[發明專利]具有光抽取微結構的大功率GaN基垂直結構LED及其制備方法

無效

• 申請號: 201110279690.5
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN103022301A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 李睿;齊勝利;郝茂盛;陶淳
• 申請（專利權）人: 上海藍光科技有限公司
• 主分類號: H01L33/22
• 分類號: H01L33/22;H01L33/10;H01L33/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及一種LED及其制備方法，尤其涉及一種具有光抽取微結構的大功率GaN基垂直結構LED及其制備方法。

背景技術

作為下一代大功率GaN基LED(High-power?LEDs)極具潛力的解決方案，垂直結構LED正獲得業界的極大關注和發展。相比傳統正裝結構，垂直結構剝離了藍寶石襯底，可直接在外延P型層上布置反射層，器件內部有源區隨機射向非出光面的光直接通過反射層反射，通常的反射層為金屬反射層或者電介質材料構成的布拉格分布反射層等，避免了由于器件內部有源區隨機射向非出光面而造成光抽取效率的降低。但是，反射層通常蒸鍍在光滑的ITO透明接觸層之上，呈現為鏡面反射，這對LED光抽取效率的提高有很大的限制。

同時，GaN基LED的光抽取效率受制于GaN與空氣之間巨大的折射率差，根據斯涅耳定律，光從GaN(n≈2.5)到空氣(n＝1.0)的臨界角約為23°，只有在入射角在臨界角以內的光可以出射到空氣中，而臨界角以外的光只能在GaN內部來回反射，直至被自吸收。而在這方面，垂直結構有著天然的優勢，剝離襯底后暴露的N型GaN層表面化學性質活潑，易于與KOH或H₃PO₄發生反應形成微小的金字塔形貌，即通過酸堿濕法蝕刻進行表面粗化，這能顯著增大器件內部光的出射幾率。但是酸堿濕法蝕刻獲得微結構的大小和深度一致性并不理想，且重復性不高，這對LED產品的質量有很大的影響。

由此可知，與傳統結構LED一樣，垂直結構LED亦面臨著如何提高光抽取效率的問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種具有光抽取微結構的大功率GaN基垂直結構LED及其制備方法，以解決現有技術中的Led光抽取效率低、光抽取結構重復性不高等問題。

為了達到上述目的及其他目的，本發明提供一種具有光抽取微結構的大功率GaN基垂直結構LED，所述LED至少包括：底部結構層，包括一導電支撐襯底，鍵合于所述導電支撐襯底上表面的金屬鍵合電極層，結合于所述金屬鍵合電極層上表面的金屬反射電極層，以及具有一上表面以及一具有納米級粗糙紋理的下表面的ITO層，且所述ITO層的下表面結合于所述金屬反射電極層的上表面以形成一光學漫反射層；外延結構層，結合于所述ITO層的上表面，包括P型GaN層，結合于所述P型GaN層上的有源區層，以及結合于所述有源區層上的N型GaN層，且所述N型GaN層的上表面具有出光微結構及N電極；以及SiO₂鈍化層，形成于所述外延結構層的四周側面。

在本發明的LED中，所述的出光微結構包括在N型GaN層的上表面形成的微米級微結構與在所述微米級微結構表面上形成的納米級微結構。

在本發明的LED中，所述的微米級微結構為具有一定間隔排列的彈頭錐形凸起結構、三棱錐形凸起結構、截頂三棱錐凸起結構或截頂三棱錐凹陷結構。

在本發明的LED中，所述微米級微結構包括一處于低位的微米級微結構低位區域、一處于高位的微米級微結構高位區域以及一處于所述高、低位區域之間的微米級微結構中間區域。

在本發明的LED中，所述的納米級微結構為形成于所述微米級微結構高、低位區域表面的大量納米級金字塔凸起結構。

此外，本發明還提供一種具有光抽取微結構的大功率GaN基垂直結構LED的制備方法，其至少包括步驟：

步驟一，提供一藍寶石襯底，并在其上表面刻蝕出所需圖形，以制備出一上表面具有特定圖形的藍寶石圖形襯底，然后在所述藍寶石圖形襯底上依次生長N型GaN層、有源區層以及P型GaN層以形成外延結構，并在所述藍寶石襯底及外延結構的表面形成SiO₂鈍化層；

步驟二，在所述P型GaN層上蒸鍍出ITO層，并通過刻蝕工藝粗化所述ITO層的一表面，以在該表面上形成納米級的粗糙紋理，熔合P型GaN層與ITO層，以形成歐姆接觸，然后在所述ITO層表面上蒸鍍一金屬反射電極層，以在ITO層與金屬反射電極層之間形成一光學漫反射層，最后通過一金屬鍵合電極層將所述的金屬反射電極層鍵合于一導電支撐襯底上；

步驟三，剝離所述藍寶石圖形襯底，以在所述N型GaN層表面形成一具有與該藍寶石襯底表面圖形互補的微米級微結構，清洗所述N型GaN層表面，以去除金屬Ga與表面氧化物，然后腐蝕所述N型GaN層表面的微米級微結構，以在所述的微米級微結構表面上形成大量納米級的金字塔凸起結構，最后在所述N型GaN層的表面上制備出N型電極，以完成所述LED的制備。