[实用新型]一种纳米结构出光面半导体发光二极管

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体光电子器件制造技术领域，尤其涉及一种纳米结构出光面的半导体发光二极管LED，适合于多种波长的LED，如红光、蓝光、绿光LED等。

背景技术

半导体发光二极管由于其节能、环保和长寿等优点，广泛应用于彩色显示、照明领域，是新一代的照明革命。目前发光管内量子效率足够高，但是外量子效率不高，如何使得在半导体有源区内产生的光子充分逸出是当前提高LED亮度的重要途径之一。

由于制备发光二极管的半导体材料与空气的折射率差值大，导致光的出射角度小且界面反射率高。如果取发光二极管的半导体材料的折射率在3.6左右，则这种半导体与空气交界的临界角为θ₁＝sin^-1(1/n₁)≈16.2°，入射角大于临界角时形成全反射。就在4π立体角内各向均匀发射的复合发光而言，临界角内的光只占(1-cosθ₁)/2≈0.02。临界角内的光还会有三分之一被表面反射回内部。被反射回去的光如果不能从其他的表面出射，就会在LED内部被吸收。大量的光损失在LED内部，致使LED的外量子效率低。

针对上述原因，人们采用表面半导体材料的微结构再构的方法，利用散射及衍射原理改变光在界面出光的方向，使原来要被反射回LED的光逸出LED。目前大多采用的是光刻膜版法和湿法腐蚀。光刻膜版法受到光刻版尺寸的限制，普通光刻做不到纳米级的尺寸，电子束光刻可以达到纳米级，但其成本大大增加。湿法腐蚀的方法受到半导体表面材料晶格结构的限制，另外会受到其掺杂浓度和生长质量的影响，可重复性不高。

发明内容

本实用新型的目的是减少由于光在出光表面的反射造成的光损失，提供一种纳米结构出光面半导体发光二极管，克服出光面的内反射，同时利用铟锡氧化物(ITO)或金属电极结构，增加注入电流的扩展，提高出光率的同时降低成本。

本实用新型所提供的一种纳米结构出光面半导体发光二极管，包括有在衬底(7)上依次向上生长的布拉格反射层DBR(6)、N型下限制层(5)、多量子有源区(4)、P型上限制层(3)和磷化镓GaP层(2)，GaP层(2)上表面制备的P型电极，衬底(7)的下表面制备有N型电极(8)，本实用新型的特征在于，在所述的GaP层的上表面没有P型电极的表层刻蚀出纳米级的凹凸结构层面；也可以在凹凸结构层面和P型电极的上表面上再覆盖一层铟锡氧化物ITO导电膜(10)，再在覆盖有铟锡氧化物ITO导电膜(10)的P型电极上制备相同结构P型电极(11)。

所述的凹凸层面的凹凸部分按周期T规律分布，所述的周期是指从第一个凹入层面的第一个切入点到第二个凹入面的第一个切入点为止，周期为150～500nm。

所述的凹凸层面的凸出部分的截面设置为立锥型、圆柱型和栅型；从凸出部分的最低点到凸出部分最高点的高度H为300～1000nm，其中圆柱型和栅型的直径D为50～300nm。

所述的P型电极为金属框架的田字格结构，田字格的中心设有一个与田字格框架相连通的金属圆点。

所述的纳米级的范围是50～1000nm。

本实用新型的纳米结构出光面半导体发光二极管，具有以下优点：

本实用新型的纳米结构出光面，破坏出光界面的反射条件，减少光反射，使得光可以较之常规出光面逸出成倍增加，大大提高器件性能。在GaP层上表面的凹凸结构层面上沉积ITO导电膜后，可使电流在凹凸结构层面扩展均匀，弥补了凹凸结构横向电流受阻隔的问题。另外ITO的透明特点使得光可以更多地从发光二极管的内部逸出。田字格结构的P型电极扩大了P型欧姆接触的范围，可以使注入的载流子像在金属中那样快速扩展均匀，使得有源区的发光面积增加，平均单位面积的电流密度增加，即产生更多的光子。

附图说明

图1、现有半导体发光二极管的结构示意图

图2、本实用新型的纳米结构出光面半导体发光二极管结构示意图：a、具有纳米级的凹凸结构层面的半导体发光二极管结构示意图

b、在凹凸结构层面和P型电极的上表面覆盖有铟锡氧化物ITO导电膜的半导体发光二极管结构示意图

图3、本实用新型的具有纳米级的凹凸结构层面的半导体发光二极管结构示意图：a凹凸结构层面的凸出部分的截面设置为立锥型的半导体发光二极管结构示意图；b凹凸结构层面的凸出部分的截面设置为栅型的半导体发光二极管结构示意图；c凹凸结构层面的凸出部分的截面设置为圆柱型的半导体发光二极管结构示意图

图4、P电极图形：a现有P型电极图形；b本实用新型的金属框架田字格结构的P型电极图形