CN107086257B - 一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法 - Google Patents

一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法，属于半导体技术领域。外延片包括蓝宝石衬底、氮化镓缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型铝镓氮层和P型氮化镓层，N型氮化镓层包括N型氮化镓层本体和多个凸起，N型氮化镓层本体为柱体结构，N型氮化镓层本体的底面设置在未掺杂氮化镓层上，多个凸起以阵列方式布置在N型氮化镓层本体的顶面上；多量子阱层包括多量子阱层本体和填充部分，填充部分设置在多个凸起之间露出的N型氮化镓层本体上并将多个凸起之间的空间填满，填充部分和多个凸起组成柱体结构，多量子阱层本体为柱体结构，多量子阱层本体设置在填充部分和多个凸起组成的柱体结构上。本发明发光效率高。

Description

一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种能够将电能有效转化为光能的半导体器件，目前LED包括氮化镓基LED和铝镓铟磷基LED，其中氮化镓基LED受到越来越多的关注和研究。
氮化镓基LED的外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在蓝宝石衬底上的氮化镓缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层(英文：Multiple Quantum Well，简称：MQW)、P型铝镓氮层和P型氮化镓层。当有电流通过氮化镓基LED时，N型氮化镓层的电子和P型氮化镓层的空穴进入多量子阱层复合发光。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
多量子阱层发出的光会由各个方向射出LED，但蓝宝石衬底在LED中是固定在底座上的，多量子阱层向蓝宝石衬底方向射出的光基本上都被底座吸收而白白浪费掉，造成LED的发光效率较低。
发明内容
为了解决现有技术中基座吸收向蓝宝石衬底射出光，造成发光二极管的发光效率低的问题，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片，所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的氮化镓缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型铝镓氮层和P型氮化镓层，所述N型氮化镓层包括N型氮化镓层本体和多个凸起，所述N型氮化镓层本体为柱体结构，所述N型氮化镓层本体的底面设置在所述未掺杂氮化镓层上，所述多个凸起以阵列方式布置在所述N型氮化镓层本体的顶面上；所述多量子阱层包括多量子阱层本体和填充部分，所述填充部分设置在所述多个凸起之间露出的所述N型氮化镓层本体上并将所述多个凸起之间的空间填满，所述填充部分和所述多个凸起组成柱体结构，所述多量子阱层本体为柱体结构，所述多量子阱层本体设置在所述填充部分和所述多个凸起组成的柱体结构上。
可选地，所述凸起为柱体或椎体。
可选地，所述凸起的高度为50～300nm。
可选地，所述凸起与所述N型氮化镓层本体接触的部分上的两点之间的最远距离为100～350nm。
可选地，两个所述凸起之间的最近距离为2～4μm。
另一方面，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法，所述制备方法包括：
在蓝宝石衬底上生长氮化镓缓冲层；
在所述氮化镓缓冲层上生长未掺杂氮化镓层；
在所述未掺杂氮化镓层上生长一层N型掺杂的氮化镓；
对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层，所述N型氮化镓层包括N型氮化镓层本体和多个凸起，所述N型氮化镓层本体为柱体结构，所述N型氮化镓层本体的底面设置在所述未掺杂氮化镓层上，所述多个凸起以阵列方式布置在所述N型氮化镓层本体的顶面上；
在所述N型氮化镓层本体和所述多个凸起上生长多量子阱层，所述多量子阱层包括多量子阱层本体和填充部分，所述填充部分设置在所述多个凸起之间露出的所述N型氮化镓层本体上并将所述多个凸起之间的空间填满，所述填充部分和所述多个凸起组成柱体结构，所述多量子阱层本体为柱体结构，所述多量子阱层本体设置在所述填充部分和所述多个凸起组成的柱体结构上；
在所述多量子阱层本体上生长P型铝镓氮层；
在所述P型铝镓氮层上生长P型氮化镓层。
可选地，所述凸起为柱体或椎体。
