一种纳米结构出光面半导体发光二极管制造技术

本实用新型专利技术涉及半导体光电子器件制造技术领域，尤其涉及一种纳米结构出光面的半导体发光二极管ＬＥＤ。本实用新型专利技术是在常规ＬＥＤ的ＧａＰ层（２）上表面没有Ｐ型电极（１１）的表层刻蚀出纳米级的凹凸结构层面；也可以在凹凸结构层面和Ｐ型电极（１１）的上表面上再覆盖一层铟锡氧化物ＩＴＯ导电膜（１０），再在覆盖有铟锡氧化物ＩＴＯ导电膜（１０）的Ｐ型电极上制备同结构Ｐ型电极（１１）。本实用新型专利技术具有减少光反射，提高器件性能，可以用于各种半导体发光二极管等特点。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体光电子器件制造
，尤其涉及一种纳米结构 出光面的半导体发光二极管LED,适合于多种波长的LED,如红光、蓝光、绿 光LED等。技术背景半导体发光二极管由于其节能、环保和长寿等优点，广泛应用于彩色显示、 照明领域，是新一代的照明革命。目前发光管内量子效率足够高，但是外量子效 率不高，如何使得在半导体有源区内产生的光子充分逸出是当前提高LED亮度 的重要途径之一。由于制备发光二极管的半导体材料与空气的折射率差值大，导致光的出射角 度小且界面反射率高。如果取发光二极管的半导体材料的折射率在3.6左右，则这种半导体与空气交界的临界角为《=sin—'(l/n，) 《 16.2° ，入射角大于临界角时形成全反射。就在4;r立体角内各向均匀发射的复合发光而=，临界角内的光只占(l-cos《)/2 0.02。临界角内的光还会有三分之一被表面反射回内部。被反射回去的光如果不能从其他的表面出射，就会在LED内部被吸收。大量的光损失在 LED内部，致使LED的外量子效率低。针对上述原迈，人们采用表面半导体材料的微结构再构的方法，利用散射及 衍射原理改变光在界面出光的方向，使原来要被反射回LED的光逸出LED。目前 大多采用的是光刻膜版法和湿法腐蚀。光刻膜版法受到光刻版尺寸的限制，普通 光刻做不到纳米级的尺寸，电子束光刻可以达到纳米级，但其成本大大增加。湿 法腐蚀的方法受到半导体表面材料晶格结构的限制，另外会受到其掺杂浓度和生 长质量的影响，可重复性不高。
技术实现思路
本技术的目的是减少由于光在出光表面的反射造成的光损失，提供一种 纳米结构出光面半导体发光二极管，克服出光面的内反射，同时利用铟锡氧化物 (ITO)或金属电极结构，增加注入电流的扩展，提高出光率的同时降低成本。本技术所提供的一种纳米结构出光面半导体发光二极管，包括有在衬底 (7)上依次向上生长的布拉格反射层DBR(6)、N型下限制层(5)、多量子有源区(4)、 P型上限制层(3)和磷化镓GaP层(2)， GaP层(2)上表面制备的P型电极，衬底(7) 的下表面制备有N型电极(8)，本技术的特征在于，在所述的GaP层的上表 面没有P型电极的表层刻蚀出纳米级的凹凸结构层面；也可以在凹凸结构层面和 P.型电极的上表面上再覆盖一层铟锡氧化物ITO导电膜(10)，再在覆盖有铟锡 氧化物ITO导电膜(10)的P型电极上制备相同结构P型电极(ll)。所述的凹凸层面的凹凸部分按周期T规律分布，所述的周期是指从第一个 凹入层面的第一个切入点到第二个凹入面的第一个切入点为止，周期为 150~500,。所述的凹凸层面的凸出部分的截面设置为立锥型、圆柱型和栅型；从凸出部 分的最低点到凸出部分最高点的高度H为300 1000nm，其中圆柱型和栅型的直 径D为50~300nm。所述的P型电极为金属框架的ffl字格结构，田字格的中心设有一个与田字格 框架相连通的金属圆点。所述的纳米级的范围是50 1000nm。本技术的纳米结构出光面半导体发光二极管，具有以下优点 本技术的纳米结构出光面，破坏出光界面的反射条件，减少光反射，使 得光可以较之常规出光面逸出成倍增加，大大提高器件性能。在GaP层上表面 的凹凸结构层面上沉积ITO导电膜后，可使电流在凹凸结构层面扩展均匀，弥 补了凹凸结构横向电流受阻隔的问题。另外ITO的透明特点使得光可以更多地 从发光二极管的'内部逸出。Fl字格结构的P型电极扩大了 P型欧姆接触的范围， 可以使注入的载流子像在金属中那样快速扩展均匀，使得有源区的发光面积增 加，平均单位面积的电流密度增加，即产生更多的光子。