一种GaN基发光二极管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种ＧａＮ基发光二极管及其制造方法，利用有机金属气相沉积技术在衬底上生长出ＧａＮ半导体层，该层包括Ｎ型氮化镓层，发光区及Ｐ型氮化镓层；利用镀膜技术在半导体层上蒸镀一层透明导电层，该蒸镀厚度ｄ为２０００～４０００，形成透明导电层，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，使部分Ｎ型氮化镓层露出，步骤四，设计一张所需类光子晶体图形的光刻掩模版，用光刻胶形成掩模，对透明导电层进行蚀刻。该方法在现有技术的基础上，将透明导电层进行进一步加工，制造成具有类光子晶体的微结构，大大提高了发光二极管的出光效率，有效的提升了发光二极管的亮度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种GaN基高亮度发光二极管及其制造方法，该方法可以提高GaN基发光二 极管的亮度，该方法亦可应用于其他发光二极管的生产制造中。
技术介绍
发光二极管(LED)具有体积小、省电、绿色环保等优势，已被广泛使用于显示器背光源 模块、通讯、计算机、交通标志及玩具等消费市场，但目前因为亮度不够的问题，尚未能广 泛使用于照明市场。为了解决发光二极管亮度不够的问题，业内人士都在不断的寻找着如何 提高发光亮度的方法。目前高亮度发光二极管的现有成熟结构如图1至图2所示。由底部往上依次是衬底11， N型半导体层21，发光区22， P型半导体层23，透明导电层31，与N型半导体层21相键合 的金属N电极41，与P型半导体层21相键合的金属P电极42，外保护层51。目前技术存在 的问题就是，尽管已经将透明导电层的透光率大大提升，但是当发光区22发出的光经过透明 导电层31时，会发生光的全反射，导致由发光区22产生的光只有5%左右的光能够散射出去， 而其余的光则以热能的形式在发光二极管的体内耗尽。(如图3所示)这样就使得发光二极管 的出光效率大大降低，亮度无法进一步提升。针对提高出光效率的问题，已经公开的技术有以下几种一种是在衬底11的底部制造一层反射膜增加发光二极管的出光效率。第二种是在生长N型半导体层21之前，利用刻蚀技术在衬底11上制作出凹凸不平的图 形，之后再进行正常的发光二极管的制造，该技术利用其凹凸不平的图形对发光二极管的出 光作出反射，增加了发光二极管的出光效率。第三种是表面粗化技术，就是在生长N型半导体层21、发光区22及P型半导体层23的 过程中制造成粗糙的微结构或纹理结构，增加了发光二极管的出光效率。以上这些方法虽然都能不同程度的增加发光二极管的亮度，但是第一种将会直接增加芯 片的制造成本，同时实现难度较大。而第二种及第三种方法虽然已经能够实现，但其最主要 的缺点是一旦制造过程失败将会造成产品的直接报废，其生产不可逆。鉴于此，实有必要提供一种新方法以克服上述缺点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于利用光子晶体对光产生折射增加出光效率的原理，在发 光二极管的透明导电层上制造出类似光子晶体的微结构，从而改善光的出射效率，提高发光二极管的亮度。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案 一种GaN基发光二极管，其包括， 衬底层其衬底层为蓝宝石衬底，该层位于该发光二极管的底部；半导体层半导体层为GaN基，该层位于衬底层上方，包括N型半导体层、发光层及P 型半导体层；透明导电层透明导电层为铟锡氧化物、镍金或其混合物组成，该层位于半导体层之上； 保护层该层位于发光二极管的最上层，其中，所述透明导电层设置若干凹槽，所述凹槽具有类似光子晶体的微结构，所述凹槽 为列状排列或网状排列，用于提高发光二极管的出光效率。作为本专利技术的一种优选方案之一，所述凹槽的深度为0.01d d，其凹槽的平面宽度a为 lunTi0um，间隙b为lunTlO咖。作为本专利技术的一种优选方案之一，所述凹槽的深度为0. 45d~0. 55d，其凹槽的平面宽度a 为2unT4um， 间隙b为2unT4um。本专利技术进一步包括一种GaN基发光二极管的制造方法，该方法包括以下步骤步骤一，利用有机金属气相沉积技术在衬底上生长出GaN半导体层，该层包括N型氮化 镓层，发光区及P型氮化镓层；步骤二，利用镀膜技术在半导体层上蒸镀一层透明导电层，该蒸镀厚度d为2000A-4000 A， 形成透明导电层；步骤三，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，使部分N型氮化镓层露出； 步骤四，设计一张所需类光子晶体图形的光刻掩模版，用光刻胶形成掩模，对透明导电层进行蚀刻，且通过蚀刻时间控制蚀刻厚度；步骤五，利用光刻及蒸镀技术在NP层上蒸镀电极；步骤六，利用等离子体化学气相沉积技术在透明导电层上沉积保护膜。作为本专利技术的一种优选方案之一，对透明导电层蚀刻凹槽的深度为0.01d d，其凹槽的平面宽度a为lunTl0um，间隙b为lunTl0um。作为本专利技术的一种优选方案之一，对透明导电层蚀刻凹槽的深度为0.45d 0.55d，其凹槽的平面宽度a为2unT4um，间隙b为2unT4um。