LED外延片、LED结构及LED结构的形成方法技术

本发明专利技术提出一种发光二极管LED外延片，包括：衬底；形成在所述衬底顶层之上的第一多孔结构层；形成在所述第一多孔结构层之上的第二多孔结构层，其中，所述第二多孔结构层中的孔隙率和孔径均小于所述第一多孔结构层中的孔隙率和孔径；和形成在所述第二多孔结构层之上的LED结构层，其中，所述LED结构层之中至少包括第一型半导体层、发光层和第二型半导体层。本发明专利技术采用在孔隙率大的多孔硅上外延与Si材料热失配较大LED结构，从而可以通过脆弱的多孔硅层在冷却过程中发生部分形变释放掉热失配应力，保证外延的LED结构的完好，可以外延出大尺寸的LED结构，还可通过第二多孔结构层改善LED结构层的外延晶体质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光二极管(light emitting diode, LED)
，特别涉及一种 LED外延片、LED结构及LED结构的形成方法。
技术介绍
近年来，LED以其寿命长、发光效率高、体积小、坚固耐用、颜色丰富，被广泛应用于 显示屏、背光源、特种照明等领域。LED的核心是LED外延片，其主要结构包括衬底、缓冲 层、N型半导体层、发光层、电子阻挡层、P型半导体层。作为LED外延片核心的发光层介于 N型半导体层与P型半导体层之间，使P型半导体层和N型半导体层的界面构成的PN结。 然而由于A1203(蓝宝石)或SiC衬底非常昂贵，因此目前的LED非常昂贵。因此如何在其他更便宜的衬底之上制造LED器件就成为了亟待解决的问题。由于 Si材料便宜，工艺成熟，且有大直径晶圆，因此，目前出现了很多基于Si材料的应用，如光 电、微波等应用需要用到不同的材料，如GaN等。但是由于Si材料和这些III-V族化合物 半导体材料存在很大的热应力失配，热应力失配将在较大外延厚度时会引起薄膜出现龟裂 (Crack)，外延出来的薄膜质量不佳，因此限制了薄膜的生长厚度和生长质量，导致Si材料 衬底不能很好地应用在LED器件中。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别提出了一种LED外延片、LED 结构及LED结构的形成方法。为达到上述目的，本专利技术一方面提出了一种发光二极管LED外延片，包括衬底； 形成在所述衬底顶层之上的第一多孔结构层；形成在所述第一多孔结构层之上的第二多孔 结构层，其中，所述第二多孔结构层中的孔隙率和孔径均小于所述第一多孔结构层中的孔 隙率和孔径；和形成在所述第二多孔结构层之上的LED结构层，其中，所述LED结构层之中 至少包括第一型半导体层、发光层和第二型半导体层。在本专利技术的一个实施例中，还包括形成在所述第二多孔结构层和所述LED结构 层之间的图形化结构层。在本专利技术的一个实施例中，还包括形成在所述第一多孔结构层和所述衬底之间 的第三多孔结构层，所述第三多孔结构层中的孔隙率和孔径均小于所述第一多孔结构层中 的孔隙率和孔径。在本专利技术的一个实施例中，所述第一多孔结构层中包括多个第一区域和间隔在所 述两个第一区域之间的第二区域，其中，所述第一区域的孔隙率及孔径均大于所述第二区 域的孔隙率及孔径。在本专利技术的一个实施例中，还包括形成在所述第二多孔结构层和所述LED结构 层之间的AlN缓冲层。本专利技术另一方面还提出了一种LED外延片的形成方法，包括以下步骤提供衬底；在所述衬底顶层之上形成第一多孔结构层和第二多孔结构层，其中，所述第二多孔结构层 中的孔隙率和孔径均小于所述第一多孔结构层中的孔隙率和孔径；和在所述第二多孔结构 层之上形成LED结构层，其中，所述LED结构层之中至少包括第一型半导体层、发光层和第 二型半导体层。在本专利技术的一个实施例中，还包括在所述第二多孔结构层和所述LED结构层之 间形成至少一层图形化结构层。在本专利技术的一个实施例中，还包括在所述第一多孔结构层和所述衬底之间形成 第三多孔结构层，其中，所述第三多孔结构层中的孔隙率和孔径均小于所述第一多孔结构 层中的孔隙率和孔径。在本专利技术的一个实施例中，所述第一多孔结构层中包括多个第一区域和间隔在所 述两个第一区域之间的第二区域，其中，所述第一区域的孔隙率及孔径均大于所述第二区 域的孔隙率及孔径。在本专利技术的一个实施例中，还包括在所述第二多孔结构层和所述LED结构层之 间形成AlN缓冲层。