[发明专利]一种利用ZnO纳米锥阵列提高LED发光效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用氧化锌(ZnO)纳米锥作为LED(发光二极管)出光面提高LED发光效率的方法，属于光电子技术领域。

背景技术

随着半导体技术的发展，LED发光效率在不断提高。LED在各种彩色显示屏、装饰灯、指示灯、白光照明灯等方面得到了广泛的应用。尽管如此，LED在电光转换效率方面还没有达到理想目标，有必要做更多改进。

LED发光效率由LED内量子效率(η_int)和光提取效率(η_extr)决定(可参考文献M.K.Kwon，J.Y.Kim，K.S.II.Kyu Park，G.Y.Kim，S.J.Jung，J.W.Park，Kim，Y.C.Kim，Appl.Phys.Lett.92(2008)251110)。LED内量子效率依赖于外延生长晶体质量和外延结构设计，提高外延晶体质量和改进LED量子阱设计的大量工作已经取得很好成效，蓝光氮化镓(GaN)基LED内量子效率已经很高。LED光提取效率与出光面的有效折射率直接相关，因为发光二极管半导体材料与空气的折射率相差很大(GaN折射率n≈2.5)，全内反射和斯涅尔损耗导致量子阱产生光的出射角度小且界面反射率高，光逃逸锥面的临界角大约为23°，逃逸锥面之外的光因全反射被衬底或活性层或电极重复反射或者吸收。因此，减少全反射，增大逃逸光锥的临界角，成为提高提取效率的有效手段。提高LED内量子效率要求很高，而提高LED光提取效率可以通过多种方法实现。

通过光子晶体(可参考文献A.A.Erchak，D.J.Ripin，Shanhui Fan，P.Rakich，J.D.Joannopoulos，E.P.Ippen，G.S.Petrich，and L.A.Kolodziejski，Appl.Phys.Lett.78(2001)563)、激光剥离(可参考文献K.Bao，X.N.Kang，B.Zhang，B.Dai，T.Dai，Y.J.Sun，Q.Fu，G.J.Lian，G.C.Xiong，G.Y.Zhang，Y.Chen，Appl.Phys.Lett.92(2008)141104.以及C.H.Chiu，C.E.Lee，C.L.Chao，B.S.Cheng，H.W.Huang，H.C.Kuo，T.C.Lu，S.C.Wang，W.L.Kuo，C.S.Hsiao，S.Y.Chen，Electrochem.Solid State Lett.11(2008)H84-H87)、表面粗化(可参考文献R.H.Horng，C.C.Yang，J.Y.Wu，S.H.Huang，C.E.Lee，and D.S.Wuu，Appl.Phys.Lett.86(2005)221101以及S.J.Chang，C.F.Shen，W.S.Chen，C.T.Kuo，T.K.Ko，S.C.Shei，and J.K.Sheu，Appl.Phys.Lett.91(2007)013504)等方法可以有效提高LED光提取效率。光子晶体可以提高LED出光效率，但由于光子晶体的加工工艺通常涉及干法刻蚀外延层(可参考中国专利文献CN00123550.8《具粗化界面发光元件及其制作方法》)，可能会对有源区造成损伤，从而降低甚至抵消对发光增强的效果。表面粗化方法主要有湿法腐蚀(可参考中国专利文献CN200680030998.3《带有经粗化的高折射率表面层以便进行高度光提取的发光二极管》)和干法刻蚀。湿法腐蚀也在明显的缺点，由于湿法腐蚀的各向同性，很容易产生钻蚀和过蚀，粗化的尺寸和深度受到一定的限制(通常小于100nm)。干法刻蚀需要制作掩膜结构。目前在半导体制作工艺中光刻技术用得最多，然而光刻技术存在光刻图形与波长相比偏大、图形较小时显影困难、光刻胶耐受性较差等问题。