综上所述，本专利技术提供，该高亮度发光二极管在现有技术的基础上，利用光子晶体对光产生折射增加出光效率的原理，将透明导电层进行进一步加工，制造成具有类光子晶体的微结构，大大提高了发光二极管的出光效率，有效的提升了发光二极管的亮度。 附图说明图1为现有发光二极管的结构示意图； 图2为现有发光二极管的俯视图(不含外保护层)； 图3为现有发光二极管中光的出射示意图； 图4为本专利技术的发光二极管的结构示意图； 图5为本专利技术的发光二极管的俯视图(不含外保护层)； 图6为本专利技术的发光二极管的又一实施例的俯视图； 图7为本专利技术的发光二极管的另一实施例的俯视图； 图8为本专利技术的透明导电层的局部示意图9为本专利技术透明导电层中类光子晶体的蚀刻深度与Vf之间的关系示意图； 图10为本专利技术透明导电层中类光子晶体的蚀刻深度与亮度之间的关系示意图。11衬底；12蓝宝石衬底或Si衬底等； 21N型半导体层；24..........................................N型氮化镓层；22..........................................发光区；25..........................................量子阱发光区；23..........................................P型半导体层；26..........................................P型氮化镓层；31..........................................透明导电层；32..........................................具有类光子晶体微结构的透明导电层；33..........................................具有列状排列的类光子晶体微结构的透明导电层；34..........................................具有栅格状排列的类光子晶体微结构的透明导电层;35..........................................具有网状排列的类光子晶体微结构的透明导电层；41、 43................................................金属N电极；42、 44................................................金属P电极；51、 52................................................外保护层；d................................................透明导电层的厚度；a................................................类光子晶体微结构凹槽的宽度；b..........本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＧａＮ基发光二极管，其包括，　衬底层：其衬底层为蓝宝石衬底，该层位于该发光二极管的底部；　半导体层：半导体层为ＧａＮ基，该层位于衬底层上方，包括Ｎ型半导体层、发光层及Ｐ型半导体层；　透明导电层：透明导电层为铟锡氧化物、镍金或其混合物组成，该层位于半导体层之上；　保护层：该层位于发光二极管的最上层；　其特征在于：所述透明导电层设置若干凹槽，所述凹槽具有类似光子晶体的微结构，所述凹槽为列状排列、栅格状排列或网状排列，用于提高发光二极管的出光效率。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基发光二极管，其包括，衬底层其衬底层为蓝宝石衬底，该层位于该发光二极管的底部；半导体层半导体层为GaN基，该层位于衬底层上方，包括N型半导体层、发光层及P型半导体层；透明导电层透明导电层为铟锡氧化物、镍金或其混合物组成，该层位于半导体层之上；保护层该层位于发光二极管的最上层；其特征在于所述透明导电层设置若干凹槽，所述凹槽具有类似光子晶体的微结构，所述凹槽为列状排列、栅格状排列或网状排列，用于提高发光二极管的出光效率。2. 如权利要求l所述的一种GaN基发光二极管，其特征在于其凹槽的深度为0.01d d，凹 槽的平面宽度a为lunTlO咖，间隙b为lum 10um。3. 如权利要求1所述的一种GaN基发光二极管，其特征在于其凹槽的深度为0. 45d 0. 55d, 凹槽的平面宽度a为2Lira 4uffl，间隙b为2咖 4um。4. 一种如权利要求1至3任意一项所述的一种GaN基发光二极管的制造方法，其特征在于， 该方法包括以下步骤步骤一，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈诚，吕姝，李士涛，郝茂盛，齐胜利，杨卫桥，陈志忠，张国义，
申请(专利权)人：上海蓝光科技有限公司，北京大学，上海半导体照明工程技术研究中心，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]