利用氧化锌提高ＬＥＤ光提取效率的方法技术

一种利用氧化锌提高ＬＥＤ光提取效率的方法，包括以下步骤：步骤１：取一ＧａＮ基发光二极管外延片；步骤２：在ＧａＮ基发光二极管外延片的出光面上生长一层ＺｎＯ单晶薄膜；步骤３：利用湿法化学腐蚀的方法，腐蚀ＺｎＯ单晶薄膜的表面，使ＺｎＯ单晶薄膜的表面在位错处出现腐蚀坑；步骤４：光刻生长有ＺｎＯ单晶薄膜的ＧａＮ基发光二极管外延片，在ＧａＮ基ＬＥＤ外延片上形成重复的ＬＥＤ基本结构单元，刻蚀ＬＥＤ基本结构单元的一侧形成一台面，制作出ＬＥＤ的基本芯片结构；步骤５：在ＬＥＤ的基本芯片结构的台面上制作ｎ电极，在ＺｎＯ单晶薄膜的表面上或出光面上制作ｐ电极，完成器件的制作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于提高氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)光提取效率的方法，特别是在 GaN基LED表面上生长氧化锌薄膜后，利用氧化锌的位错腐蚀后形成的位错坑，作为一种表 面粗化技术，来提高发光二极管光提取效率的方法。
技术介绍
近些年来，氮化镓基发光二极管的发展迅猛，已成为固态照明的一个重要领域。然 而，LED的效率却受到诸多因素的限制，例如P-GaN的高电阻率而导致的ρ型电极下的电流 阻塞现象。目前，人们广泛采用薄层金属或ITO做透明导电膜，以增强电流扩展。而氧化锌 (ZnO)同前两者相比，具有很多优越的特性ΖηΟ的禁带宽度是3. 37ev，在近紫外和可见光 范围的透过性达80% ；ZnO的折射率在2. 0左右，小于ITO的折射率，使有源层发出的光更 易出射；在高温下ZnO更稳定，且比ITO更易刻蚀；锌蕴藏丰富，价格便宜，且无毒。目前， ZnO被广泛认为是取代薄层金属和ITO的理想的透明导电材料。ZnO做透明导电层，既能增 加电流扩展，提高内量子效率，又能通过表面粗化的工艺，减小全反射，增大光提取效率。然 而，目前对ZnO做透明导电层后的表面粗化工艺，研究得还很少。目前对于GaN基LED，通过表面粗化提高LED光提取效率的方法，大多是在P型GaN 上进行的。Seok-In Na, Ga-Young Ha, Dae-Seob Han 和 Seok-Soon Kim 等人在 Photonics Technology Letters, 18,2006, “Selectivewet etching of ρ-GaN for efficient GaN-based light-emitting diodes，，的文章中公开了用KOH乙烯乙二醇溶液腐蚀LED结构 的P-GaN表面，用于提高GaN基LED的光学和电学性质的方法。其主要步骤是M0CVD方法 生长GaN基LED，其上表面为ρ-GaN，用KOH乙烯乙二醇溶液腐蚀ρ-GaN表面，在表面形成直 径为0. 5-3. 7 μ m，深度为10-20nm的腐蚀坑，然后电子束蒸发金属到p-GaN表面，形成ρ电 极。通过这种方法使LED的光功率与未刻蚀的相比，提高了 29. 4%。但是，这种方法的缺点是(l)p-GaN层很薄，只有IOOnm左右，且本身的电阻率就 很大，在P-GaN上直接腐蚀后，更不利于电流的扩展和传导；(2) p-GaN的折射率较大，约为 2. 4，不利于光的出射。此外，Jinn-KongSheu，Y. S. Lu, Min-Lum Lee 和 W. C. Lai 等人在 Appl. Phys. Lett. , 90,2007, "Enhanced efficiency of GaN-basedlight-emitting diodes with periodic textured Ga-doped ZnO transparent contactlayer，，中提出了在 GaN 基 LED 的p-GaN上，首先电子束蒸发一层ΙΤ0，然后在ITO上用磁控溅射方法生长一层掺杂的ZnO， ITO/ZnO的总厚度为550nm。通过光刻，在ZnO上刻蚀出宽度为5 μ m，深度为370nm的ZnO 条，其功率效率与未刻蚀的相比，提高了 45%。但整个工艺过程复杂，成本高昂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种利用氧化锌提高LED光提取效率的方法，该方法可 以大幅度的提高LED的光提取效率，该方法最大的优点是工艺简单，原料成本低廉，且可重复性好。