專利名稱：具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED及其制備方法，尤其涉及一種具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED及其制備方法。
背景技術(shù)：
作為下一代大功率GaN基LED(High-p0Wer LEDs)極具潛力的解決方案，垂直結(jié)構(gòu)LED正獲得業(yè)界的極大關(guān)注和發(fā)展。相比傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)，垂直結(jié)構(gòu)剝離了藍(lán)寶石襯底，可直接在外延P型層上布置反射層，器件內(nèi)部有源區(qū)隨機(jī)射向非出光面的光直接通過反射層反射，通常的反射層為金屬反射層或者電介質(zhì)材料構(gòu)成的布拉格分布反射層等，避免了由于器件內(nèi)部有源區(qū)隨機(jī)射向非出光面而造成光抽取效率的降低。但是，反射層通常蒸鍍在光滑的ITO透明接觸層之上，呈現(xiàn)為鏡面反射，這對LED光抽取效率的提高有很大的限制。 同時，GaN基LED的光抽取效率受制于GaN與空氣之間巨大的折射率差，根據(jù)斯涅耳定律，光從GaN(n 2. 5)到空氣(n =1. 0)的臨界角約為23°，只有在入射角在臨界角以內(nèi)的光可以出射到空氣中，而臨界角以外的光只能在GaN內(nèi)部來回反射，直至被自吸收。而在這方面，垂直結(jié)構(gòu)有著天然的優(yōu)勢，剝離襯底后暴露的N型GaN層表面化學(xué)性質(zhì)活潑，易于與KOH或H3PO4發(fā)生反應(yīng)形成微小的金字塔形貌，即通過酸堿濕法蝕刻進(jìn)行表面粗化，這能顯著增大器件內(nèi)部光的出射幾率。但是酸堿濕法蝕刻獲得微結(jié)構(gòu)的大小和深度一致性并不理想，且重復(fù)性不高，這對LED產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響。由此可知，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)LED —樣，垂直結(jié)構(gòu)LED亦面臨著如何提高光抽取效率的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的Led光抽取效率低、光抽取結(jié)構(gòu)重復(fù)性不高等問題。為了達(dá)到上述目的及其他目的，本發(fā)明提供一種具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED，所述LED至少包括底部結(jié)構(gòu)層，包括一導(dǎo)電支撐襯底，鍵合于所述導(dǎo)電支撐襯底上表面的金屬鍵合電極層，結(jié)合于所述金屬鍵合電極層上表面的金屬反射電極層，以及具有一上表面以及一具有納米級粗糙紋理的下表面的ITO層，且所述ITO層的下表面結(jié)合于所述金屬反射電極層的上表面以形成一光學(xué)漫反射層；外延結(jié)構(gòu)層，結(jié)合于所述ITO層的上表面，包括P型GaN層，結(jié)合于所述P型GaN層上的有源區(qū)層，以及結(jié)合于所述有源區(qū)層上的N型GaN層，且所述N型GaN層的上表面具有出光微結(jié)構(gòu)及N電極；以及SiO2鈍化層，形成于所述外延結(jié)構(gòu)層的四周側(cè)面。在本發(fā)明的LED中，所述的出光微結(jié)構(gòu)包括在N型GaN層的上表面形成的微米級微結(jié)構(gòu)與在所述微米級微結(jié)構(gòu)表面上形成的納米級微結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的LED中，所述的微米級微結(jié)構(gòu)為具有一定間隔排列的彈頭錐形凸起結(jié)構(gòu)、三棱錐形凸起結(jié)構(gòu)、截頂三棱錐凸起結(jié)構(gòu)或截頂三棱錐凹陷結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的LED中，所述微米級微結(jié)構(gòu)包括一處于低位的微米級微結(jié)構(gòu)低位區(qū)域、一處于高位的微米級微結(jié)構(gòu)高位區(qū)域以及一處于所述高、低位區(qū)域之間的微米級微結(jié)構(gòu)中間區(qū)域。