[发明专利]发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode，LED)及其制备方法。

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 7193246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。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)。

美国北卡罗来纳州立大学(NCSU)的研究人员最近提出了一种新的氮化镓生长方法，如图2到图4所示。首先，在蓝宝石衬底21上依次形成缓冲层22和氮化镓层23，所示氮化镓层23中存在大量位错24，如图2所示。然后，采用无掩膜感应耦合等离子反应刻蚀(matchless inductively coupled plasma-reactive ion etching)的方式刻蚀所述氮化镓层23，使得所述氮化镓层23在邻近所述蓝宝石衬底21处形成纳米线(nanowires)25，如图3所示。采用外延生长技术(epitaxial overgrowth)，在所述氮化镓层23表面再生长外延氮化镓层26以覆盖所述纳米线25，由所述氮化镓层23和外延氮化镓层26形成的氮化镓层在邻近所述蓝宝石衬底21处形成空穴(void)27。由于所述空穴27的存在，所述氮化镓层中的位错被吸收(dislocation trapping)，从而降低了所述氮化镓层的位错密度(dislocation density)，有利于提高发光二极管的发光效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种即能够增加发光面积又能降低功耗的发光二极管。

本发明的另一目的在于提供上述发光二极管的制备方法。

一种发光二极管，包括衬底，所述衬底包括接触孔；位于所述衬底一侧的第一导电半导体层，覆盖所述第一导电半导体层的有源层，覆盖所述有源层的第二导电半导体层，所述第一导电半导体层邻近所述有源层的一侧表面形成有多个凸起，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；位于所述衬底另一侧的电极层，所述电极层通过所述接触孔与所述第一导电半导体层接触。

上述发光二极管优选的一种技术方案，所述发光二极管还包括设置于所述第一导电半导体层与所述发光二极管衬底之间的缓冲层，所述缓冲层包括接触孔，所述电极层通过所述衬底和缓冲层的接触孔与所述第一导电半导体层接触。

上述发光二极管优选的一种技术方案，所述发光二极管还包括覆盖所述第二导电半导体层的接触层。

上述发光二极管优选的一种技术方案，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。

上述发光二极管优选的一种技术方案，所述衬底为硅衬底。

上述发光二极管优选的一种技术方案，所述凸起的侧面与所述第一导电半导体层的垂直方向的夹角范围是0到45度。

上述发光二极管优选的一种技术方案，所述凸起为柱形凸起。