[发明专利]具有纳米结构插入层的GaN基LED

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件领域，特别是指一种具有纳米结构插入层的GaN基LED。

背景技术

GaN基LED作为新一代照明光源，具有节能，环保等优点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。然而由于GaN材料与封装用环氧树脂，环氧树脂和空气间的折射率相差较大，致使内部的全反射临界角很小(只有23.6°)。因为全反射原因造成大量光线无法从界面出射，而且因为上下界面平行，首次不能出射的光线将在介质材料中反复传播直到光能全部被耗散成热能。这样首先不利于光能的利用，另外转化成的过多的热能对器件的性能也有不利的影响。因为半导体有源区所产生的光只有极少部分能通过上述二个界面逸出而被有效利用，所以GaN基LED的出光效率(光提取效率)非常低。同时GaN基LED的内量子效率已经可以达到非常高的水平，故提升LED的出光效率是促进其迅速发展的关键因素。

有很多方法已经被应用于提高GaN基LED的出光效率，如采用表面粗化、制作LED的纳米结构、制作光子晶体结构以及图形化衬底等，这些方法在一定程度上提高了器件的出光效率。然而这些方法操作起来比较复杂，给后续的生长以及工艺制作带来了或多或少的问题，例如表面粗化可能会对P型造成损伤，导致后续的欧姆接触难以做好，纳米结构由于发光面积减小也会产生热效应，等等。这些都在一定程度上阻碍了器件的进一步应用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有纳米结构插入层的GaN基LED，其是通过插入层引入的界面使得光线经过多次反射和折射，改变光线的传输方向，从而使更多有源层发出的光线能够从器件表面出射，在不改变器件工艺制作的情况下，提高GaN基LED的出光效率。

本发明提供一种具有纳米结构插入层的GaN基LED，其中包括：

一衬底；

一纳米结构模板，该纳米结构模板外延生长在衬底上，该纳米结构模板的表面为凹凸形状；

一插入层，该插入层外延生长在纳米结构模板的表面上；

一N型欧姆接触层，该欧姆接触层外延生长在插入层上，该欧姆接触层上面的一侧形成有一台面；

一有源层，该有源层外延生长在N型欧姆接触层的台面的另一侧上；

一P型层，P型层外延生长在有源层上；

一透明电极层，该透明电极层制作在P型层上；

一P压焊电极，该压焊电极通过光刻制作在透明电极上；

一N欧姆接触电极，该欧姆接触电极22制作在N型欧姆接触层的台面上。

其中所述的衬底为硅、蓝宝石、氮化镓、砷化镓或碳化硅材料。

其中凹凸表面的纳米结构模板是通过电子束曝光、全息光刻、利用两步氧化形成的多孔氧化铝结构、利用金属在退火条件下形成的自组织结构或利用硅石纳米颗粒形成的结构做掩膜通过干法刻蚀方法刻蚀而成，或直接利用聚焦离子束刻蚀而成。

其中纳米结构模板的表面是柱状结构，形状为圆柱、六方棱柱、四方棱柱、菱形柱体、立方棱柱、三角棱柱或者条形柱体，纳米结构模板11的高度从5nm到1μm，尺寸也是从5nm到1μm。

其中插入层为In_xG_1-xaN或者Al_yGa_1-yN材料，通过调节铝铟的组分调节In_xG_1-xaN或者Al_yGa_1-yN材料的折射率，其中，0＜x≤1，0＜y≤1，插入层通过外延方法均匀生长在纳米结构模板的侧壁和表面，所以其为一包覆在模板上的包覆层，插入层厚度为5nm到2μm。

其中N型欧姆接触层为N型GaN材料，其厚度为200nm到3μm。

其中有源层为多量子阱结构，周期数为5。

其中P型层为P型GaN材料，其厚度为100-500nm。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施方式及附图详细说明如后，其中：

图1具有插入层结构的LED的出光效率与插入层折射率的关系；

图2本发明中GaN纳米结构模板以及其上外延生长的插入层结构示意图；

图3本发明中具有纳米结构插入层的GaN基LED材料结构示意图；

图4本发明中具有纳米结构插入层的GaN基LED器件结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种具有纳米结构插入层的GaN基LED，其中包括：

一衬底10，该衬底10为硅、蓝宝石、氮化镓、砷化镓或碳化硅材料；