[发明专利]基于ZnO纳米球的GaN基发光二极管表面粗化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管表面粗化方法，特别是涉及一种可增加光抽取效率的基于ZnO纳米球的GaN基发光二极管表面粗化方法。

技术背景

GaN基发光二极管LED以其寿命长、可靠性高、高效节能等优异特性在显示技术和固态照明领域具有广泛的应用。

尽管半导体发光二极管在技术上有了很大的进展并且已经实现商业化，由于在发光效率还不够高，距离取代荧光灯，应用到普通照明还是有一段路要走。因此，如何提高发光效率成为GaN基LED面临的一个主要技术瓶颈。提高LED发光效率的方法有二：一是提高器件的内量子效率，目前，典型的GaN蓝光LED的内量子效率可达70％以上，GaN紫外LED的内量子效率可达80％，因此进一步大幅度提高内量子效率的可能性不大。二是提高器件的光抽取效率，普通GaN基LED的表面是平面状，而且GaN与空气的折射系数相差很大，GaN与空气界面的全反射临界角为25度，在量子阱产生的光只有很小一部分可以出射到空气中，导致外量子效率仅为百分之几。因此，粗化的GaN基LED表面可以减小内部的光反射，增加光抽取率，从而显著的提高器件的发光效率。

目前用于GaN基LED表面粗化的处理方法归纳起来有三种类型。

一、直接在低温下生长粗糙的P型GaN帽层。然而，伴随着表面质量的劣化，样品的结晶质量显著降低，会影响器件材料的光电特性并降低LED的可靠性。另外，通过调整生长参数来控制样品表面的粗糙程度，在工艺上也很不稳定。

二、在晶体表面通过蚀刻的方法来实现，但对于氮化镓系列材料并不适用，这是因为氮化镓系列材料具有很强的耐酸碱特性，在湿式蚀刻时并不容易控制。而采用干法刻蚀虽然可以克服前述的湿式蚀刻问题，但却容易造成晶体的损伤。而且P型氮化镓嫁层通常沉积的厚度很薄(0.1-0.3um)，若直接粗化P型氮化镓层则可能破坏发光层，造成使发光面积减少的缺点。

三、如申请号200680030998.3的专利，使用光辅助电化学腐蚀(PEC)对在氮化镓上的透明电极进行粗化，这种方法比较复杂。而且为了得到比较粗的表面，透明电极要比较厚，透光性会变差，降低发光效率。

发明内容

本发明的目的是：为了克服现有技术存在的问题，提供一种GaN基发光二极管表面粗化的处理方法，以提高器件的光取出率，同时不影响器件的其它光电特性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：基于ZnO纳米球的GaN基发光二极管表面粗化方法，其特征在于：该方法的实现步骤如下：

(1)在衬底上生长N型GaN材料、量子阱、P型GaN材料；

(2)在P型材料上沉积一层用来欧姆接触的P型透明电极；

(3)用熔胶凝胶法在透明电极上制备一层ZnO纳米球；

(4)腐蚀ZnO和P型透明电极，露出刻蚀区，然后刻蚀到N型GaN材料；

(5)制备P，N压焊点。

如上所述的方法，其特征在于：衬底可以是蓝宝石，碳化硅，或硅。

如上所述的方法，其特征在于：P型透明电极是金属材料或氧化物材料，金属材料为：Pd、Au或NiAu，厚度通常是在10至1000A的范围内，比较好的厚度大约为100A；氧化物材料为ZnO、NiO、MgO、In2O3、TiO2或氧化铟锡(ITO)，厚度在1000A至15000A之间，比较好的厚度大约为2500A。

如上所述的方法，其特征在于：ZnO纳米球是通过溶胶凝胶法制备的。

如上所述的方法，其特征在于：ZnO纳米球直径在20A至5000A之间，整个纳米层的厚度在50A至5000A之间，比较好的厚度约为500A。

如上所述的方法，其特征在于：通过湿法腐蚀P型透明电极和ZnO纳米层(由数个ZnO纳米球组成)，然后通过干法刻蚀到N型GaN材料。

如上所述的方法，其特征在于：P，N压焊点是TiAL，CrNiAL，CrAu，CrPtAu其中任何一种，总厚度10000A至50000A，其中Cr，Ti，Ni，Pt厚度为20A至2000A，Al和Au的厚度为2000A至50000A。

本发明提供的基于ZnO纳米球的GaN基发光二极管表面粗化方法优益之处在于：

1、ZnO的折射率2.0，与透明电极的折射率(如ITO折射率2.0)及GaN的折射率2.3相近。这样从GaN量子阱发出的光进入到ZnO时，全反射造成的损失比较小。