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，包括正面和与正面相对的背面，正面上具有多个凸起；依次形成于凸起上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；形成于第二导电类型半导体层上的第二导电类型电极；形成于衬底背面的第一导电类型电极。所述凸起使得在衬底上的膜层具有较低的缺陷密度和较低的、均匀的应力分布，晶圆不易破裂，形成的发光二极管的内量子效率与外量子效率均得到改善；此外，由于采用衬底作为发光二极管的一个电极垂直结构，充分利用了芯片的有效发光面积并改善了发光二极管的散热性能，发光二极管的发光效率进一步提高。

【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包括硅衬底5、η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、η型电极11、η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与硅衬底5接 触，低折射率层2和衬底1接触，高折射率层的折射率ηΗ >低折射率层的折射率k >蓝宝 石材料的折射率n，且满足Q1-C 9^其中，11、1111、 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，制作成本较高。
技术实现思路
本专利技术提供一种，以解决现有的发光二极管出光效率低 的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种发光二极管，包括衬底，包括正面以及与 所述正面相对的背面，所述正面上具有多个双焦距微透镜结构凸起；依次形成于所述凸起 上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；形成于所述第二导电类型 半导体层上的第二导电类型电极；形成于所述衬底背面的第一导电类型电极。可选的，在所述的发光二极管中，所述衬底为硅衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底。 所述凸起为锥形凸起、半球形凸起、椭球形凸起或双焦距微透镜结构。所述凸起底部之间的 距离小于0.2微米。可选的，在所述的发光二极管中，还包括形成于所述衬底和第一导电类型半导体层之间的缓冲层。可选的，在所述的发光二极管中，所述第一导电类型为η型，所述第二导电类型为 P型。所述衬底为η型衬底；所述缓冲层的材料为η型氮化铟或η型碳化硅；所述第一导电 类型半导体层的材料为η型氮化镓；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；所述第二导电类型半导体层的材料为P型氮化镓。可选的，在所述的发光二极管中，还包括形成于所述第二导电类型半导体层上的 透明导电层。相应的，本专利技术还提供一种发光二极管制造方法，包括提供衬底，所述衬底包括 正面以及与所述正面相对的背面；在所述衬底正面形成多个凸起；在所述凸起上依次形成 第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；在所述第二导电类型半导体层 上形成第二导电类型电极；在所述衬底背面形成第一导电类型电极。可选的，在所述的发光二极管制造方法中，所述衬底为硅衬底、碳化硅衬底或氮化 镓衬底。所述凸起为锥形凸起、半球形凸起、椭球形凸起或双焦距微透镜结构。所述凸起底 部之间的距离小于0.2微米。可选的，在所述的发光二极管制造方法中，，在所述衬底正面形成多个凸起之后， 还包括在所述凸起上形成缓冲层。可选的，在所述的发光二极管制造方法中，所述第一导电类型为η型，所述第二导 电类型为P型。所述衬底为η型衬底；所述缓冲层的材料为η型氮化铟或η型碳化硅；所述 第一导电类型半导体层的材料为η型氮化镓；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；所述第二导电类型半导体层的材料为P型氮化镓。可选的，在所述的发光二极管制造方法中，形成所述第二导电类型半导体层之后， 还包括在所述第二导电类型半导体层上形成透明导电层。可选的，在所述的发光二极管制造方法中，在所述衬底背面形成第一导电类型电 极之前，还包括减薄所述衬底。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正面上具有多个凸起，所述凸起可以增加光的反射，提高 发光二极管的外量子效率，从而提高发光二极管的光利用率；并且，由于形成了多个凸起， 使得在所述衬底上的膜层具有较低的缺陷密度和较低的、均勻的应力分布，晶圆不易破裂， 形成的发光二极管的内量子效率与外量子效率均得到改善；此外，由于采用衬底作为发光 二极管的一个电极垂直结构，充分利用了芯片的有效发光面积并改善了发光二极管的散热 性能，发光二极管的发光效率得到进一步提高。附图说明图1是现有技术的发光二极管的剖面示意图；图2是本专利技术实施例的发光二极管的剖面示意图；图3为本专利技术实施例的发光二极管制造方法的流程图；图4Α至图4F为本专利技术实施例的发光二极管制造方法的各步骤相应结构的剖面示 意图；图5为本专利技术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，所述发光二极管的 衬底正面上具有多个凸起，所述凸起可以增加光的反射，提高发光二极管的外量子效率，从 而提高发光二极管的光利用率；并且，由于形成了多个凸起，使得在所述衬底上的膜层具有 较低的缺陷密度和较低的、均勻的应力分布，晶圆不易破裂，形成的发光二极管的内量子效 率与外量子效率均得到改善；此外，由于采用衬底作为发光二极管的一个电极垂直结构，充 分利用了芯片的有效发光面积并改善了发光二极管的散热性能，发光二极管的发光效率得 到进一步提高。请参考图2，其为本专利技术实施例的发光二极管的剖面示意图，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，包括正面以及与正面 相对的背面，所述正面上具有多个凸起201 ；依次形成于凸起201上的第一导电类型半导体 层220、有源层230和第二导电类型半导体层MO ；形成于第二导电类型半导体层240上的 第二导电类型电极260 ；以及形成于所述衬底200背面的第一导电类型电极270。在本实施例中，所述凸起201是双焦距微透镜结构，具体的说，所述双焦距微透镜 结构是由上下两部分组成，下部分为直径较大的圆台状结构，上部分为直径较小的圆台状 结构。所述凸起201可以改变全反射临界角，增加衬底200对光的反射，提高发光二极管的 外量子效率，从而提高发光二极管的光利用率；并且，所述凸起201可提高衬底200与其它 膜层(在本实施例中为缓冲层210)的晶格匹配度，减小本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种发光二极管，包括：衬底，包括正面以及与所述正面相对的背面，所述正面上具有多个凸起；依次形成于所述凸起上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；形成于所述第二导电类型半导体层上的第二导电类型电极；形成于所述衬底背面的第一导电类型电极。

【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