专利名称：折射率渐变的光子晶体发光二极管结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种折射率渐变的光子晶体发光二极管结构。
背景技术：
目前II1-V族半导体光电材料被誉为第三代半导体材料。而氮化镓系发光二极管，由于可以通过控制材料的组成来制作出各种色光(尤其是需要高能隙的蓝光或紫光)的发光二极管(简称为“LED” )，而成为业界研究的重点。影响LED发光的因素除了内量子效率外，光提取效率也在很大程度上影响着LED的发光效率。氮化镓基LED光提取效率主要受氮化镓材料折射率的影响。以460纳米输出光为例，460纳米波长的光在氮化镓材料中的有效折射率值为2.38，空气的折射率为1，LED中产生的光大部分被禁锢在高折射率半导体内部，以导波模式存在，而只有少量(4%)的光能以辐射模式出射到空气中。目前，提高LED光提取效率的方法有很多，如表面粗化，表面等离激元，全向反射器，光子晶体等。理论研究表明，光子晶体因其光子禁带作用和光栅衍射效应，可以在很大程度上提高LED的光提取效率。目前的光子晶体大都以单一结构制作在材料表层，界面处光子带隙和光栅衍射效应必然伴随能量的损失。采用折射率渐变的光子晶体结构，因其占空比的变化引起光子晶体本身的有效折射率发生变化，从而使光子晶体的导光作用更为显著，可以进一步降低由单一结构光子晶体所造成的光损耗，更有效提高LED光提取效率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，其可使光子晶体的导光作用更为显著，可以进一步降低由单一结构光子晶体所造成的光损耗，更有效地提高LED光提取效率。本发明提供一种折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，其包括:一衬底；一成核层，该成核层制作在衬底的上面；一缓冲层，该缓冲层制作在成核层的上面；一 η型接触层，该η型接触层制作在缓冲层的上面，该η型接触层的一侧形成有一台面；一活性发光层，该活性发光层制作在η型接触层台面另一侧的上面；一 P型电子阻挡层，该P型电子阻挡层制作在活性发光层的上面；一 P型接触层，该P型接触层制作在P型电子阻挡层的上面；一折射率渐变阵列式光子晶体，该折射率渐变阵列式光子晶体制作在P型接触层上；一负电极，该负电极制作在η型接触层一侧的台面的上面；
一正电极，该正电极制作在折射率渐变阵列式光子晶体的上面。本发明的有益效果是:其可使光子晶体的导光作用更为显著，可以进一步降低由单一结构光子晶体所造成的光损耗，更有效地提闻LED光提取效率。
图1是本发明折射率渐变的光子晶体发光二极管结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。请参阅图1所示，本发明提供一种折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，其包括:一衬底11，所述的衬底11的材料为C面、R-面或A-面的氧化铝单晶、6H_SiC或4H-SiC以及晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧化物。一成核层12，该成核层12制作在衬底11的上面；该成核层12为氮化镓材料构成。一缓冲层13，该缓冲层13制作在成核层12的上面；该缓冲层13为氮化镓材料构成。一 η型接触层14，该η型接触层14制作在缓冲层13的上面，该η型接触层14的一侧形成有一台面141，该台面141经由等离子体刻蚀的方法形成；该11型接触层14由η型氮化镓构成。一活性发光层15，该活性发光层15制作在η型接触层14台面141另一侧的上面；所述活性发光层15是由铟镓氮薄层和氮化镓薄层交互层叠形成的多周期的量子阱结构构成。一 P型电子阻挡层16，该P型电子阻挡层16制作在活性发光层15的上面；该？型电子阻挡层16由铝镓氮材料构成。一 P型接触层17，该P型接触层17制作在P型电子阻挡层16的上面；该？型接触层17由P型氮化镓材料构成。—折射率渐变阵列式光子晶体18，该折射率渐变阵列式光子晶体18制作在P型接触层17上；所述的折射率渐变阵列式光子晶体18是通过电子束曝光、激光全息曝光干涉、纳米压印或者聚苯乙烯球的方式制作，在P型接触层17上形成预刻蚀阵列式图形，图形分布可以为三角形、方形或六边形或其它形状的分布；所述的折射率渐变阵列式光子晶体18是通过感应耦合等离子体刻蚀的方法获得；对通过电子束曝光、激光全息曝光干涉、纳米压印或者聚苯乙烯球的方式制作在P型接触层17上形成的预刻蚀阵列式图形采用感应耦合等离子体刻蚀，可以获得孔状折射率渐变阵列式光子晶体18 ；所述的折射率渐变阵列式光子晶体18的晶格常数为10010000纳米；折射率渐变阵列式光子晶体18的孔深为502000纳米；折射率渐变阵列式光子晶体18的孔阵列的排布为三角形、方形或六边形或者其它形状的图形分布；
