一种氮化物半导体发光二极管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化物半导体发光二极管及其制作方法，其公开的一种氮化物半导体发光二极管中，在图形化衬底的图形之间具有N个周期的V形坑层和反射层构成的散射反射层，周期N≥1，所述V形坑层的V形坑斜面为（10‑10）晶面，V形坑之间的平面为（0001）面，每一个周期V形坑层的材料为In

【技术实现步骤摘要】
一种氮化物半导体发光二极管及其制作方法
本专利技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及氮化物半导体发光二极管及制作方法领域。
技术介绍
现今，发光二极管（LED），特别是氮化物发光二极管因其较高的发光效率，在普通照明领域已取得广泛的应用。因氮化物半导体有源发光层发光后，光线经过半导体入射到空气存在全反射角，例如GaN的折射率为2.5，根据斯涅尔定律可计算出其全反射角仅为23.6度，导致GaN的光逸出效率仅为4.18%。氮化物半导体较低的光提取效率制约了其外量子效率的提升。为了提升光提取效率，一般可用图形化衬底、侧壁倒斜角或者正面粗化等方法，改变光的路径，从而提升光的逸出效率，从而提升氮化物半导体发光二极管的外量子效率。由于光提取率对于发光二极管的竞争性影响较大，然而，经过长期研究，我们发现目前的氮化物半导体发光二极管的光提取率还存在很大的提升空间。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种氮化物半导体发光二极管及其制作方法，其公开的发光二极管以及采用该制作方法制作的发光二极管能够提升氮化物半导体发光二极管的光提取效率和反射效率，增加产品竞争力。为了达到上述目的，本专利技术提出结合凸形的图形化衬底和凹形的V形坑的散射反射层结构及其斜面平面的反射层，形成凹凸排列的多层散射反射镜，提升氮化物半导体发光二极管的光提取效率。本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管采用以下技术方案予以实现：一种氮化物半导体发光二极管，其在图形化衬底的图形之间具有N个周期的V形坑层和反射层构成的散射反射层，周期N≥1，所述V形坑层的V形坑（V-shappits）斜面为（10-10）晶面，V形坑之间的平面为（0001）面，每一个周期V形坑层的材料为InxGa1-xN/GaN(0<x<1)，厚度为5～50nm；该散射反射层的每一周期厚度为T，总厚度Ta=N×T小于等于图形化衬底的图形高度H，即H≥Ta；通过斜面镀有反射层的凸形图形化衬底和V形坑斜面、平面镀有反射层的凹形V形坑构成凹凸排列的散射反射层，通过凸形图形化衬底和凹形V形坑改变光传输路径，提升发光二极管的光提取效率和反射效率。作为本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管的具体实施方式中：其包括图形化衬底，V形坑控制层，在图形化衬底的图形之间至少具有一个周期的V形坑层和反射层构成的散射反射层，缓冲层，第一导电型的第一半导体层，有源发光层，第二导电型的第二半导体层；所述V形坑层的材料为InxGa1-xN/GaN(0<x<1)组合，每一周期厚度为5～50nm，位于图形化衬底之间；所述散射反射层的周期数为N，每一周期厚度为T，总厚度Ta=N×T小于等于图形化衬底的图形高度H，即H≥Ta；所述V形坑控制层可控制形成开角范围为55～65度的V形坑层。作为本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管的优选实施方式：所述V形坑的斜面为（10-10）晶面，V形坑之间的平面为（0001）晶面，InxGa1-xN/GaN(0<x<1)组合的多量子阱或超晶格的周期数20≥K≥3，优选K=10；作为本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管的优选实施方式：所述具有N个V形坑层和反射层构成的散射反射层的周期为N≥1，但N的取值要保证散射反射层的总厚度小于等于图形化衬底的图形高度。作为本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管的优选实施方式：所述反射层的材料为Al反射镜或Ag反射镜等反射材料，优选Al反射镜。作为本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管的优选实施方式：所述V形坑控制层材料为低温GaN与低温低In组分InyGa1-yN/GaN超晶格的组合，In组分0.3>y>0.01,优选y=0.05，低温低In组分InyGa1-yN/GaN超晶格的组合的周期数20≥M≥3，优选M=10。作为本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管的优选实施方式：所述图形化衬底的材料为蓝宝石Al2O3、Si、SiC、GaAs、GaN、AlN等衬底材料，优选蓝宝石Al2O3衬底。