发光二极管制造技术

本实用新型专利技术提供了一种发光二极管，包括：衬底；外延层，包括依次堆叠于所述衬底上的第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反，至少所述外延层的横截面的外轮廓为花瓣状结构，所述花瓣状结构包括依次连接的圆弧；第一电极，位于所述第二半导体层上。本实用新型专利技术的技术方案使得发光二极管的光提取效率和可靠性得到提高。可靠性得到提高。可靠性得到提高。

【技术实现步骤摘要】
发光二极管


[0001]本技术涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管。

技术介绍

[0002]发光二极管独特的优势使得其有巨大的应用潜力。发光效率是评价发光二极管的重要参数，影响发光二极管发光效率的因素主要有两个，一个是电子转化为光子的效率，称之为内量子效率，另一个是有源层产生的光子从发光二极管内部出射的效率，称之为光提取效率，两者共同决定了发光二极管的发光效率。其中，内量子效率是由半导体发光材料晶体质量、外延结构和工作条件决定，目前，GaN基蓝光发光二极管的内量子效率已超过85％，但是发光二极管的光提取效率还有较大提升空间，高光提取效率发光二极管的研究得到国内外研究人员的广泛重视。
[0003]以如图1所示的发光二极管为例，发光二极管中的外延层包含自下向上形成于衬底11正面的P型半导体层14、多量子阱层15和N型半导体层16，N型半导体层16上形成有上电极17(N电极)，衬底11背面形成有下电极18(P电极)，所述P型半导体层14通过键合层12与所述衬底11键合，且P型半导体层14与所述键合层12之间还包括反射镜层13，以提高正面出光效率。
[0004]由于外延层的半导体发光材料(例如半导体发光材料为GaN、GaAs和SiC时对应的折射率n分别为2.4、3.57和2.65)与空气折射率(n＝1)相差较大，发光二极管的多量子阱层15(即有源层)产生的光在高折射率材料与低折射率材料界面发生全反射，导致发光二极管的有源层产生的光子在半导体薄膜中以波导形式传播，并最终被外延层重吸收转化为热能，从而限制了发光二极管光提取效率的进一步提升。以GaN基发光二极管为例，如果忽略发光二极管侧边和底部的出光，其有源层产生的光约有4％能通过发光二极管的顶部被提取到空气中。
[0005]并且，图1所示的发光二极管的形状为长方体，导致光在发光二极管内的传播光程长，增加了外延材料对光子吸收的概率；另外，长方体发光二极管的六个面都受到全反射角的限制，因此，降低了发光二极管的光提取效率。
[0006]并且，发光二极管的有源层的电流密度分布不均匀，不仅会导致发光强度分布不均匀，而且会导致发光二极管局部区域温度过高，从而降低发光二极管的可靠性。为了提高发光二极管的光电性能和可靠性，在发光二极管优化设计中需要抑制发光二极管中的电流聚集效应(Current Crowding Effect)，提高发光二极管的电流横向扩展性能，缓解大电流注入条件下发光二极管的量子效率衰减(Efficiency Droop)现象，使发光二极管可以承受更高的工作电流密度。
[0007]为了改善电流的扩展能力，通常上电极17采用图形化结构(例如叉指电极)，然而，由于上电极17的材料为金属，在可见光波段不透光，而且对多量子阱层15发射的光子有强烈的吸收作用，一方面造成发光二极管的多量子阱层15面积的损失，导致发光二极管的光提取效率下降，另一方面上电极17下方的光子大部分被上电极17吸收，导致上电极17附近
区域温度升高，进而导致发光二极管可靠性降低。
[0008]因此，提供一种发光二极管，以提高发光二极管的光提取效率和可靠性。

