[go: up one dir, main page]

RU2504867C2 - Method of making light-emitting diode - Google Patents

Method of making light-emitting diode Download PDF

Info

Publication number
RU2504867C2
RU2504867C2 RU2012100323/28A RU2012100323A RU2504867C2 RU 2504867 C2 RU2504867 C2 RU 2504867C2 RU 2012100323/28 A RU2012100323/28 A RU 2012100323/28A RU 2012100323 A RU2012100323 A RU 2012100323A RU 2504867 C2 RU2504867 C2 RU 2504867C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gan
light
microrelief
sio
emitting diode
Prior art date
Application number
RU2012100323/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012100323A (en
Inventor
Тамара Ивановна Данилина
Павел Ефимович Троян
Инна Анатольевна Чистоедова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Priority to RU2012100323/28A priority Critical patent/RU2504867C2/en
Publication of RU2012100323A publication Critical patent/RU2012100323A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2504867C2 publication Critical patent/RU2504867C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: antireflection optical coating of SiO2 is deposited on a light-emitting GaN-n or GaN-p surface and a microrelief is formed in said coating in form of nano-spikes with density of 107-108 items/cm2. The present method enables to form a microrelief light-diffusing, light-emitting surface on both an n-type and p-type GaN without deterioration of heterostructure parameters.
EFFECT: high external quantum efficiency of GaN-based light-emitting diodes.
2 dwg, 1 ex

Description

Способ изготовления относится к области полупроводниковых светоизлучающих приборов и может использоваться для производства светодиодов.A manufacturing method relates to the field of semiconductor light emitting devices and can be used for the production of LEDs.

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.A known method of manufacturing a semiconductor light emitting device [US 20040113163], comprising a substrate with a textured layer formed on its surface having a rough surface, as well as layers of nitride material grown by the epitaxy method, forming a semiconductor heterostructure with a p-n junction. Due to the presence of the indicated textured layer, the microprotrusions and microdroplets of which form light scattering centers, the effect on the light output of the effect of total internal reflection of light arising at the interface of the substrate — the material layer adjacent to the substrate — decreases when the refractive index of the material of the specified layer exceeds the refractive index substrate material. As a result, the proportion of light emitted through the substrate increases, and thereby the external optical efficiency of the device increases. The disadvantage of this method is that in relation to the main technological process of epitaxial growth of semiconductor layers, additional technological operations are required, including, for example, operations such as etching of the material of the layer, including the preliminary application of a photomask, the design and manufacturing technology of the device in question is complicated.

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.Also known is a method of creating LEDs based on GaN [EP 2218114] (the closest analogue), including texturing the light-conducting surface of the GaN-n type. Photolithography and plasmachemical etching of gallium nitride are used to form rough surfaces. Etching is carried out through windows with a diameter of 2 microns and a distance between centers of 8 microns. During etching, the side walls of the microprotrusion are tilted so that every time the beam is reflected, the angle of incidence of the beam on the side wall decreases. In this case, the angle of incidence of the rays is less than the critical angle, and the transmission of light through the side inclined surface increases.

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).The disadvantage of the proposed method is that the GaN substrate itself is etched, which negatively affects the parameters of heterojunctions and this method of creating rough surfaces is not suitable when light is output through a GaN-p type layer due to a very small pn junction (0.15-0.2 μm).

Целью изобретения является повышение внешней квантовой эффективности светодиода на основе GaN.The aim of the invention is to increase the external quantum efficiency of a GaN-based LED.

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.This goal is achieved by depositing an antireflective optical coating 8O3 on the GaN surface and creating a microrelief in this coating. An increase in the external quantum efficiency is achieved due to the bleaching effect at the GaN-SiO 2 interface and due to the presence of light-scattering microrelief in the SiO 2 layer. A microrelief in the form of nano points with a density of 1.4 · 10 7 pcs / cm 2 is created using photolithography or electron beam lithography and subsequent etching of SiO 2 .

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.In relation to the prototype, in the claimed invention, the microrelief is formed in an additional layer of SiO 2 without the need for etching gallium nitride itself, which allows one to achieve the goal when outputting light both through GAN-n and through GAN-p type with a small heterojunction depth without compromising heterostructure parameters.

Пример конкретной реализации способаAn example of a specific implementation of the method

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).A gallium nitride (GaN) -based heterostructure surface is coated with a silicon dioxide (SiO 2 ) antireflection coating with an optical thickness corresponding to λ / 4 by magnetron sputtering with the removal of electron bombardment from the heterostructure. In the antireflection coating of silicon dioxide (SiO 2 ), a microrelief surface of an ordered structure in the form of nano points is formed using electron beam lithography (Figure 1). The distance between the nano points 500 nm, the diameter of the base of the tip 284 nm, which corresponds to the density of the nano points 1.4 · 10 7 pcs / cm 2 (Figure 2).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

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 33/00.1. Steigerwald, Daniel A. (Cupertino, CA, US) Bhat, Jerome C. (San Francisco, CA, US). Light emitting device with enhanced optical scattering. US20040113163; 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 33/22.2. 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.