本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管的制作方法采用以下技术方案予以实现：一种氮化物半导体发光二极管的制作方法，其特征在于，包含以下步骤：1）在平面衬底上制作图形化衬底的图形；2）在图形化衬底的图形间隙沉积V形坑控制层，然后，沉积带有V形坑的第一V形坑层，所述V形坑层的材料为InxGa1-xN/GaN(0<x<1)，每一周期厚度为5～50nm，位于图形化衬底之间；V形坑的斜面为（10-10）晶面，V形坑之间的平面为（0001）晶面；所述V形坑（V-shappits）控制层可控制V形坑的尺寸、密度和开角，V形坑的开角范围为55～65度；3）在第一V形坑层的斜面、平面和图形化衬底的斜面上沉积第一反射层；4）在反射层上方沉积带有V形坑的第二V形坑层，V形坑的斜面为（10-10）晶面，V形坑（V-shappits）之间的平面为（0001）晶面；所述V形坑控制层可控制V形坑的尺寸、密度和开角，V形坑的开角范围为55～65度；所述V形坑层的材料为InxGa1-xN/GaN(0<x<1)，每一周期厚度为5～50nm，位于图形化衬底之间；5）在第二V形坑层斜面和平面上沉积第二反射层；所述的V形坑层及反射层的周期数为N，每一周期厚度为T，构成的散射反射层的总厚度Ta=N×T小于等于图形化衬底的图形高度H，即H≥Ta；6）在在周期数为N的V形坑和反射层构成多重散射反射层上沉积缓冲层；7）在缓冲层上依次沉积第一导电型的第一半导体层，有源发光层，第二导电型的第二半导体层，从而制作氮化物半导体发光二极管；作为上述制作方法的一种优选实施方式：所述V形坑控制层材料为低温GaN与低温低In组分InyGa1-yN/GaN超晶格的组合，生长温度为600-900摄氏度，低温GaN优选温度750摄氏度，低温低In组分InyGa1-yN/GaN超晶格优选800/900摄氏度；作为上述制作方法的一种优选实施方式：所述缓冲层采用磁控溅射方法沉积，沉积材料为AlN、GaN或混晶AlGaN缓冲层，优选AlN缓冲层。本专利技术有益效果是：本专利技术公开的方案中，结合凸形的图形化衬底和凹形的V形坑（V-shappits）的散射反射层结构及其斜面平面的反射层，形成凹凸排列的多层散射反射镜，提升氮化物半导体发光二极管的光提取效率。具体的，本专利技术通过斜面镀有反射层的凸形图形化衬底和V形坑斜面、平面镀有反射层的凹形V形坑构成凹凸排列的散射反射层，通过凸形图形化衬底和凹形V形坑改变光传输路径，提升发光二极管的光提取效率和反射效率。附图说明图1为本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管的制作方法的步骤（1）；图2为本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管的制作方法的步骤（2）；图3为本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管的制作方法的步骤（3）；图4为本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管的制作方法的步骤（4）；图5为本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管的制作方法的步骤（5）；图6为本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管的制作方法的步骤（6）；图7为本专利技术公开的一种氮化物半导体发光二极管及其制作方法的步骤（7）。图7同样为本专利技术公开的一种氮化物半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：包括图形化衬底、V形坑控制层、在图形化衬底的图形之间至少具有一个周期的V形坑层和反射层构成的散射反射层、缓冲层、第一导电型的第一半导体层、有源发光层和第二导电型的第二半导体层；所述V形坑层的材料为In

【技术特征摘要】
1.一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：包括图形化衬底、V形坑控制层、在图形化衬底的图形之间至少具有一个周期的V形坑层和反射层构成的散射反射层、缓冲层、第一导电型的第一半导体层、有源发光层和第二导电型的第二半导体层；所述V形坑层的材料为InxGa1-xN/GaN(0<x<1)组合，每一周期厚度为5～50nm，位于图形化衬底之间；所述散射反射层的周期数为N，每一周期厚度为T，总厚度Ta=N×T小于等于图形化衬底的图形高度H，即H≥Ta；所述V形坑控制层可控制形成开角范围为55～65度的V形坑。2.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述V形坑的斜面为（10-10）晶面，V形坑之间的平面为（0001）晶面，V形坑材料InxGa1-xN/GaN(0<x<1)组合的多量子阱或超晶格的周期数20≥K≥3。3.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述反射层的材料为Al反射镜或Ag反射镜。4.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述V形坑控制层的材料为低温GaN与低温低In组分InyGa1-yN/GaN超晶格的组合，In组分0.3>y>0.01，低温低In组分InyGa1-yN/GaN超晶格的组合的周期数为M，且20≥M≥3。5.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述图形化衬底的材料为蓝宝石Al2O3、Si、SiC、GaAs、GaN、AlN中的一种。6.如权利要求1～5任一所述的一种氮化物半导体发光二极管的制作方法，其特征在于，包含以下步骤：（1）在平面衬底上制作...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑锦坚，王星河，叶芳，康俊勇，
申请(专利权)人：王星河，
类型：发明
国别省市：福建,35