[發明專利]一種發光半導體器件

有效

• 申請號: 201310665417.5
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103700746B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 云峰;郭茂峰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L33/22
• 分類號: H01L33/22;H01L33/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權

【技術領域】

本發明涉及發光二極管技術領域，尤其涉及一種發光半導體器件。

【背景技術】

藍綠光發光二極管的主要材料為氮化鎵（GaN），在該波長范圍，折射率為2.5左右，與空氣折射率差較大，光線在LED外延層發生全反射，因此LED中的光取出效率較低，一般在23%左右，未取出的光在LED器件中湮滅最終以熱形式釋放，對器件產生不良影響，尤其是大功率或高亮度LED，影響更為明顯。

對于LED的出光效率，研究人員做過多方面的改進，如表面粗化技術，圖形化襯底技術，芯片側壁腐蝕技術等，雖然這些方法在不同程度上可以起到改變出光角度，降低LED內部全反射，提高出光效率的目的，但是由于存在較大的折射率差異，使每次光線從光密介質傳輸到光疏介質過程中，都會存在較嚴重的反射，不利于光提取。

最有效的提高出光效率的方法應該是具有完全光子晶體結構或具有折射率漸變結構。光子晶體可以克服界面情況，將光子以耦合的方式提取，但需要對材料，圖形尺寸，形貌有嚴格的要求。折射率漸變結構，不具有改變出光角度的功能，只能將可以出射的角度的光子更有效的提取出來。

倫斯勒理工學院研究人員Ahmed?Noemaun等提出了一種提高光取出效率的方法，采用高低折射率差異較大的兩種材料，以不同的比例混合制備出不同折射率的材料，以濺射鍍膜的方式沉積于垂直結構LED的n-face?GaN面，然后采用蝕刻方式制作沉積膜層的陣列結構，有效的增加了光取出效率（JOURNAL?OF?APPLIED?PHYSICS110,054510(2011)）。其雖然在光取出效率上有了一定程度上的提高，但存在較多問題：如對折射率漸變材料的柱體尺寸、形狀、排列、高度及填充率等都有較嚴格的要求，而且效果欠佳。

【發明內容】

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供了一種發光半導體器件，其能有效提高發光半導體器件的出光效率。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種發光半導體器件，包括P型半導體和設置于P型半導體上的P電極，該P型半導體具有粗糙表面，且在P型半導體的粗糙表面上鍍有光提取鍍層。

本發明進一步改進在于：還包括依次設置于P型半導體與P電極相對一側上的有源區和N型半導體，N電極設置于N型半導體上。

本發明進一步改進在于：當N電極設置于N型半導體上且與P電極同側時，該N型半導體的縱向截面呈階梯型，其具有高階表面和低階表面，在N型半導體的高階表面上依次設置有源區、P型半導體和P電極，在N型半導體的低階表面上設置N電極，且在N型半導體與P電極相對一側上還設置有襯底。

本發明進一步改進在于：所述襯底的材質采用藍寶石、碳化硅或硅單質中的一種；N型半導體的材質采用GaN，其厚度為0.5μm～50μm。

本發明進一步改進在于：有源區的材質采用InGaN/GaN、InGaN/AlGaN或GaN/AlN中的一種。

本發明進一步改進在于：P型半導體的材質采用Mg摻雜的GaN、InGaN或ALGaN中的一種，其厚度為30nm～1μm。

本發明進一步改進在于：N電極和P電極的結構為單層金屬、多層金屬或金屬合金，其材質采用Al、Ti、Cr、Au、Pb、Ni、In、Sn或Ag中的一種或多種。

本發明進一步改進在于：P型半導體粗糙表面的粗糙度為50nm～1μm，其采用外延粗糙工藝、干法蝕刻圖形工藝或濕法腐蝕粗糙工藝使得P型半導體形成粗糙表面。

本發明進一步改進在于：光提取鍍層為高折射率材料涂層與低折射率材料涂層交替使用的復合層，且首先采用PVD將高折射率材料鍍在P型半導體的粗糙表面上，其中，高折射率材料采用TiO₂、Ti₂O₅或ZrO₂中的一種或多種，低折射率材料采用SiO₂。

本發明進一步改進在于：光提取鍍層的層數為6～20層，第一層高折射率材料涂層的膜厚為100nm～1000nm，一層高折射率材料涂層與一層低折射率材料涂層組成一組復合層，且每一組復合層的高折射率材料涂層的膜厚T_nh與低折射率材料的膜厚T_nL的比例為T_nh：T_nL，從下至上所有組復合層的高折射率材料涂層的膜厚T_nh與低折射率材料的膜厚T_nL的比例依次減小。