所述折射率渐变阵列式光子晶体18，其折射率的变化是通过调整折射率渐变阵列式光子晶体18沿纵向分布的占空比来实现，折射率渐变阵列式光子晶体18的占空比沿从衬底11到P型接触层17的方向自下而上依次增加，占空比的变化可以通过调节感应耦合等离子体刻蚀过程中的功率值来实现，占空比与感应耦合等离子体刻蚀的功率值成正比；所述折射率渐变阵列式光子晶体18，其沿纵向分布的不同占空比可以是连续渐变，也可以是台阶式突变，具体刻蚀过程，可以通过调节感应耦合等离子体刻蚀功率连续变化或者分立变化来实现。一负电极19，该负电极19制作在η型接触层14 一侧的台面141上；该负电极19由络怕金或钦招钦金组成。一正电极20，该正电极20制作在折射率渐变阵列式光子晶体18上；该正电极20由铬钼金或钛铝钛金组成，部分覆盖折射率渐变阵列式光子晶体18。所述折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，制备中采用高纯ΝΗ3作N源，高纯H2和N2的混合气体作载气；三甲基镓或三乙基镓作Ga源，三甲基铟作In源，三甲基铝作Al源；η型掺杂剂为硅烷，P型掺杂剂为二茂镁。所述折射率渐变的光子晶体发光二极管结构可以为正装、倒装或垂直结构；折射率渐变阵列式光子晶体18均制作在发光二极管出光层；在正装结构中，折射率渐变阵列式光子晶体18制作在P型接触层上；在倒装结构中，折射率渐变阵列式光子晶体18制作在表层衬底上；在垂直结构中，折射率渐变阵列式光子晶体18制作在η型接触层上。所述折射率渐变的光子晶体发光二极管结构可以根据需要，在η型接触层和P型接触层之间制作其它的层，以提高发光二极管的性能，这在本领域中属于公知，在此不作详述。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，其包括: 一衬底； 一成核层，该成核层制作在衬底的上面； 一缓冲层，该缓冲层制作在成核层的上面； 一 η型接触层，该η型接触层制作在缓冲层的上面，该η型接触层的一侧形成有一台面； 一活性发光层，该活性发光层制作在η型接触层台面另一侧的上面； 一 P型电子阻挡层，该P型电子阻挡层制作在活性发光层的上面； 一 P型接触层，该P型接触层制作在P型电子阻挡层的上面； 一折射率渐变阵列式光子晶体，该折射率渐变阵列式光子晶体制作在P型接触层上； 一负电极，该负电极制作在η型接触层一侧的台面的上面； 一正电极，该正电极制作在折射率渐变阵列式光子晶体的上面。
2.如权利要求1所述的折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，其中所述的衬底的材料为C面、R-面或A-面的氧化铝单晶、6H-SiC或4H-SiC以及晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧化物。
3.如权利要求1所述的折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，其中所述的折射率渐变阵列式的光子晶体为折射率渐变的阵列式孔状光子晶体结构。
4.如权利要求3所述的折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，其中所述的折射率渐变阵列式的光子晶体是通过电子束曝光、激光全息曝光干涉、纳米压印或者聚苯乙烯球的方式制作。
5.如权利要求4所述的折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，其中所述的折射率渐变阵列式的光子晶体是通过感应耦合等离子体刻蚀的方法获得。
6.如权利要求5所述的折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，其中所述的折射率渐变阵列式的光子晶体的晶格常数为100-10000纳米；折射率渐变阵列式的光子晶体的孔深为50-2000纳米；折射率渐变阵列式的光子晶体孔阵列的排布为三角形、方形或六边形。
全文摘要
一种折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，其包括一衬底；一成核层，该成核层制作在衬底的上面；一缓冲层，该缓冲层制作在成核层的上面；一n型接触层，该n型接触层制作在缓冲层的上面，该n型接触层的一侧形成有一台面；一活性发光层，该活性发光层制作在n型接触层台面另一侧的上面；一p型电子阻挡层，该p型电子阻挡层制作在活性发光层的上面；一p型接触层，该p型接触层制作在p型电子阻挡层的上面；一折射率渐变阵列式光子晶体，该折射率渐变阵列式光子晶体制作在p型接触层上；一负电极，该负电极制作在n型接触层一侧的台面的上面；一正电极，该正电极制作在折射率渐变阵列式光子晶体的上面。
文档编号H01L33/44GK103151440SQ20131009599
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者赵玲慧, 马平, 甄爱功, 王军喜, 曾一平, 李晋闽 申请人:中国科学院半导体研究所