包覆式多量子阱NLED阵列结构及其制作方法技术

本发明专利技术提出一种包覆式多量子阱NLED阵列结构及其制作方法，提供的方案包括透明电极层，图案化处理的第一型半导体层、多量子阱层和具有表面微结构的第二型半导体层、二氧化硅保护层、具有高反射性质的金属电极层；其中，多量子阱层在第一型半导体层的圆台型图案上直接生长，多量子阱层表面包覆在第一型半导体的圆台型图案上，以增大出光面积，提高器件的发光亮度，并且可以释放GaN与蓝宝石衬底之间的应变力，抑制量子阱限制斯塔克效应，增加LED的内量子效率。同时，第二型半导体上的表面微结构为周期性光栅阵列结构，以及整体梯形存在一定的倾斜角度的结构，能够减少第二型半导体和透明电极之间高折射率差带来的全反射，从而提高LED的外量子效率。高LED的外量子效率。高LED的外量子效率。

【技术实现步骤摘要】
包覆式多量子阱NLED阵列结构及其制作方法


[0001]本专利技术属于半导体发光器件
，尤其涉及一种包覆式多量子阱NLED阵列结构及其制作方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着LED技术和微型显示芯片技术的出现，使得小型化和高分辨率的近眼显示成为可能。而随着近眼显示技术的不断发展以及市场需求，大视场、高成像质量、小体积、可穿戴的微型投影光引擎越来越受到重视。目前，主要LED芯片、显示面板和显示应用厂商都已积极地投入超高密度、小间距LED（μLED和nLED）显示的开发。
[0003]但当LED的芯片尺寸小到纳米级别时，由于微小体积和晶格失配带来的弛豫，可以减少有源区的应变水平，从而进一步减少有源区的量子阱限制斯塔克效应（QCSE)，从而能提高LED的内量子效率。目前针对微纳尺寸LED的结构以及光提取方面的研究甚少，对于广泛研究的NLED由于其无表面处理的单一结构，依然存在光提取效率较低的问题。并且对比于现有的传统结构的NLED结构专利，主要分为柱状层级结构和柱状包覆结构，分别存在出光率低和工艺难以实现等问题，依然达不到投入到微显示器或者近眼显示的应用领域。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，为了填补现有技术的空白，本专利技术的目的在于提供一种包覆式多量子阱NLED阵列结构及其制作方法，以解决现有技术中NLED光效较低的问题。提供的方案包括透明电极层，图案化处理的第一型半导体层、多量子阱层和具有表面微结构的第二型半导体层、二氧化硅保护层、具有高反射性质的金属电极层；其中，多量子阱层在第一型半导体层的圆台型图案上直接生长，多量子阱层表面包覆在第一型半导体的圆台型图案上，以增大出光面积，提高器件的发光亮度，并且可以释放GaN与蓝宝石衬底之间的应变力，抑制量子阱限制斯塔克效应，增加LED的内量子效率。同时，第二型半导体上的表面微结构为周期性光栅阵列结构，以及整体梯形存在一定的倾斜角度的结构，能够减少第二型半导体和透明电极之间高折射率差带来的全反射，从而提高LED的外量子效率。
[0005]基于以上研究和设计，本专利技术具体采用以下技术方案：一种包覆式多量子阱NLED阵列结构，其特征在于，包括：金属电极层；位于所述金属电极层上的图案化处理的第一型半导体层；表面包覆在所述第一型半导体的图案上的多量子阱层；表面包覆所述第一型半导体层和多量子阱层的具有表面微结构的第二型半导体层；填充所述第二型半导体层的周部的二氧化硅保护层；位于所述第二型半导体层和二氧化硅保护层上的透明电极。
[0006]进一步地，所述所述图案化处理第一型半导体层图案为圆台形，在第一型半导体
层上的投影轮廓最宽处宽度为100nm~5000nm，在垂直于第一型半导体层方向上的厚度为50nm~4000nm，横纵比大于或等于1。
[0007]进一步地，所述具有表面微结构的第二型半导体层，采用的微结构为周期性光栅阵列结构。
[0008]进一步地，所述周期性光栅阵列结构，形状为二维圆柱形，半球形，圆锥形或倒梯形结构，其横向尺寸为5nm~50nm，高度为5nm~50nm，结构横纵比小于或等于1。
[0009]进一步地，所述金属电极层材料为具有高反射性质的Ag或Al。
[0010]进一步地，所述多量子阱层的厚度为50nm~300nm，第二型半导体层的厚度为50nm~1000nm。
[0011]进一步地，所述第一型半导体层，多量子阱层和第二型半导体层采用分子束外延技术或金属有机化合物气相外延技术形成；所述第一型半导体层生长在衬底层和缓冲层后，再采用激光剥离技术剥离衬底层和缓冲层。
