[实用新型]高光抽取效率GaN基LED透明电极结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种透明电极结构，尤其是一种高光抽取效率GaN基LED透明电极结构，属于LED半导体器件的技术领域。

背景技术

未来固体照明应用的普及取决于高光效GaN基LED制备技术的发展。制约GaN基正装LED性能提升的基本障碍之一是其构成材料的高折射率(相对于外部介质)。由于GaN基材料(n＝2.3)和空气介质(n＝1)折射率之间的显著差异，造成GaN基正装LED的光逃逸锥角偏小，大部分光难以从器件内部出射而损耗，限制了器件的光抽取效率。所以一直以来，大量的研究工作都致力于如何提高器件的光抽取效率，相继产生了诸如ITO表面粗化、渐变折射率层、图形化蓝宝石衬底、热酸侧壁腐蚀、全向反射镜、光子晶体、器件几何形状优化等方法。

从大体上讲，由于GaN基正装LED出光中顶面出光占比最大，因此改变器件顶面形貌增大光出射几率是提升器件效率的有效途径之一。曾有报道利用自然光刻图形化技术粗化ITO透明电极层；调整MOCVD外延生长条件形成p-GaN表面微坑；p-GaN表面化学生长ZnO纳米柱等方法都能显著提高出光，但值得注意的是上述方法自身亦存在明显的缺点和不足。ITO粗化通常需要借助干法蚀刻，通常会造成ITO电学性能的劣化；外延粗化p-GaN表面会在一定程度上牺牲生长质量和掺杂效率；化学生长ZnO纳米柱工艺繁复，并且纳米柱的附着性也难以保证。到目前为止，综合效果良好且操作简单易行的制备方法却鲜有提及。因此，迫切需要开发一种即能够显著提升光抽取效率，又不会对器件其他特性带来负面影响，且生产可行性较好的新方法。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高光抽取效率GaN基LED透明电极结构，其能显著提高GaN基正装LED的光抽取效率，工艺操作方便，成本低，适应范围广，安全可靠。

按照本实用新型提供的技术方案，所述高光抽取效率GaN基LED透明电极结构，包括GaN基板；在所述GaN基板上设置纳米柱层以及覆盖所述纳米柱层上的ITO层；所述纳米柱层包括若干纳米柱，ITO层覆盖在纳米柱上，并填充在纳米柱两侧的柱隔离孔内，以使得ITO层与GaN基板欧姆接触。

所述纳米柱为氮化硅纳米柱，纳米柱的高度、直径均位于1/4λ～λ，其中，λ为GaN基LED出光的光波长。

本实用新型具有如下优点：

1、透明电极结构由GaN基板上亚微米尺度的纳米柱构和覆盖其上的ITO层构成，不需要改变GaN基板表面形貌，不存在GaN基板损伤的风险。在GaN基LED发光波段范围内，采用Si₃N₄的纳米柱与ITO层折射率基本相同，接近GaN基板的折射率，可以有效避免光学微结构与LED器件之间的菲涅尔反射损失。

2、利用自然光刻图形技术获得高密度的Si₃N₄光学微结构，生产成本低廉，图形尺寸大小容易控制，分布集中，重复性高。结合PEVCD对Si₃N₄沉积厚度的精确控制，实现对光学微结构几何尺寸的光抽取优化，最大限度的提高GaN基LED内部发光的出射几率。

3、采用先干法后湿法蚀刻的无损图形转移方法，借助干法蚀刻优良的图形垂直转移和速率控制特性，将亚微米尺度的自然光刻图形转移至刻蚀掩膜层上，并去除图形区域的大部分纳米体层，最后借助SiO₂与Si₃N₄之间的选择性湿法腐蚀将剩余纳米体层完全去除，得到纳米柱，从根本上避免对p-GaN基板造成表面损伤，不会影响LED的电学特性。

附图说明

图1为现有透明电极结构的示意图。

图2为本实用新型的透明电极结构的示意图。

图3～图13为本实用新型制备透明点击结构的具体实施工艺步骤剖视图，其中

图3为本实用新型GaN基板的剖视图。

图4为本实用新型在GaN基板上得到纳米体层后的剖视图。

图5为本实用新型在纳米体层上得到刻蚀掩膜层后的剖视图。

图6为本实用新型在刻蚀掩膜层上得到纳米薄层后的剖视图。

图7为本实用新型对纳米薄层进行退火得到纳米点后的剖视图。

图8为本实用新型利用纳米点为掩膜刻蚀得到刻蚀掩膜块后的剖视图。

图9为本实用新型去除纳米点后的剖视图。

图10为本实用新型利用刻蚀掩膜块对纳米体层进行刻蚀后的剖视图。