Claims (1)

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. A method of manufacturing a GaN-based LED, including the creation of a gallium nitride-based heterostructure, characterized in that a SiO 2 antireflection optical coating is deposited on the GaN-n or GaN-p type light-emitting surface, and a microrelief is formed in it in the form of nano tips with a density of 10 7 - 10 8 pcs./cm 2 .
RU2012100323/28A 2012-01-10 2012-01-10 Method of making light-emitting diode RU2504867C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012100323/28A RU2504867C2 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Method of making light-emitting diode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012100323/28A RU2504867C2 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Method of making light-emitting diode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012100323A RU2012100323A (en) 2013-07-20
RU2504867C2 true RU2504867C2 (en) 2014-01-20

Family

ID=48791459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012100323/28A RU2504867C2 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Method of making light-emitting diode

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2504867C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755769C1 (en) * 2021-02-25 2021-09-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Method for manufacturing a light-emitting diode

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2546719C1 (en) * 2013-12-05 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ФГБОУ ВПО "СГГА") Method of obtaining relief on surface

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2086050C1 (en) * 1994-09-14 1997-07-27 Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Method for producing porous silicon base luminescent films
US7071494B2 (en) * 2002-12-11 2006-07-04 Lumileds Lighting U.S. Llc Light emitting device with enhanced optical scattering
US20070205407A1 (en) * 2006-03-03 2007-09-06 Hisayoshi Matsuo Nitride semiconductor device and method for fabricating the same
US7777241B2 (en) * 2004-04-15 2010-08-17 The Trustees Of Boston University Optical devices featuring textured semiconductor layers
EP2218114A1 (en) * 2007-11-30 2010-08-18 The Regents of the University of California High light extraction efficiency nitride based light emitting diode by surface roughening

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2086050C1 (en) * 1994-09-14 1997-07-27 Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Method for producing porous silicon base luminescent films
US7071494B2 (en) * 2002-12-11 2006-07-04 Lumileds Lighting U.S. Llc Light emitting device with enhanced optical scattering
US7777241B2 (en) * 2004-04-15 2010-08-17 The Trustees Of Boston University Optical devices featuring textured semiconductor layers
US20070205407A1 (en) * 2006-03-03 2007-09-06 Hisayoshi Matsuo Nitride semiconductor device and method for fabricating the same
EP2218114A1 (en) * 2007-11-30 2010-08-18 The Regents of the University of California High light extraction efficiency nitride based light emitting diode by surface roughening

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Данилина Т.И. и др. Создание микрорельефных поверхностей в просветляющих оптических покрытиях для повышения внешней квантовой эффективности синих светодиодов на основе GaN, Доклады ТУСУРа, No.2(24), часть 2, декабрь 2011, с.64-67. *
Данилина Т.И. и др. Создание микрорельефных поверхностей в просветляющих оптических покрытиях для повышения внешней квантовой эффективности синих светодиодов на основе GaN, Доклады ТУСУРа, №2(24), часть 2, декабрь 2011, с.64-67. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755769C1 (en) * 2021-02-25 2021-09-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Method for manufacturing a light-emitting diode

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012100323A (en) 2013-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7829358B2 (en) System and method for emitter layer shaping
Huh et al. Improved light-output and electrical performance of InGaN-based light-emitting diode by microroughening of the p-GaN surface
US9041005B2 (en) Solid state lighting devices with cellular arrays and associated methods of manufacturing
Han et al. Improvement of light extraction efficiency of flip-chip light-emitting diode by texturing the bottom side surface of sapphire substrate
CN102544248B (en) Manufacturing method for light emitting diode grain
JP2011512037A5 (en)
KR20100050430A (en) Light emitting device with fine pattern
CN102339924A (en) Gallium nitride light-emitting diode and method for increasing light-taking of gallium nitride light-emitting diode
TW201611335A (en) Light-emitting device having characteristics on a substrate
Zuo et al. Improved optical and electrical performances of GaN-based light emitting diodes with nano truncated cone SiO 2 passivation layer
KR101101858B1 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP5743890B2 (en) Method of manufacturing a light emitting device
RU2504867C2 (en) Method of making light-emitting diode
CN102867895A (en) Epitaxial structure for effectively increasing side light emitting efficiency of LED and manufacture method of epitaxial structure
Ku et al. Improvement of light extraction for AlGaN-based near UV LEDs with flip-chip bonding fabricated on grooved sapphire substrate using laser ablation
KR100697829B1 (en) Method of manufacturing light emitting device and light emitting device manufactured thereby
TWI524553B (en) Light-emitting element
KR20080085519A (en) Light emitting device substrate and its manufacturing method
RU2485630C2 (en) Led manufacture method
CN1921163A (en) Patterned substrate and luminescent device using the same
CN103682005B (en) LED epitaxial growth processing procedure
Lin et al. Enhanced light extraction mechanism of GaN-based light-emitting diodes using top surface and side-wall nanorod arrays
CN103855254A (en) Method for manufacturing light emitting diode
CN202957285U (en) Epitaxial structure of improving LED lateral luminous efficiency effectively
CN113903845B (en) Micro light-emitting diode chip and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20150212

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170111