一种基于倒装结构的LED发光装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于倒装结构的LED发光装置，其特征在于，包括自下而上顺序叠接的分布式布拉格反射镜DBR、氧化铟锡ITO缓冲层、P极光栅层、多量子阱MQW层、N极光栅层和蓝宝石衬底Sapphire层，在蓝宝石衬底Sapphire层朝外的上表面上设有一组呈均匀阵列状分布的呈圆锥状的SiO2锥体，其中，分别在N极光栅层、P极光栅层的外缘相同位置处分别设有N电极N

【技术实现步骤摘要】
一种基于倒装结构的LED发光装置


[0001]本技术涉及光通信
，尤其是利用倒装LED结构解决出光效率以及散热问题，具体是一种基于倒装结构的LED发光装置。

技术介绍

[0002]发光二极管LED(light emitting diode，简称LED)是近几年迅速崛起的半导体固态发光器件，与传统的白炽灯、荧光灯等比较，具有体积小、耐震动性好、结构紧凑、发热少、亮度高、发光响应速度快、寿命长、工作电压低等优点。但是，在使用过程中发现，LED仍然存在一些影响应用的问题，其中最主要的就是光提取效率低的问题。导致LED光提取效率低的主要原因是LED中GaN材料和周围空气的折射率相差过大，当光线由光密介质材料GaN入射到空气时会发生全反射，为了提高GaN层与空气全反射的临界角，很多研究人员提出了不同的方法,如：表面粗化技术、亚波长光栅技术、LED倒装技术、制作蛾眼形结构的仿生技术、光子晶体技术等，其中倒金字塔型LED可以解决衬底与空气折射率差异导致的全发射，出光效率提高1.22倍。倒装LED结构可解决芯片出光效率低的问题，同时可解决散热性差的问题。较之于正装结构，通过背面发光而没有金属屏蔽从而提高其出光特性、直接金属电极散热而不是蓝宝石衬底，从而提高其散热性和可靠性。
[0003]目前市面上量产的GaN基LED主要是正装和垂直结构，LED倒装技术是将蓝宝石衬底改为出光面，这就避免了P
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GaN层上电极层对光子的吸收。倒装LED结构通过背面发光而没有金属屏蔽从而提高其出光特性，较之于目前市面上量产的正装结构可解决芯片出光效率低的问题，同时可解决散热性差的问题；直接金属电极散热而不是蓝宝石衬底，从而提高其散热性和可靠性。
[0004]对于传统正装结构,为了提升P
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GaN层的电流均匀性，在P
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GaN上蒸镀金属电极用于提升电流扩展，由于金属电极由不透明材料制成，会造成金属屏蔽效应，从而造成芯片出光效率过低，此外，蓝宝石材料热导率很低，所以不利于芯片散热。正装结构LED内部横向电流扩展效应，易引起电流拥挤现象；垂直结构虽然可以解决金属电极同侧的问题，但是制备工艺复杂，产品良率低。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于倒装结构的LED发光装置。这种装置能避免金属屏蔽效应，光学参数更容易匹配，能提高LED发光效率、散热性能好。
[0006]实现本技术目的的技术方案是：
[0007]一种基于倒装结构的LED发光装置，包括自下而上顺序叠接的分布式布拉格反射镜DBR(Distributed Bragg Reflection，简称DBR)、氧化铟锡ITO缓冲层、P极光栅层、多量子阱MQW层、N极光栅层和蓝宝石衬底Sapphire层，在蓝宝石衬底Sapphire层朝外的上表面上设有一组呈均匀阵列状分布的呈圆锥状的SiO2锥体，其中，分别在N极光栅层、P极光栅层
的外缘相同位置处分别设有N电极N
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nad和P电极P
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nad。
[0008]所述呈均匀阵列状分布的呈圆锥状的SiO2锥体呈6
×
6阵列，其中SiO2锥体的球面直径为60nm，SiO2锥体通过有序的SiO2纳米球配合ICP刻蚀技术来纹理蓝宝石表面，在这种方法中，旋转SiO2纳米球用作牺牲干蚀刻掩模，制备圆锥型表面的蓝宝石衬底：首先，用50nm厚的聚苯乙烯PS(Polystyrene)层覆盖蓝宝石表面以固定SiO2纳米球，然后通过将其暴露于紫外线将表面亲水化辐射，在水和氨的存在下，通过在醇介质中水解四乙基原硅酸盐TEOS(Tetraethyl orthosilicate)，根据方法合成单分散SiO2纳米颗粒，采用将氨、TEOS和水的浓度分别设定为0.1、17.0和0.2mol/L，将SiO2粒子的大小控制在60nm，通过SEM(Scanning Electron Microscope)测量得到的SiO2颗粒，直径为60nm的SiO2纳米球在蓝宝石表面进旋压铸造，然后在160℃退火10分钟，将SiO2纳米球嵌入SiO2层，将样品放入压力0.667Pa和Cl2(7.5sccm)和BCl3(30sccm)的混合物的多重ICP(STS)设备下进行蚀刻干，蓝宝石的蚀刻速率为100nm/min，从本质上讲，球形SiO2作为掩模通过ICP刻蚀牺牲其厚度在蓝宝石中产生不同的蚀刻深度，从而制备成圆锥型结构，从而形成了圆锥型蓝宝石衬底。
[0009]所述蓝宝石衬底Sapphire层的厚度为100
