CN104347766A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管，包括基板及形成于所述基板上的一半导体结构，所述半导体结构内形成有呈矩阵设置的多个第一通孔及第二通孔，所述第一通孔与第二通孔为接触重迭且交错的排列。本发明中所述第一通孔及第二通孔与半导体之间的折射率差异使到半导体结构内设置有第一通孔及第二通孔区域内的光线易发生反射，从而使所述半导体结构位于第一通孔及第二通孔的边界处具有光反射功能，当半导体结构产生的光线发射方向为朝向基板时，这些光线遇到导体结构位于第一通孔及第二通孔的边界后，因空气与半导体结构的材料之间的折射系数差异而使光线朝向背离基板折射并继而出射，从而提高发光二极管的光萃取效率。本发明还包括所述发光二极管的制造方法。

Description

发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，尤其涉及一种光萃取效率高的发光二极管及相应的发光二极管的制造方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种可将电流转换成特定波长范围的光电半导体组件。发光二极管以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，从而可作为光源而广泛应用于照明领域。
传统的发光二极管包括一基板、依次生长在基板上的N型氮化镓层、有源层及P型氮化镓层，二电极分别形成在P型氮化镓层及N型氮化镓层上。有源层发出的部分光线穿过P型氮化镓层而向外出射，另一部分光线，如朝向基板的光线在发光二极管内部损耗，如此，便降低了发光二极管的光萃取效率。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有良好的光萃取效率的发光二极管及其制造方法。
一种发光二极管，包括基板及形成于所述基板上的一半导体结构，所述半导体结构内形成有呈矩阵设置的多个第一通孔及第二通孔，所述第一通孔与第二通孔为接触重迭但交错的排列。
一种发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
提供所述基板及多个第一碳纳米管及第二碳纳米管，将多个第一碳纳米管及第二碳纳米管间隔的平铺于该基板表面，其中，所述第一碳纳米管与所述第二碳纳米管为接触重迭且交错的排列；
于第一碳纳米管及第二碳纳米管上形成半导体结构，所述半导体结构自所述第一碳纳米管及第二碳纳米管之间的间隙以侧向成长方式并将第一碳纳米管及第二碳纳米管包覆直至所述半导体结构的表面平坦；
利用激光辐射所述半导体结构，使其内部的第一碳纳米管及第二碳纳米管转化成二氧化碳气体溢出，从而形成分别形成第一通孔及第二通孔。
与现有技术相比，本发明中所述第一通孔及第二通孔与半导体之间的折射率差异使到半导体结构内设置有第一通孔及第二通孔区域内的光线易发生反射，从而使所述半导体结构位于第一通孔及第二通孔的边界处具有光反射功能，当半导体结构产生的光线发射方向为朝向基板时，这些光线遇到导体结构位于第一通孔及第二通孔的边界后，因空气与半导体结构的材料之间的折射系数差异而使光线朝向背离基板折射并继而出射，从而提高发光二极管的光萃取效率。
下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的发光二极管的立体结构示意图。
图2至图3为图1所述发光二极管制造过程中所得发光二极管半成品的结构示意图。
主要元件符号说明
基板 10
未掺杂的氮化镓层 20
第一通孔 21
第二通孔 23
N型氮化镓层 30
有源层 40
P型氮化镓层 50
电极 60
第一碳纳米管 70
第二碳纳米管 80
发光二极管 100
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
如图1所示，本发明较佳实施例的发光二极管100包括一基板10及形成于所述基板10上的一半导体结构。所述半导体结构包括依次形成于所述基板10上的一未掺杂的氮化镓层20、一N型氮化镓层30、一有源层40以及一P型氮化镓层50。
在本实施例中，所述基板10由蓝宝石制成，所述有源层40为多量子阱层。所述未掺杂的氮化镓层20的尺寸与基板10的尺寸相当、完全覆盖所述基板10的上表面且其边缘分别与基板10对应的边缘共面。利用蚀刻方式自上而下蚀刻部分P型氮化镓层50、部分有源层40，从而使部分N型氮化镓层30裸露。二电极60分别设置在P型氮化镓层50与N型氮化镓层30的裸露区域。
所述未掺杂的氮化镓层20内形成有呈矩阵设置的多个第一通孔21及第二通孔23。所述第一通孔21与第二通孔23为接触重迭且交错的排列。其中，所述第一通孔21沿未掺杂的氮化镓层20的横向方向间隔设置且贯穿所述未掺杂的氮化镓层20的相对两侧；所述第二通孔23位于第一通孔21的上方并沿未掺杂的氮化镓层20的纵向方向间隔设置且贯穿所述未掺杂的氮化镓层20的相对两端。所述第二通孔23的底端与所述第一通孔21的顶端连通设置。所述第一通孔21及第二通孔23均为圆柱状的纵长孔。第一通孔21的底端与所述未掺杂的氮化镓层20的底面平齐并被所述基板10的上表面所述封闭。所述第二通孔23位于所述未掺杂的氮化镓层20的高度方向上的中部。所述第一通孔21的孔径与第二通孔23的孔径相近，并且每一第一通孔21及每一第二通孔23的孔径均在10~40纳米之间，优选的，每一第一通孔21及每一第二通孔23的孔径均为20纳米。所述第一通孔21及第二通孔23内的空气与未掺杂的氮化镓层20之间的折射率差异使到达未掺杂的氮化镓层20的第一通孔21及第二通孔23的边界处的光线易发生反射，从而使所述未掺杂的氮化镓层20位于第一通孔21及第二通孔23的边界处具有光反射功能，当有源层40产生的光线发射方向为朝向基板10时，这些光线遇到未掺杂的氮化镓层20与第一通孔21及第二通孔23所形成的界面, 因空气与氮化镓材料之间的折射系数差异而使光线折射往P型氮化镓层50，继而自P型氮化镓层50出射，从而提高发光二极管100的光萃取效率。