技术实现思路

[0009]本技术的目的在于提供一种发光二极管，使得发光二极管的光提取效率和可靠性得到提高。
[0010]为实现上述目的，本技术提供了一种发光二极管，包括：
[0011]衬底；
[0012]外延层，包括依次堆叠于所述衬底上的第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反，至少所述外延层的横截面的外轮廓为花瓣状结构，所述花瓣状结构包括依次连接的圆弧；
[0013]第一电极，位于所述第二半导体层上。
[0014]可选地，各个所述圆弧相同。
[0015]可选地，相邻所述圆弧的交点与所述花瓣状结构的中心之间的距离均相等。
[0016]可选地，所述圆弧的数量n至少为三个。
[0017]可选地，所述圆弧的数量n满足：
[0018][0019]其中，α为所述圆弧的弧度，r为所述圆弧的半径，R为各个所述圆弧的交点相连围成的圆的半径，a为所述衬底横截面的最短边长。
[0020]可选地，至少所述外延层的侧壁与所述外延层的中心之间的水平距离沿所述外延层至所述衬底方向逐渐增大。
[0021]可选地，至少所述外延层侧壁的纵截面为向所述外延层的中心方向倾斜的直线，直线与所述衬底之间的夹角θ的范围为0<θ<π/2。
[0022]可选地，至少所述外延层的侧壁纵截面为向所述外延层的中心方向倾斜的弧形，弧形的弧度β范围为0<β<π/2，弧形对应的弦与所述衬底之间的夹角θ的范围为0<θ<π/2。
[0023]可选地，所述发光二极管还包括：
[0024]下反射镜层，位于所述第一半导体层与所述衬底之间。
[0025]可选地，所述第一半导体层的掺杂类型为P型，所述第二半导体层的掺杂类型为N型时，所述发光二极管还包括：
[0026]键合层，位于所述下反射镜层与所述衬底之间。
[0027]可选地，所述发光二极管还包括：
[0028]透明导电层，位于所述第一半导体层与所述下反射镜层之间。
[0029]可选地，所述发光二极管还包括：
[0030]第二电极，位于所述衬底的底面。
[0031]与现有技术相比，本技术的发光二极管，由于包括：依次堆叠于衬底上的第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反，至少所述外延层的横截面的外轮廓为花瓣状结构，所述花瓣状结构包括依次连接的圆弧；第一电极，位于所述第二半导体层上，使得发光二极管的光提取效率和可靠性得到提高。
附图说明
[0032]图1是一种发光二极管的结构示意图；
[0033]图2是本技术实施例一的发光二极管结构示意图；
[0034]图3是本技术实施例二的发光二极管的结构示意图；
[0035]图4是本技术实施例三的发光二极管的结构示意图；
[0036]图5是本技术一实施例的外延层的俯视示意图；
[0037]图6a～图6f是本技术一实施例的形成第二半导体层中凹槽的各个步骤示意图。
[0038]其中，附图1～图6f的附图标记说明如下：
[0039]11
‑
衬底；12
‑
键合层；13
‑
反射镜层；14
‑
P型半导体层；15
‑
多量子阱层；16
‑
N型半导体层；17
‑
上电极；18
‑
下电极；20
‑
衬底；21
‑
第一半导体层；22
‑
多量子阱层；23
‑
第二半导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管，其特征在于，包括：衬底；外延层，包括依次堆叠于所述衬底上的第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反，至少所述外延层的横截面的外轮廓为花瓣状结构，所述花瓣状结构包括依次连接的圆弧；第一电极，位于所述第二半导体层上。2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，各个所述圆弧相同。3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，相邻所述圆弧的交点与所述花瓣状结构的中心之间的距离均相等。4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述圆弧的数量n至少为三个。5.如权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述圆弧的数量n满足：2π/n≤α≤π，sin(π/n)R≤r≤R，其中，α为所述圆弧的弧度，r为所述圆弧的半径，R为各个所述圆弧的交点相连围成的圆的半径，a为所述衬底横截面的最短边长。6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，至少所述外延层的侧壁与所述外延层的中心之间的水平距离沿所述外延层至所述衬底方向逐渐增大。7.如权利要求6所述的发光二极管，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱英强，梁兴华，张乾，洪灿皇，陈俊鸿，
申请(专利权)人：厦门士兰明镓化合物半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：