在本发明一种可能的实现方式中，当所述凸起为柱体时，所述对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层，包括：
将掩膜版设置在所述N型氮化镓层上；
在所述掩膜版的保护下，采用干法刻蚀技术对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层。
在本发明另一种可能的实现方式中，当所述凸起为椎体时，所述对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层，包括：
采用光刻技术在所述N型氮化镓层上形成具有一定图形的光刻胶；
在所述光刻胶的保护下，采用干法刻蚀技术对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层。
在本发明又一种可能的实现方式中，当所述凸起为柱体时，所述对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层，包括：
采用光刻技术在所述N型氮化镓层上形成具有一定图形的光刻胶；
在所述光刻胶的保护下，采用湿法刻蚀技术对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在N型氮化镓层本体上以阵列形式布置多个凸起，再在多个凸起、以及多个凸起之间露出的N型氮化镓层本体上设置多量子阱层，由于凸起上面(远离N型氮化镓层的一面)和凸起侧面晶体的晶向和位置不同，多量子阱层既生长在凸起上面的极性面上，也生长在凸起侧面的半极性面和非极性面上，只有极性面上生长的多量子阱层才有极化作用造成晶体缺陷，因此将部分多量子阱层从极性面上生长替换为半极性面和非极性面上生长，可以提高晶体质量，进而利用此对晶体质量的提高去弥补多量子阱层中铟含量增加对晶体质量的不良影响，从而实现在保持晶体质量的情况下增加多量子阱层中的铟含量，多量子阱层的组成材料和N型氮化镓层的组成材料之间相差更远，多量子阱层的折射率和N型氮化镓层的折射率之间的差值随之增大，有利于朝向蓝宝石衬底方向射出的光在多量子阱层和N型氮化镓层的交界面上发生全反射，从而减小朝向蓝宝石衬底方向射出的光，提高LED的发光效率。而且在不降低晶体质量的情况下增加多量子阱层中的铟含量，还可以提高多量子阱层中铟镓氮量子阱和氮化镓量子垒之间的能带差，有利于氮化镓量子垒将载流子束缚在铟镓氮量子阱中进行复合发光，进一步提高LED的发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种氮化镓基发光二极管的外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片，参见图1，该外延片包括蓝宝石衬底1、以及依次层叠在蓝宝石衬底1上的氮化镓缓冲层2、未掺杂氮化镓层3、N型氮化镓层4、多量子阱层5、P型铝镓氮层6和P型氮化镓层7。
在本实施例中，N型氮化镓层4包括N型氮化镓层本体41和多个凸起42，N型氮化镓层本体41为柱体结构，N型氮化镓层本体41的底面设置在未掺杂氮化镓层3上，多个凸起42以阵列方式布置在N型氮化镓层本体41的顶面上。多量子阱层5包括多量子阱层本体51和填充部分52，填充部分52设置在多个凸起42之间露出的N型氮化镓层本体41上并将多个凸起42之间的空间填满，填充部分52和多个凸起42组成柱体结构，多量子阱层本体51为柱体结构，多量子阱层本体51设置在填充部分52和多个凸起42组成的柱体结构上。
其中，N型氮化镓层本体的底面和顶面是按照外延片的层叠方向定义的，N型氮化镓层本体的底面是N型氮化镓层本体中与蓝宝石衬底距离最近的表面，N型氮化镓层本体的顶面是N型氮化镓层本体中与蓝宝石衬底距离最远的表面。
本发明实施例通过在N型氮化镓层本体上以阵列形式布置多个凸起，再在多个凸起、以及多个凸起之间露出的N型氮化镓层本体上设置多量子阱层，由于凸起上面(远离N型氮化镓层的一面)和凸起侧面晶体的晶向和位置不同，多量子阱层既生长在凸起上面的极性面上，也生长在凸起侧面的半极性面和非极性面上，只有极性面上生长的多量子阱层才有极化作用造成晶体缺陷，因此将部分多量子阱层从极性面上生长替换为半极性面和非极性面上生长，可以提高晶体质量，进而利用此对晶体质量的提高去弥补多量子阱层中铟含量增加对晶体质量的不良影响，从而实现在保持晶体质量的情况下增加多量子阱层中的铟含量，多量子阱层的组成材料和N型氮化镓层的组成材料之间相差更远，多量子阱层的折射率和N型氮化镓层的折射率之间的差值随之增大，有利于朝向蓝宝石衬底方向射出的光在多量子阱层和N型氮化镓层的交界面上发生全反射，从而减小朝向蓝宝石衬底方向射出的光，提高LED的发光效率。而且在不降低晶体质量的情况下增加多量子阱层中的铟含量，还可以提高多量子阱层中铟镓氮量子阱和氮化镓量子垒之间的能带差，有利于氮化镓量子垒将载流子束缚在铟镓氮量子阱中进行复合发光，进一步提高LED的发光效率。
