发光二极管及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种发光二极管，包括氮化镓衬底，所述氮化镓衬底的顶部形成有外延结构，所述外延结构连接有第一电极和第二电极，所述氮化镓衬底的底部形成有凸出的微结构层。本发明专利技术提供的发光二极管及其制作方法，对氮化镓衬底的底部进行腐蚀形成微结构层，然后在具有微结构层的氮化镓衬底的底部沉积反射膜，使得光线在发光二极管内部的传输路径发生改变，避免光线在发光二极管内部来回循环反射，从而减小光线在发光二极管内部的损耗，增大了光线从发光二极管内部折射出来的概率、提升了发光二极管的外量子效率；同时，采用氮化镓作为衬底，降低了氮化镓基发光二极管的晶格失配度以及位错密度。

Light emitting diode and manufacturing method thereof

The present invention provides a light emitting diode, including the top of the gallium nitride substrate, forming a gallium nitride substrate epitaxy structure, the epitaxial structure is connected with the first electrode and the second electrode, the gallium nitride substrate is formed at the bottom layer with a convex micro structure. Light emitting diode and its manufacturing method provided by the invention, the gallium nitride substrate bottom corrosion to form a micro structure layer, then with micro reflection film deposited at the bottom of the gallium nitride substrate structure layer, so that the light transmission path in the light emitting diode internal change, avoid the light reflected back and forth in the light emitting diode internal circulation, so as to reduce the loss of light in the light emitting diode inside, increases the light from the light emitting diode internal reflected probability, enhance the external quantum efficiency of light emitting diode; at the same time, the use of gallium nitride as the substrate, reducing the GaN based light-emitting diode lattice mismatch and dislocation density.

