[发明专利]一种发光二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体领域，特别是涉及一种发光二极管及其制造方法。

背景技术

半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管是由III-IV族化合物，如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。

LED照明光源早期的产品发光效率低，光强一般只能达到几个到几十个mcd，适用在室内场合，在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是LED光源替代白炽灯和荧光灯，这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。

作为下一代大功率GaN基LED(High-power LEDs)极具潜力的解决方案，垂直结构LED正获得业界的极大关注和发展。如何提高GaN基LED的出光率是当今人们最关心的问题之一，因为GaN基LED的光抽取效率受制于GaN与空气之间巨大的折射率差，根据斯涅耳定律，光从GaN(n≈2.5)到空气(n＝1.0)的临界角约为23°，只有在入射角在临界角以内的光可以出射到空气中，而临界角以外的光只能在GaN内部来回反射，直至被自吸收。图1为传统四边形芯片出光效果图，传统的发光二极管，当芯片的出射角度大于23.5°，小于66.5°时，芯片的光将仅局限在芯片的内部来回反射，光子不能逃逸出芯片外部，造成芯片的出光损失。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制造方法，用于解决现有技术中发光二极管因全反射而导致出光率降低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管的制造方法，所述制造方法至少包括以下步骤：1)提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成至少包括N-GaN层、量子阱层以及P-GaN层的发光外延结构；2)按所需图形在所述发光外延结构中刻蚀出多条直至N-GaN层的V形槽以及欲制备N电极的区域，藉由所述的多个V形槽区隔成多个三角形或/及菱形的发光外延单元，以使所述发光外延结构中形成由多个三角形或/及菱形的发光外延单元组成的阵列；3)在各该V形槽侧壁形成绝缘层，然后在所述各该发光外延单元表面及绝缘层表面形成透明导电层以使发光外延单元之间互相连接，最后在所述透明导电层上制备P电极及在所述欲制备N电极的区域制备N电极，以完成所述发光二极管的制造。

在本发明的发光二极管的制造方法的所述步骤2)中采用光刻技术及掩膜技术制备出三角形或/及菱形阵列的光刻图形，然后采用化学腐蚀法对所述发光外延结构进行腐蚀以形成所述多个V形槽。

作为一个优选方案，所述步骤2)中，依据所述的光刻图形刻蚀所述发光外延结构，去除光刻图形对应的所述的P-GaN层、量子阱层、以及部分的N-GaN层以形成所述V形槽。

在本发明的发光二极管的制造方法中，所述绝缘层为SiO₂层或Si₃N₄层。

在本发明的发光二极管的制造方法中，所述三角形发光外延单元具有正三角形结构。

在本发明的发光二极管的制造方法中，所述菱形发光外延单元中至少一顶角的角度为30度～75度。

本发明还提供一种发光二极管，至少包括：发光外延阵列，包括藉由多个直至N-GaN层的V形槽隔成的多个三角形或/及菱形的发光外延单元、以及N电极制备区域；绝缘层，结合于所述V形槽侧壁；透明导电层，结合于所述绝缘层与各该发光外延单元表面；P电极及N电极，分别位于所述透明导电层表面及所述N电极制备区域的表面。

作为一个可选方案，所述三角形发光外延单元具有正三角形结构。

作为一个可选方案，所述菱形发光外延单元中至少一顶角的角度为30度～75度。