可选地，凸起可以为柱体或椎体。将凸起设置为柱体或椎体，实现简单方便。
具体地，柱体可以为圆柱或者棱柱，椎体可以为圆锥或者棱锥。
可选地，凸起的高度可以为50～300nm。若凸起的高度低于50nm，则N型氮化镓层的表面近乎平面，无法达到提高LED发光效率的效果；若凸起的高度高于300nm，则多量子阱层不能将凸起填平，多量子阱层的表面也有凸起，对P型氮化镓层的生长造成影响。其中，凸起的高度是指凸起上各点与N型氮化镓层本体之间的最远距离。
优选地，凸起的高度可以为175nm。
可选地，凸起与N型氮化镓层本体接触的部分上的两点之间的最远距离可以为100～350nm。若凸起与N型氮化镓层本体接触的部分上的两点之间的最远距离低于100nm，则凸起太小，N型氮化镓层的表面近乎平面，无法达到提高LED发光效率的效果；若凸起与N型氮化镓层本体接触的部分上的两点之间的最远距离高于500nm，则凸起太大，N型氮化镓层的表面也是近乎平面，无法达到提高发光效率的效果。其中，凸起与N型氮化镓层本体接触的部分上的两点之间的最远距离是指凸起与N型氮化镓层本体接触的部分上距离最远的两点之间的距离。
优选地，凸起与N型氮化镓层本体接触的部分上的两点之间的最远距离可以为225nm。
可选地，两个凸起之间的最近距离可以为2～4μm。若两个凸起之间的最近距离低于2μm，则凸起占用的面积太大，N型氮化镓层的表面近乎平面，无法达到提高LED发光效率的效果；若两个凸起之间的最近距离高于4μm，则凸起占用的面积太小，N型氮化镓层的表面也是近乎平面，无法达到提高发光效率的效果。其中，两个凸起之间的最近距离是指距离最近的两个凸起之间的距离。
优选地，两个凸起之间的最近距离可以为3μm。
具体地，蓝宝石衬底可以采用[0001]晶向蓝宝石。
可选地，氮化镓缓冲层的厚度可以为15～35nm。
可选地，未掺杂氮化镓层的厚度可以为1～5μm。
可选地，N型氮化镓层的厚度可以为1～5μm。
可选地，N型氮化镓层的掺杂浓度可以为1018～1019cm-3。
具体地，多量子阱层包括多个铟镓氮量子阱和多个氮化镓量子垒，多个铟镓氮量子阱和多个氮化镓量子垒交替层叠设置。
可选地，铟镓氮量子阱的厚度可以为3nm，氮化镓量子垒的厚度可以为9～20nm。
可选地，铟镓氮量子阱和氮化镓量子垒的层数相同，氮化镓量子垒的层数可以为3～15层。
具体地，P型铝镓氮(AlGaN)层可以为AlxGa1-xN层，0.1＜x＜0.5。
可选地，P型铝镓氮层的厚度可以为50～150nm。
可选地，P型氮化镓层的厚度可以为105～500nm。
实施例二
本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法，适用于制备实施例一提供的外延片，参见图2，该制备方法包括：
步骤200：控制温度为1000～1200℃，将蓝宝石衬底在氢气气氛中退火8分钟，并进行氮化处理。
可以理解地，步骤200可以起到清洁蓝宝石衬底表面的作用。
在本实施例中，控制温度、压力均是指控制生长外延片的反应腔中的温度、压力，后文不再赘述。
在本实施例中，蓝宝石衬底采用[0001]晶向蓝宝石。
步骤201：控制温度为400～600℃，压力为400～600Torr，在蓝宝石衬底上生长氮化镓缓冲层。
可选地，氮化镓缓冲层的厚度可以为15～35nm。
可选地，在步骤201之后，该制备方法还可以包括：
控制温度为1000～1200℃，压力为400～600Torr，持续时间为5～10分钟，对氮化镓缓冲层进行原位退火处理。
步骤202：控制温度为1000～1100℃，压力为100～500Torr，在氮化镓缓冲层上生长未掺杂氮化镓层。
可选地，未掺杂氮化镓层的厚度可以为1～5μm。
步骤203：控制温度为1000～1200℃，压力为100～500Torr，在未掺杂氮化镓层上生长一层N型掺杂的氮化镓。
可选地，N型掺杂的氮化镓的厚度可以为1～5μm。
可选地，N型掺杂的氮化镓中N型掺杂剂的掺杂浓度可以为1018～1019cm-3。
步骤204：对N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层。
在本实施例中，N型氮化镓层包括N型氮化镓层本体和多个凸起，N型氮化镓层本体为柱体结构，N型氮化镓层本体的底面设置在未掺杂氮化镓层上，多个凸起以阵列方式布置在N型氮化镓层本体的顶面上。
可选地，凸起可以为柱体或椎体。
在本实施例的一种实现方式中，当凸起为柱体时，该步骤204可以包括：
将掩膜版设置在N型氮化镓层上；
在掩膜版的保护下，采用干法刻蚀技术对N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层。
具体地，干法刻蚀可以为等离子体刻蚀技术。
在本实施例的另一种实现方式中，当凸起为椎体时，该步骤204可以包括：