[0012]一种包覆式多量子阱NLED阵列结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底上依次形成缓冲层和第一型半导体层；在所述第一型半导体层上通过分子束外延技术或者金属有机化合物化学气相沉积技术完成圆台型图案的第一型半导体层结构，并依次形成多量子阱层和第二型半导体层；在每个所述第二型半导体层表面进行微结构处理，形成周期性光栅阵列；在所述具有表面微结构的第二型半导体层上依次沉积二氧化硅保护层、透明电极层，并采用激光剥离技术剥离衬底和缓冲层；在所述第一型半导体下表面采用分子束外延技术或者金属有机化合物化学气相沉积技术形成金属电极层。
[0013]与现有技术相比，本专利技术及其优选方案通过多量子阱层在第一型半导体层的圆台型图案上直接生长，多量子阱层表面包覆在第一型半导体的圆台型图案上，以增大出光面积，提高器件的发光亮度，并且可以释放GaN与蓝宝石衬底之间的应变力，抑制量子阱限制斯塔克效应，增加LED的内量子效率。同时，第二型半导体上的表面微结构起皱阵列或者反射层，以及整体梯形存在一定的倾斜角度的结构，能够减少第二型半导体和透明电极之间高折射率差带来的全反射，从而提高LED的外量子效率。
附图说明
[0014]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细的说明：构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的具有高光提取效率的包覆式多量子阱NLED阵列结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的单个高光提取效率的包覆式多量子阱NLED结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的具有高光提取效率的包覆式多量子阱NLED阵列结构制作方法流程图。
[0015]在图1当中：1
‑
透明电极层、2
‑
具有表面微结构的第二型半导体层、3
‑
二氧化硅保护层、4
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多量子阱层、5
‑
图案化处理的第一型半导体层、6
‑
具有高反射性质的金属电极层；在图2当中：21
‑
具有表面微结构的第二型半导体层、22
‑
多量子阱层、23
‑
图案化处理的第一型半导体层。
具体实施方式
[0016]为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处的附图中的描述和示出的组件可以以不同配置来组合设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的选定实施例的详细描述并非为了限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例都属于本专利技术保护的范围。
[0017]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0018]考虑到近年来微纳尺寸发光二极管，由于其体积小，重量轻和寿命长等特点，将在未来有望广泛用于，微显示器件，近眼显示，光通信等领域。但由于微小尺寸带来的量子阱限制斯塔克效应，严重影响了LED的电学性质和光学性质，以及其广泛使用和被研究的平面层级本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆式多量子阱NLED阵列结构，其特征在于，包括：金属电极层；位于所述金属电极层上的图案化处理的第一型半导体层；表面包覆在所述第一型半导体的图案上的多量子阱层；表面包覆所述第一型半导体层和多量子阱层的具有表面微结构的第二型半导体层；填充所述第二型半导体层的周部的二氧化硅保护层；位于所述第二型半导体层和二氧化硅保护层上的透明电极。2.根据权利要求1所述的包覆式多量子阱NLED阵列结构，其特征在于：所述所述图案化处理第一型半导体层图案为圆台形，在第一型半导体层上的投影轮廓最宽处宽度为100nm~5000nm，在垂直于第一型半导体层方向上的厚度为50nm~4000nm，横纵比大于或等于1。3.根据权利要求1所述的包覆式多量子阱NLED阵列结构，其特征在于：所述具有表面微结构的第二型半导体层，采用的微结构为周期性光栅阵列结构。4.根据权利要求3所述的包覆式多量子阱NLED阵列结构，其特征在于：所述周期性光栅阵列结构，形状为二维圆柱形，半球形，圆锥形或倒梯形结构，其横向尺寸为5nm~50nm，高度为5nm~50nm，结构横纵比小于或等于1。5.根据权利要求1所述的包覆式多量子阱NLED阵列结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶芸，彭宇，郭太良，陈恩果，徐胜，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：