【技术实现步骤摘要】
发光二极管及其制作方法
本专利技术属于半导体
，具体地讲，涉及一种发光二极管及其制作方法。
技术介绍
半导体发光二极管(LED)具有结构简单、体积小、节能等优点，其在光电系统中的应用极为普遍。传统的半导体发光二极管都是采用在蓝宝石衬底上生长外延层，蓝宝石衬底与外延层之间的晶格失配较大、位错密度高等缺点。目前，大多数半导体二极管都采用氮化镓基，但是，由于氮化镓的折射率为2.5，远远超过空气的折射率，导致在顶层出光面全反射的临界角过小，光线到达顶层后，部分光线只有反射，没有折射，只能在LED内部来回反射，即量子阱发出的光在LED内部被消耗，大大降低了其出光率，以至于在大电流密度下，外量子效率非常低。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种发光二极管及其制作方法，能够改变光线在LED内部的传输路径，减小光在LED内部的损耗，提升LED的外量子效率。本专利技术提出的具体技术方案为：提供一种发光二极管，包括氮化镓衬底，所述氮化镓衬底的顶部形成有外延结构，所述外延结构连接有第一电极和第二电极，其特征在于，所述氮化镓衬底的底部形成有凸出的微结构层。进一步地，所述微结构层上覆设有一层反射膜，所述反射膜的材质为银、铝或其合金。进一步地，所述反射膜的厚度为0.15微米～2微米。进一步地，所述微结构层为棱锥阵列。进一步地，所述棱锥阵列的高度为0.2微米～1微米。进一步地，所述外延结构包括依次设置于所述氮化镓衬底的顶部的成核层、缓冲层、第一半导体层、活性层、电子阻挡层、第二半导体层以及欧姆接触层。进一步地，所述成核层的材质为氮化镓，所述缓冲层的材质为非掺杂氮化镓，所述第一半导体层的材质为N型掺杂的氮化镓，所述电子阻挡层的材质为P型掺杂的氮化铝镓，所述第二半导体层的材质为P型掺杂的氮化镓，所述欧姆接触层的材质为P型重掺杂的氮化镓；所述活性层为量子阱，其包括多个周期交替生长的氮化镓势垒层和氮化铟镓势阱层。进一步地，所述氮化镓衬底的厚度为15微米～200微米。本专利技术还提供一种如上所述的发光二极管的制作方法，包括步骤：提供一氮化镓衬底并在所述氮化镓衬底的顶部生长形成有外延结构；在所述外延结构上分别沉积第一电极以及第二电极；从所述氮化镓衬底的底部减薄并抛光所述氮化镓衬底；在所述氮化镓衬底的底部应用粗化工艺制备形成有凸出的微结构层。进一步地，所述粗化工艺包括：采用腐蚀液腐蚀所述氮化镓衬底，所述腐蚀液为氢氧化钾溶液或磷酸溶液。本专利技术提供的发光二极管及其制作方法，对氮化镓衬底的底部进行腐蚀形成微结构层，然后在具有微结构层的氮化镓衬底的底部沉积反射膜，使得光线在发光二极管内部的传输路径发生改变，避免光线在发光二极管内部来回循环反射，从而，减小光线在发光二极管内部的损耗，增大了光线从发光二极管内部折射出来的概率、提升了LED的外量子效率；同时，采用氮化镓作为衬底，降低了氮化镓基发光二极管的晶格失配度以及位错密度。附图说明通过结合附图进行的以下描述，本专利技术的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：图1为本专利技术发光二极管的结构示意图；图2为本专利技术发光二极管的具体的结构示意图；图3a至图3f为本专利技术发光二极管的制作流程图。具体实施方式以下，将参照附图来详细描述本专利技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利技术不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本专利技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。参照图1，本实施例的发光二极管包括氮化镓衬底10，氮化镓衬底10的顶部形成有外延结构11，外延结构11连接有第一电极50和第二电极60。氮化镓衬底10作为整个发光二极管的基板，其厚度为15微米～200微米。第一电极50以及第二电极60分别作为外延结构11的接触电极。为了增大光线从发光二极管内部折射出来的概率以及提升了发光二极管的外量子效率，氮化镓衬底10的底部形成有凸出的微结构层110，优选的，微结构层110为棱锥阵列，棱锥阵列的高度为0.2微米～1微米。为了增加氮化镓衬底10的反射率，氮化镓衬底10的底部还设置有反射膜120。反射膜120覆设于微结构层110上，其材质为银、铝或其合金，其厚度为0.15～2微米。参照图2，具体的，外延结构11包括第一半导体层20、活性层30、第二半导体层40。第一半导体层20作为电子注入层，其设置于氮化镓衬底10顶部，其中，第一半导体层20的材质为N型掺杂的氮化镓，掺杂浓度为1018～1020cm-3，第一半导体层20的厚度为1～3微米。第一半导体层20具有第一台阶面201以及第二台阶面202，其中，第一台阶面201的高度大于第二台阶面202的高度，第一台阶面201依次堆叠设置有活性层30、第二半导体层40以及第一电极50，第二台阶面202上设置有第二电极60。活性层30为量子阱，其作为发光二极管的出光层，其包括多个周期交替生长的氮化镓势垒层和氮化铟镓势阱层，其中，氮化镓势垒层的厚度为2.5～3纳米，氮化铟镓势阱层的厚度分别为3～10纳米，氮化镓势垒层和氮化铟镓势阱层均为非故意掺杂。第二半导体层40作为空穴注入层，用于提供载流子空穴，其材质为P型掺杂的氮化镓层，掺杂剂为镁，掺杂浓度为1019～1020cm-3，其中，第二半导体层40的厚度为100～200纳米。第一电极50作为第二半导体层40的接触电极，其材质为钛-铝-钛-金合金；第二电极60作为第一半导体层20的接触电极，其材质为镍-金合金。当然第一电极50以及第二电极60还可以为其他金属材料，这里不做限定。为了缓冲晶格失配产生的应力，本实施例的外延结构11还包括设置于第一半导体层20与氮化镓衬底10之间的成核层70以及设置于成核层70与第一半导体层20之间的缓冲层80。成核层70的材质为低温氮化镓，其厚度为5～100纳米；缓冲层80的材质为非故意掺杂氮化镓，其厚度为1～3微米。为了阻挡活性层30中溢出的电子，活性层30与第二半导体层40之间还设置有电子阻挡层90。电子阻挡层90的材质为P型掺杂的氮化铝镓，掺杂剂为镁，掺杂浓度为1019～1021cm-3，其厚度为20～40纳米。除此之外，本实施例的外延结构11还包括依次堆叠设置于第二半导体层40上的欧姆接触层400和透明电极410。欧姆接触层400的材质为重掺杂的氮化镓，掺杂浓度为1020～3×1020cm-3，其厚度为10～30纳米，欧姆接触层400可以使得第二半导体40与第一电极50之间形成良好的欧姆接触。透明电极410的材质为氧化铟锡，其对可见光的透射率可以达到90％以上，因此，透明电极410能够提高发光二极管的发光效率。参照图3a～图3f所示，本实施例还提供上述发光二极管的制作方法，具体包括以下步骤：步骤S1、提供一氮化镓衬底10并在所述氮化镓衬底10的顶部生长形成有外延结构11。具体的，步骤S1包括：S11、在氮化镓衬底10上依次沉积成核层70、缓冲层80、第一半导体层20、活性层30、电子阻挡层90、第二半导体层40、欧姆接触层400以及透明电极410(如图3a所示)。其中，步骤S1中沉积成核层70、缓冲层80、第一半导体层20、活性层30、电子阻挡层90、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管，包括氮化镓衬底，所述氮化镓衬底的顶部形成有外延结构，所述外延结构连接有第一电极和第二电极，其特征在于，所述氮化镓衬底的底部形成有凸出的微结构层。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管，包括氮化镓衬底，所述氮化镓衬底的顶部形成有外延结构，所述外延结构连接有第一电极和第二电极，其特征在于，所述氮化镓衬底的底部形成有凸出的微结构层。2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述微结构层上覆设有一层反射膜，所述反射膜的材质为银、铝或其合金。3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述反射膜的厚度为0.15微米～2微米。4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述微结构层为棱锥阵列。5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述棱锥阵列的高度为0.2微米～1微米。6.根据权利要求1-5任一所述的发光二极管，其特征在于，所述外延结构包括依次设置于所述氮化镓衬底的顶部的成核层、缓冲层、第一半导体层、活性层、电子阻挡层、第二半导体层以及欧姆接触层。7.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，所述成核层的材质为氮化镓，所述缓冲层...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡威威，张书明，周坤，池田昌夫，刘建平，杨辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32