Способ изготовления светодиода

Способ изготовления относится к области полупроводниковых светоизлучающих приборов и может использоваться для производства светодиодов. Сущность способа заключается в том, что на световыводящей поверхности GaN-n или GaN-p типов осаждается просветляющее оптическое покрытие SiO₂ и в нем формируется микрорельеф в виде наноострий с плотностью 10⁷-10⁸ шт/см². Данный способ позволяет создавать микрорельефную рассеивающую свет световыводящую поверхность как на GaN n-типа, так и на GaN р-типа без ухудшения параметров гетероструктуры, кроме того, способ предназначен для повышения внешней квантовой эффективности светодиодов на основе GaN. 2 ил., 1 пр.

 

Способ изготовления относится к области полупроводниковых светоизлучающих приборов и может использоваться для производства светодиодов.

Известен способ изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора [US 20040113163], включающий подложку со сформированным на ее поверхности текстурированным слоем, имеющим шероховатую поверхность, а также выращенные методом эпитаксии слои из нитридного материала, образующие полупроводниковую гетероструктуру с p-n-переходом. Благодаря наличию указанного текстурированного слоя, микровыступы и микровпадины которого образуют центры рассеяния светового излучения, снижается влияние на выход света эффекта полного внутреннего отражения света, возникающего на границе подложка - примыкающий к подложке слой материала, в случае, когда показатель преломления материала указанного слоя превышает показатель преломления материала подложки. В результате увеличивается доля выводимого через подложку светового излучения и тем самым повышается внешняя оптическая эффективность прибора. Недостатком данного способа является то, что по отношению к основному технологическому процессу эпитаксиального выращивания полупроводниковых слоев требуются дополнительные технологические операции, включающие, например, такие операции, как травление материала слоя, в том числе с предварительным нанесением фотомаски, усложняется конструкция и технология изготовления рассматриваемого прибора.

Так же известен способ создания светодиодов на основе GaN [ЕР 2218114] (ближайший аналог), включающий текстурирование световы-водящей поверхности GaN-n типа. Для формирования шероховатых поверхностей используется фотолитография и плазмохимическое травление нитрида галлия. Травление производится через окна диаметром 2 мкм и расстоянием между центрами 8 мкм. При травлении боковые стенки микровыступа наклоняются так, чтобы каждый раз, когда луч отражается, угол падения луча на боковую стенку уменьшается. При этом угол падения лучей получается меньше, чем критический угол, и передача света через боковую наклонную поверхность увеличивается.

Недостатком предложенного способа является то, что травится сама подложка GaN, что негативно сказывается на параметрах гетеропереходов и такой способ создания шероховатых поверхностей не пригоден при выводе света через слой GaN-p типа из-за очень мелкого p-n перехода (0,15-0,2 мкм).

Целью изобретения является повышение внешней квантовой эффективности светодиода на основе GaN.

Поставленная цель достигается путем осаждения на поверхность GaN просветляющего оптического покрытия 8Юз и создания в этом покрытии микрорельефа. Повышение внешней квантовой эффективности достигается за счет эффекта просветления на границе GaN-SiO₂ и за счет наличия рассеивающего свет микрорельефа в слое SiO₂. Микрорельеф в виде наноострий с плотностью 1,4·10⁷ шт/см² создается с помощью фотолитографии или электронно-лучевой литографии и последующего травления SiO₂.

По отношению к прототипу в заявляемом изобретении микрорельеф формируется в дополнительном слое SiO₂ без необходимости травления самого нитрида галлия, что позволяет достигать цели при выводе света как через GAN-n так и через GAN-p типа с малой глубиной гетероперехода без ухудшения параметров гетероструктуры.

Пример конкретной реализации способа

На поверхность гетероструктуры на основе нитрида галлия (GaN) наносится просветляющее покрытие из диоксида кремния (SiO₂) с оптической толщиной, соответствующей λ/4, методом магнетронного распыления с отведением электронной бомбардировки от гетероструктуры. В просветляющем покрытии из диоксида кремния (SiO₂) формируется микрорельефная поверхность упорядоченной структуры в виде наноострий с помощью электроннолучевой литографии (Фиг.1). Расстояние между наноостриями 500 нм, диаметр основания острия 284 нм, что соответствует плотности наноострий 1,4·10⁷ шт/см² (Фиг.2).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Steigerwald, Daniel A. (Cupertino, CA, US) Bhat, Jerome C. (San Francisco, CA, US). Light emitting device with enhanced optical scattering. US 20040113163; International Classes: G02B 5/02; H01L 33/22; G02B 5/02; H01L 33/00; (IPC1-7): H01L 33/00.

2. Zhong Hong [CN]; Tyagi Anurag [US]; Vampola Kenneth J [US]; Speck James S [US]; Denbaars Steven P [US]; Nakamura Shuji [US]. High light extraction efficiency nitride based light emitting diode by surface roughening. EP 2218114, international: H01L 33/00; H01L 33/22; H01L 33/20; H01L 33/32; European: H01L 33/22.

Способ изготовления светодиода на основе GaN, включающий создание гетероструктуры на основе нитрида галлия, отличающийся тем, что на световыводящую поверхность GaN-n или GaN-p типа осаждается просветляющее оптическое покрытие SiO₂, и в нем формируется микрорельеф в виде наноострий с плотностью 10⁷-10⁸ шт./см².