在本發(fā)明的LED中，所述的納米級微結(jié)構(gòu)為形成于所述微米級微結(jié)構(gòu)高、低位區(qū)域表面的大量納米級金字塔凸起結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明還提供一種具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED的制備方法，其至少包括步驟步驟一，提供一藍(lán)寶石襯底，并在其上表面刻蝕出所需圖形，以制備出一上表面具有特定圖形的藍(lán)寶石圖形襯底，然后在所述藍(lán)寶石圖形襯底上依次生長N型GaN層、有源區(qū)層以及P型GaN層以形成外延結(jié)構(gòu)，并在所述藍(lán)寶石襯底及外延結(jié)構(gòu)的表面形成SiO2鈍化層；步驟二，在所述P型GaN層上蒸鍍出ITO層，并通過刻蝕工藝粗化所述ITO層的一表面，以在該表面上形成納米級的粗糙紋理，熔合P型GaN層與ITO層，以形成歐姆接觸，然后在所述ITO層表面上蒸鍍一金屬反射電極層，以在ITO層與金屬反射電極層之間形成一光學(xué)漫反射層，最后通過一金屬鍵合電極層將所述的金屬反射電極層鍵合于一導(dǎo)電支撐襯底上；步驟三，剝離所述藍(lán)寶石圖形襯底，以在所述N型GaN層表面形成一具有與該藍(lán)寶石襯底表面圖形互補(bǔ)的微米級微結(jié)構(gòu)，清洗所述N型GaN層表面，以去除金屬Ga與表面氧化物，然后腐蝕所述N型GaN層表面的微米級微結(jié)構(gòu)，以在所述的微米級微結(jié)構(gòu)表面上形成大量納米級的金字塔凸起結(jié)構(gòu)，最后在所述N型GaN層的表面上制備出N型電極，以完成所述LED的制備。所述步驟一中，通過濕法刻蝕或者干法刻蝕刻蝕所述藍(lán)寶石襯底一表面以制備出所述藍(lán)寶石圖形襯底。優(yōu)選地，所述步驟二中，通過干法刻蝕粗化工藝或者濕法刻蝕粗化工藝處理ITO層表面，以在其表面上形成納米級的粗糙紋理。所述步驟二中，采用Cl2、BCl3與CF4混合物或者CH4與Ar混合物為腐蝕劑對所述ITO層表面進(jìn)行干法刻蝕粗化處理。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟二中，干法刻蝕還包括在所述ITO層表面旋涂光刻膠步驟，以利用刻蝕過程中光刻膠熱量積聚造成的表面起伏形成自粗化圖形，并通過刻蝕傳遞給所述ITO層表面，以在ITO層表面形成納米級的粗糙紋理。所述步驟二中，采用BOE與HF混合溶液為腐蝕劑對所述ITO層表面進(jìn)行濕法刻蝕粗化處理。所述步驟三中，采用激光剝離技術(shù)剝離所述的藍(lán)寶石圖形襯底，以在所述N型GaN層表面形成包括一處于低位的微米級微結(jié)構(gòu)低位區(qū)域、一處于高位的微米級微結(jié)構(gòu)高位區(qū)域以及一處于所述高、低位區(qū)域之間的微米級微結(jié)構(gòu)中位區(qū)域的微米級微結(jié)構(gòu)。所述步驟三中，采用酸溶液腐蝕法或堿溶液腐蝕法腐蝕所述N型GaN層微米級微結(jié)構(gòu)高、低位區(qū)域，以在其表面形成大量納米級的金字塔凸起結(jié)構(gòu)。
所述步驟三中，所述的酸溶液為磷酸，所述的堿溶液為氫氧化鉀。所述步驟三中，腐蝕同時輔以紫外光照射或加熱，以利于腐蝕的進(jìn)行。如上所述，經(jīng)由本發(fā)明的制備方法制得的LED，具有通過激光剝離藍(lán)寶石圖形襯底所轉(zhuǎn)移的與藍(lán)寶石圖形襯底表面微結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的出光表面微結(jié)構(gòu)，由于藍(lán)寶石圖形襯底表面微結(jié)構(gòu)形貌可通過工藝手段控制，因此提供了一種重復(fù)性極高的控制出光表面微結(jié)構(gòu)的手段，此外對出光表面輔以局部區(qū)域的納米級的粗化，進(jìn)一步優(yōu)化了出光表面的形貌；同時，將傳統(tǒng)工藝制備LED中的鏡面金屬反射層變?yōu)榧{米級粗糙紋理的金屬漫反射層，增強(qiáng)了其漫反射和散射效果，使反射層與出光表面微結(jié)構(gòu)搭配最優(yōu)化，最大限度地增大所述LED內(nèi)部光的抽取效率。本發(fā)明的制備方法工藝簡單，可用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。


