[发明专利]具有光子晶体结构的发光二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管（LED）及其制造方法，更具体地说，涉及一种具有光子晶体结构的LED及其制造方法。

背景技术

GaN基发光二极管（LED）被广泛地用于显示元件和背光。此外，与传统的灯泡或荧光灯相比，这些LED具有较低的电能消耗和较长的寿命，从而它们的应用领域已经扩大到一般照明而代替传统的白炽灯和荧光灯。近来，已经开发出用于发射具有365nm或更短的波长的深紫外（DUV）光的DUVLED。DUV LED可以被广泛地应用于空气和水的消毒、表面污染物的去除、诸如生物剂检测器的光传感器、聚合物的UV固化、医学分析设备等。

通常，DUV LED具有下述结构：包括含有Al的GaN基阱层的多量子阱结构介于n型AlGaN层和p型AlGaN层之间，以发射短波长的光。同时，由于AlGaN层通常并不与金属欧姆接触，因此采用具有少量Al的四元AlInGaN或GaN的p型接触层。然而，由于p型接触层不是足够的透明以使DUV光透过，因此采用倒装芯片键合技术，使得UV光可以发射穿过透明基底。

由于在多量子阱结构中发射的大量的光在p型接触层中被吸收，因此DUV LED的光效率非常低。

发明内容

技术问题

因此，本发明被构思为解决上述问题。本发明的目的在于提供一种发光二极管（LED）及其制造方法，由此能够减小LED内的光的损失。

本发明的另一目的在于提供一种LED及其制造方法，适于提高DUVLED的光效率。

技术方案

根据本发明的一方面，提供一种发光二极管（LED），所述发光二极管（LED）包括：支撑基底；下半导体层，位于支撑基底上；上半导体层，位于下半导体层之上；活性区域，位于下半导体层和上半导体层之间；光子晶体结构，嵌入在下半导体层中。光子晶体结构可以防止朝支撑基底行进的光的损失，由此提高光提取效率。

下半导体层可以包括p型接触层，上半导体层可以包括n型接触层。活性区域可以包括AlGaN阱层，p型接触层可以是p型GaN层或p型AlInGaN层。LED可以通过AlGaN阱层发射具有240nm到365nm的波长的DUV光。根据本发明，光子晶体结构可以防止光由于p型接触层被吸收和损失，由此显著地提高光效率。此外，由于光子晶体结构嵌入在下半导体层中，因此可以在整个下半导体层的宽广的区域形成欧姆接触。

光子晶体结构可以包括沿支撑基底的表面排列的空隙的图案。每个空隙的宽度和高度可以在50nm到200nm的范围内，两个相邻的空隙之间的距离可以在50nm到1um的范围内。

下半导体层可以包括位于空隙和活性区域之间的至少一层AlGaN层。至少一层AlGaN层防止空隙到达活性区域。

下半导体层还可以包括位于空隙和支撑基底之间的p型接触层，以覆盖空隙。

在一些实施例中，上半导体层可以具有粗糙的表面。上半导体层可以包括凹入的图案。粗糙的表面不仅可以形成在凹入的外部，还可以形成在凹入的内部，因此，可以更大地提高通过上半导体层的表面的光提取效率。此外，上半导体层可以包括n型AlGaN层，粗糙的表面可以形成在n型AlGaN层的表面上。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造LED的方法，所述方法包括下述步骤：在生长基底上形成第一导电半导体层、活性区域和第二导电半导体层；通过局部地图案化第二导电半导体层形成空隙的图案；形成第二导电接触层，以覆盖空隙的图案；在第二导电接触层上形成欧姆接触层；在欧姆接触层上形成支撑基底；去除生长基底并暴露第一导电半导体层。由空隙的图案提供光子晶体结构，因此可以制造具有在支撑基底和活性区域之间的嵌入在下半导体层中的光子晶体结构。

在一些实施例中，形成空隙的图案的步骤可以包括：使用纳米压印技术在第二导电半导体层上形成光致抗蚀剂图案；使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模局部地蚀刻第二导电半导体层。

在其它实施例中，形成空隙的图案的步骤可以包括：在第二导电半导体层上形成金属图案；通过在金属图案和第二导电半导体层之间执行反应在金属图案之下对应于金属图案形成空隙的图案；去除剩余的金属图案。

金属图案可以包括从由Ta、Ti和Cr组成的组中选择的至少一种金属材料。这些金属材料与GaN基半导体层反应，从而空隙形成在半导体层中。

第二导电半导体层的最上层可以是p型AlGaN层、p型GaN层或p型AlInGaN层。