一种发光二极管芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种发光二极管芯片及其制备方法，发光二极管芯片包括：衬底以及依次沉积于衬底上的缓冲层

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管芯片及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体的
，具体地涉及一种发光二极管芯片及其制备方法
。

技术介绍

[0002]发光二极管由于其本身的特性，具有尺寸小
、
功耗低
、
亮度高
、
响应速度快
、
使用寿命长
、
可靠性高等优点
。
近年来，
GaN
基
LED
在固态照明等领域得到了广泛的应用
。
虽然目前
GaN
基
LED
的发光效率已经不低，但是研究如何进一步提高
LED
的发光效率仍有必要；
LED
的发光效率主要取决于内量子效率（
IQE
）和光提取效率（
LEE
），一方面，由于
GaN
的折射率远大于空气的折射率，大部分光线被反射回器件内部并产生了热量，不仅影响了
LED
的
LEE
，而且会缩短器件的使用寿命，采用表面粗化
、
光子晶体
、
倒装结构等方式可以有效的提高
LED
的
LEE
；另一方面，由于高密度的位错缺陷
、
晶格失配以及量子局限斯塔克效应的影响，导致室温下传统
GaN
基
LED
的
IQE
还存在提升空间，而提高
IQEr/>主要依赖
LED
材料质量的提升，但是材料质量的提升必然会使制作成本大大提高；目前，采用表面等离子体共振效应是提高
LED
的
IQE
的重要方式，当金属激发的表面等离子体的共振频率和
InGaN/GaN QWs
的发光频率一致时，金属和介质产生的表面等离极化激元（
SPP
）与量子阱相互耦合，可以将其
IQE
得到极大的提高；然而，由单一金属层覆盖的微纳米结构
LED
中，存在三个问题：
1.
金属层的衰减全反射和吸收损耗较大，导致
LED
顶层的光提取效率非常低；
2.
金属层和介质表面产生的
SPP
提取效率非常低；
3.
金属膜侧材料折射率的不对称分布导致光在金属膜中的传输效率低，这几个问题一直限制着表面等离激元
LED
发光效率的提高
。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种发光二极管芯片及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题
。
[0004]第一方面，本专利技术实施例提供以下技术方案，一种发光二极管芯片，包括衬底以及依次沉积于所述衬底上的缓冲层
、n
型
GaN
层
、
有源层与
p
型
GaN
层；所述
p
型
GaN
层上设有若干周期性间隔设置的纳米凹槽，所述纳米凹槽内设有
SiO2凹槽，所述
SiO2凹槽内设有第一
Ag
金属层，以在所述纳米凹槽内形成
Ag/SiO2核壳结构，所述
p
型
GaN
层未设置纳米凹槽的部位上依次设有
SiO2层与第二
Ag
金属层，以在所述
p
型
GaN
层上形成
SiO2‑
Ag
光栅，所述第一
Ag
金属层与所述第二
Ag
金属层上设有
ITO
层，所述
ITO
层与所述
n
型
GaN
层上设有电极层
。
[0005]相比现有技术，本申请的有益效果为：本申请通过在
p
型
GaN
层上刻蚀形成纳米凹槽，并通过在纳米凹槽内设置
SiO2凹槽，并在
SiO2凹槽内设置第一
Ag
金属层，以此可有效激发
SPP
并与有源层中的量子阱强烈耦合，极大地提高了发光二极管芯片的
IQE
，同时本专利技术通过在
p
型
GaN
层上设置
SiO2‑
Ag
光栅，可有效提高发光二极管芯片的
SPP
提取效率和
LEE
，又采用了
Ag/SiO2核壳结构来降低金属
Ag
和
p
型
GaN
层直接接触造成的吸收损耗，且本专利技术通
过设置
ITO
层，以此可增加出光面积进而提高发光二极管芯片的
LEE。
[0006]较佳的，所述
SiO2层的厚度范围为
50
Å‑
350
Å
。
[0007]较佳的，所述第一
Ag
金属层与所述第二
Ag
金属层的厚度范围均为
50
Å‑
350
Å
。
[0008]较佳的，所述
ITO
层的厚度范围为
1000
Å‑
3500
Å
。
[0009]较佳的，所述纳米凹槽底部与所述有源层之间的距离范围为
200
Å‑
500
Å
。
[0010]较佳的，所述电极层包括设于所述
ITO
层上的
p
型电极以及设于所述
n
型
GaN
层上的
n
型电极
。
[0011]较佳的，所述
p
型电极与所述
n
型电极材料均为
Cr/Al/Ti/Au。
[0012]较佳的，相邻两所述纳米凹槽之间的距离范围为
500nm
‑
3000nm。
[0013]较佳的，所述
ITO
层具体为
ITO
等腰三角形光栅
。
[0014]第二方面，本专利技术实施例还提供以下技术方案，一种发光二极管芯片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：提供一衬底，在所述衬底上依次沉积缓冲层
、n
型
GaN
层
、
有源层与
p
型
GaN
层；在所述
p
型
GaN
层上涂布纳米压印胶，使用纳米压印软膜在纳米压印胶上压印出周期性的纳米凹槽图案并固化成型；将固化成型后的纳米压印胶作为掩膜并采用电感耦合等离子体刻蚀技术在所述...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种发光二极管芯片，其特征在于，包括衬底以及依次沉积于所述衬底上的缓冲层
、n
型
GaN
层
、
有源层与
p
型
GaN
层；所述
p
型
GaN
层上设有若干周期性间隔设置的纳米凹槽，所述纳米凹槽内设有
SiO2凹槽，所述
SiO2凹槽内设有第一
Ag
金属层，以在所述纳米凹槽内形成
Ag/SiO2核壳结构，所述
p
型
GaN
层未设置纳米凹槽的部位上依次设有
SiO2层与第二
Ag
金属层，以在所述
p
型
GaN
层上形成
SiO2‑
Ag
光栅，所述第一
Ag
金属层与所述第二
Ag
金属层上设有
ITO
层，所述
ITO
层与所述
n
型
GaN
层上设有电极层
。2.
根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述
SiO2层的厚度范围为
50
Å‑
350
Å
。3.
根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一
Ag
金属层与所述第二
Ag
金属层的厚度范围均为
50
Å‑
350
Å
。4.
根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述
ITO
层的厚度范围为
1000
Å‑
3500
Å
。5.
根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述纳米凹槽底部与所述有源层之间的距离范围为
200
Å‑
500
Å
。6.
根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述电极层包括设于所述
ITO
层上的
p
型电极以及设于所述
n
型<...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦友林，鲁洋，张星星，林潇雄，胡加辉，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：