CN105762266B - 一种具有导热层的发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种具有导热层的发光二极管及其制备方法，至少包括一衬底，及依次位于衬底上的N型层、发光层和P型层，通过在衬底与外延层之间***一氮化铝层与石墨烯颗粒层交替层叠而成的导热层，减小现有发光二极管电流注入时的散热不均匀问题及大尺寸外延片生长时的由于散热均匀导致的翘曲问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种具有导热层的发光二极管及其制备方法。
背景技术
发光二极管（英文为Light Emitting Diode，简称LED）是一种固态半导体发光二极管器件，被广泛用于指示灯、显示屏等照明领域。随着LED发光二极管市场竞争日趋激烈，在降低生产成本的条件下获得高亮度的产品成为发光二极管产业量产工艺必然的要求。
目前发光二极管制备过程中主要以蓝宝石为衬底，于其上依次沉积N型层、发光层和P型层，其因化学稳定性好、价格适中、制备工艺成熟而被广泛的应用，但是其差的导热性在器件小电流工作下并不明显，但在功率型器件大电流工作中问题十分突出，例如，因散热不良引起的光效和性能下降，寿命降低等；同时，随着蓝宝石衬底尺寸的增大，其因热失配而产生的翘曲逐渐增大，严重影响芯片端制程良率。
发明内容
针对上述问题，一种具有导热层的发光二极管，至少包括一衬底，及依次位于衬底上的N型层、发光层和P型层，其特征在于：于所述衬底与N型层之间***一导热层，所述导热层由周期***替层叠的氮化铝层与石墨烯颗粒层组成。
优选的，所述导热层中石墨烯颗粒层的颗粒覆盖率从下至上递增或递减变化。
优选的，所述导热层中氮化铝层的厚度变化趋势与所述石墨烯颗粒层的颗粒覆盖率变化趋势保持一致。
优选的，所述石墨烯颗粒层的颗粒尺寸为5~1000Å。
优选的，所述石墨烯颗粒层的颗粒覆盖率变化范围为10%~80%。
优选的，所述氮化铝层的厚度为15~50Å。
优选的，所述氮化铝层与石墨烯颗粒层交替层叠的周期为2~15。
优选的，所述导热层与所述N型层之间还包括一缓冲层。
本发明还提供一种具有导热层的发光二极管的制备方法，至少包括如下步骤：
提供一衬底；
于所述衬底上依次沉积N型层、发光层及P型层；
其特征在于：在沉积所述N型层之前，还包括于所述衬底上沉积一导热层的步骤，具体为：
1）于衬底上沉积一氮化铝层；
2）于所述氮化铝层上覆盖一石墨烯颗粒层；
3）重复上述步骤1）~2）多次，形成由周期***替层叠的氮化铝层和石墨烯颗粒层组成的导热层。
优选的，所述导热层和N型层的沉积步骤之间还包括一缓冲层的沉积步骤。
优选的，所述步骤1）~2）重复2~15次。
本发明至少具有以下的有益效果：
本发明中的导热层由周期***替层叠的氮化铝层与石墨烯颗粒层组成，由于石墨烯颗粒层具有较好的导热性，因此与常用的氮化铝层相比，所述导热层可以使温度从衬底向外延层传导时的速度更快，使得衬底的瞬时局部温度会相应下降，从而可以减小外延生长过程中的翘曲度，进而使得外延层的均匀性更好；同时，减小器件工作时因散热不均匀导致的局部温度过高，进而导致的光效和性能的下降，及使用寿命的降低。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1 为本发明具体实施方式之具有导热层的发光二极管结构示意图。
图2 为本发明具体实施方式之石墨烯颗粒层结构示意图。
图3 为本发明具体实施方式之具有导热层的发光二极管制备流程图。
图4 为本发明具有实施方式之导热层的制备流程图。
图中标注：100：衬底；200：导热层；210：氮化铝层；220：石墨烯颗粒层；221：颗粒；300：外延层；310：N型层；320：发光层；330：P型层；400：缓冲层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参看附图1，本发明提出一种具有导热层200的发光二极管，其至少包括：一衬底100以及依次位于衬底100上的N型层310、发光层320和P型层330组成的外延层300，该发光二极管还包括于衬底100与N型层310之间***一导热层200，还包括一位于导热层200与N型层310之间的缓冲层400。其中，所述衬底100为蓝宝石衬底或者碳化硅衬底或者硅衬底。N型层310包括高温GaN缓冲层及n-GaN层（图中未显示）；发光层320由InGaN阱层与GaN垒层（图中未显示）周期性层叠组成，其周期数为4~12；P型层330为P型GaN；缓冲层400为氮化铝材料，提升外延层的晶格质量。P型掺杂剂可以选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba中的至少一种，N型掺杂剂可以选自Si、Ge、Sn、Pb中的至少一种。