请参阅图2及图3，所述发光二极管100的制造方法包括如下步骤：
提供所述基板10，利用凡得瓦尔力将多个第一碳纳米管70及第二碳纳米管80平铺于该基板10表面。其中，所述第一碳纳米管70与所述第二碳纳米管80为接触重迭但交错的排列。具体的，所述第一碳纳米管70间隔铺设在所述基板10的顶面，所述第二碳纳米管80间隔铺设在所述第一碳纳米管70的顶端，所述第一碳纳米管70沿基板10的横向铺设，其相对两端与所述基板10的相对两侧平齐。所述第二碳纳米管80沿基板10的纵向铺设，其相对两端与所述基板10的相对两端平齐。所述第一碳纳米管70及第二碳纳米管80均为圆柱体，所述第一碳纳米管70及第二碳纳米管80的直径相近，并且每第一碳纳米管70及第二碳纳米管80的直径均在10~40纳米之间，优选的，每第一碳纳米管70及第二碳纳米管80的直径均为20纳米。
于第一碳纳米管70及第二碳纳米管80上形成所述半导体结构。其中，一未掺杂的氮化镓层20自所述第一碳纳米管70及第二碳纳米管80之间的间隙以侧向成长方式并将第一碳纳米管70及第二碳纳米管80包覆直至所述氮化镓层20表面平坦，继而继续生长形成一N型氮化镓层30、一有源层40以及一P型氮化镓层50。
本实施例中，可利用辐射强度为0.15~10W/cm2的激光辐射所述未掺杂的氮化镓层20，使其内部的第一碳纳米管70及第二碳纳米管80转化成二氧化碳气体溢出，从而形成所述第一通孔21及第二通孔23。
通常，所述基板10与所述未掺杂的氮化镓层20之间相互分离的辐射强度为4000~5000 W/cm2，因此，本发明中，将所述第一碳纳米管70与所述第二碳纳米管80转化成二氧化碳的过程中，因激光的辐射强度小，从而并不影响所述基板10与所述未掺杂的氮化镓层20之间的稳定性。
此外，本发明中，由于利用第一碳纳米管70及第二碳纳米管80铺陈在基板10表面然后以侧向生长方式生成所述半导体结构，从而提高磊晶品质，降低晶格缺陷，使得制成后的发光二极管100的发光效率提升。
对于本领域的技术人员来说可以做本发明技术构思内做其它变化，但是，根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管，包括基板及形成于所述基板上的一半导体结构，其特征在于：所述半导体结构内形成有呈矩阵设置的多个第一通孔及第二通孔，所述第一通孔与第二通孔为接触重迭且交错的排列。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述半导体结构具有未掺杂的氮化镓层，所述第一通孔及第二通孔形成于所述未掺杂的氮化镓层内，并且所述第一通孔沿未掺杂的氮化镓层的横向方向离间隔设置，所述第二通孔位于第一通孔的上方并沿未掺杂的氮化镓层的纵向方向间隔设置。
3.如权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：所述第一通孔贯穿所述未掺杂的氮化镓层的相对两侧，所述第二通孔贯穿所述未掺杂的氮化镓层的相对两端。
4.如权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述第二通孔的底端与所述第一通孔的顶端连通设置。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述每一第一通孔及每一第二通孔的孔径在10~40纳米之间。
6.如权利要求5所述的发光二极管，其特征在于：所述每一第一通孔及每一第二通孔的孔径均为20纳米。
7.一种发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
提供所述基板及多个第一碳纳米管及第二碳纳米管，将多个第一碳纳米管及第二碳纳米管间隔的平铺于该基板表面，其中，所述第一碳纳米管与所述第二碳纳米管为接触重迭且交错的排列；
于第一碳纳米管及第二碳纳米管上形成半导体结构，所述半导体结构自所述第一碳纳米管及第二碳纳米管之间的间隙以侧向成长方式并将第一碳纳米管及第二碳纳米管包覆直至所述半导体结构的表面平坦；
利用激光辐射所述半导体结构，使其内部的第一碳纳米管及第二碳纳米管转化成二氧化碳气体溢出，从而形成分别形成第一通孔及第二通孔。
8.如权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述激光辐射强度为0.15~10W/cm2。
9.如权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述第一碳纳米管及第二碳纳米管均为圆柱体，其直径均在10~40纳米之间。
10.如权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述每第一碳纳米管及第二碳纳米管的直径均为纳米。
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