发光二极管及光学元件制造技术

本发明专利技术提供一种发光二极管，包括：一基底，所述基底包括一外延生长面；一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层，该第一半导体层、活性层以及第二半导体层依次层叠设置于所述基底的外延生长面，所述第二半导体层远离活性层的表面为所述发光二极管的出光面；一第一电极，该第一电极与所述第一半导体层电连接；一第二电极，该第二电极与所述第二半导体层电连接；其中，所述第二半导体层远离活性层的表面具有多个第一三维纳米结构，所述第一三维纳米结构为间隔设置的条形凸起结构，所述条形凸起结构的横截面为弓形。本发明专利技术还涉及一种具有所述第一三维纳米结构的光学元件。

【技术实现步骤摘要】
发光二极管及光学元件
本专利技术涉及一种发光二极管及光学元件，尤其涉及一种具有三维纳米结构阵列的发光二极管及光学元件。
技术介绍
由氮化镓半导体材料制成的高效蓝光线、绿光线和白光线发光二极管具有寿命长、节能、绿色环保等显著特点，已被广泛应用于大屏幕彩色显示、汽车照明、交通信号、多媒体显示和光线通讯等领域，特别是在照明领域具有广阔的发展潜力。传统的发光二极管通常包括N型半导体层、P型半导体层、设置在N型半导体层与P型半导体层之间的活性层、设置在P型半导体层上的P型电极(通常为透明电极)以及设置在N型半导体层上的N型电极。发光二极管处于工作状态时，在P型半导体层与N型半导体层上分别施加正、负电压，这样，存在于P型半导体层中的空穴与存在于N型半导体层中的电子在活性层中发生复合而产生光子，且光子从发光二极管中射出。然而，现有的发光二极管的发光效率不够高，部分原因是由于来自活性层的大角度光线（角度大于23.58°临界角的光线）在N型或P型半导体与空气的界面处发生全反射，从而大部分大角度光线被限制在发光二极管的内部，直至以热等方式耗散，这对发光二极管而言非常不利。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一发光效率较高的发光二极管及光学元件。一种发光二极管，包括：一基底，所述基底包括一外延生长面；一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层，该第一半导体层、活性层以及第二半导体层依次层叠设置于所述基底的外延生长面，所述第二半导体层远离活性层的表面为所述发光二极管的出光面；一第一电极，该第一电极与所述第一半导体层电连接；一第二电极，该第二电极与所述第二半导体层电连接；其中，所述第二半导体层远离活性层的表面具有多个第一三维纳米结构，所述第一三维纳米结构为间隔设置的条形凸起结构，所述条形凸起结构的横截面为弓形。一种发光二极管，其包括：一基底，所述基底包括一外延生长面；一有源层设置于所述基底的外延生长面；其中，所述有源层远离基底的表面具有多个第一三维纳米结构，该第一三维纳米结构为间隔设置的条形凸起结构，所述条形凸起结构的横截面为弓形。一种光学元件，其包括：一本体以及多个第一三维纳米结构，所述第一三维纳米结构设置于所述本体的表面，其中，该第一三维纳米结构为间隔设置的条形凸起结构，所述条形凸起结构的横截面为弓形。与现有技术相比较，本专利技术的发光二极管中，由于所述发光二极管的出光面具有多个弓形的三维纳米结构，当所述活性层中产生的入射角大于临界角的大角度光线并入射至所述三维纳米结构时，该大角度光线通过所述三维纳米结构的弓形表面而转变为小角度光线，若小角度光线小于临界角，那么，该小角度光线可以射出。也就是说，光线入射至形成有多个三维纳米结构的表面时，与光线入射至平面结构相比，入射角大于临界角的某一范围的光线也会从发光二极管的出光面出射，进而可以提高发光二极管的出光效率。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的发光二极管的结构示意图。图2为本专利技术第一实施例提供的发光二极管中第二半导体层的结构示意图。图3为本专利技术第一实施例提供的发光二极管中第二半导体层的扫描电镜照片。图4为本专利技术第一实施例提供的发光二极管中第二半导体层的出光原理图。图5为本专利技术第一实施例提供的发光二极管与标准发光二极管的发光强度对比曲线。图6为本专利技术第一实施例提供的发光二极管的制备方法的工艺流程图。图7为本专利技术第一实施例提供的发光二极管的制备方法中在第二半导体层表面形成多个第一三维纳米结构的制备方法的工艺流程图。图8为本专利技术第一实施例提供的发光二极管的制备方法中刻蚀第二半导体层表面的制备方法的示意图。图9为本专利技术第二实施例提供的发光二极管的结构示意图。图10为本专利技术第二实施例提供的发光二极管的制备方法的工艺流程图。主要元件符号说明发光二极管10；20基底100第一半导体层110；210活性层120；220第二半导体层130本体132；212第一三维纳米结构134第一电极140第二电极150第二半导体预制层160掩膜层170沟槽172挡墙174刻蚀气体180第二三维纳米结构214第一半导体预制层260临界角α入射角β如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式请参阅图1，本专利技术第一实施例提供一种发光二极管10，包括：一基底100、一第一半导体层110、一活性层120、一第二半导体层130、一第一电极140以及一第二电极150。所述第一半导体层110、活性层120以及第二半导体层130依次层叠设置于基底100的表面，所述第一半导体层110与所述基底100接触设置。