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发光二极管及其制造方法，所述发光二极管包括：衬底；依次位于所述衬底上的外延层、有源层和帽层；其中，所述衬底在远离外延层的表面上具有多个双焦距微透镜结构，自有源层发出的光经双焦距微透镜结构表面出射时，其入射角总是小于全反射临界角，从而不会发生全反射，确保大部分的光可从该双焦距微透镜结构表面透射出去，提高了发光二极管的外量子效率，并可避免发光二极管内部温度的升高，进而提高了发光二极管的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体发光领域，特别是涉及一种。
技术介绍
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)由于具有寿命长、耗能低等优点，应用 于各种领域，尤其随着其照明性能指标日益大幅提高，LED在照明领域常用作发光装置。其 中，以氮化镓(GaN)为代表的III-V族化合物半导体由于具有带隙宽、发光效率高、电子饱 和漂移速度高、化学性质稳定等特点，在高亮度蓝光发光二极管、蓝光激光器等光电子器件 领域有着巨大的应用潜力，引起了人们的广泛关注。然而，目前半导体发光二极管存在着发光效率低的问题。对于普通的未经封装的 发光二极管，其出光效率一般只有百分之几，大量的能量聚集在器件内部不能出射，既造成 能量浪费，又影响器件的使用寿命。因此，提高半导体发光二极管的出光效率至关重要。基于上述的应用需求，许多种提高发光二极管出光效率的方法被应用到器件结构 中，例如表面粗糙化法，金属反射镜结构等。在申请号为200510066898. 3的中国专利中公开了一种全角度反射镜结构GaN基 发光二极管及其制作方法。参考图1，所述发光二极管包括衬底1、生长在衬底1上的全 角度反射镜4、以及制作在全角度反射镜4上的GaN LED芯片13。所述GaN LED芯片13包 括蓝宝石衬底5、N型GaN层6、有源区量子阱层7、P型GaN层8、P型电极9、P型焊盘10、 N型电极11、N型焊盘12 ；其中，所述全角度反射镜4生长在衬底1上，其是由高折射率层3 和低折射率层2堆叠排列成的，高折射率层3与蓝宝石衬底5接触，低折射率层2和衬底1 接触，高折射率层的折射率nH >低折射率层的折射率& >蓝宝石材料的折射率n，且满足ΘΓ<ΘΒ，其中，η、nH. nL为折射率。该专利通过在发光二极管下表面形成全角度反射镜结构，可以将GaN材料所发光在全角度范围内以高反射率向上反射，来提高发光二极管的出 光效率。然而，该发光二极管制造方法需要在衬底上形成多层由高折射率层与低折射率层 堆叠而成的薄膜结构，制作工艺非常复杂，不利于推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种发光二极管，以解决现有的发光二极管出光效率低的 问题。本专利技术的另一目的在于提供一种制作工艺简单的发光二极管制造方法，以提高发 光二极管的出光效率。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种发光二极管，所述发光二极管包括衬底； 依次位于所述衬底上的外延层、有源层和帽层；其中，所述衬底在远离外延层的表面上具有 多个双焦距微透镜结构。进一步的，所述衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底。进一步的，所述发光二极管还包括位于衬底和外延层之间的缓冲层。进一步的，所述发光二极管还包括位于所述帽层上的透明导电层。进一步的，所述发光二极管还包括第一电极、第二电极和贯穿所述透明导电层、帽 层和有源层的开口，其中，所述第一电极位于所述透明导电层上，用于连接透明导电层和电 源正极；所述第二电极位于所述开口内，用于连接外延层和电源负极。进一步的，所述发光二极管还包括位于所述透明导电层上的钝化层。进一步的，所述外延层的材料为N型掺杂的氮化镓；所述有源层包括多量子阱有 源层，所述多量子阱有源层的材料为铟氮化镓；所述帽层的材料为P型掺杂的氮化镓。相应的，本专利技术还提供一种发光二极管的制造方法，所述发光二极管的制造方法 包括提供衬底；在所述衬底上依次形成外延层、有源层和帽层；还包括刻蚀所述衬底，以 使所述衬底在远离外延层的表面上具有多个双焦距微透镜结构。进一步的，在所述的发光二极管的制造方法中，刻蚀衬底的步骤包括在衬底远离 外延层的表面上形成多个圆柱形光刻胶台；对圆柱形光刻胶台进行烘烤，使所述圆柱形光 刻胶台成为球冠状光刻胶；以所述球冠状光刻胶为掩膜，执行第一次感应耦合等离子体刻 蚀工艺；执行第二次感应耦合等离子体刻蚀工艺，所述第二次感应耦合等离子体刻蚀工艺 的线圈功率小于第一次感应耦合等离子体刻蚀工艺的线圈功率。进一步的，在所述的发光二极管的制造方法中，在第一次感应耦合等离子体刻蚀 工艺中，刻蚀气体为三氯化硼、氦气和氩气的混合气体，腔室压力为50mTorr 2Torr，底板 功率为200W 300W，线圈功率为300W 500W。进一步的，在所述的发光二极管的制造方法中，在第二次感应耦合等离子体刻蚀 工艺中，刻蚀气体为三氯化硼、氦气和氩气的混合气体，腔室压力为50mTorr 2Torr，底板 功率为200W 300W，线圈功率为270W 450W。进一步的，在所述的发光二极管的制造方法中，在温度为120°C 250°C的范围 内，对圆柱形光刻胶台进行烘烤，以使圆柱形光刻胶台成为球冠状光刻胶。进一步的，在所述的发光二极管的制造方法中，所述外延层的材料为N型掺杂的 氮化镓；所述有源层包括多量子阱有源层，所述多量子阱有源层的材料为铟氮化镓；所述 帽层的材料为P型掺杂的氮化镓。进一步的，在所述的发光二极管的制造方法中，在形成所述外延层之前，还包括 在所述衬底上形成缓冲层。进一步的，在所述的发光二极管的制造方法中，在形成所述帽层之后，还包括在 所述帽层上形成透明导电层。进一步的，在所述的发光二极管的制造方法中，在形成所述透明导电层之后，还包 括在所述透明导电层上形成第一电极；形成贯穿所述透明导电层、帽层和有源层的开口 ； 在所述开口内形成第二电极。进一步的，在所述的发光二极管的制造方法中，在所述开口内形成第二电极之后， 还包括在所述透明导电层上形成钝化层；减薄所述衬底。由于采用了以上技术方案，与现有技术相比，本专利技术具有以下优点所述发光二极管的衬底在远离外延层的表面上具有多个双焦距微透镜结构，自有 源层发出的光经所述双焦距微透镜结构表面出射时，其入射角总是小于全反射临界角，从 而不会发生全反射，确保大部分的光可从该双焦距微透镜结构表面透射出去，从而提高了发光二极管的外量子效率，提高了发光二极管的出光效率，避免发光二极管内部温度的升 高，提高了发光二极管的性能。附图说明图1为现有的发光二极管的示意图；图2为本专利技术一实施例的发光二极管的示意图；图3为本专利技术一实施例的发光二极管制造方法的流程示意图；图4A 41为本专利技术一实施例的发光二极管制造方法的剖面示意图；图5为本专利技术一实施例的圆柱形光刻胶台的俯视图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术 的具体实施方式做详细的说明。本专利技术的核心思想在于，提供一种发光二极管，所述发光二极管的衬底在远离外 延层的表面上具有多个双焦距微透镜结构，自有源层发出的光经所述双焦距微透镜结构表 面出射时，其入射角总是小于全反射临界角，从而不会发生全反射，确保大部分的光可从该 双焦距微透镜结构表面透射出去，从而提高了发光二极管的外量子效率，避免发光二极管 内部温度的升高，进而提高了发光二极管的性能。请参考图2，其为本专利技术一实施例的发光二极管的示意图。所述发光二极管为以蓝 宝石(sapphire)为衬底的发光二极管，所述发光二极管为氮化镓基的蓝光二极管。如图2 所示，所述发光二极管包括衬底200，依次位于所述衬底200上的外延层220、有源层230、 帽层M0，其中，所述衬底200在远离外延层220的表面上具有多个双焦距微透镜结本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种发光二极管，包括：衬底；依次位于所述衬底上的外延层、有源层和帽层；其中，所述衬底在远离外延层的表面上具有多个双焦距微透镜结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖德元，张汝京，
申请(专利权)人：映瑞光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31