一种渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构，是在传统LED结构的表面制备具有渐变折射率的纳米结构与微透镜阵列从而提高传统LED芯片出光效率。该新型的LED结构包括衬底，形成与衬底上的非掺杂GaN层、形成于所述非掺杂GaN层上的n掺杂GaN层、形成于所述n掺杂GaN层上的多量子阱层，形成于所述多量子阱层上的p掺杂GaN层、形成于所述p掺杂GaN层上的ITO透明电极层、形成于所述ITO透明电极层上的纳米结构，所述的纳米结构包括ITO纳米柱阵列、在ITO纳米柱阵列间隙的聚苯乙烯材料和在表面的微透镜阵列结构。本实用新型专利技术提供的新型高效率LED结构，与其他结构相比，出光效率显著提高。

A Gradient Refractive Index Nanostructure Combined with Nanolens LED Structure

【技术实现步骤摘要】
一种渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构
本技术涉及一种发光二极管，特别是涉及一种一种渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构。
技术介绍
作为传统灯具的替代产品，固态半导体照明光源发展前景广阔,被誉为新一代的光源[Science308,1274-1278(2005)]。近年来，氮化物半导体器件特别是发光二极管(Lightemittingdiode，LED)照明器件取得了重大的进展，已经广泛应用于白光照明、指示灯、信号和彩色显示等领域[PhotonicsResearch3,184(2015)]。然而，LED要发展成为一种高质量的通用性的光源，完全替代其他光源,还需要解决提高光效,降低成本,降低芯片发热量,提高LED使用寿命等问题,而这些问题全部都受到LED外量子效率(externalquantumefficiency，EQE)比较低的制约[ActaMaterialia61,945-951(2013)]。LED的EQE由内量子效率(internalquantumefficiency，IQE)和萃取效率(lightextractionefficiency，LEE)决定[PhysicsReports498,189-241(2011)]。近年来,通过改善有源区的结构与生长方式,IQE获得较大的提升,据报道，InGaN/GaN量子阱LED的IQE可以达到90％以上[AppliedPhysicsLetters94,023101(2009)]。然而，由于氮化物LED材料与空气具有较大的折射率差，只有少数的光子能逃逸到空气中，大多数其他的光子在界面发生全反射，被材料再吸收或者形成波导模，导致LED的LEE依然较低，这限制了LED的应用与发展。
技术实现思路
为了解决前述的出光率问题，本技术提供一种渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构，通过渐变折射率介质减少菲涅耳透射损耗，设计微透镜阵列纳米结构增大光输出临界角，能有效提高传统LED芯片出光效率。一种渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构，包括衬底，形成与衬底上的非掺杂GaN层、形成于非掺杂GaN层上的n掺杂GaN层、形成于n掺杂GaN层上的多量子阱层，形成于多量子阱层上的p掺杂GaN层、形成于p掺杂GaN层上的ITO透明电极层、形成于ITO透明电极层上的纳米结构，纳米结构包括ITO纳米柱阵列、在ITO纳米柱阵列间隙的聚苯乙烯(PS)材料和在表面的聚苯乙烯PS微透镜阵列结构。新型高效率LED结构为近紫外LED，其发光波长为400nm，ITO纳米柱阵列的每个纳米柱为圆锥形，纳米柱的周期为900-1000nm，纳米柱的高度为150nm，纳米柱的直径为700-800nm。ITO纳米柱阵列的间隙内填有聚苯乙烯PS材料，聚苯乙烯PS材料的厚度约为160nm。在聚苯乙烯PS材料的表面制备有周期性的聚苯乙烯PS纳米透镜阵列，纳米透镜周期约为400-500nm，纳米透镜约为半球形，纳米透镜的半径约为400-500nm。衬底为蓝宝石衬底。采用以上技术方案，本技术取得了以下技术效果：(1)本技术提供与传统LED相比，出光效率显著提高。(2)由于近紫外LED其发光波长为400nm，纳米柱为圆锥形，纳米柱的周期为900-1000nm，纳米柱的高度为150nm，纳米柱的直径为700-800nm，聚苯乙烯PS材料的厚度约为160nm，纳米透镜的半径约为450nm，周期约为450nm，可以将近紫外LED的出光效率提高1.4倍。附图说明图1为本新型高效率LED结构的其中一种示意图；其中：101、蓝宝石衬底；102、非掺杂GaN；103、n掺杂GaN；104、多量子阱；105、p掺杂GaN；106、铟锡金属氧化物(ITO)；107、镀p厚金；109、聚苯乙烯PS材料；110、ITO纳米柱阵列；111、n厚金；112、微透镜阵列。图2是在新型高效率LED结构的表面制备渐变折射率和表面为透镜阵列结构时，与无结构样品的出光强度的比值曲线图，其中x轴为发光波长，y轴为增强倍数。具体实施方式下面结合附图1和2，对本技术进一步说明。本新型高效率LED结构如图1：在蓝宝石衬底101上沉积一层非掺杂GaN102，再生长一层n掺杂GaN103，然后生长多量子阱104，最后生长p掺杂GaN105。沉积一定厚度的铟锡金属氧化物(ITO)106作为透明电极，然后再进行常规的加电极处理，例如涂光刻胶，第一次曝光，湿刻ITO，ICP刻GaN台阶，去胶，再涂光刻胶，第二次曝光，镀p厚金107和n厚金111等。本技术是先制备渐变折射率介质，然后再制备纳米透镜阵列，可以有效地提高LED的出光效率。为了表明该方法的有效性，我们进行数值模拟。图2是在新型高效率LED结构的表面制备渐变折射率和表面为透镜阵列结构时与无结构样品的出光强度的比值，其中x轴为发光波长，y轴为增强倍数。例如对于发光波长为400nm的近紫外LED，图2的增强倍数为1.4，可以有效地提高LED的出光效率。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例，并非对本专利技术作任何形式上的限制，凡是未脱离本专利技术技术方案内容，依据本专利技术的技术实质所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本专利技术技术方案的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构，包括LED本体,其特征在于：所述LED本体依次包括衬底、非掺杂GaN层、n掺杂GaN层、多量子阱层、p掺杂GaN层、ITO透明电极层和纳米结构层，所述纳米结构层包括ITO纳米柱阵列、在所述ITO纳米柱阵列间隙的聚苯乙烯PS材料和在所述纳米结构层表面的聚苯乙烯PS微透镜阵列结构。

【技术特征摘要】
1.一种渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构，包括LED本体,其特征在于：所述LED本体依次包括衬底、非掺杂GaN层、n掺杂GaN层、多量子阱层、p掺杂GaN层、ITO透明电极层和纳米结构层，所述纳米结构层包括ITO纳米柱阵列、在所述ITO纳米柱阵列间隙的聚苯乙烯PS材料和在所述纳米结构层表面的聚苯乙烯PS微透镜阵列结构。2.根据权利要求1所述的渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构，其特征在于：所述LED本体为近紫外LED，其发光波长为400nm。3.根据权利要求1所述的渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构，其特征在于：所述ITO纳米柱阵列的每个纳米柱为圆锥形，所述ITO纳米柱阵列的每个纳米柱的周期为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈湛旭，万巍，陈泳竹，林家勇，何影记，
申请(专利权)人：广东技术师范学院，
类型：新型
国别省市：广东,44