[實用新型]一種納米結構出光面半導體發光二極管

無效

• 申請號: 200720190195.6
• 申請日: 2007-11-16
• 公開（公告）號: CN201117681Y
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 鄒德恕;徐麗華;李建軍
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張慧

技術領域

本實用新型涉及半導體光電子器件制造技術領域，尤其涉及一種納米結構出光面的半導體發光二極管LED，適合于多種波長的LED，如紅光、藍光、綠光LED等。

背景技術

半導體發光二極管由于其節能、環保和長壽等優點，廣泛應用于彩色顯示、照明領域，是新一代的照明革命。目前發光管內量子效率足夠高，但是外量子效率不高，如何使得在半導體有源區內產生的光子充分逸出是當前提高LED亮度的重要途徑之一。

由于制備發光二極管的半導體材料與空氣的折射率差值大，導致光的出射角度小且界面反射率高。如果取發光二極管的半導體材料的折射率在3.6左右，則這種半導體與空氣交界的臨界角為θ₁＝sin^-1(1/n₁)≈16.2°，入射角大于臨界角時形成全反射。就在4π立體角內各向均勻發射的復合發光而言，臨界角內的光只占(1-cosθ₁)/2≈0.02。臨界角內的光還會有三分之一被表面反射回內部。被反射回去的光如果不能從其他的表面出射，就會在LED內部被吸收。大量的光損失在LED內部，致使LED的外量子效率低。

針對上述原因，人們采用表面半導體材料的微結構再構的方法，利用散射及衍射原理改變光在界面出光的方向，使原來要被反射回LED的光逸出LED。目前大多采用的是光刻膜版法和濕法腐蝕。光刻膜版法受到光刻版尺寸的限制，普通光刻做不到納米級的尺寸，電子束光刻可以達到納米級，但其成本大大增加。濕法腐蝕的方法受到半導體表面材料晶格結構的限制，另外會受到其摻雜濃度和生長質量的影響，可重復性不高。

發明內容

本實用新型的目的是減少由于光在出光表面的反射造成的光損失，提供一種納米結構出光面半導體發光二極管，克服出光面的內反射，同時利用銦錫氧化物(ITO)或金屬電極結構，增加注入電流的擴展，提高出光率的同時降低成本。

本實用新型所提供的一種納米結構出光面半導體發光二極管，包括有在襯底(7)上依次向上生長的布拉格反射層DBR(6)、N型下限制層(5)、多量子有源區(4)、P型上限制層(3)和磷化鎵GaP層(2)，GaP層(2)上表面制備的P型電極，襯底(7)的下表面制備有N型電極(8)，本實用新型的特征在于，在所述的GaP層的上表面沒有P型電極的表層刻蝕出納米級的凹凸結構層面；也可以在凹凸結構層面和P型電極的上表面上再覆蓋一層銦錫氧化物ITO導電膜(10)，再在覆蓋有銦錫氧化物ITO導電膜(10)的P型電極上制備相同結構P型電極(11)。

所述的凹凸層面的凹凸部分按周期T規律分布，所述的周期是指從第一個凹入層面的第一個切入點到第二個凹入面的第一個切入點為止，周期為150～500nm。

所述的凹凸層面的凸出部分的截面設置為立錐型、圓柱型和柵型；從凸出部分的最低點到凸出部分最高點的高度H為300～1000nm，其中圓柱型和柵型的直徑D為50～300nm。

所述的P型電極為金屬框架的田字格結構，田字格的中心設有一個與田字格框架相連通的金屬圓點。

所述的納米級的范圍是50～1000nm。

本實用新型的納米結構出光面半導體發光二極管，具有以下優點：

本實用新型的納米結構出光面，破壞出光界面的反射條件，減少光反射，使得光可以較之常規出光面逸出成倍增加，大大提高器件性能。在GaP層上表面的凹凸結構層面上沉積ITO導電膜后，可使電流在凹凸結構層面擴展均勻，彌補了凹凸結構橫向電流受阻隔的問題。另外ITO的透明特點使得光可以更多地從發光二極管的內部逸出。田字格結構的P型電極擴大了P型歐姆接觸的范圍，可以使注入的載流子像在金屬中那樣快速擴展均勻，使得有源區的發光面積增加，平均單位面積的電流密度增加，即產生更多的光子。

附圖說明

圖1、現有半導體發光二極管的結構示意圖

圖2、本實用新型的納米結構出光面半導體發光二極管結構示意圖：a、具有納米級的凹凸結構層面的半導體發光二極管結構示意圖

b、在凹凸結構層面和P型電極的上表面覆蓋有銦錫氧化物ITO導電膜的半導體發光二極管結構示意圖

圖3、本實用新型的具有納米級的凹凸結構層面的半導體發光二極管結構示意圖：a凹凸結構層面的凸出部分的截面設置為立錐型的半導體發光二極管結構示意圖；b凹凸結構層面的凸出部分的截面設置為柵型的半導體發光二極管結構示意圖；c凹凸結構層面的凸出部分的截面設置為圓柱型的半導體發光二極管結構示意圖

圖4、P電極圖形：a現有P型電極圖形；b本實用新型的金屬框架田字格結構的P型電極圖形