[发明专利]高效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及其制造方法，更具体地，涉及一种利用氮化镓基底作为生长基底的高效发光二极管及其制造方法。

背景技术

通常，由于诸如氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)等的第III族元素的氮化物具有优异的热稳定性和直接跃迁能带结构，因此它们作为可见区和紫外区的发光装置的材料而受到极大的关注。具体地讲，已在诸如大尺寸全彩色平板显示器、交通灯、室内照明、高密度光源、高分辨率输出系统、光学通讯等的各种应用中使用利用氮化镓铟的蓝光发射装置和绿光发射装置。

由于难以制造在其上可生长氮化物半导体层的均质基底，因此，通过诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)等工艺在具有相似的晶体结构的异质基底上生长第III族元素的氮化物半导体层。已经主要使用了具有六方结构的蓝宝石基底作为异质基底。近来，已经开发出这样的技术：通过在诸如蓝宝石的异质基底上生长诸如氮化物半导体层的外延层，将支撑基底结合到外延层，并利用激光剥离技术分离异质基底等，从而制造具有垂直结构的高效发光二极管。由于诸如蓝宝石的异质基底与在其上生长的外延层具有不同的物理性质，因此可利用它们之间的界面容易地分离生长基底。

然而，生长在异质基底上的外延层由于与生长基底的晶格失配以及热膨胀系数的差异而具有相对高的位错密度。已知生长在蓝宝石基底上的外延层通常具有1E8/cm²或更大的位错密度。具有高位错密度的外延层在改善发光二极管的发射效率方面存在着局限性。

此外，由于与例如350μm×350μm或1mm²的发射面积相比，外延层的总厚度(几微米)非常薄，因此难以使电流扩散。此外，将在高电流下操作发光二极管的情况与在低电流下操作发光二极管的情况相比，电流集中在位错处，导致内量子效率降低的下降(droop)现象。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的在于提供一种具有垂直结构的高效发光二极管。

本发明的另一目的在于提供一种能够减小下降的高效发光二极管。

本发明的另一目的在于提供一种具有改善的电流扩散性能的高效发光二极管。

本发明的又一目的在于提供一种具有改善的光提取效率的高效发光二极管。

技术方案

本发明提供一种高效有机发光二极管及其制造方法。根据本发明的示例性实施例，提供了一种发光二极管，所述发光二极管包括：支撑基底；半导体堆叠结构，设置在支撑基底上，并包括氮化镓基p型半导体层、氮化镓基活性层和氮化镓基n型半导体层；反射层，设置在支撑基底与半导体堆叠结构之间，其中，半导体堆叠结构包括具有截锥体形状的多个突出以及形成在突出的顶表面上的细锥体。

可选地，半导体堆叠结构包括彼此间隔开的多个凹陷以及形成在凹陷之间的突起部的表面上的细锥体来取代具有截锥体形状的突起。

半导体堆叠结构可以形成为具有5×10⁶/cm²或更小的位错密度。通过半导体层的晶体质量和低位错密度，发光二极管在350mA时表现出小于20％的下降。半导体堆叠结构可以由生长在氮化镓基底上的半导体层形成。

可以以蜂窝形状布置突起。由于具有截锥体形状的突起可以彼此邻近，因此底部为尖头的V形凹槽可以形成在突起之间的区域内。突起的底表面可具有六边形形状。

突起的平均高度可超过3μm，细锥体的平均高度可以为1μm或更小。细锥体可以仅设置在突起的顶表面上。

根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种发光二极管，所述发光二极管包括：支撑基底；半导体堆叠结构，设置在支撑基底上，包括氮化镓基p型半导体层、氮化镓基活性层和氮化镓基n型半导体层；反射层，设置在支撑基底与半导体堆叠结构之间，其中，半导体堆叠结构形成为具有5×10⁶/cm²或更小的位错密度。

半导体堆叠结构可包括多个突起和形成在突起的顶表面上的细锥体。

根据本发明的另一个示例性实施例，提供了一种制造发光二极管的方法，所述方法包括下述步骤：通过在氮化镓基底上生长包括氮化镓基n型半导体层、氮化镓基活性层和氮化镓基p型半导体层的半导体层来形成半导体堆叠结构；在半导体堆叠结构上形成支撑基底；去除氮化镓基底。

所述方法还可包括：通过蚀刻半导体堆叠结构的通过去除氮化镓基底而暴露的表面来形成具有细锥体的多个突起，其中，多个突起具有截锥体形状。