附图说明图1、现有半导体发光二极管的结构示意图图2、本技术的纳米结构出光面半导体发光二极管结构示意图a、具 有纳米级的凹凸结构层面的半导体发光二极管结构示意图b、在凹凸结构层面和P型电极的上表面覆盖有铟锡氧化物ITO导电膜的半 导体发光二极管结构示意图图3、本技术的具有纳米级的凹凸结构层面的半导体发光二极管结构示 意图a凹凸结构层面的凸出部分的截面设置为立锥型的半导体发光二极管结构 示意图；b凹凸结构层面的凸出部分的截面设置为栅型的半导体发光二极管结构 示意图；C凹凸结构层面的凸出部分的截面设置为圆柱型的半导体发光二极管结 构示意图图4、 P电极图形a现有P型电极图形；b本技术的金属框架田字格结 构的P型电极图形1、 P型电极，2、 GaP层，3、上限制层，4、有源区，5、下限制层，6、 40周 期的布拉格反射层DBR， 7、衬底，8、 N型电极，9、上表面刻蚀出纳米级的凹 凸结构层面的GaP层，9-1、凹凸层面的凸出部分的截面设置为立锥型的GaP层， 9-2、凹凸层面的凸出部分的截面设置为栅型的GaP层，9-3、凹凸层面的凸出部 分的截面设置为圆柱型的GaP层，10、铟锡氧化物ITO导电膜层，11、金属框 架的田字格结构'P型电极，T、周期，H高度，D直径具体实施方式.下面结合图1~4说明本技术实施方式。 对比例制备现有红光LED，如图1所示1) 在衬底7上采用金属有机物化学气相沉积MOCVD设备依次生长40周期的 AlGaAs/AlAs复合布拉格反射层DBR 6、 N型下限制层5、多量子有源区4、 P 型上限制层3和GaP层2， GaP层2的厚度为8pm;2) 在GaP层2的上表面制备P型电极1，电极大小为100famX lOOpm，电极图形 如图4a所示；3) 将衬底7减薄，在衬底7上溅射金属AuGeNiAu形成N型电极8后，进行退 火处理，温度为435。C，时间为40s;4) 解理，烧结，压焊。使用光强测试设备对红光LED进行测试、在20mA恒流下，电压平均值为51.95V，光强为103mcd，光功率为2.345mW。 实施例l1) 在衬底7上采用金属有机物化学气相沉积MOCVD设备依次生长40周 期的AlGaAs/AlAs复合布拉格反射层DBR 6、 N型下限制层5、多量子有源区4、 P型上限制层3和GaP层2， GaP层2的厚度为8pm;2) 在GaP层2上表面制备金属框架的田字格结构的P型电极，平面图形如图4b所示，电极大小为300//w X300/zw;3) 使用等离子体增强化学气相沉积法PECVD在GaP层2的上表面生长厚 度为200A的Si02介质层；4) 在Si02介质层上溅射Au薄层，功率为57.7W，时间为22s， Au薄层的 厚度为30A，放入具有N2气环境的退火炉中，温度为30(TC，时间为2min， Au薄层组装成AU纳米颗粒；5) ICP干法刻蚀Si02介质层和GaP层2，刻蚀时间为4min,在GaP层2 的上表面没有P型电极的表层刻蚀出纳米级立锥型结构，立锥型结构的周期T 为150nm,高度H为300nm;6) 用HF漂掉剩余的Si02介质层和Au纳米颗粒；7) 将衬底7减薄，在衬底7上溅射金属AuGeNiAu形成N型电极8后，进 行退火处理，温度为400'C，时间为40s;8) 解理、烧结、压焊。使用光强测试设备对凹凸结构层面的凸出部分为立锥型的半导体红光发光 二极管进行测试。在20mA恒流下，电压平均值为1.96V，光强为132.5mcd，光 功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米结构出光面半导体发光二极管，包括有在衬底（７）上依次向上生长的布拉格反射层ＤＢＲ（６）、Ｎ型下限制层（５）、多量子有源区（４）、Ｐ型上限制层（３）和磷化镓ＧａＰ层（２），ＧａＰ层（２）上表面制备的Ｐ型电极，衬底（７）的下表面制备有Ｎ型电极（８），本实用新型的特征在于，在所述的ＧａＰ层的上表面没有Ｐ型电极的表层刻蚀出纳米级的凹凸结构层面；也可以在凹凸结构层面和Ｐ型电极的上表面上再覆盖一层铟锡氧化物ＩＴＯ导电膜（１０），再在覆盖有铟锡氧化物ＩＴＯ导电膜（１０）的Ｐ型电极上制备相同结构Ｐ型电极（１１）。

【技术特征摘要】
1.一种纳米结构出光面半导体发光二极管，包括有在衬底(7)上依次向上生长的布拉格反射层DBR(6)、N型下限制层(5)、多量子有源区(4)、P型上限制层(3)和磷化镓GaP层(2)，GaP层(2)上表面制备的P型电极，衬底(7)的下表面制备有N型电极(8)，本实用新型的特征在于，在所述的GaP层的上表面没有P型电极的表层刻蚀出纳米级的凹凸结构层面；也可以在凹凸结构层面和P型电极的上表面上再覆盖一层铟锡氧化物ITO导电膜(10)，再在覆盖有铟锡氧化物ITO导电膜(10)的P型电极上制备相同结构P型电极(11)。2. 根据权利要求1所述的一种纳米结构出光面半导体发光二极管，其特征在于， 所述的凹凸层面的凹凸部分按周期T规律分布，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹德恕，徐丽华，李建军，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]