所述第二半导体层130远离活性层120的表面为所述发光二极管10的出光面，所述第一电极140与所述第一半导体层110电连接。所述第二电极150与所述第二半导体层130电连接。所述发光二极管10的出光面具有多个第一三维纳米结构134。所述基底100主要起支撑作用，该基底100具有一支持外延生长的外延生长面。所述基底100的厚度为300至500微米，所述基底100的材料可以为SOI(silicononinsulator，绝缘基底上的硅)、LiGaO2、LiAlO2、Al2O3、Si、GaAs、GaN、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlP、AlAs、AlSb、AlN、GaP、SiC、SiGe、GaMnAs、GaAlAs、GaInAs、GaAlN、GaInN、AlInN、GaAsP、InGaN、AlGaInN、AlGaInP、GaP:Zn或GaP:N等。所述基底100的材料可根据所述需要生长的半导体层的材料进行选择，所述基底100的材料与所述半导体层的材料具有较小的晶格失配及相近的热膨胀系数，从而可以减少生长的半导体层中的晶格缺陷，提高其质量。本实施例中，所述基底100的厚度为400微米，其材料为蓝宝石。所述第一半导体层110设置于所述基底100的外延生长面。所述第一半导体层110、第二半导体层130分别为N型半导体层和P型半导体层两种类型中的一种。具体地，当该第一半导体层110为N型半导体层时，第二半导体层130为P型半导体层；当该第一半导体层110为P型半导体层时，第二半导体层130为N型半导体层。所述N型半导体层起到提供电子的作用，所述P型半导体层起到提供空穴的作用。N型半导体层的材料包括N型氮化镓、N型砷化镓及N型磷化铜等材料中的一种或几种。P型半导体层的材料包括P型氮化镓、P型砷化镓及P型磷化铜等材料中的一种或几种。所述第一半导体层110的厚度为1微米至5微米。本实施例中，第一半导体层110的材料为N型氮化镓。可选择地，一缓冲层（图未示）可以设置于基底100和第一半导体层110之间，并与基底100和第一半导体层110分别接触，此时第一半导体层110靠近基底100的表面与缓冲层接触。所述缓冲层有利于提高所述第一半导体层110的外延生长质量，减少晶格缺陷。所述缓冲层的厚度为10纳米至300纳米，其材料可以为氮化镓或氮化铝等。本实施例中，所述第一半导体层110具有相对的第一表面（未标示）及第二表面（未标示），所述第一表面与所述基底100相接触，所述第二表面为第一半导体层110远离基底100的表面。所述第二表面按其功能可区分为一第一区域（未标示）及第二区域（未标示），其中所述第一区域用于设置所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管，其包括：一基底，所述基底包括一外延生长面；一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层，该第一半导体层、活性层以及第二半导体层依次层叠设置于所述基底的外延生长面，所述第二半导体层远离活性层的表面为所述发光二极管的出光面；一第一电极，该第一电极与所述第一半导体层电连接；一第二电极，该第二电极与所述第二半导体层电连接；其特征在于，所述第二半导体层远离活性层的表面具有多个第一三维纳米结构，该第一三维纳米结构为间隔设置的条形凸起结构，所述条形凸起结构的横截面为弓形。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管，其包括：一基底，所述基底包括一外延生长面；一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层，该第一半导体层、活性层以及第二半导体层依次层叠设置于所述基底的外延生长面，所述第二半导体层远离活性层的表面为所述发光二极管的出光面；一第一电极，该第一电极与所述第一半导体层电连接；一第二电极，该第二电极与所述第二半导体层电连接；其特征在于，所述第二半导体层远离活性层的表面具有多个第一三维纳米结构，该第一三维纳米结构为间隔设置的条形凸起结构，所述条形凸起结构的横截面为半圆形，所述半圆形的半径为160纳米，且相邻的两个第一三维纳米结构之间的距离为140纳米，所述多个第一三维纳米结构按照同心圆环排布或同心回形排布。2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述多个第一三维纳米结构以直线、折线或曲线并排延伸。3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述多个第一三维纳米结构按照等间距排布。4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一半导体层靠近活性层的表面进一步包括多个第二三维纳米结构，所述第二三维纳米结构为条形凸起结构、点状凸起结构或条形凸起结构与点状凸起结构的组合。5.如权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述活性层与所述第一半导体层接触的表面形成一第三三维纳米结构，所述第三三维纳米结构与所述第二三维纳米结构相配合。6.如权利要求4所述的发光二极管，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：金元浩，李群庆，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：