[發明專利]高效發光二極管及其制造方法

有效

• 申請號: 201380010283.1
• 申請日: 2013-02-18
• 公開（公告）號: CN104285307A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 金彰淵;趙大成;南基范;金永郁;柳宗均;下山謙司;城市隆秀;栗原香
• 申請（專利權）人: 首爾偉傲世有限公司
• 主分類號: H01L33/22
• 分類號: H01L33/22;H01L33/36;H01L33/46;H01L33/32
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 韓芳;譚昌馳

技術領域

本發明涉及一種發光二極管及其制造方法，更具體地，涉及一種利用氮化鎵基底作為生長基底的高效發光二極管及其制造方法。

背景技術

通常，由于諸如氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)等的第III族元素的氮化物具有優異的熱穩定性和直接躍遷能帶結構，因此它們作為可見區和紫外區的發光裝置的材料而受到極大的關注。具體地講，已在諸如大尺寸全彩色平板顯示器、交通燈、室內照明、高密度光源、高分辨率輸出系統、光學通訊等的各種應用中使用利用氮化鎵銦的藍光發射裝置和綠光發射裝置。

由于難以制造在其上可生長氮化物半導體層的均質基底，因此，通過諸如金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)等工藝在具有相似的晶體結構的異質基底上生長第III族元素的氮化物半導體層。已經主要使用了具有六方結構的藍寶石基底作為異質基底。近來，已經開發出這樣的技術：通過在諸如藍寶石的異質基底上生長諸如氮化物半導體層的外延層，將支撐基底結合到外延層，并利用激光剝離技術分離異質基底等，從而制造具有垂直結構的高效發光二極管。由于諸如藍寶石的異質基底與在其上生長的外延層具有不同的物理性質，因此可利用它們之間的界面容易地分離生長基底。

然而，生長在異質基底上的外延層由于與生長基底的晶格失配以及熱膨脹系數的差異而具有相對高的位錯密度。已知生長在藍寶石基底上的外延層通常具有1E8/cm²或更大的位錯密度。具有高位錯密度的外延層在改善發光二極管的發射效率方面存在著局限性。

此外，由于與例如350μm×350μm或1mm²的發射面積相比，外延層的總厚度(幾微米)非常薄，因此難以使電流擴散。此外，將在高電流下操作發光二極管的情況與在低電流下操作發光二極管的情況相比，電流集中在位錯處，導致內量子效率降低的下降(droop)現象。

發明內容

技術問題

本發明的一個目的在于提供一種具有垂直結構的高效發光二極管。

本發明的另一目的在于提供一種能夠減小下降的高效發光二極管。

本發明的另一目的在于提供一種具有改善的電流擴散性能的高效發光二極管。

本發明的又一目的在于提供一種具有改善的光提取效率的高效發光二極管。

技術方案

本發明提供一種高效有機發光二極管及其制造方法。根據本發明的示例性實施例，提供了一種發光二極管，所述發光二極管包括：支撐基底；半導體堆疊結構，設置在支撐基底上，并包括氮化鎵基p型半導體層、氮化鎵基活性層和氮化鎵基n型半導體層；反射層，設置在支撐基底與半導體堆疊結構之間，其中，半導體堆疊結構包括具有截錐體形狀的多個突出以及形成在突出的頂表面上的細錐體。

可選地，半導體堆疊結構包括彼此間隔開的多個凹陷以及形成在凹陷之間的突起部的表面上的細錐體來取代具有截錐體形狀的突起。

半導體堆疊結構可以形成為具有5×10⁶/cm²或更小的位錯密度。通過半導體層的晶體質量和低位錯密度，發光二極管在350mA時表現出小于20％的下降。半導體堆疊結構可以由生長在氮化鎵基底上的半導體層形成。

可以以蜂窩形狀布置突起。由于具有截錐體形狀的突起可以彼此鄰近，因此底部為尖頭的V形凹槽可以形成在突起之間的區域內。突起的底表面可具有六邊形形狀。

突起的平均高度可超過3μm，細錐體的平均高度可以為1μm或更小。細錐體可以僅設置在突起的頂表面上。

根據本發明的另一示例性實施例，提供了一種發光二極管，所述發光二極管包括：支撐基底；半導體堆疊結構，設置在支撐基底上，包括氮化鎵基p型半導體層、氮化鎵基活性層和氮化鎵基n型半導體層；反射層，設置在支撐基底與半導體堆疊結構之間，其中，半導體堆疊結構形成為具有5×10⁶/cm²或更小的位錯密度。

半導體堆疊結構可包括多個突起和形成在突起的頂表面上的細錐體。

根據本發明的另一個示例性實施例，提供了一種制造發光二極管的方法，所述方法包括下述步驟：通過在氮化鎵基底上生長包括氮化鎵基n型半導體層、氮化鎵基活性層和氮化鎵基p型半導體層的半導體層來形成半導體堆疊結構；在半導體堆疊結構上形成支撐基底；去除氮化鎵基底。

所述方法還可包括：通過蝕刻半導體堆疊結構的通過去除氮化鎵基底而暴露的表面來形成具有細錐體的多個突起，其中，多個突起具有截錐體形狀。