高亮度LED制造技术

本实用新型专利技术提供了一种高亮度LED，包含有自下而上依次排列的衬底、N-有源层、量子阱、P-有源层和P-电极层，并在N-有源层上设有N-电极，其中：所述P-电极为铟锡氧化物电极，在所述P-电极与P-有源层的交界面上设有表面等离子金属结构，所述的表面等离子金属结构，是在P-电极的下表面设有等间距排布的圆柱状盲孔的阵列，并在该每个盲孔中填充有金属棒；在所述N-有源层与衬底交界面上设有光子晶体结构，所述的光子晶体结构，是在N-有源层的下表面设有等间距排布的圆柱状盲孔的阵列，该盲孔为空气孔。采用上述结构的本实用新型专利技术的LED，其光提取率提高到了30%以上。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术有关于一种LED芯片，特别是一种垂直结构的LED芯片。
技术介绍
LED (Light Emitting Diode，发光二极管)是近年来照明技术发展的新方向，目前 LED技术发展中遇到的问题是，光在LED内部的提取效率很低。如图1所示，为现有技术中 LED的结构示意图，其是在衬底5上，向上依次生长有N-有源层4、量子阱3、P-有源层2和 P-电极层1，并在N-有源层上设有N-电极6。从光学角度来说，该结构类似于多层介质膜， 有源层对应的制备LED的半导体材料如GaN以及蓝宝石衬底与空气之间的折射率差太大， 一般在2. 3-3. 3之间，导致有源区产生的光在不同的折射率材料界面发生临界角较小的全 反射而不能导出芯片，直至被全部吸收，如图2的光路图所示。这就意味着LED从电转化到 光的很大一部分光能得不到充分利用，更不利于LED散热，从而导致寿命变短。一般情况 下，单面LED的光的提取率仅仅为4%。如何克服全反射的瓶颈，提高LED的光提取率，提高 LED的亮度是目前的研究热点。目前采取的提高LED管芯片的光提取率的方法有1.改变芯片的几何外形， 减少光在芯片内部的传播路程，降低光的吸收损耗。2.粗化半导体芯片的表面，使光 在粗糙的半导体表面和空气界面发生散射，增加光的提取率。3.用ITO (铟锡氧化物 Indium-Tin-Oxide)电极代替传统的金属电极增加光的透射机会，这样的光提取率可以达 到15%以上。4.禾Ij用光子晶体结构增加光的提取率，可以使光的提取率达到10%以上。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种能够有效提高LED芯片的光提取率，从而提高 LED亮度的改进LED。为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案一种高亮度LED，包含有自下而上依次排列的衬底、N-有源层、量子阱、P-有源层 和P-电极层，并在N-有源层上设有N-电极，其特征在于所述P-电极为铟锡氧化物电极，在所述P-电极与P-有源层的交界面上设有表面 等离子金属结构，所述的表面等离子金属结构，是在P-电极的下表面设有等间距排布的圆 柱状盲孔的阵列，并在该每个盲孔中填充有金属棒；在所述N-有源层与衬底交界面上设有光子晶体结构，所述的光子晶体结构，是在 N-有源层的下表面设有等间距排布的圆柱状盲孔的阵列，该盲孔为空气孔。如上所述的LED，其中，所述金属棒为银棒。如上所述的LED，其中，所述金属棒的直径优选为70-90nm，高优选为30-50nm。如上所述的LED，其中，相邻两个金属棒的间距优选为350-450nm。如上所述的LED，其中，相邻两个空气孔的间距优选为700-900nm，每个空气孔的 直径优选为0. 75-0. 85倍间距，空气孔的高优选为200-400nm。本技术的有益效果为本技术采用在半导体上的ITO电极(P-电极)内部加入表面等离子金属结构， 并在LED的另一侧的N-有源层上，加入光子晶体结构。加入这两种结构后，使本技术 的LED的光提取率提高到30%以上，是金属电极LED的光的提取率的7倍-8倍，是ITO电 极LED的光的提取率的2倍。附图说明图1为现有技术中LED的结构示意图。图2为光在现有LED内部反射和折射的光路图。图3为本技术的高亮度LED的结构示意图。图4为本技术高亮度LED中的表面等离子金属结构在P-电极层内的排布示 意图。图5为光子晶体结构的截面图。具体实施方式本技术提供一种高亮度LED芯片。如图3所示的本技术的高亮LED结构 示意图，其是在一层衬底5上，自下而上依次排布有N-有源层4、量子阱3、P-有源层2和 P-电极层1，并在N-有源层4上设有N-电极6。其中，P-电极1为铟锡氧化物电极(ΙΤ0电极)，在P-电极1与P-有源层2的交界 面上设有表面等离子金属结构，在N-有源层4与衬底5的交界面上设有光子晶体结构。所述的表面等离子金属结构，即是在P-电极1的下表面设有圆柱状盲孔的阵列， 相邻的盲孔之间的距离为，而在每个盲孔中均填充有金属棒7。该金属棒7优选的材料为 银，其在P-电极层1中的排布示意图如图4所示，相邻两根金属棒的间距a为350-450nm。 每根金属棒7的直径为70-90nm，高为30_50nm。所述的光子晶体结构，即是在N-有源层4的下表面设有圆柱状盲孔8的阵列。该 结构的截面图如图5所示，盲孔8为空气孔，相邻两个盲孔8的间距a’为700-900nm，每个 盲孔8的直径d为0. 75-0. 85倍的间距a，，高为200_400nm。加入上述的表面等离子金属结构和光子晶体结构后，使本技术的LED的光提 取率提高到了 30%以上，是金属电极LED的光提取率的7倍-8倍，是ITO电极LED的光提 取率的2倍。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种高亮度ＬＥＤ，包含有自下而上依次排列的衬底、Ｎ－有源层、量子阱、Ｐ－有源层和Ｐ－电极层，并在Ｎ－有源层上设有Ｎ－电极，其特征在于：所述Ｐ－电极为铟锡氧化物电极，在所述Ｐ－电极的下表面设有等间距排布的圆柱状盲孔的阵列，在该每个盲孔中填充有金属棒；在所述Ｎ－有源层的下表面设有等间距排布的圆柱状盲孔的阵列，该盲孔为空气孔。

【技术特征摘要】
1.一种高亮度LED，包含有自下而上依次排列的衬底、N-有源层、量子阱、P-有源层和 P-电极层，并在N-有源层上设有N-电极，其特征在于所述P-电极为铟锡氧化物电极，在所述P-电极的下表面设有等间距排布的圆柱状盲 孔的阵列，在该每个盲孔中填充有金属棒；在所述N-有源层的下表面设有等间距排布的圆柱状盲孔的阵列，该盲孔为空气孔。2.如权利要求1所述的LED，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓玲，牛春晖，吕乃光，张晓青，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：实用新型
国别省市：11