采用光刻技术在N型氮化镓层上形成具有一定图形的光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用干法刻蚀技术对N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层。
其中，在N型氮化镓层上形成具有一定图形光刻胶，该图形的形状与凸起的形状和分布相对应。
需要说明的是，在光刻胶的保护下，采用干法刻蚀技术图形化N型掺杂的氮化镓时，等离子体对N型掺杂的氮化镓的刻蚀速率随着深度的增加而降低，因此最后形成的凸起是锥体。
在本实施例的又一种实现方式中，当凸起为柱体时，该步骤204可以包括：
采用光刻技术在N型氮化镓层上形成具有一定图形的光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用湿法刻蚀技术对N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层。
可选地，凸起的高度可以为50～300nm。若凸起的高度低于50nm，则N型氮化镓层的表面近乎平面，无法达到提高LED发光效率的效果；若凸起的高度高于300nm，则多量子阱层不能将凸起填平，多量子阱层的表面也有凸起，对P型氮化镓层的生长造成影响。其中，凸起的高度是指凸起上各点与N型氮化镓层本体之间的最远距离。
优选地，凸起的高度可以为175nm。
可选地，凸起与N型氮化镓层本体接触的部分上的两点之间的最远距离可以为100～350nm。若凸起与N型氮化镓层本体接触的部分上的两点之间的最远距离低于100nm，则凸起太小，N型氮化镓层的表面近乎平面，无法达到提高LED发光效率的效果；若凸起与N型氮化镓层本体接触的部分上的两点之间的最远距离高于500nm，则凸起太大，N型氮化镓层的表面也是近乎平面，无法达到提高发光效率的效果。
优选地，凸起与N型氮化镓层本体接触的部分上的两点之间的最远距离可以为225nm。
可选地，两个凸起之间的最近距离可以为2～4μm。若两个凸起之间的最近距离低于2μm，则凸起占用的面积太大，N型氮化镓层的表面近乎平面，无法达到提高LED发光效率的效果；若两个凸起之间的最近距离高于4μm，则凸起占用的面积太小，N型氮化镓层的表面也是近乎平面，无法达到提高发光效率的效果。
优选地，两个凸起之间的最近距离可以为3μm。
步骤205：在N型氮化镓层本体和多个凸起上生长多量子阱层。
在N型氮化镓层上依次生长多量子阱层、P型铝镓氮层和P型氮化镓层。
在本实施例中，多量子阱层包括多个铟镓氮量子阱和多个氮化镓量子垒，多个铟镓氮量子阱和多个氮化镓量子垒交替层叠设置。铟镓氮量子阱的厚度可以为3nm，生长温度为720～829℃，生长压力为100～500Torr；氮化镓量子垒的厚度可以为9～20nm，生长温度为850～959℃，生长压力为100～500Torr。铟镓氮量子阱和氮化镓量子垒的层数相同，氮化镓量子垒的层数可以为3～15层。
步骤206：控制温度为850～1080℃，压力为200～500Torr，在多量子阱层本体上生长P型铝镓氮层。
具体地，P型铝镓氮(AlGaN)层可以为AlxGa1-xN层，0.1＜x＜0.5。
可选地，P型铝镓氮层的厚度可以为50～150nm。
步骤207：控制温度为750～1080℃，压力为200～500Torr，在P型铝镓氮层上生长P型氮化镓层。
可选地，P型氮化镓层的厚度可以为105～500nm。
步骤208：控制温度为650～850℃，持续时间为5～15分钟，在氮气气氛中进行退火处理。
本发明实施例通过在N型氮化镓层本体上以阵列形式布置多个凸起，再在多个凸起、以及多个凸起之间露出的N型氮化镓层本体上设置多量子阱层，由于凸起上面(远离N型氮化镓层的一面)和凸起侧面晶体的晶向和位置不同，多量子阱层既生长在凸起上面的极性面上，也生长在凸起侧面的半极性面和非极性面上，只有极性面上生长的多量子阱层才有极化作用造成晶体缺陷，因此将部分多量子阱层从极性面上生长替换为半极性面和非极性面上生长，可以提高晶体质量，进而利用此对晶体质量的提高去弥补多量子阱层中铟含量增加对晶体质量的不良影响，从而实现在保持晶体质量的情况下增加多量子阱层中的铟含量，多量子阱层的组成材料和N型氮化镓层的组成材料之间相差更远，多量子阱层的折射率和N型氮化镓层的折射率之间的差值随之增大，有利于朝向蓝宝石衬底方向射出的光在多量子阱层和N型氮化镓层的交界面上发生全反射，从而减小朝向蓝宝石衬底方向射出的光，提高LED的发光效率。