[发明专利]氮化物发光二极管及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物发光二极管及其制作方法，具体为一种具有低折射系数镀膜次微米图形化衬底 (lower refractive index coatings on sub-micro patterned substrate)之发光二极管之外延结构设计。 

背景技术

氮化物发光二极管目前已经广泛应用于显示、指示、背光源和照明等领域，随着其发光效率的不断提升，有望在未来几年内取代白炽灯和荧光灯，成为通用照明的主要光源。 

发明内容

本发明之目的在提供一新颖之外延衬底，并于其上进行外延结构设计，从而提升光萃取率与内部量子效率，最终提升发光二极管之光输出功率。 

根据本发明的第一个方面，氮化物发光二极管，其包括：衬底，表面具有次微米图案，定义为生长区和非生长区；生长阻隔层，形成于所述衬底的非生长区，用于阻挡衬底非生长区的外延生长；发光外延层，形成于所述衬底的生长区并通过横向外延向所述非生长区延伸，覆盖所述生长阻隔层，包括n型层、发光层和p型层；其中，所述生长阻隔层的折射率小于发光外延层的折射率，且顺着所述衬底的次微米图案形成高低起伏之形貌，从而在增加发光二极管的取光界面的同时，提供发光外延层与取光界面的折射系数差异，提高取光效率。 

优选地，所述生长阻隔层的起伏面与水平面的夹角α为40~70°，较佳的取60°。 

优选地，所述生长阻隔层的顶端与底部距离h为200nm~900nm。 

优选地，所述生长阻隔层为一系列离散的生长阻隔材料模块，其可呈块状或带状分布。在一些实施例中，所述离散的生长阻隔材料模块呈周期性分布，其间隙可为100nm~5000nm。 

在前述结构中，所述生长阻隔层的材料可选用氧化物镀膜或氮化物镀膜。在一些实施例中，所述生长阻隔层的折射系数X满足：衬底<X<发光外延层。如：生长衬底选用蓝宝石（Al₂O₃）、生长阻隔层选用氮化硅（Si₃N₄），那么氮化镓的折射率n≈2.5，蓝宝石折射率n≈1.8，氮化硅的折射率n≈2.0。在一些实施例中，所述生长阻隔层的折射系数X满足：X <衬底 <发光外延层。如：生长衬底选用蓝宝石（Al₂O₃）、生长阻隔层选用二氧化硅（SiO₂），那么氮化镓的折射率n≈2.5，蓝宝石折射率n≈1.8，二氧化硅的折射率n≈1.48。 

在一些实施例中，通过控制生长衬底的图形尺寸及生长阻隔层的厚度，从而在所述生长阻隔层与外延层之间形成间隙，从而增加取光界面的折射率差。 

根据本发明的第二个方面，氮化物发光二极管的制作方法，包括步骤：提供表面具有次微米图案的生长衬底，将其表面定义为生长区和非生长区；在所述衬底的非生长区形成生长阻隔层，用于阻挡衬底非生长区的外延生长；在所述衬底的生长区生长发光外延层，并通过横向外延向所述非生长区延伸，覆盖所述生长阻隔层，包括n型层、发光层和p型层；其中，所述生长阻隔层的折射率小于发光外延层的折射率，且顺着所述衬底的次微米图案形成高低起伏之形貌，如此在增加发光二极管的取光界面的同时，提供发光外延层与取光界面的折射系数差异，提高取光效率。藉由这样的衬底设计，不仅在非生长区有强大的光反射功效，在生长区也可由蓝宝石次微米图形衬底来提供反射，可谓提供一全面的复合式光反射衬底。 

在一些实施例中，首先在所述生长衬底的表面制作次微米凹凸图案；接着定义生长区和非生长区；然后在所述衬底表面上成生长阻隔层，其顺着所述衬底的次微米图案形成高低起伏之形貌；再然后去除生长区的生长阻隔层露出生长衬底表面，最后在露出的生长衬底表面上进行外延生长发光外延层，通过横向外延向所述非生长区延伸覆盖所述生长阻隔层。 

在一些实施例中，可以通过控制生长衬底的图形尺寸及生长阻隔层的厚度，从而在所述生长阻隔层与外延层之间形成间隙。