[实用新型]一种新型出光结构的GaN基发光二极管

说明书

技术领域

本实用新型属于发光二极管领域，具体涉及一种新型出光结构的GaN基发光二极管。 

背景技术

当前，在全球气候变暖问题日趋严峻的背景下，节约能源、减少温室气体排放成为全球共同面对的重要问题。以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济，将成为经济发展的重要方向。在照明领域，以LED（发光二极管）为代表的半导体发光产品，具有节能、环保，以及光源寿命长、体积小等优点，正吸引着世人的目光。对于GaN基LED来说，GaN为2.5与空气的折射系数相差很大，全反射角为24.5度左右。发光区产生的光在出光面大部分被反射回来，光线的多次反射，由于材料的吸收及非出光面逸光作用，正面出光的比例非常小，只占4%。即使采用图形衬底结构，出光比例也只有12%左右。 

目前人们已采用了多种出光技术改善正面出光，其中出光面粗化技术是其中很重要的一类。一种现行方法是直接降低温度生长粗糙的P型材料（US2006007272Al）。然而，生长温度降低导致材料质量劣化，对LED器件的光电性能和可靠性影响很大。另外，通过调整生长参数来控制样品表面的粗糙程度，在外延工艺上不稳定，以及P面粗化引起的黑白电极问题给芯片工艺也造成了复杂性。第二种方法是采用P面刻蚀的办法。但是在GaN基LED结构的P层非常薄，只有几百纳米的厚度，无论是干刻工艺和湿刻工艺都很难精确控制深度，而且对材料也会造成损伤。另一种可行方法是采用粗化透明电极层的办法。目前已经报道的类似工艺有采用单层镍纳米粒子作为掩膜刻蚀透明电极层（CN101702419A），采用ZnO纳米球作为掩膜沉积在透明电极层同时刻蚀ZnO和透明电极层形成粗化出光面（CN101740702A），采用SiO2纳米球作为掩膜刻蚀ITO透明电极表面形成无序粗化的出光窗口（CN202616283）。但这些方法存在掩膜材料不易获得，没有实现商业化和工艺后处理比较复杂等问题。 

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种新型出光结构的GaN基发光二极管，该发光二极管不仅能够提高器件的出光效率，而且能够改善器件尤其是大功率输入时的散热效率，明显降低结温。 

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：一种新型出光结构的GaN基发光二极管，包括在生长面设有多个凹形结构的衬底，衬底生长面依次生长有第一半导体载流子注入层、发光结构和第二半导体载流子注入层。 

所述衬底为蓝宝石衬底、SiC衬底或Si衬底。 

所述衬底为平面衬底或图形化衬底（即加工出具有图形化结构的衬底）。 

所述第二半导体载流子注入层上形成有与衬底对应的凹形结构。 

所述凹形结构为呈阵列分布的圆孔或凹槽，优选为呈阵列分布的圆孔。 

一种新型出光结构的GaN基发光二极管制作方法，包括如下两个步骤： 

1、凹形结构加工步骤：通过湿刻或干刻法在衬底生长面上形成有序分布的直径为5-10um凹形结构阵列。

2、外延层生长步骤：采用MOCVD(Metal-organiC、Chemical Vapor Deposition)方法在衬底上依次生长第一半导体载流子注入层、多量子阱结构和第二半导体载流子注入层。 

所述外延层生长步骤包括如下三个步骤： 

1、第一半导体载流子注入层生长步骤：先在400-600℃下在衬底上生长15-50nm的GaN缓冲层或在600-1000℃下在衬底上生长10-60nm的AlN缓冲层，再在900-1200℃下生长1.5-4um的本征GaN层（非掺杂或低掺杂浓度GaN层），然后在900-1200℃下生长1.5-4um的Si掺杂GaN层。

2、多量子阱结构生长步骤：该步骤包括如下子步骤： 

A、生长GaN层：将生长温度设定在700-900℃，反应器的压力为100-500Torr，通入10-60L的高纯氨气和10-90L的高纯氮气，通入流量为10-600sccm的三乙基镓，生长时间为20-600s；

B、生长InGaN层：将生长温度设定在700-900℃，反应器的压力为100-500Torr，通入10-60L的高纯氨气和10-90L的高纯氮气，通入流量为10-600sccm的三乙基镓，还通入流量为10-600sccm的三甲基铟，生长时间为20-600s；

C、重复A和B子步骤形成一个量子阱周期，生长2-15个周期的量子阱。