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供一种利用氧化锌提高LED光提取效率的方法，包括以下步骤步骤1 取一 GaN基发光二极管外延片；步骤2 在GaN基发光二极管外延片的出光面上生长一层ZnO单晶薄膜；步骤3 利用湿法化学腐蚀的方法，腐蚀ZnO单晶薄膜的表面，使ZnO单晶薄膜的 表面在位错处出现腐蚀坑；步骤4 光刻生长有ZnO单晶薄膜的GaN基发光二极管外延片，在GaN基LED外延 片上形成重复的LED基本结构单元，刻蚀LED基本结构单元的一侧形成一台面，制作出LED 的基本芯片结构；步骤5 在LED的基本芯片结构的台面上制作η电极，在ZnO单晶薄膜的表面上或 出光面上制作P电极，完成器件的制作。其中生长ZnO单晶薄膜，是采用金属源汽相外延的方法，该方法中 采用的源材料是金属锌和去离子水，金属锌和去离子水的反应方程式为 Zn(v)+H2O(V)^ZnO(S)+H2(V)。其中生长ZnO单晶薄膜，是采用金属有机气相外延、分子束外延或原子层外延的 方法。其中ZnO单晶薄膜的生长厚度为200nm-10 μ m。其中湿法化学腐蚀的腐蚀液为KOH水溶液，腐蚀温度为40°C -80°C，腐蚀时间为 10min_70mino其中利用KOH水溶液对ZnO单晶薄膜腐蚀，腐蚀后的表面腐蚀坑密度为1 AS 1 A9 -210 -10 cm ο 附图说明为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明，其中图1至图3是本专利技术设计的器件结构制作流程的剖面示意图。图4是用本专利技术的方法一个实施例的结果示意图。具体实施例方式请参阅图1至图3所示，本专利技术提供一种利用氧化锌提高LED光提取效率的方法， 包括以下步骤步骤1 取一 GaN基发光二极管外延片10 (图1)，其中GaN基LED外延片的基本结 构包括蓝宝石衬底、GaN缓冲层、η型GaN、量子阱、电子阻挡层以及ρ型GaN层；步骤2 在GaN基发光二极管外延片10的出光面11上生长一层ZnO单晶薄膜 12 (图2)；其中在GaN基LED外延片的基本结构上外延生长ZnO的方法，是采用金属源汽 相外延(MVPE)的方法，该方法中采用的源材料是金属锌和去离子水，金属锌和去离子水的 反应方程式为Zn(v)+H20(v)oZn0(s)+H2(v)，该反应是一个可逆反应。通过不断的排除尾气并调整源材料和载气的流量，来控制反应达到动态平衡，使金属Zn和H2O源源不4断的反应，在GaN基LED外延片的基本结构上生长ZnO外延膜12。此方法的优点是生长温 度低，不会影响GaN基LED材料性能；生长速率快；方法简单，成本低，有利于形成产业化技 术。该方法可生长厚度在200nm-10 μ m的ZnO薄膜，有利于电流在LED中的横向扩展。此外，还可以采用金属有机气相外延、分子束外延、原子层外延等方法生长ZnO薄 膜12。步骤3 利用湿法化学腐蚀的方法，腐蚀ZnO单晶薄膜12的表面，使ZnO单晶薄 膜12的表面在位错处出现腐蚀坑，其中湿法化学腐蚀的腐蚀液为KOH水溶液，腐蚀温度为 400C -80°C，腐蚀时间为10min-70min。腐蚀后在原子力显微镜下，可以观察到ZnO表面有 一系列大小不等的腐蚀坑，腐蚀坑呈六角形(参见图2)，密度为108-109cm_2。这些大小深度 不等的腐蚀坑，减小了有源层发出的光在LED表面的全反射几率，有利于提高关提取效率。 腐蚀后ZnO表面的腐蚀坑密度与位错有以下的对应关系a) ZnO表面的腐蚀坑密度与通过XRD计算的ZnO的位错密度在同一量级，一个腐蚀 坑可能对应与一个位错。b)ZnO表面的腐蚀坑根据直径和深度可以划分为3类，即大、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用氧化锌提高ＬＥＤ光提取效率的方法，包括以下步骤：步骤１：取一ＧａＮ基发光二极管外延片；步骤２：在ＧａＮ基发光二极管外延片的出光面上生长一层ＺｎＯ单晶薄膜；步骤３：利用湿法化学腐蚀的方法，腐蚀ＺｎＯ单晶薄膜的表面，使ＺｎＯ单晶薄膜的表面在位错处出现腐蚀坑；步骤４：光刻生长有ＺｎＯ单晶薄膜的ＧａＮ基发光二极管外延片，在ＧａＮ基ＬＥＤ外延片上形成重复的ＬＥＤ基本结构单元，刻蚀ＬＥＤ基本结构单元的一侧形成一台面，制作出ＬＥＤ的基本芯片结构；步骤５：在ＬＥＤ的基本芯片结构的台面上制作ｎ电极，在ＺｎＯ单晶薄膜的表面上或出光面上制作ｐ电极，完成器件的制作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘祯，段垚，王晓峰，曾一平，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]