具有纳米级二氧化硅光栅钝化层的GaN基发光二极管及其加工方法技术

本发明专利技术公开了一种具有纳米级SiO2光栅钝化层的GaN基发光二极管及其加工方法，包括衬底和外延层，外延层包括AlN成核层、GaN缓冲层、n型GaN层、InGaN/GaN超晶格层、In0.16Ga0.84N多量子阱层、p‑AlGaN/GaN电子阻挡层和p型GaN层，刻蚀部分外延层至n型GaN层，外延层未刻蚀部分形成梳齿型凸起结构，刻蚀部分形成与之匹配的梳齿型凹槽结构；在p型GaN层上设置ITO层、SiO2钝化层和P电极，在刻蚀暴露出的n型GaN层上设置N电极，N电极与n型GaN层之间沉积有SiO2钝化层，凸起结构侧壁上沉积有SiO2钝化层；其中，ITO层和SiO2钝化层具有沿P电极或N电极的形状均匀分布的图形化通孔结构。本发明专利技术一方面对发光二极管表面进行保护，并限制漏电流的产生，同时对电流进行扩展，减小电流集聚，提高了出光效率。

GaN based light-emitting diode with nanometer silicon dioxide grating passivation layer and processing method thereof

The invention discloses a GaN-based light-emitting diode with a nano-scale SiO2 grating passivation layer and a processing method thereof, including a substrate and an epitaxial layer, which comprises an AlN nucleation layer, a GaN buffer layer, an n-type GaN layer, an InGaN/GaN superlattice layer, an In0.16Ga0.84N multi-quantum well layer, a p_AlGaN/GaN electronic barrier layer and a p-type GaN layer, and an etching part thereof. From the epitaxial layer to the n-type GaN layer, the non-etched part of the epitaxial layer forms a comb-type convex structure, and the etched part forms a comb-type groove structure; ITO layer, SiO2 passivation layer and P electrode are arranged on the p-type GaN layer, N electrode is arranged on the n-type GaN layer exposed by etching, and SiO2 passivation layer and convex layer are deposited between the N electrode and n-type GaN layer. SiO2 passivation layer is deposited on the side wall of the structure, and ITO layer and SiO2 passivation layer have a patterned through-hole structure with uniform distribution along the shape of P electrode or N electrode. On the one hand, the invention protects the surface of the light-emitting diode, limits the generation of the leakage current, expands the current, reduces the current concentration, and improves the light output efficiency.

【技术实现步骤摘要】
具有纳米级二氧化硅光栅钝化层的GaN基发光二极管及其加工方法
本专利技术属于半导体
，涉及一种具有纳米级SiO2光栅钝化层的高效率GaN基发光二极管结构及其加工方法。
技术介绍
GaN基发光二极管，尤其是蓝光发光二极管，因其具有发光效率高，使用寿命长特性，广泛应用于各种器件中，涉及照明领域、全色显示以及应用于生物、医疗、化工和光通信等领域，具有极大的市场潜力。而对其发光效率的提高和使用寿命的延长更是一个不断研究的话题。因其GaN(n＝2.5)，平滑的ITO(n＝2.08)和环境空气(n＝1)之间的界面处发生的全内反射限制了光提取效率，有意粗糙化LED表面可以提高LED的光提取效率。GaN基发光二极管，在其对外延片加工处理后，需要在芯片表面生长一层钝化层，防止芯片受到杂质的影响，减小漏电流和非辐射复合中心，同时隔绝p、N电极，防止短路。GaN基发光二极管，一般常用为水平和倒装结构。在本研究中的水平结构发光二极管，因其电流在水平方向扩展受到台阶的阻碍，造成电流在电极附近聚集，热量集中并且复合产生的光子易被电极吸收，导致发光二极管外量子效率和寿命大大减小。专利技术内容为克服现有技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有纳米级SiO2光栅钝化层的GaN基发光二极管，包括图形化蓝宝石衬底和外延层，其特征在于：所述外延层包括依次层状叠加在蓝宝石衬底上的AlN成核层、GaN缓冲层、n型GaN层、InGaN/GaN超晶格层、In0.16Ga0.84N多量子阱层、p‑AlGaN/GaN电子阻挡层和p型GaN层，刻蚀部分外延层至n型GaN层，外延层未刻蚀部分形成梳齿型凸起结构，刻蚀部分形成与之匹配的梳齿型凹槽结构；在p型GaN层上设置ITO层、SiO2钝化层和P电极，在刻蚀暴露出的n型GaN层上设置N电极，N电极与n型GaN层之间沉积有SiO2钝化层，凸起结构侧壁上沉积有SiO2钝化层；其中，所述ITO层上具...

【技术特征摘要】
1.一种具有纳米级SiO2光栅钝化层的GaN基发光二极管，包括图形化蓝宝石衬底和外延层，其特征在于：所述外延层包括依次层状叠加在蓝宝石衬底上的AlN成核层、GaN缓冲层、n型GaN层、InGaN/GaN超晶格层、In0.16Ga0.84N多量子阱层、p-AlGaN/GaN电子阻挡层和p型GaN层，刻蚀部分外延层至n型GaN层，外延层未刻蚀部分形成梳齿型凸起结构，刻蚀部分形成与之匹配的梳齿型凹槽结构；在p型GaN层上设置ITO层、SiO2钝化层和P电极，在刻蚀暴露出的n型GaN层上设置N电极，N电极与n型GaN层之间沉积有SiO2钝化层，凸起结构侧壁上沉积有SiO2钝化层；其中，所述ITO层上具有沿P电极形状均匀分布且垂直于ITO层的图形化通孔结构，所述SiO2钝化层具有沿P电极和N电极的形状均匀分布且垂直于SiO2钝化层的纳米级图形化通孔结构。2.根据权利要求1所述的具有纳米级SiO2光栅钝化层的GaN基发光二极管，其特征在于：所述ITO层上的图形化通孔结构为圆柱通孔。3.根据权利要求1所述的具有纳米级SiO2光栅钝化层的GaN基发光二极管，其特征在于：所述SiO2钝化层上的纳米级图形化通孔结构为圆柱、矩形或三角形通孔，通孔尺寸量级为亚波长级。4.一种权利要求1所述的具有纳米级SiO2光栅钝化层的GaN基发光二极管的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：(一)在衬底上生长外延层，然后利用ICP刻蚀部分外延层，暴露出n型GaN层，外延层未刻蚀部分形成梳齿型凸起结构，刻蚀部分形成与之匹配的梳齿型凹槽结构；(二)在p型GaN层上沉积ITO层，利用光刻和ICP技术在ITO层上刻蚀出图形化通孔结构；(三)在整体芯片表面沉积SiO2钝化层后，利用纳米压印技术在SiO2钝化层上刻蚀出图形化通孔结构；(四)使用电子束蒸镀技术在SiO2钝化层表面沿图形化通孔结构分别制备P电极和N电极。5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于：步骤(一)中，所述的衬底为图形化蓝宝石衬底，使用MOCVD生长外延层，其结构包括依次层状叠加在蓝宝石衬底上的AlN...

【专利技术属性】
技术研发人员：周圣军，赵杰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42