CN104617207B - 一种发光二极管led及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管LED及其制造方法，属于半导体技术领域。所述LED包括改为：具有磁性的基板和在所述基板上形成的外延层，所述外延层包括依次层叠在所述基板上的N型层、发光层、P型层，所述外延层上开设有从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽，所述P型层上设有P型电极，所述N型层上设有N型电极。本发明通过设置具有磁性的基板，在LED内形成一个磁场，当LED通电时，根据霍尔效应，P型层的空穴和N型层的电子均受到洛伦兹力而朝向外延层周边的一侧偏转，使得P型层的空穴和N型层的电子在洛伦兹力的作用下均匀分布在外延层周边的一侧，分散了外延层中的电流，结合LED芯片电极设计，提高了LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管LED及其制造方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种半导体发光器件，被广泛用于指示灯、显示屏等。白光LED是继白炽灯和日光灯之后的第三代电光源，白光LED的能耗仅为白炽灯的八分之一，荧光灯的二分之一，寿命可长达十万小时，对于普通家庭照明可谓“一劳永逸”。
现有的LED包括衬底和层叠在衬底上的外延层，外延层包括依次层叠在衬底上的N型层、发光层、P型层，外延层上开设有从P型层延伸到N型层的凹槽，P型层上设有P型电极，N型层上设有N型电极。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
外延层为半导体，P型电极和N型电极一般为导体，导体的载流子(包括电子和空穴)迁移率远大于半导体，为了分散外延层中的电流，使得外延层中的载流子均匀分布，通常将P型电极和/或N型电极设计为包括一个靠近外延层周边的接点和至少一个与该接点电连接的条形区段，一个电极(P型电极或N型电极)的条形区段自该电极的接点向外延伸并朝向另一个电极的接点。由于电极(P型电极和N型电极)采用了吸光材料，条形区域在增加了电流扩展的情况下，也同时吸收了外延层发出的光，降低了LED的发光效率。
发明内容
为了解决现有技术由于条形区域吸收外延层发出的光而降低LED发光效率的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管LED及其制造方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管LED，所述LED包括具有磁性的基板和在所述基板上形成的外延层，所述基板产生的磁场方向与所述LED各层的形成方向平行，所述外延层包括依次层叠在所述基板上的N型层、发光层、P型层，所述外延层上开设有从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽，所述P型层上设有P型电极，所述N型层上设有N型电极；
所述P型电极包括接点和与所述接点电连接的条形区段，所述条形区段自所述接点向外延伸，所述条形区段、所述接点、以及载流子由于所述基板产生的磁场在所述LED通电后偏转的区域三者形成近似U型的弧线。
在本发明一种可能的实现方式中，所述基板包括采用粘合胶键合的磁性基板和蓝宝石衬底，或者，所述基板包括磁性基板和采用磁控溅射技术生长在所述磁性基板上的AlN薄膜。
可选地，所述磁性基板采用钐钴磁体、钕铁硼磁铁、铁氧体磁铁、铝镍钴磁铁、铁铬钴磁铁中的一种或多种制成。
可选地，所述磁性基板的厚度为100-500μm。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管LED的制造方法，所述制造方法包括：
在具有磁性的基板上依次生长N型层、发光层、P型层，形成外延层；
在所述外延层上开设从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽；
在所述P型层上设置P型电极，在所述N型层上设置N型电极；
其中，所述基板产生的磁场方向与所述LED各层的形成方向平行，所述P型电极包括接点和与所述接点电连接的条形区段，所述条形区段自所述接点向外延伸，所述条形区段、所述接点、以及载流子由于所述基板产生的磁场在所述LED通电后偏转的区域三者形成近似U型的弧线。
在本发明一种可能的实现方式中，所述制造方法还包括：
采用粘合胶键合磁性基板和蓝宝石衬底，形成具有磁性的基板；或者，
采用磁控溅射技术在磁性基板上生长AlN薄膜，形成具有磁性的基板。
可选地，所述磁性基板采用钐钴磁体、钕铁硼磁铁、铁氧体磁铁、铝镍钴磁铁、铁铬钴磁铁中的一种或多种制成。