圖1顯示為本發(fā)明制備方法的步驟一完成后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2a 2d顯示為本發(fā)明制備方法的步驟二中濕法刻蝕ITO層所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a 3g顯示為本發(fā)明制備方法步驟二中干法刻蝕ITO層所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4a 4c顯示為完成本發(fā)明步驟三所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上表面”、“下表面”、“左”、“右”、“中間”、“二”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。本發(fā)明提供一種具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED，請參閱圖4b與圖4c，如圖所示，所述LED至少包括底部結(jié)構(gòu)層2，包括一導(dǎo)電支撐襯底25，該襯底材質(zhì)可為硅、銅、鋁、或各類合金等，鍵合于所述導(dǎo)電支撐襯底25上表面的金屬鍵合電極層24，作為優(yōu)選方案，材質(zhì)可為金錫合金、鈦招合金等，結(jié)合于所述金屬鍵合電極層24的上表面的金屬反射電極層23，材質(zhì)可為銀等，以及具有一上表面及一具有納米級的粗糙紋理的下表面的ITO層21，且所述下表面結(jié)合于所述的金屬反射電極層23的上表面以形成一光學(xué)漫反射層22，用以對射向該光學(xué)漫反射層22的光線產(chǎn)生漫反射或者散射，增大光在出光表面處的出射幾率；外延結(jié)構(gòu)層1，結(jié)合于所述ITO層21的上表面，包括P型GaN層14，結(jié)合于所述P型GaN層14上的有源區(qū)層13，以及結(jié)合于所述有源區(qū)層13上的N型GaN層12，且所述N型GaN層12的上表面具有出光微結(jié)構(gòu)15及N電極4，該電極的材質(zhì)可為金或者銀等；以及SiO2鈍化層3，形成于所述外延結(jié)構(gòu)層I的四周側(cè)面。需要特別說明的是，所述的出光微結(jié)構(gòu)15包括在N型GaN層的上表面形成的微米級微結(jié)構(gòu)與在所述微米級微結(jié)構(gòu)表面上形成的納米級微結(jié)構(gòu)，該兩微結(jié)構(gòu)共同作用，減少了射向該出光面的光線的全反射幾率，大大的提高了本發(fā)明LED的光抽取效率。所述的微米級微結(jié)構(gòu)為具有一定間隔排列的彈頭錐形凸起結(jié)構(gòu)、三棱錐形凸起結(jié)構(gòu)、截頂三棱錐凸起結(jié)構(gòu)或截頂三棱錐凹陷結(jié)構(gòu)?！に鑫⒚准壩⒔Y(jié)構(gòu)包括一處于低位的微米級微結(jié)構(gòu)低位區(qū)域153、一處于高位的微米級微結(jié)構(gòu)高位區(qū)域151以及一處于所述高、低位區(qū)域之間的微米級微結(jié)構(gòu)中間區(qū)域152。所述的納米級微結(jié)構(gòu)為形成于所述微米級微結(jié)構(gòu)高、低位區(qū)域151及153表面的大量納米級金字塔凸起結(jié)構(gòu)154及155。請參閱圖1至圖4c，顯示為本發(fā)明的制備方法中依據(jù)各步驟呈現(xiàn)的LED截面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明還提供一種具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟請參閱圖1，如圖所示，首先進(jìn)行步驟一，提供一藍(lán)寶石襯底，并通過濕法刻蝕或者干法刻蝕刻蝕在其上表面刻蝕出所需圖形，以制備出一上表面具有特定圖形的藍(lán)寶石圖形襯底11，然后在所述藍(lán)寶石圖形襯底11上依次生長N型GaN層12、有源區(qū)層13以及P型GaN層14以形成外延結(jié)構(gòu),作為本實(shí)施例的一個優(yōu)選方案為提供一藍(lán)寶石圖形襯底11，然后以(CH3)3Ga(三甲基鎵)為Ga(鎵)源，NH3(氨氣)為N源，SiH4(硅烷)用作為N型摻雜劑，采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積法在所述藍(lán)寶石圖形襯底11上生長N型GaN層12 ;以(CH3)3In (三甲基銦)為In (銦)源，(CH3) 3Ga為Ga源，NH3為N源，采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積法在所述的N型GaN層12上生長InGaN/GaN有源層13 ； (CH3) 3Ga為Ga源，NH3為N源，Mg (C5H5) 2 ( 二茂鎂)作為P型摻雜劑，采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積法在所述的有源層13上生長P型GaN層14以形成外延結(jié)構(gòu)層I，并在所述外延結(jié)構(gòu)層I的表面通過氧化方式形成SiO2鈍化層3 ；請參閱圖2a 3g,如圖所示,接著進(jìn)行步驟二,在所述P型GaN層14上蒸鍍出ITO層21，并通過刻蝕工藝粗化所述ITO層21的一表面，以在該表面上形成納米級的粗糙紋理，熔合P型GaN層14與ITO層21，以形成歐姆接觸，然后在所述ITO層21表面上蒸鍍一金屬反射電極層23，該金屬反射電極層23的材質(zhì)可為銀等，以在ITO層21與金屬反射電極層23之間形成一光學(xué)漫反射層22，用以對射向該光學(xué)漫反射層的光線產(chǎn)生漫反射或者散射，增大光在出光表面處的出射幾率，最后通過一金屬鍵合電極層24,該金屬鍵合電極層24的材質(zhì)可為金錫合金、鈦鋁合金等，將所述的金屬反射電極層23鍵合于一導(dǎo)電支撐襯底上25，該導(dǎo)電支撐襯底25的材質(zhì)可為硅、銅、鋁、或各類合金等，以制備出所述LED的底部結(jié)構(gòu)層2 ；其中，所述步驟二中，通過干法刻蝕粗化工藝或者濕法刻蝕粗化工藝處理ITO層21表面，以在其表面上形成納米級的粗糙紋理。如圖2a 2d所示，所述步驟二中，采用BOE與HF混合溶液為腐蝕劑對所述ITO層21表面進(jìn)行濕法刻蝕粗化處理。
如圖3a 3g所示，所述步驟二中，采用Cl2、BCl3與CF4混合物或者CH4與Ar混合物為腐蝕劑對所述ITO層21表面進(jìn)行干法刻蝕粗化處理。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟二中，干法刻蝕還包括在所述ITO層21表面旋涂光刻膠26步驟，以利用刻蝕過程中光刻膠26熱量積聚造成的表面起伏形成自粗化圖形27，并通過刻蝕傳遞給所述ITO層21表面，以形成ITO層21表面的納米級的粗糙紋理。請參閱圖4a 4c,如圖所示,最后進(jìn)行步驟三,采用激光剝離技術(shù)剝離所述的藍(lán)寶石圖形襯底11，以在所述N型GaN層12表面形成一具有與該藍(lán)寶石圖形襯底11表面圖形互補(bǔ)的微米級微結(jié)構(gòu)，該微米級微結(jié)構(gòu)包括一處于低位的微米級微結(jié)構(gòu)低位區(qū)域153、一處于高位的微米級微結(jié)構(gòu)高位區(qū)域151以及一處于所述高、低位區(qū)域之間的微米級微結(jié)構(gòu)中位區(qū)域152，清洗所述N型GaN層12表面，以去除金屬Ga與表面氧化物，優(yōu)選地，選用1:1比例的HCl H2O溶液清洗金屬Ga，選用BOE去除表面氧化物，然后通過酸溶液或者堿溶液腐蝕所述N型GaN層12表面的微米級微結(jié)構(gòu)151、152及153，以在所述的微米級微結(jié)構(gòu)的高位區(qū)域151及低位區(qū)域153表面上形成大量納米級的金字塔凸起結(jié)構(gòu)154及155，優(yōu)選地，所述的酸溶液為磷酸，所述的堿溶液為氫氧化鉀，在腐蝕過程中的一個優(yōu)選方案是，腐蝕同時輔以紫外光照射或加熱，此處所述的紫外光可以為Xe燈光，以利于腐蝕的進(jìn)行，最后在所述N型GaN層12的表面上制備出N型電極4，該電極的材質(zhì)可為金或者銀等，以完成所述LED的制備。本發(fā)明工藝簡單但效果優(yōu)良，經(jīng)由本發(fā)明的制備方法制得的LED，具有通過激光剝離藍(lán)寶石圖形襯底所轉(zhuǎn)移的與藍(lán)寶石圖形襯底表面微結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的出光表面微結(jié)構(gòu)，由于藍(lán)寶石圖形襯底表面微結(jié)構(gòu)形貌可通過工藝手段控制，因此提供了一種重復(fù)性極高的控制出光表面微結(jié)構(gòu)的手段，此外對出光表面輔以局部區(qū)域的納米級的粗化，進(jìn)一步優(yōu)化了出光表面的形貌；同時，將傳統(tǒng)工藝制備LED中的鏡面金屬反射層變?yōu)榧{米級粗糙紋理的金屬漫反射層，增強(qiáng)了其漫反射和散射效果，使反射層與出光表面微結(jié)構(gòu)搭配最優(yōu)化，最大限度地增大所述LED內(nèi)部光的抽取效率。