[发明专利]一种GaN基发光二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种GaN基高亮度发光二极管及其制造方法，该方法可以提高GaN基发光二极管的亮度，该方法亦可应用于其他发光二极管的生产制造中。

背景技术

发光二极管(LED)具有体积小、省电、绿色环保等优势，已被广泛使用于显示器背光源模块、通讯、计算机、交通标志及玩具等消费市场，但目前因为亮度不够的问题，尚未能广泛使用于照明市场。为了解决发光二极管亮度不够的问题，业内人士都在不断的寻找着如何提高发光亮度的方法。

目前高亮度发光二极管的现有成熟结构如图1至图2所示。由底部往上依次是：衬底11，N型半导体层21，发光区22，P型半导体层23，透明导电层31，与N型半导体层21相键合的金属N电极41，与P型半导体层21相键合的金属P电极42，外保护层51。目前技术存在的问题就是，尽管已经将透明导电层的透光率大大提升，但是当发光区22发出的光经过透明导电层31时，会发生光的全反射，导致由发光区22产生的光只有5％左右的光能够散射出去，而其余的光则以热能的形式在发光二极管的体内耗尽。(如图3所示)这样就使得发光二极管的出光效率大大降低，亮度无法进一步提升。

针对提高出光效率的问题，已经公开的技术有以下几种：

一种是在衬底11的底部制造一层反射膜增加发光二极管的出光效率。

第二种是在生长N型半导体层21之前，利用刻蚀技术在衬底11上制作出凹凸不平的图形，之后再进行正常的发光二极管的制造，该技术利用其凹凸不平的图形对发光二极管的出光作出反射，增加了发光二极管的出光效率。

第三种是表面粗化技术，就是在生长N型半导体层21、发光区22及P型半导体层23的过程中制造成粗糙的微结构或纹理结构，增加了发光二极管的出光效率。

以上这些方法虽然都能不同程度的增加发光二极管的亮度，但是第一种将会直接增加芯片的制造成本，同时实现难度较大。而第二种及第三种方法虽然已经能够实现，但其最主要的缺点是一旦制造过程失败将会造成产品的直接报废，其生产不可逆。

鉴于此，实有必要提供一种新方法以克服上述缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：利用光子晶体对光产生折射增加出光效率的原理，在发光二极管的透明导电层上制造出类似光子晶体的微结构，从而改善光的出射效率，提高发光二极管的亮度。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种GaN基发光二极管，其包括，

衬底层：其衬底层为蓝宝石衬底，该层位于该发光二极管的底部；

半导体层：半导体层为GaN基，该层位于衬底层上方，包括N型半导体层、发光层及P型半导体层；

透明导电层：透明导电层为铟锡氧化物、镍金或其混合物组成，该层位于半导体层之上；

保护层：该层位于发光二极管的最上层，

其中，所述透明导电层设置若干凹槽，所述凹槽具有类似光子晶体的微结构，所述凹槽为列状排列或网状排列，用于提高发光二极管的出光效率。

作为本发明的一种优选方案之一，所述凹槽的深度为0.01d～d，其凹槽的平面宽度a为1um~10um，间隙b为1um~10um。

作为本发明的一种优选方案之一，所述凹槽的深度为0.45d～0.55d，其凹槽的平面宽度a为2um~4um，间隙b为2um~4um。

本发明进一步包括一种GaN基发光二极管的制造方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，利用有机金属气相沉积技术在衬底上生长出GaN半导体层，该层包括N型氮化镓层，发光区及P型氮化镓层；

步骤二，利用镀膜技术在半导体层上蒸镀一层透明导电层，该蒸镀厚度d为，形成透明导电层；

步骤三，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，使部分N型氮化镓层露出；

步骤四，设计一张所需类光子晶体图形的光刻掩模版，用光刻胶形成掩模，对透明导电层进行蚀刻，且通过蚀刻时间控制蚀刻厚度；

步骤五，利用光刻及蒸镀技术在NP层上蒸镀电极；

步骤六，利用等离子体化学气相沉积技术在透明导电层上沉积保护膜。

作为本发明的一种优选方案之一，对透明导电层蚀刻凹槽的深度为0.01d～d，其凹槽的平面宽度a为1um~10um，间隙b为1um~10um。

作为本发明的一种优选方案之一，对透明导电层蚀刻凹槽的深度为0.45d～0.55d，其凹槽的平面宽度a为2um~4um，间隙b为2um~4um。