可选地，所述磁性基板的厚度为100-500μm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过设置具有磁性的基板，在LED内形成一个磁场，当LED通电时，根据霍尔效应，P型层的空穴和N型层的电子均受到洛伦兹力而朝向外延层周边的一侧偏转，使得P型层的空穴和N型层的电子在洛伦兹力的作用下均匀分布在外延层周边的一侧，分散了外延层中的电流，促进了电流的扩展，LED芯片更容易发光，而且，P型电极和N型电极不需要为了扩展电流而设置条形区段，减少了电极采用的吸光材料的使用，进而减少了P型电极和N型电极对发光层发出的光的吸收，结合LED芯片电极设计，提高了LED的发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的P型电极和N型电极的示意图；
图3是本发明实施例一提供的P型层的空穴的受力示意图；
图4是本发明实施例一提供的N型层的电子的受力示意图；
图5是本发明实施例二提供的一种发光二极管的制造方法的流程图；
图6a-图6c是本发明实施例二提供的制造发光二极管的过程中发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管，参见图1，该发光二极管包括具有磁性的基板1和在基板1上形成的外延层，基板1产生的磁场方向与LED各层的形成方向平行，外延层包括依次层叠在基板1上的N型层2、发光层3、P型层4，外延层上开设有从P型层4延伸到N型层2的凹槽，P型层4上设有P型电极5，N型层2上设有N型电极6。
在本实施例一种实现方式中，基板1可以包括采用粘合胶键合的磁性基板和蓝宝石衬底。
具体地，粘合胶可以采用硅胶或环氧树脂制成。
具体地，粘合胶的厚度可以为10-200微米。
在本实施例另一种实现方式中，基板1包括磁性基板和采用磁控溅射技术生长在磁性基板上的AlN薄膜。
具体地，AlN薄膜的厚度可以为1-1000nm。
具体地，AlN薄膜的的生长温度可以为300-1200℃。
可选地，磁性基板可以采用钐钴磁体、钕铁硼磁铁、铁氧体磁铁、铝镍钴磁铁、铁铬钴磁铁中的一种或多种制成。
可选地，磁性基板的厚度可以为100-500μm。
在本实施例又一种实现方式中，P型电极5可以包括接点11和与该接点电连接的条形区段12，条形区段12自接点11向外延伸。
优选地，参见图2，条形区段12、接点11、以及载流子由于基板产生的磁场在LED通电后偏转的区域13三者形成近似U型的弧线。
需要说明的是，虽然上述实现方式中也设置了条形区段，但是若要实现上述实现方式所达到的电流扩展效果，需要设置两条条形区段，这两条条形区段和接点三者形成近似U型的弧线，而上述实现方式只采用一条条形区段就实现了，相比之下，还是减少了电极采用的吸光材料的使用，进而减少了P型电极对发光层发出的光的吸收，提高了LED的发光效率。
在本实施例的又一种实现方式中，P型电极5可以采用Au、Al、Cu、Ag、Fe、Ti、Cr、Pt中的一种或多种制成，N型电极6可以采用Au、Al、Cu、Ag、Fe、Ti、Cr、Pt中的一种或多种制成。
下面结合图2-图4对本发明实施例如何实现电流的扩展进行简单说明：
图3为P型层的空穴的受力示意图，图4为N型层的电子的受力示意图，图3和图4中B表示磁性基板产生的磁场，v表示载流子(图3为空穴，图4为电子)的运动方向(与N型电极和P型电极的设置位置有关，例如在图1中，P型电极设置在外延层周边的右侧，N型电极设置在外延层周边的右侧，则空穴的运动方向为图3所示的从外延层周边的左侧向外延层周边的右侧，电子的运动方向为图4所示的从外延层周边的右侧向外延层周边的左侧)，F表示洛伦兹力。从图3和图4可以看出，在磁场的作用下，根据霍尔效应，P型层的空穴和N型层的电子在洛伦兹力的作用下均向外延层周边的前侧偏转，均匀分布在外延层周边的前侧，扩展了外延层周边的前侧的电流，因此不需要在外延层周边的前侧上设置条形区段，如图2所示。图2中实线表示外延层上设置的接点和条形区段(P型电极和N型电极)，虚线表示去掉的条形区段。从图2可以看出，本发明实施例提供的发光二极管的条形区段减少了，P型电极采用的吸光材料减少了，P型电极对发光层发出的光的吸收减少了，LED的发光效率提高了。
本发明实施例通过设置具有磁性的基板，在LED内形成一个磁场，当LED通电时，根据霍尔效应，P型层的空穴和N型层的电子均受到洛伦兹力而朝向外延层周边的一侧偏转，使得P型层的空穴和N型层的电子在洛伦兹力的作用下均匀分布在外延层周边的一侧，分散了外延层中的电流，促进了电流的扩展，LED芯片更容易发光，而且，P型电极和N型电极不需要为了扩展电流而设置条形区段，减少了电极采用的吸光材料的使用，进而减少了P型电极和N型电极对发光层发出的光的吸收，结合LED芯片电极设计，提高了LED的发光效率。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管的制造方法，应用于制造实施例一提供的一种发光二极管，参见图5，该制造方法包括：
步骤201：在具有磁性的基板上依次生长N型层、发光层、P型层，形成外延层。
图6a为步骤201执行之后的LED的结构示意图。其中，1表示具有磁性的基板，2表示N型层，3表示发光层，4表示P型层。
在本实施例一种实现方式中，该制造方法还可以包括：
采用粘合胶键合磁性基板和蓝宝石衬底，形成具有磁性的基板。
具体地，粘合胶可以采用硅胶或环氧树脂制成。
具体地，粘合胶的厚度可以为10-200微米。
在本实施例另一种实现方式中，该制造方法还可以包括：
采用磁控溅射技术在磁性基板上生长AlN薄膜，形成具有磁性的基板。
具体地，AlN薄膜的厚度可以为1-1000nm。
具体地，AlN薄膜的的生长温度可以为300-1200℃。
可选地，磁性基板可以采用钐钴磁体、钕铁硼磁铁、铁氧体磁铁、铝镍钴磁铁、铁铬钴磁铁中的一种或多种制成。
可选地，磁性基板的厚度可以为100-500μm。
步骤202：在外延层上开设从P型层延伸到N型层的凹槽。
图6b为步骤202执行之后的LED的结构示意图。其中，1表示具有磁性的基板，2表示N型层，3表示发光层，4表示P型层。
步骤203：在P型层上设置P型电极，在N型层上设置N型电极。
图6c为步骤203执行之后的LED的结构示意图。其中，1表示具有磁性的基板，2表示N型层，3表示发光层，4表示P型层，5表示P型电极，6表示N型电极。
可选地，P型电极可以采用Au、Al、Cu、Ag、Fe、Ti、Cr、Pt中的一种或多种制成，N型电极可以采用Au、Al、Cu、Ag、Fe、Ti、Cr、Pt中的一种或多种制成。
可选地，P型电极可以包括接点和与该接点电连接的条形区段，条形区段自该接点向外延伸。
优选地，条形区段、接点、以及载流子由于磁性基板产生的磁场在LED通电后偏转的区域三者形成近似U型的弧线。
本发明实施例通过设置具有磁性的基板，在LED内形成一个磁场，当LED通电时，根据霍尔效应，P型层的空穴和N型层的电子均受到洛伦兹力而朝向外延层周边的一侧偏转，使得P型层的空穴和N型层的电子在洛伦兹力的作用下均匀分布在外延层周边的一侧，分散了外延层中的电流，促进了电流的扩展，LED芯片更容易发光，而且，P型电极和N型电极不需要为了扩展电流而设置条形区段，减少了电极采用的吸光材料的使用，进而减少了P型电极和N型电极对发光层发出的光的吸收，结合LED芯片电极设计，提高了LED的发光效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种发光二极管LED，其特征在于，所述LED包括具有磁性的基板和在所述基板上形成的外延层，所述基板产生的磁场方向与所述LED各层的形成方向平行，所述外延层包括依次层叠在所述基板上的N型层、发光层、P型层，所述外延层上开设有从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽，所述P型层上设有P型电极，所述N型层上设有N型电极；
所述P型电极包括接点和与所述接点电连接的条形区段，所述条形区段自所述接点向外延伸，所述条形区段、所述接点、以及载流子由于所述基板产生的磁场在所述LED通电后偏转的区域三者形成近似U型的弧线。
2.根据权利要求1所述的LED，其特征在于，所述基板包括采用粘合胶键合的磁性基板和蓝宝石衬底，或者，所述基板包括磁性基板和采用磁控溅射技术生长在所述磁性基板上的AlN薄膜。
3.根据权利要求2所述的LED，其特征在于，磁性基板采用钐钴磁体、钕铁硼磁铁、铁氧体磁铁、铝镍钴磁铁、铁铬钴磁铁中的一种或多种制成。
4.根据权利要求2或3所述的LED，其特征在于，所述磁性基板的厚度为100-500μm。
5.一种发光二极管LED的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
在具有磁性的基板上依次生长N型层、发光层、P型层，形成外延层；
在所述外延层上开设从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽；
在所述P型层上设置P型电极，在所述N型层上设置N型电极；
其中，所述基板产生的磁场方向与所述LED各层的形成方向平行，所述P型电极包括接点和与所述接点电连接的条形区段，所述条形区段自所述接点向外延伸，所述条形区段、所述接点、以及载流子由于所述基板产生的磁场在所述LED通电后偏转的区域三者形成近似U型的弧线。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：
采用粘合胶键合磁性基板和蓝宝石衬底，形成具有磁性的基板；或者，
采用磁控溅射技术在磁性基板上生长AlN薄膜，形成具有磁性的基板。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述磁性基板采用钐钴磁体、钕铁硼磁铁、铁氧体磁铁、铝镍钴磁铁、铁铬钴磁铁中的一种或多种制成。
8.根据权利要求6或7所述的制造方法，其特征在于，所述磁性基板的厚度为100-500μm。
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