本發(fā)明的制備方法工藝簡單，可用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。盡管為說明目的公開了本發(fā)明的具體實(shí)施例和附圖，其目的僅在于幫助理解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于各實(shí)施例 和附圖所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，所述LED至少包括 底部結(jié)構(gòu)層，包括一導(dǎo)電支撐襯底，鍵合于所述導(dǎo)電支撐襯底上表面的金屬鍵合電極層，結(jié)合于所述金屬鍵合電極層上表面的金屬反射電極層，以及具有一上表面及一具有納米級粗糙紋理的下表面的ITO層，且所述ITO層的下表面結(jié)合于所述金屬反射電極層的上表面以形成一光學(xué)漫反射層； 外延結(jié)構(gòu)層，結(jié)合于所述ITO層的上表面，包括P型GaN層，結(jié)合于所述P型GaN層上的有源區(qū)層，以及結(jié)合于所述有源區(qū)層上的N型GaN層，且所述N型GaN層的上表面具有出光微結(jié)構(gòu)及N電極；以及 SiO2鈍化層，形成于所述外延結(jié)構(gòu)層的四周側(cè)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，所述的出光微結(jié)構(gòu)包括在N型GaN層的上表面形成的微米級微結(jié)構(gòu)與在所述微米級微結(jié)構(gòu)表面上形成的納米級微結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，所述的微米級微結(jié)構(gòu)為具有一定間隔排列的彈頭錐形凸起結(jié)構(gòu)、三棱錐形凸起結(jié)構(gòu)、截頂三棱錐凸起結(jié)構(gòu)、或截頂三棱錐凹陷結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，所述微米級微結(jié)構(gòu)包括一處于低位的微米級微結(jié)構(gòu)低位區(qū)域、一處于高位的微米級微結(jié)構(gòu)高位區(qū)域以及一處于所述高、低位區(qū)域之間的微米級微結(jié)構(gòu)中間區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，所述的納米級微結(jié)構(gòu)為形成于所述微米級微結(jié)構(gòu)高、低位區(qū)域表面的大量納米級金字塔凸起結(jié)構(gòu)。
6.一種具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED的制備方法,其特征在于,至少包括以下步驟 步驟一，提供一藍(lán)寶石襯底，并在其上表面刻蝕出所需圖形，以制備出一上表面具有特定圖形的藍(lán)寶石圖形襯底，然后在所述藍(lán)寶石圖形襯底上依次生長N型GaN層、有源區(qū)層以及P型GaN層以形成外延結(jié)構(gòu)層，并在所述藍(lán)寶石圖形襯底及外延結(jié)構(gòu)層的表面形成SiO2鈍化層； 步驟二，在所述P型GaN層上蒸鍍出ITO層，并通過刻蝕工藝粗化所述ITO層的一表面，以在該表面上形成納米級的粗糙紋理，熔合P型GaN層與ITO層，以形成歐姆接觸，然后在所述ITO層表面上蒸鍍一金屬反射電極層，以在ITO層與金屬反射電極層之間形成一光學(xué)漫反射層，最后通過一金屬鍵合電極層將所述的金屬反射電極層鍵合于一導(dǎo)電支撐襯底上； 步驟三，剝離所述藍(lán)寶石圖形襯底，以在所述N型GaN層表面形成一具有與該藍(lán)寶石襯底表面圖形互補(bǔ)的微米級微結(jié)構(gòu)，清洗所述N型GaN層表面，以去除金屬Ga與表面氧化物，然后腐蝕所述N型GaN層表面的微米級微結(jié)構(gòu)，以在所述的微米級微結(jié)構(gòu)表面上形成大量納米級的金字塔凸起結(jié)構(gòu)，最后在所述N型GaN層的表面上制備出N型電極，以完成所述LED的制備。