继续参看附图1，本发明所提供的导热层200由周期***替层叠的氮化铝层210与石墨烯颗粒层220组成，具体地，导热层200中，氮化铝层210与石墨烯颗粒层220的交替层叠的周期数为2~15。同时，为实现底层的逐步散热功能，导热层200中石墨烯颗粒层220的颗粒覆盖率从下至上递增或者递减变化，同时，为改善氮化铝层210与石墨烯颗粒层220的界面不相容性，得到高质量的氮化铝层210，其厚度变化趋势与石墨烯颗粒层220的颗粒221覆盖率变化趋势保持一致，减少衬底100于与石墨烯颗粒层220的界面不相容性。当然，导热层200中石墨烯颗粒层220的颗粒221（如附图2）覆盖率从下至上递增或者递减变化，使器件在大电流下工作时，减小因大量热量不能及时散出对器件光电性能和出光效率的影响，提高器件的使用寿命。
本实施例，优选导热层中石墨烯颗粒层220的颗粒221覆盖率从下至上依次递增，同时，氮化铝层210的厚度也从下至上依次增加，在外延生长过程中，使温度从衬底100向外延层300传导时的速度更快，使得衬底100的瞬时局部温度相应下降，从而可以减小外延生长过程中的翘曲度，提高外延片光电性能的均匀性及芯片端制程的良品率；其中，氮化铝层210的厚度为15~50Å；石墨烯颗粒层220的颗粒210尺寸为5~1000Å，覆盖率为10%~80%。
参看附图3，本发明还提供一种具有导热层200的发光二极管的制备方法，至少包括：提供一衬底100，于衬底上制备导热层200，然后于导热层200上沉积外延层300，外延层300包括N型310、发光层320及P型330。其中，参看附图4，所述导热层200的具体制备过程如下：
1）于衬底100上沉积一氮化铝层210；
2）于所述氮化铝层210上覆盖一石墨烯颗粒层220；
3）重复上述步骤1）~2）多次，形成由周期性层叠的氮化铝层210和石墨烯颗粒层220组成的导热层200。
其中，氮化铝层210与石墨烯颗粒层220交替层叠周期数为2~15，同时，为进一步改善导热层200与外延层300界面不相容问题，所述发光二极管还包括于导热层200和外延层之间沉积一缓冲层400的步骤，缓冲层400为物理气相沉积法沉积的氮化铝。
本发明提供的周期性层叠的氮化铝层210与石墨烯颗粒层220具有较好的导热性，可以使温度从衬底100向外延层300传导时的速度更快，衬底100的瞬时局部温度会相应下降，一方面减小外延生长时的减小翘曲度，进而使得外延层300的均匀性更好。同时，器件在大电流下工作时，由于导热层200中石墨烯颗粒层220具有优良的导热性，减小器件工作时因散热不均匀导致的局部温度过高，进而导致的光效和性能的下降，及使用寿命的降低。另外石墨烯颗粒层220具有较好的透光性，几乎不吸收光，所以与单纯的氮化铝层210相比会增加出光效率。
应当理解的是，上述具体实施方案仅为本发明的优选实施例，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或者修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有导热层的发光二极管，至少包括一衬底，及依次位于衬底上的N型层、发光层和P型层，其特征在于：于所述衬底与N型层之间***一导热层，所述导热层由周期***替层叠的氮化铝层与石墨烯颗粒层组成，所述导热层中石墨烯颗粒层的颗粒覆盖率从下至上递增或递减变化。
2.根据权利要求1所述的一种具有导热层的发光二极管，其特征在于：所述导热层中氮化铝层的厚度变化趋势与所述石墨烯颗粒层的颗粒覆盖率变化趋势保持一致。
3.根据权利要求1所述的一种具有导热层的发光二极管，其特征在于：所述石墨烯颗粒层的颗粒尺寸为5~1000Å。
4.根据权利要求1所述的一种具有导热层的发光二极管，其特征在于：所述石墨烯颗粒层的颗粒覆盖率变化范围为10%~80%。
5.根据权利要求1所述的一种具有导热层的发光二极管，其特征在于：所述氮化铝层的厚度为15~50Å。
6.根据权利要求1所述的一种具有导热层的发光二极管，其特征在于：所述氮化铝层与石墨烯颗粒层交替层叠的周期数为2~15。
7.根据权利要求1所述的一种具有导热层的发光二极管，其特征在于：所述导热层与所述N型层之间还包括一缓冲层。
8.一种具有导热层的发光二极管的制备方法，至少包括如下步骤：
提供一衬底；
于所述衬底上依次沉积N型层、发光层及P型层；
其特征在于：在沉积所述N型层之前，还包括于所述衬底上沉积一导热层的步骤，具体为：
1）于衬底上沉积一氮化铝层；
2）于所述氮化铝层上覆盖一石墨烯颗粒层；
3）重复上述步骤1）~2）多次，形成由周期***替层叠的氮化铝层和石墨烯颗粒层组成的导热层，所述导热层中石墨烯颗粒层的颗粒覆盖率从下至上递增或递减变化。
9.根据权利要求8所述的一种具有导热层的发光二极管的制备方法，其特征在于：所述导热层和N型层的沉积步骤之间还包括沉积一缓冲层的步骤。
10.根据权利要求8所述的一种具有导热层的发光二极管的制备方法，其特征在于：所述步骤1）~2）重复2~15次。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |