[发明专利]具有光抽取微结构的大功率GaN基垂直结构LED及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED及其制备方法，尤其涉及一种具有光抽取微结构的大功率GaN基垂直结构LED及其制备方法。

背景技术

作为下一代大功率GaN基LED(High-power LEDs)极具潜力的解决方案，垂直结构LED正获得业界的极大关注和发展。相比传统正装结构，垂直结构剥离了蓝宝石衬底，可直接在外延P型层上布置反射层，器件内部有源区随机射向非出光面的光直接通过反射层反射，通常的反射层为金属反射层或者电介质材料构成的布拉格分布反射层等，避免了由于器件内部有源区随机射向非出光面而造成光抽取效率的降低。但是，反射层通常蒸镀在光滑的ITO透明接触层之上，呈现为镜面反射，这对LED光抽取效率的提高有很大的限制。

同时，GaN基LED的光抽取效率受制于GaN与空气之间巨大的折射率差，根据斯涅耳定律，光从GaN(n≈2.5)到空气(n＝1.0)的临界角约为23°，只有在入射角在临界角以内的光可以出射到空气中，而临界角以外的光只能在GaN内部来回反射，直至被自吸收。而在这方面，垂直结构有着天然的优势，剥离衬底后暴露的N型GaN层表面化学性质活泼，易于与KOH或H₃PO₄发生反应形成微小的金字塔形貌，即通过酸碱湿法蚀刻进行表面粗化，这能显著增大器件内部光的出射几率。但是酸碱湿法蚀刻获得微结构的大小和深度一致性并不理想，且重复性不高，这对LED产品的质量有很大的影响。

由此可知，与传统结构LED一样，垂直结构LED亦面临着如何提高光抽取效率的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有光抽取微结构的大功率GaN基垂直结构LED及其制备方法，以解决现有技术中的Led光抽取效率低、光抽取结构重复性不高等问题。

为了达到上述目的及其他目的，本发明提供一种具有光抽取微结构的大功率GaN基垂直结构LED，所述LED至少包括：底部结构层，包括一导电支撑衬底，键合于所述导电支撑衬底上表面的金属键合电极层，结合于所述金属键合电极层上表面的金属反射电极层，以及具有一上表面以及一具有纳米级粗糙纹理的下表面的ITO层，且所述ITO层的下表面结合于所述金属反射电极层的上表面以形成一光学漫反射层；外延结构层，结合于所述ITO层的上表面，包括P型GaN层，结合于所述P型GaN层上的有源区层，以及结合于所述有源区层上的N型GaN层，且所述N型GaN层的上表面具有出光微结构及N电极；以及SiO₂钝化层，形成于所述外延结构层的四周侧面。

在本发明的LED中，所述的出光微结构包括在N型GaN层的上表面形成的微米级微结构与在所述微米级微结构表面上形成的纳米级微结构。

在本发明的LED中，所述的微米级微结构为具有一定间隔排列的弹头锥形凸起结构、三棱锥形凸起结构、截顶三棱锥凸起结构或截顶三棱锥凹陷结构。

在本发明的LED中，所述微米级微结构包括一处于低位的微米级微结构低位区域、一处于高位的微米级微结构高位区域以及一处于所述高、低位区域之间的微米级微结构中间区域。

在本发明的LED中，所述的纳米级微结构为形成于所述微米级微结构高、低位区域表面的大量纳米级金字塔凸起结构。

此外，本发明还提供一种具有光抽取微结构的大功率GaN基垂直结构LED的制备方法，其至少包括步骤：

步骤一，提供一蓝宝石衬底，并在其上表面刻蚀出所需图形，以制备出一上表面具有特定图形的蓝宝石图形衬底，然后在所述蓝宝石图形衬底上依次生长N型GaN层、有源区层以及P型GaN层以形成外延结构，并在所述蓝宝石衬底及外延结构的表面形成SiO₂钝化层；

步骤二，在所述P型GaN层上蒸镀出ITO层，并通过刻蚀工艺粗化所述ITO层的一表面，以在该表面上形成纳米级的粗糙纹理，熔合P型GaN层与ITO层，以形成欧姆接触，然后在所述ITO层表面上蒸镀一金属反射电极层，以在ITO层与金属反射电极层之间形成一光学漫反射层，最后通过一金属键合电极层将所述的金属反射电极层键合于一导电支撑衬底上；

步骤三，剥离所述蓝宝石图形衬底，以在所述N型GaN层表面形成一具有与该蓝宝石衬底表面图形互补的微米级微结构，清洗所述N型GaN层表面，以去除金属Ga与表面氧化物，然后腐蚀所述N型GaN层表面的微米级微结构，以在所述的微米级微结构表面上形成大量纳米级的金字塔凸起结构，最后在所述N型GaN层的表面上制备出N型电极，以完成所述LED的制备。