[发明专利]一种发光二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件领域，涉及一种发光二极管及其制作方法，特别是 一种具有粗糙衬底和粗糙欧姆接触层的发光二极管及其制作方法。

技术背景

发光二级管(LED)由于具有环保、节能、使用寿命长等优点，被广泛用于 显示、装饰、通讯、通用照明、背光源等相关领域。采用不同的发光材料和结 构，发光二极管能够覆盖从紫外到红外的全色范围，随着应用领域的不断扩大， 使其发光效率和亮度迅速提高。发光二极管的发光效率主要由两方面决定：一 是器件的内量子效率，由LED器件结构以及半导体材料的晶体质量决定；二是 光提取效率，受到光在半导体材料表面的全反射角限制。

图1是普通发光二极管结构及其出光示意图，由于通常的发光二极管的半 导体材料折射率都远大于1，所以半导体内部产生的光在出射时会在界面处发生 全反射现象，折射率之差越大则被反射回内部的光越多，从而造成大量的光无 法出射，导致发光二极管芯片发光效率低。

提高LED发光效率通常有两个方法：一是改进LED器件结构同时提高外延 层的晶体质量来提高内量子效率；二是改变芯片图形、切割方式等外观形状， 或通过图形化衬底或表面粗糙化来提高芯片的光提取效率，达到提高发光效率 的作用(参考Horng等人文献，Applied Physics Letters 86，221101(2005))。 图形化衬底一般由光刻胶或金属作掩膜，利用光刻形成图形，再用干法或湿法 腐蚀而成，最后去掉光刻胶或金属，工序较多，工艺比较复杂且增加生产成本。 近年来光子晶体被应用到提高LED芯片发光效率方面，但设备比较昂贵，生产 成本比较高，不适应于大批量生产，一般应用于高端产品。

为了克服上述问题，本发明提出一种提高发光二极管光提取效率的制作方 法，通过两层粗糙面，可以达到光子晶体的效果，在大大提高发光亮度同时降 低生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用微球涂覆作掩膜，经刻蚀后形成具有粗糙 表面的发光二极管及其制作方法，通过两层具有不规则形状结构的粗糙表面， 利用微球纳米级的直径可以达到光子晶体的效果，提高发光二极管光提取效率， 在大大提高发光亮度同时降低生产成本。

本发明提出的一种发光二极管的技术方案是：一种发光二极管，其结构从 下至上依次包括衬底、n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层、欧姆接触层、钝 化层，以及p、n电极，其特征在于所述的衬底的上表面具有一个或一个以上相 连或者不相连的凸起结构；所述的欧姆接触层的上表面具有一个或一个以上相 连或者不相连的凸起结构；

其中，所述的凸起结构为凸半球形、半椭球形或者其他不规则的形状，所 述的凸半球形、半椭球形或者其他不规则的形状的直径大小为0.1～5μm。

本发明提出的一种发光二极管的制作方法的技术方案是：一种发光二极管 的制造方法的步骤包括：在蓝宝石衬底上依次生长n型氮化镓层、发光层和p 型氮化镓层；在p型氮化镓层上生长欧姆接触层；在欧姆接触层上生长钝化层； 在所述的钝化层表面腐蚀出电极窗口，并沉积形成p电极和n电极，其特征在 于，首先在所述的蓝宝石衬底上用旋转涂覆的方法涂覆一层微球溶液作为掩膜， 再刻蚀所述的掩膜，形成上表面具有一个或一个以上相连或者不相连的凸起结 构的衬底；在所述的欧姆接触层上涂覆形成一层微球溶液作为掩膜，再刻蚀所 述的掩膜，形成上表面具有一个或一个以上相连或者不相连的凸起结构的欧姆 接触层，然后在该欧姆接触层上生长所述的钝化层；

其中，所述的微球溶液为聚苯乙烯水溶液或者乙醇溶液，质量浓度为5％～ 30％，聚苯乙烯微球的直径为0.1～5μm；

所述的旋转涂覆方法为低速700～1500r/min，持续时为10～40s，然后高 速2000～8000r/min，持续时间为30～160秒；

所述的刻蚀为等离子体干法刻蚀或化学湿法刻蚀，等离子体干法刻蚀的持 续时间为10～20分钟，化学湿法刻蚀技术采用的腐蚀液为ITO腐蚀液，腐蚀温 度为25～50℃，持续时间为30～300秒。

所述的微球溶液为SiO₂水溶液或者乙醇溶液，质量浓度为5％～30％，SiO₂微球的直径为0.1～5μm。

附图说明

图1是发光二极管结构及其出光示意图；

图2发光二极管结构示意图；