[发明专利]一种发光二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体领域，特别是涉及一种发光二极管及其制造方法。

背景技术

半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管是由III-IV族化合物，如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。

LED照明光源早期的产品发光效率低，光强一般只能达到几个到几十个mcd，适用在室内场合，在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是LED光源替代白炽灯和荧光灯，这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。

作为下一代大功率GaN基LED(High-power LEDs)极具潜力的解决方案，垂直结构LED正获得业界的极大关注和发展。如何提高GaN基LED的出光率是当今人们最关心的问题之一，因为GaN基LED的光抽取效率受制于GaN与空气之间巨大的折射率差，根据斯涅耳定律，光从GaN(n≈2.5)到空气(n＝1.0)的临界角约为23°，只有在入射角在临界角以内的光可以出射到空气中，而临界角以外的光只能在GaN内部来回反射，直至被自吸收。图1为传统四边形芯片出光效果图，传统的发光二极光，当芯片的出射角度大于23.5°，小于66.5°时，芯片的光将仅局限在芯片的内部来回反射，光子不能逃逸出芯片外部，造成芯片的出光损失。

因此，提供一种能减少光线在芯片内部全反射及吸收的发光二极管实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制造方法，用于解决现有技术中的发光二极管因全反射及吸收导致出光率降低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管的制造方法，至少包括以下步骤：1)提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成至少包括N-GaN层、量子阱层、P-GaN层以及透明导电层的发光外延结构；2)按所需图形在所述发光外延结构中刻蚀出多个直至所述半导体衬底的凹槽，藉由所述多个凹槽将所述发光外延结构隔成多个相互独立的三角形或/及菱形的发光外延单元，并在每个发光外延单元中刻蚀出N电极的制备区域，然后对各该凹槽进行绝缘处理；3)在各该发光外延单元的透明导电层上制备P电极，并在各该N电极的制备区域制备N电极，最后通过对所述各发光外延单元进行桥接以完成所述发光二极管的制备。

在本发明的发光二极管的制造方法的所述步骤2)中，采用光刻技术及掩膜技术制备出三角形或/及菱形阵列的光刻图形，然后采用化学腐蚀法对所述发光外延结构进行刻蚀以形成所述多个凹槽。

在本发明的发光二极管的制造方法中，所述绝缘处理为对各该凹槽填充绝缘材料。

在本发明的发光二极管的制造方法中，所述三角形发光外延单元为三棱柱结构，且其上下表面均为正三角形。

在本发明的发光二极管的制造方法中，所述菱形发光外延单元为四棱柱结构，且其上下表面均为至少一顶角的角度为30度～75度的菱形。

本发明还提供一种发光二极管，至少包括：发光外延阵列，包括藉由多个绝缘凹槽隔成的多个相互独立的三角形或/及菱形的发光外延单元、以及多个N电极制备区域；透明导电层，结合于各该发光外延单元表面；P电极及N电极，分别位于各该发光外延单元的透明导电层表面及N电极制备区域的表面；桥接线，连接于相邻两发光外延单元的P电极与N电极。

在本发明的发光二极管中，所述三角形发光外延单元为三棱柱结构，且其上下表面均为正三角形。

在本发明的发光二极管中，所述菱形发光外延单元为四棱柱结构，且其上下表面均为至少一顶角的角度为30度～75度的菱形。

优选地，所述绝缘凹槽填充有绝缘材料。