本专利技术实施例再一方面还提出了一种LED结构的形成方法，包括通过以上所述 的方法形成LED外延片；在所述LED外延片的第二型半导体层之上形成第二电极；将所述 外延片翻转并转移至基板；去除所述外延片中的第一多孔结构层和第二多孔结构层及所述 衬底以暴露所述第一型半导体层；在所述第一型半导体层之上形成第一电极层。在本专利技术的一个实施例中，所述去除外延片中的第一多孔结构层和第二多孔结构 层及衬底进一步包括剥离所述外延片中的所述衬底，并继续在所述衬底之上重新生成新 的多孔结构层及LED结构层以形成新的外延片；去除所述第一多孔结构层和所述第二多孔 结构层。在本专利技术的一个实施例中，所述基板为金属基板，所述第一电极层为透明电极。在本专利技术的一个实施例中，还包括在所述金属基板之上形成反光层。在本专利技术的一个实施例中，所述基板为玻璃基板。在本专利技术的一个实施例中，所述玻璃基板具有多个与所述第二电极对应的通孔， 所述通孔中填充有导电材料。 在本专利技术的一个实施例中，所述基板为陶瓷基板。在本专利技术的一个实施例中，所述陶瓷基板具有多个与所述第二电极对应的通孔， 所述通孔中填充有导电材料。在本专利技术的一个实施例中，还包括在所述陶瓷基板之上形成反光层。在本专利技术的一个实施例中，在所述第一型半导体层之上形成第一电极层之前，还 包括对所述第一型半导体层的表面进行粗糙化。本专利技术实施例再一方面还提出了一种LED结构，通过如上所述的方法形成。本专利技术实施例具有以下优点1、本专利技术采用在孔隙率大的多孔硅上外延与Si材料热失配较大LED结构，从而可 以通过脆弱的多孔硅层在冷却过程中发生部分形变释放掉热失配应力，保证外延的LED结 构的完好，可以外延出大尺寸的LED结构。2、通过图形化的多孔硅(即多个第一区域和第二区域的多孔硅结构)可以控制热5失配应力的释放，提供良好的机械支撑，进一步提高外延薄膜的质量。3、在本专利技术实施例中，在形成LED结构时将衬底及多孔结构层去除，从而可以避 免由于Si衬底等不透光导致LED结构受到限制，如散热限制等，另外可以将LED结构做成 垂直结构，从而增加发光面。4、在本专利技术实施例中，可将LED结构翻转至任意的基板，例如金属基板、玻璃基板 或陶瓷基板。金属基板可作为一个电极，从而容易形成LED的垂直电极结构，而玻璃基板透 光可将其作为出光面，陶瓷基板具有很好的热特性。5、在本专利技术实施例中，在形成LED结构时可以将Si衬底重复利用，即再次在Si衬 底之上重新生成新的LED结构层。6、由于陶瓷基板和玻璃基板为绝缘体，因此在本专利技术实施例中，可在陶瓷基板和 玻璃基板之上设置通孔，从而利于制作两面引出电极的垂直结构。7、另外，在本专利技术实施例中，因较小的孔径和致密的多孔层上外延层质量较好，可 通过孔径较小而致密的第二多孔结构层改善LED结构层的外延晶体质量，如表面粗糙度及 缺陷密度等，而较大孔径的多孔层利于剥离，可通过孔径较大的第一多孔层来剥离衬底与 外延层。8、在基板上形成反光层可以将LED产生的光反射出去，从而增加LED的出光效率。9、在形成第一电极层之前对第一型半导体层的表面进行粗糙化处理可以减少光 线的全反射，增加出光效率。10、在第二多孔结构层和所述LED结构层之间的AlN缓冲层可以有效地抑制外延 界面缺陷，防止外延形成多晶结构及反相畴结构等，从而改善外延层质量。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中图1为本专利技术实施例的LED外延片的结构图；图2为本专利技术另一实施例的LED外延片的结构图；图3为本专利技术另一实施例的LED外延片的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种发光二极管ＬＥＤ外延片，其特征在于，包括：衬底；形成在所述衬底顶层之上的第一多孔结构层；形成在所述第一多孔结构层之上的第二多孔结构层，其中，所述第二多孔结构层中的孔隙率和孔径均小于所述第一多孔结构层中的孔隙率和孔径；和形成在所述第二多孔结构层之上的ＬＥＤ结构层，其中，所述ＬＥＤ结构层之中至少包括第一型半导体层、发光层和第二型半导体层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王楚雯，赵东晶，
申请(专利权)人：王楚雯，赵东晶，
类型：发明
国别省市：11