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600nm。
[0010]优选地蓝宝石衬底Sapphire层的厚度为130nm，蓝宝石衬底层的厚度对表面光栅倒装LED光提取效率有影响，蓝宝石衬底厚度对表面光栅倒装LED光提取效率的影响与N
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GaN层厚度对表面光栅光提取效率的影响是类似的，都是因为蓝宝石衬底厚度对F
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P腔驻波、光栅与导模的耦合强度有影响,当蓝宝石衬底厚度为130nm时，由于光栅与LED中导模的耦合作用强，所以更多的导模被引导到LED的光提取角中，使得更多的能量被提取出来。
[0011]所述N极光栅层为N
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GaN层，N
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GaN层的厚度为100nm，当蓝宝石衬底Sapphire层的厚度在100
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600nm之间以10nm为间隔均匀变化时，表面光栅倒装LED光提取效率出现周期性振荡，但是振荡峰却随着厚度的增加而减小，光提取效率从厚度等于100nm时的30.98％下降到厚度等于600nm时的25.86％，只有N
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GaN层厚度为100nm时，光栅与LED内导模的耦合强度最大。
[0012]所述P极光栅层为P
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GaN层，P
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GaN层的厚度为100
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300nm。
[0013]优选地P
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GaN层的厚度为220nm，当P
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GaN层的厚度在100～300nm之间以10nm为间隔均匀变化时，倒装LED和表面光栅倒装LED光提取效率均呈周期性变化，当P
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GaN层为220nm时，倒装LED和表面光栅LED的光提取效率均达到最大。
[0014]N极光栅层和P极光栅层，均采用金属光栅结构，不仅可以有效的提高LED内量子效率，而且可以增强外量子效率，氮化镓(GaN)是一种无机物，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙(direct bandgap)的半导体，可以用在高功率、高速的光电元件中，LED模型采用GaN光栅。
[0015]所述N电极N
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nad由蒸镀金属制作成N型电极，材质为砷或锑或磷。
[0016]所述P电极P
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nad由蒸镀金属制作成P型电极，材质为硼或铟或镓，作为LED注入电流端。
[0017]所述分布式布拉格反射镜DBR是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于倒装结构的LED发光装置，其特征在于，包括自下而上顺序叠接的分布式布拉格反射镜DBR、氧化铟锡ITO缓冲层、P极光栅层、多量子阱MQW层、N极光栅层和蓝宝石衬底Sapphire层，在蓝宝石衬底Sapphire层朝外的上表面上设有一组呈均匀阵列状分布的呈圆锥状的SiO2锥体，其中，分别在N极光栅层、P极光栅层的外缘相同位置处分别设有N电极N
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nad和P电极P
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nad。2.根据权利要求1所述的基于倒装结构的LED发光装置，其特征在于，所述呈均匀阵列状分布的呈圆锥状的SiO2锥体呈6
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6阵列，其中SiO2锥体的球面直径为60nm。3.根据权利要求1所述的基于倒装结构的LED发光装置，其特征在于，所述蓝宝石衬底Sapphire层的厚度为100
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600nm。4.根据权利要求3所述的基于倒装结构的LE...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓春兰，朱君，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：新型
国别省市：