[发明专利]发光二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光领域，特别是涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode，LED)及其制造方法。

背景技术

发光二极管由于具有寿命长、能耗低等优点，应用于各种领域，尤其随着其照明性能指标日益大幅提高，发光二极管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。

请参阅图1，图1是一种现有技术的发光二极管的剖面结构示意图。所述发光二极管包括衬底11、缓冲层(buffer layer)12、N型接触层(N contact layer)13、N型覆盖层(N active layer)14、有源层(light emitting layers)15、P型覆盖层(P active layer)16、P型接触层(P contact layer)17、与所述P型接触层17连接的正电极18以及与所述N型接触层13连接的负电极19。所述发光二极管是双异质(Double Heterogeneous，DH)结构的发光二极管，其中双异质结构包括：N型覆盖层14、有源层15和P型覆盖层16。所述有源层15为所述发光二极管的发光层。所述N型覆盖层14为N型掺杂氮化镓层，所述P型覆盖层16为P型掺杂氮化镓层。类似的，美国专利US 5777350也公布了一种氮化物半导体发光器件。

然而，由于氮化镓体单晶很难获得，所以，目前氮化镓材料的生长主要通过在蓝宝石(Sapphire，AL₂O₃)衬底上进行异质外延的手段获得，最主要的外延生长技术有金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)以及卤化物气相外延(HVPE)等。但是，由于蓝宝石衬底与氮化镓外延层存在很大的晶格失配(lattice mismatch)和热胀失配，所以不可避免地会在氮化镓外延层中引入大量的位错(dislocation)，一般地，氮化镓外延层位错的密度高达10¹⁰/cm²，降低了器件的内量子效率。

发明内容

本发明提供一种发光二极管及其制造方法，以提高发光二极管的内量子效率和外量子效率，增加发光二极管的发光强度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种发光二极管，包括：衬底；形成于所述衬底上的缓冲层；形成于所述缓冲层上的第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层，所述第一导电半导体层与所述第二导电半导体层具有相反掺杂类型；其中，所述衬底邻近所述缓冲层的一侧表面形成有多个凹槽，位于所述沟槽内的缓冲层中形成有空洞。

可选的，在所述的发光二极管中，所述凹槽的高宽比大于或等于1.2∶1。所述凹槽的高度为1～3μm，所述凹槽的宽度为1～2μm，所述凹槽的长度为1～10μm。所述凹槽的密度大于或等于10⁸/cm²。

可选的，在所述的发光二极管中，所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、砷化镓或尖晶石。

可选的，在所述的发光二极管中，所述第一导电半导体层为N型掺杂氮化镓层或者N型掺杂氮化铝镓层，所述第二导电半导体层为P型掺杂氮化镓层或者P型掺杂氮化铝镓层。

可选的，在所述的发光二极管中，所述发光二极管还包括形成于所述第二导电半导体层上的接触层。

可选的，在所述的发光二极管中，所述有源层为单一量子阱结构或多层量子阱结构。

相应的，本发明还提供一种发光二极管制造方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上形成图形化的掩膜层，并以所述图形化的掩膜层为掩模，刻蚀所述衬底，使所述衬底表面形成多个凹槽；形成缓冲层，所述缓冲层覆盖所述衬底具有凹槽一侧的表面，使得所述沟槽内的缓冲层中形成有空洞；在所述缓冲层上依次形成第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层，所述第一导电半导体层与所述第二导电半导体层具有相反掺杂类型。

可选的，在所述的发光二极管制造方法中，所述凹槽的高宽比大于或等于1.2∶1。所述凹槽的高度为1～3μm，所述凹槽的宽度为1～2μm，所述凹槽的长度为1～10μm。所述凹槽的密度大于或等于10⁸/cm²。

可选的，在所述的发光二极管制造方法中，所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、砷化镓或尖晶石。