高光抽取效率GaN基LED透明電極結構及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種透明電極結構及制備方法，尤其是一種高光抽取效率GaN基LED透明電極結構及制備方法，屬于LED半導體器件的技術領域。
【背景技術】
[0002]未來固體照明應用的普及取決于高光效GaN基LED制備技術的發展。制約GaN基正裝LED性能提升的基本障礙之一是其構成材料的高折射率(相對于外部介質)。由于GaN基材料(η = 2.3)和空氣介質(η = I)折射率之間的顯著差異，造成GaN基正裝LED的光逃逸錐角偏小，大部分光難以從器件內部出射而損耗，限制了器件的光抽取效率。所以一直以來，大量的研宄工作都致力于如何提高器件的光抽取效率，相繼產生了諸如ITO表面粗化、漸變折射率層、圖形化藍寶石襯底、熱酸側壁腐蝕、全向反射鏡、光子晶體、器件幾何形狀優化等方法。
[0003]從大體上講，由于GaN基正裝LED出光中頂面出光占比最大，因此改變器件頂面形貌增大光出射幾率是提升器件效率的有效途徑之一。曾有報道利用自然光刻圖形化技術粗化ITO透明電極層；調整MOCVD外延生長條件形成P-GaN表面微坑；p_GaN表面化學生長ZnO納米柱等方法都能顯著提高出光，但值得注意的是上述方法自身亦存在明顯的缺點和不足。ITO粗化通常需要借助干法蝕刻，通常會造成ITO電學性能的劣化；外延粗化P-GaN表面會在一定程度上犧牲生長質量和摻雜效率；化學生長ZnO納米柱工藝繁復，并且納米柱的附著性也難以保證。到目前為止，綜合效果良好且操作簡單易行的制備方法卻鮮有提及。因此，迫切需要開發一種即能夠顯著提升光抽取效率，又不會對器件其他特性帶來負面影響，且生產可行性較好的新方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種高光抽取效率GaN基LED透明電極結構及制備方法，其能顯著提高GaN基正裝LED的光抽取效率，工藝操作方便，成本低，適應范圍廣，安全可靠。
[0005]按照本發明提供的技術方案，所述高光抽取效率GaN基LED透明電極結構，包括GaN基板；在所述GaN基板上設置納米柱層以及覆蓋所述納米柱層上的ITO層；所述納米柱層包括若干納米柱，ITO層覆蓋在納米柱上，并填充在納米柱兩側的柱隔離孔內，以使得ITO層與GaN基板歐姆接觸。
[0006]所述納米柱為氮化硅納米柱，納米柱的高度、直徑均位于1/4 λ?λ，其中，λ為GaN基LED出光的光波長。
[0007]一種高光抽取效率GaN基LED透明電極結構的制備方法，所述透明電極結構的制備方法包括如下步驟:
[0008]a、提供GaN基板，并在所述GaN基板上設置納米體層；
[0009]b、在上述納米體層上設置刻蝕掩膜層，所述刻蝕掩膜層覆蓋在納米體層上；
[0010]C、在上述刻蝕掩膜層上設置納米薄層；
[0011]d、對上述納米薄層進行退火，以在刻蝕掩膜層上團聚成密集排布的若干納米點，在納米點的外側形成納米點孔；
[0012]e、利用納米點為掩膜，對刻蝕掩膜層以及納米體層進行干法刻蝕，以去除與納米點孔位置相對應的刻蝕掩膜層以及所述刻蝕掩膜層下方的部分納米體層，以得到位于納米點下方的刻蝕掩膜塊；
[0013]f、去除上述納米點，并利用所述刻蝕掩膜塊對納米體層進行濕法刻蝕，以去除刻蝕掩膜塊外側的納米體層；
[0014]g、去除上述刻蝕掩膜塊得到若干相互不連接的納米柱；
[0015]h、在上述納米柱上沉積ITO層，并對所述ITO層進行退火，以使得ITO層與GaN基板歐姆接觸。
[0016]所述GaN基板為P-GaN基板，納米體層為通過PECVD沉積在GaN基板上的氮化硅層O
[0017]所述刻蝕掩膜層為通過PECVD沉積在納米柱層上的二氧化硅層。
[0018]所述納米薄層為通過電子束蒸發或磁控濺射的Ag層。所述納米薄層退火形成納米點的溫度范圍450°C -550°C。
[0019]所述納米點的直徑為200nm?500nm。對ITO層進行退火以使得ITO層與GaN基板歐姆接觸的退火溫度為450°C -650°C。
[0020]所述納米柱為氮化硅納米柱，納米柱的高度、直徑均位于1/4 λ?λ，其中，λ為GaN基LED出光的光波長。
[0021]本發明具有如下優點:
