CN104377284B - 发光二极管及发光二极管制造方法 - Google Patents

发光二极管及发光二极管制造方法 Download PDF

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Abstract

一种发光二极管，包括蓝宝石基板，其表面形成有多个凸起。蓝宝石基板的具有凸起的表面上形成有未掺杂的GaN层。多个碳纳米管覆盖在未掺杂的GaN层的表面上，且相邻及交错的碳纳米管之间形成间隙以暴露出未掺杂的GaN层的部分表面。N型GaN层形成在未掺杂的GaN层的未被碳纳米管所覆盖的表面并侧向生长至覆盖所述碳纳米管。活性层以及P型GaN层依次形成在N型GaN层表面。所述碳纳米管可使到N型GaN层形成侧向生长，从而降低N型GaN层中的晶体缺陷。同时，由于碳纳米管的电阻率小于N型GaN层，其可使电流迅速扩散到N型GaN层的各个区域，从而提高了其的电流扩散性能。本发明还提供了一种发光二极管的制造方法。

Description

发光二极管及发光二极管制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，尤其涉及一种晶体品质较好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元件。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。
在发光二极管的生长过程中，如何降低发光二极管晶粒的晶体缺陷是人们需要考虑的问题。一种制备低缺陷的发光二极管晶粒的方法是采用图案化的蓝宝石基板。即，在蓝宝石基板上形成多个凸起，所述凸起可使到后续磊晶过程中半导体层形成侧向生长，从而降低发光二极管晶粒的晶体缺陷。然而，在上述过程中，直接在相邻两凸出部间的凹陷底部生长的磊晶层的缺陷仍然会在磊晶过程中向上延伸。并且，当采用图案化的蓝宝石基板时，缺陷容易集中在凸出部顶部的磊晶层中，从而对后续的磊晶层的成长造成影响。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种晶体品质较好的发光二极管及相应的发光二极管的制造方法。
一种发光二极管，包括：
蓝宝石基板，包括第一表面及与第一表面相对设置的第二表面，蓝宝石基板的第一表面形成有多个凸起；
未掺杂的GaN层，形成在蓝宝石基板的第一表面；
多个碳纳米管，覆盖在未掺杂的GaN层的表面，相邻及交错的碳纳米管之间形成间隙以暴露出未掺杂的GaN层的部分表面；
N型GaN层，形成在未掺杂的GaN层的未被碳纳米管所覆盖的表面并侧向生长至覆盖所述碳纳米管；
活性层，形成在N型GaN层表面；以及
P型GaN层，形成在活性层表面。
一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：
提供一个蓝宝石基板，其包括第一表面及与第一表面相对设置的第二表面，蓝宝石基板的第一表面形成有多个凸起；
在蓝宝石基板的具有凸起的表面生长未掺杂的GaN层；
在未掺杂的GaN层的表面覆盖多个碳纳米管，相邻及交错的碳纳米管之间形成间隙以暴露出未掺杂的GaN层的部分表面；
在未掺杂的GaN层的未被碳纳米管覆盖的表面生长N型GaN层，且所述N型GaN层侧向生长至覆盖所述碳纳米管；
在N型GaN层表面生长活性层；以及
在活性层表面生长P型GaN层。
在上述发光二极管及发光二极管的制造方法中，由于未掺杂的GaN层表面覆盖有多个碳纳米管，当在未掺杂的GaN层上生长N型GaN层的时候，所述碳纳米管可使到N型GaN层形成侧向生长，从而降低N型GaN层中的晶体缺陷，提高其晶体品质。同时，由于碳纳米管的电阻率小于N型GaN层，当发光二极管通电而发光时，所述碳纳米管可使电流迅速扩散到N型GaN层的各个区域，从而提高了发光二极管内部的电流扩散性能。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的发光二极管的结构示意图。
图2是本发明提供的发光二极管制造方法的第一个步骤。
图3是本发明提供的发光二极管制造方法的第二个步骤。
图4是本发明提供的发光二极管制造方法的第三个步骤。
图5是本发明提供的发光二极管制造方法的第四个步骤。
