 8,0. 9 微米。實施例4
參看附圖2，一種具有圖形襯底的發光二極管，其結構包括襯底、N型半導體層、有源層和P型半導體層。襯底以中心為圓心分成5個同心環狀區域，環狀區域內帶有截面為橢圓形的圖形，同一環狀區域內的圖形截面的中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布且相鄰同心圓的半徑差相等；5個環狀區域內橢圓形的橫向尺寸由內向外依次為1、2、3、4、5微米，縱向尺寸依次為6、6. 1,6. 2,6. 3、6· 4微米;相鄰半徑差依次為8、12、16、20、24微米，圖形的垂直深度依次為O. 5、1、1. 5、2、2. 5微米。實施例5
一種具有圖形襯底的發光二極管，其結構包括襯底、N型半導體層、有源層和P型半導體層。襯底以中心為圓心分成8個同心環狀區域，環狀區域內帶有截面為矩形的圖形，同一環狀區域內的圖形截面的中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布且相鄰同心圓的半徑差相等；8個環狀區域內矩形的橫向尺寸由內向外依次為2、2. 1、2. 2、2. 3、2.4、2. 5、2.6、
2.7微米，縱向尺寸都為I微米；相鄰半徑差依次為4、4. 2,4. 4,4. 6,4. 8、5、5. 2,5. 4微米，圖形的垂直深度依次為O. 5,0. 8,1. 1、1· 4,1. 7、2、2· 3,2. 6微米。實施例6
一種具有圖形襯底的發光 二極管，其結構包括襯底、N型半導體層、有源層和P型半導體層。襯底以中心為圓心分成5個同心環狀區域，環狀區域內帶有截面為圓形的圖形，同一環狀區域內的圖形截面的中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布且相鄰同心圓的半徑差相等；5個環狀區域內圓形的橫向和縱向尺寸即直徑由內向外依次為1、3、5、7、9微米，相鄰半徑差依次為2、9、16、23、30微米，圖形的垂直深度依次為O. 5,0. 7,0. 9、1. 1、1. 3微米。實施例7
一種具有圖形襯底的發光二極管，其結構包括襯底、N型半導體層、有源層和P型半導體層。襯底以中心為圓心分成6個同心環狀區域，環狀區域內帶有截面為正方形的圖形，同一環狀區域內的圖形截面的中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布且相鄰同心圓的半徑差相等；6個環狀區域內正方形的橫向和縱向尺寸即邊長由內向外依次為5、6、7、8、9、10微米，相鄰半徑差依次為10、12、14、16、18、20微米，圖形的垂直深度都為3微米。上述實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案。任何不脫離本發明精神和范圍的技術方案均應涵蓋在本發明的專利申請范圍中。
權利要求
1.一種具有圖形襯底的發光二極管，其結構包括襯底、N型半導體層、有源層和P型半導體層，其特征在于，所述襯底以中心為圓心分成η個同心環狀區域，5 ≤η ≤ 8，所述環狀區域內帶有圖形；同一環狀區域內的圖形尺寸相同，圖形的垂直深度為O. 5-3微米，圖形的截面為圓形、橢圓形、矩形或等腰三角形，圖形截面的橫向尺寸為1-10微米，縱向尺寸為1-10微米；所述橫向尺寸由內部環狀區域向外部環狀區域遞增，遞增幅度為O. 1-2微米。
2.如權利要求1所述的發光二極管，其特征在于，同一環狀區域內的圖形截面呈陣列分布，且間距相同；當所述圖形截面為圓形、橢圓形或矩形時，間距為同一環狀區域內的相鄰圖形截面的中心距離；當所述圖形截面為等腰三角形時，間距為同一環狀區域內的相鄰等腰三角形的底邊中心距離；不同環狀區域內的間距由內向外遞增；所述間距為2-30微米，遞增幅度為O. 2-7微米。
3.如權利要求1所述的發光二極管，其特征在于，當所述圖形截面為圓形、橢圓形或矩形時，同一環狀區域內的圖形截面的中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布；當所述圖形截面為等腰三角形時，同一環狀區域內的等腰三角形的底邊中心呈以襯底中心為圓心的同心圓狀分布；同一環狀區域內，相鄰同心圓的半徑差相等，為2-30微米；不同環狀區域內，所述半徑差由內向外遞增，遞增幅度為O. 2-7微米。
4.如權利要求1-3任意一項所述的發光二極管，其特征在于，所述縱向尺寸保持相同。
5.如權利要求1-3任意一項所述的發光二極管，其特征在于，所述垂直深度由內部環狀區域向外部環狀區域遞增，遞增幅度為O. 1-0. 5微米。
全文摘要
本發明提供了一種新的具有圖形襯底的發光二極管結構，其襯底以中心為圓心分成5-8個同心環狀區域，同一環狀區域內的圖形的尺寸和圖形之間的距離相同，不同環狀區域內的圖形的尺寸和圖形之間的距離由內向外依次遞增。本發明能夠降低外延生長過程中的殘余應力，減小晶體缺陷，提高內量子效率，從而有利于改善芯片的波長均勻性，改善芯片的漏電，提高芯片的亮度。該技術在采用大尺寸的生長襯底時效果更加明顯，有利于減小其翹曲度。
文檔編號H01L33/20GK103050596SQ20111036749
公開日2013年4月17日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年10月17日
發明者肖志國, 唐勇, 武勝利, 李倩影, 孫英博, 薛念亮 申請人:大連美明外延片科技有限公司