而且在不降低晶体质量的情况下增加多量子阱层中的铟含量，还可以提高多量子阱层中铟镓氮量子阱和氮化镓量子垒之间的能带差，有利于氮化镓量子垒将载流子束缚在铟镓氮量子阱中进行复合发光，进一步提高LED的发光效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氮化镓基发光二极管的外延片，所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的氮化镓缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型铝镓氮层、P型氮化镓层，其特征在于，所述N型氮化镓层包括N型氮化镓层本体和多个凸起，所述N型氮化镓层本体为柱体结构，所述N型氮化镓层本体的底面设置在所述未掺杂氮化镓层上，所述多个凸起以阵列方式布置在所述N型氮化镓层本体的顶面上；所述多量子阱层包括多量子阱层本体和填充部分，所述填充部分设置在所述多个凸起之间露出的所述N型氮化镓层本体上并将所述多个凸起之间的空间填满，所述填充部分和所述多个凸起组成柱体结构，所述多量子阱层本体为柱体结构，所述多量子阱层本体设置在所述填充部分和所述多个凸起组成的柱体结构上。
2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述凸起为柱体或椎体。
3.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述凸起的高度为50～300nm。
4.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述凸起与所述N型氮化镓层本体接触的部分上的两点之间的最远距离为100～350nm。
5.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，两个所述凸起之间的最近距离为2～4μm。
6.一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在蓝宝石衬底上生长氮化镓缓冲层；
在所述氮化镓缓冲层上生长未掺杂氮化镓层；
在所述未掺杂氮化镓层上生长一层N型掺杂的氮化镓；
对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层，所述N型氮化镓层包括N型氮化镓层本体和多个凸起，所述N型氮化镓层本体为柱体结构，所述N型氮化镓层本体的底面设置在所述未掺杂氮化镓层上，所述多个凸起以阵列方式布置在所述N型氮化镓层本体的顶面上；
在所述N型氮化镓层本体和所述多个凸起上生长多量子阱层，所述多量子阱层包括多量子阱层本体和填充部分，所述填充部分设置在所述多个凸起之间露出的所述N型氮化镓层本体上并将所述多个凸起之间的空间填满，所述填充部分和所述多个凸起组成柱体结构，所述多量子阱层本体为柱体结构，所述多量子阱层本体设置在所述填充部分和所述多个凸起组成的柱体结构上；
在所述多量子阱层本体上生长P型铝镓氮层；
在所述P型铝镓氮层上生长P型氮化镓层。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述凸起为柱体或椎体。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，当所述凸起为柱体时，所述对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层，包括：
将掩膜版设置在所述N型氮化镓层上；
在所述掩膜版的保护下，采用干法刻蚀技术对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，当所述凸起为椎体时，所述对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层，包括：
采用光刻技术在所述N型氮化镓层上形成具有一定图形的光刻胶；
在所述光刻胶的保护下，采用干法刻蚀技术对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，当所述凸起为柱体时，所述对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层，包括：
采用光刻技术在所述N型氮化镓层上形成具有一定图形的光刻胶；
在所述光刻胶的保护下，采用湿法刻蚀技术对所述N型掺杂的氮化镓进行图形化，得到N型氮化镓层。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2400563A2 (en) * 2010-06-25 2011-12-28 Invenlux Corporation Light-emitting devices with improved active-region
CN102299222A (zh) * 2010-06-25 2011-12-28 亚威朗(美国) 具有改进激活区的发光器件
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