图6是本发明提供的发光二极管制造方法的第五个步骤。
图7是本发明提供的发光二极管制造方法的第六个步骤。
图8是本发明提供的发光二极管制造方法的第七个步骤。
主要元件符号说明
发光二极管 100
第一表面 111
第二表面 112
凸起 113
未掺杂的GaN层 120
表面 121
碳纳米管 130
间隙 131
N型GaN层 140
活性层 150
P型GaN层 160
蚀刻平台 170
P型电极 180
N型电极 190
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
以下参照图示，对本发明的发光二极管及发光二极管的制造方法进行进一步的说明。
请参见图1，本发明实施例提供的发光二极管100包括蓝宝石基板110、未掺杂的GaN层120、多个碳纳米管130、N型GaN层140、活性层150以及P型GaN层160。
所述蓝宝石基板110包括第一表面111以及与第一表面111相对设置的第二表面112。蓝宝石基板110的第一表面111上形成有多个凸起113。在本实施例中，每个凸起113横截面为半圆状。所述凸起113的横截面亦可为矩形、梯形、三角形或者其他多边形形状。
所述未掺杂的GaN层120形成在蓝宝石基板110的第一表面111上。在本实施例中，所述未掺杂的GaN层120生长至完全覆盖凸起113的顶部。
所述多个碳纳米管130覆盖在未掺杂的GaN层120远离蓝宝石基板110的表面121上。相邻两碳纳米管130之间形成有间隙131以暴露出未掺杂的GaN层120的部分表面。在本实施例中，每个碳纳米管130的管径约为20nm。各个碳纳米管130之间相互间隔及交错，且平铺于未掺杂的GaN层120的表面。
所述N型GaN层140自未被碳纳米管130覆盖的表面121开始以侧向生长的方式成长至覆盖所述碳纳米管130并且填满碳纳米管130之间的间隙131。
在N型GaN层140的表面依次生长活性层150以及P型GaN层160。本实施例中，所述活性层150为多量子阱层。
在上述发光二极管100中，由于蓝宝石基板110的表面形成有多个凸起113，当未掺杂的GaN层120形成在蓝宝石基板110的具有凸起113的表面时，所述未掺杂的GaN层120将形成侧向生长，从而降低未掺杂的GaN层120中的晶体缺陷。同时，由于未掺杂的GaN层120的表面形成有多个碳纳米管130，当N型GaN层140形成在未掺杂的GaN层120表面时，所述N型GaN层140将从未掺杂的GaN层120的未被碳纳米管130覆盖的表面121上开始生长，填满碳纳米管130之间的间隙然后侧向生长至覆盖碳纳米管130的顶部。上述侧向生长的过程可使N型GaN层140中的晶体缺陷进一步减少，从而改善N型GaN层140的晶体品质。并且，由于N型GaN层140中的晶体缺陷减少，后续生长的活性层150以及P型GaN层160中晶体缺陷也相应减少。同时，由于碳纳米管130的电阻率（约为10-4Ω/cm）小于N型GaN层140的电阻率（约为10-3Ω/cm），所述碳纳米管130可将来自N型电极190的电流迅速扩散至N型GaN层140的各个区域，从而提高了发光二极管100内部的电流分散性能。
本实施例中，所述发光二极管100上形成有蚀刻平台170，所述蚀刻平台170从P型GaN层160延伸至N型GaN层140以暴露出N型GaN层140的部分表面。P型GaN层160的表面形成有P型电极180，所述P型电极180与P型GaN层160形成电连接。所述N型GaN层140暴露的表面上形成有N型电极190，所述N型电极190与N型GaN层140形成电连接。此外，所述N型电极190与位于其下方的碳纳米管130之间的距离在0.3μm-0.5μm范围内，以使到N型电极190中的电流能迅速传递至碳纳米管130，然后通过碳纳米管130传递到N型GaN层140的各个区域。
本发明还提供了一种发光二极管100的制造方法，其包括以下步骤。
请参见图2，提供一个蓝宝石基板110。所述蓝宝石基板110包括第一表面111及与第一表面111相对设置的第二表面112。蓝宝石基板110的第一表面111上形成有多个凸起113。在本实施例中，每个凸起113横截面为半圆状。所述凸起113的横截面亦可为矩形、梯形、三角形或者其他多边形形状。