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED的制備方法，其特征在于，于所述步驟一中，通過濕法刻蝕或者干法刻蝕刻蝕所述藍(lán)寶石襯底一表面以制備出所述藍(lán)寶石圖形襯底。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED的制備方法，其特征在于，于所述步驟二中，通過干法刻蝕粗化工藝或者濕法刻蝕粗化工藝處理ITO 層表面，以在其表面上形成納米級的粗糙紋理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED的制備方法，其特征在于，于所述步驟二中，采用Cl2、BCl3與CF4混合物或者CH4與Ar混合物為腐蝕 劑對所述ITO層表面進(jìn)行干法刻蝕粗化處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED的制備方法，其特征在于，于所述步驟二中，干法刻蝕還包括在所述ITO層表面旋涂光刻膠步驟，以利用刻蝕過程中光刻膠熱量積聚造成的表面起伏形成自粗化圖形，并通過刻蝕傳遞給所述ITO層表面，以在ITO層表面形成納米級的粗糙紋理。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED的制備方法，其特征在于，于所述步驟二中，采用BOE與HF混合溶液為腐蝕劑對所述ITO層表面進(jìn)行濕法刻蝕粗化處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED的制備方法，其特征在于，于所述步驟三中，采用激光剝離技術(shù)剝離所述的藍(lán)寶石圖形襯底，以在所述N型GaN層表面形成包括一處于低位的微米級微結(jié)構(gòu)低位區(qū)域、一處于高位的微米級微結(jié)構(gòu)高位區(qū)域以及一處于所述高、低位區(qū)域之間的微米級微結(jié)構(gòu)中位區(qū)域的微米級微結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED的制備方法，其特征在于，于所述步驟三中，采用酸溶液腐蝕法或堿溶液腐蝕法腐蝕所述N型GaN層微米級微結(jié)構(gòu)的高、低位區(qū)域，以在其表面形成大量納米級的金字塔凸起結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED的制備方法，其特征在于，于所述步驟三中，所述的酸溶液為磷酸，所述的堿溶液為氫氧化鉀。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED的制備方法，其特征在于，于所述步驟三中，腐蝕同時輔以紫外光照射或加熱，以利于腐蝕的進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有光抽取微結(jié)構(gòu)的大功率GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED及其制備方法，經(jīng)由本發(fā)明的制備方法制得的LED，具有通過激光剝離藍(lán)寶石圖形襯底所轉(zhuǎn)移的與藍(lán)寶石圖形襯底表面圖形互補(bǔ)的出光表面微結(jié)構(gòu)，由于藍(lán)寶石圖形襯底表面微結(jié)構(gòu)形貌可通過工藝手段控制，因此提供了一種重復(fù)性極高的控制出光表面微結(jié)構(gòu)的手段，此外對出光表面輔以局部區(qū)域的納米級的粗化，進(jìn)一步優(yōu)化了出光表面的形貌；同時，將傳統(tǒng)工藝制備LED中的鏡面金屬反射層變?yōu)榧{米級粗糙紋理的金屬漫反射層，增強(qiáng)了其漫反射和散射效果，使反射層與出光表面微結(jié)構(gòu)搭配最優(yōu)化，最大限度地增大所述LED內(nèi)部光的抽取效率。本發(fā)明的制備方法工藝簡單，可重復(fù)性高，可用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號H01L33/22GK103022301SQ201110279690
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者李睿, 齊勝利, 郝茂盛, 陶淳 申請人:上海藍(lán)光科技有限公司