[0022]1、透明電極結構由GaN基板上亞微米尺度的納米柱構和覆蓋其上的ITO層構成，不需要改變GaN基板表面形貌，不存在GaN基板損傷的風險。在GaN基LED發光波段范圍內，采用Si3N4的納米柱與ITO層折射率基本相同，接近GaN基板的折射率，可以有效避免光學微結構與LED器件之間的菲涅爾反射損失。
[0023]2、利用自然光刻圖形技術獲得高密度的Si3N4光學微結構，生產成本低廉，圖形尺寸大小容易控制，分布集中，重復性高。結合PEVCD對Si3N4沉積厚度的精確控制，實現對光學微結構幾何尺寸的光抽取優化，最大限度的提高GaN基LED內部發光的出射幾率。
[0024]3、采用先干法后濕法蝕刻的無損圖形轉移方法，借助干法蝕刻優良的圖形垂直轉移和速率控制特性，將亞微米尺度的自然光刻圖形轉移至刻蝕掩膜層上，并去除圖形區域的大部分納米體層，最后借助3102與Si 3Ν4之間的選擇性濕法腐蝕將剩余納米體層完全去除，得到納米柱，從根本上避免對P-GaN基板造成表面損傷，不會影響LED的電學特性。
【附圖說明】
[0025]圖1為現有透明電極結構的示意圖。
[0026]圖2為本發明的透明電極結構的示意圖。
[0027]圖3?圖13為本發明制備透明點擊結構的具體實施工藝步驟剖視圖，其中
[0028]圖3為本發明GaN基板的剖視圖。
[0029]圖4為本發明在GaN基板上得到納米體層后的剖視圖。
[0030]圖5為本發明在納米體層上得到刻蝕掩膜層后的剖視圖。
[0031]圖6為本發明在刻蝕掩膜層上得到納米薄層后的剖視圖。
[0032]圖7為本發明對納米薄層進行退火得到納米點后的剖視圖。
[0033]圖8為本發明利用納米點為掩膜刻蝕得到刻蝕掩膜塊后的剖視圖。
[0034]圖9為本發明去除納米點后的剖視圖。
[0035]圖10為本發明利用刻蝕掩膜塊對納米體層進行刻蝕后的剖視圖。
[0036]圖11為本發明得到納米柱后的剖視圖。
[0037]圖12為本發明在納米柱上設置ITO層后的剖視圖。
[0038]圖13為本發明對ITO層進行退火使得ITO層與GaN基板歐姆接觸后的剖視圖。
[0039]附圖標記說明:1-GaN基板、2_納米柱、3_柱隔尚孔、4-1T0層、5_納米體層、6_刻蝕掩膜層、7-納米薄層、8-納米點、9-納米點孔、10-第一刻蝕孔、11-第二刻蝕孔、12-刻蝕掩膜塊以及20-1T0平層。
【具體實施方式】
[0040]下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0041]如圖1所示:為現有LED透明電極結構的示意圖，具體為在GaN基板I上設置ITO平層20，ITO平層20與GaN基板I歐姆接觸，此種結構的透明電極結構具有較低的光抽取效率。
[0042]如圖2所示，為了獲得高光抽取效率，本發明包括GaN基板I ;在所述GaN基板I上設置納米柱層以及覆蓋所述納米柱層上的ITO層4 ;所述納米柱層包括若干納米柱2，ITO層4覆蓋在納米柱2上，并填充在納米柱2兩側的柱隔離孔3內，以使得ITO層4與GaN基板I歐姆接觸。
[0043]具體地，所述納米柱2為氮化娃納米柱，在GaN基LED發光波段范圍內，氮化娃納米柱2的折射率與ITO層4的折射率基本相同，且接近GaN基板I的折射率，納米柱2凸出在GaN基板I上，且GaN基板I上的納米柱2間相互不連接，即柱隔離孔3貫通納米柱2且能將所有的納米柱2形成相互不連接的形狀，利用納米柱2的幾何形狀，可以增大GaN基LED內發光出射幾率，可以有效避免光學微結構與LED器件之間的菲涅爾反射損失，即達到獲得高光抽取效率的目的。
[0044]一般地，納米柱2的高度、直徑均位于1/4 λ?λ，其中，λ為GaN基LED出光的光波長，納米柱2的高度、直徑與光波長匹配后，能進一步地確保出光的最大化。
[0045]如圖3?圖13所示，上述高光抽取效率GaN基LED透明電極結構可以通過下述工藝步驟制備得到，具體步驟包括:
[0046]a、提供GaN基板I，并在所述GaN基板I上設置納米體層5 ；
[0047]如圖3和圖4所示，所述GaN基板I為P-GaN基板，納米體層5為通過PECVD沉積在GaN基板I上的氮化硅層。納米體層5的厚度在GaN基LED出光波長的1/4倍?I倍之間。一般地，GaN基LED的波長范圍為400nm-600nm，也即是納米體層5的厚度范圍為100_600nmo
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