请参见图3，在蓝宝石基板110的具有凸起113的表面111上生长未掺杂的GaN层120。在本实施例中，所述未掺杂的GaN层120生长至完全覆盖凸起113的顶部。
请参见图4，在未掺杂的GaN层120的表面121上覆盖多个碳纳米管130。相邻两碳纳米管130之间形成有间隙131以暴露出未掺杂的GaN层120的部分表面。在本实施例中，每个碳纳米管130的管径约为20nm。各个碳纳米管130之间相互间隔及交错，且平铺于未掺杂的GaN层120的表面。
请参见图5，所述所述N型GaN层140自未被碳纳米管130覆盖的表面121开始以侧向生长的方式成长至覆盖所述碳纳米管130并且填满碳纳米管130之间的间隙131。
请参见图6，在N型GaN层140表面依次生长活性层150以及P型GaN层160。所述活性层150为多量子阱层。
本实施例中，在P型GaN层160生长完成之后，蚀刻P型GaN层160的部分区域并延伸至N型GaN层140以暴露出N型GaN层140的部分表面，如图7所示。
请参见图8，在P型GaN层160的表面制作P型电极180，所述P型GaN层160与P型GaN层160形成电连接。在N型GaN层140所暴露的表面制作N型电极190，所述N型电极190与N型GaN层140形成电连接。此外，所述N型电极190的底部与位于其下方的碳纳米管130的顶部之间的距离在0.3μm-0.5μm范围内。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种发光二极管，包括：
蓝宝石基板，包括第一表面及与第一表面相对设置的第二表面，蓝宝石基板的第一表面形成有多个凸起；
未掺杂的GaN层，形成在蓝宝石基板的第一表面；
多个碳纳米管，覆盖在未掺杂的GaN层的表面，相邻及交错的碳纳米管之间形成间隙以暴露出未掺杂的GaN层的部分表面；
N型GaN层，形成在未掺杂的GaN层的未被碳纳米管所覆盖的表面并侧向生长至覆盖所述碳纳米管，所述N型GaN层与所述碳纳米管周缘直接接触；
活性层，形成在N型GaN层表面；
P型GaN层，形成在活性层表面；以及
蚀刻平台，所述蚀刻平台从P型GaN层延伸至N型GaN层以暴露出N型GaN层的部分表面，P型GaN层的表面形成有P型电极，N型GaN层的暴露的表面形成有N型电极，所述N型电极的底部与位于N型电极下方的碳纳米管的顶部之间的距离在0.3μm-0.5μm范围内。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述碳纳米管的管径为20nm。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述碳纳米管相互交错间隔且平铺于未掺杂的GaN层的表面。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述活性层为多量子阱层。
5.一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：
提供一个蓝宝石基板，其包括第一表面及与第一表面相对设置的第二表面，蓝宝石基板的第一表面形成有多个凸起；
在蓝宝石基板的具有凸起的表面生长未掺杂的GaN层；
在未掺杂的GaN层的表面覆盖多个碳纳米管，相邻及交错的碳纳米管之间形成有间隙以暴露出未掺杂的GaN层的部分表面；
在未掺杂的GaN层的未被碳纳米管覆盖的表面生长N型GaN层，且所述N型GaN层侧向生长至覆盖所述碳纳米管，所述N型GaN层与所述碳纳米管周缘直接接触；
在N型GaN层表面生长活性层；
在活性层表面生长P型GaN层；以及
蚀刻P型GaN层的部分区域并延伸至N型GaN层以暴露出N型GaN层的部分表面，在P型GaN层的表面制作P型电极，在N型GaN层所暴露的表面制作N型电极；其中，所述N型电极的底部与碳纳米管的顶部之间的距离在0.3μm-0.5μm范围内。
6.如权利要求5所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述碳纳米管的管径为20nm。
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