一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)從上至下依次包括N型層、量子阱層和P型層，其特征在于：所述P型層與量子阱層之間夾雜有圖案化的分布布拉格反射層。本實(shí)用新型通過在P型層與量子阱層之間增設(shè)分布布拉格反射層，可以有效地取出發(fā)光層發(fā)出的光線，減少P型層的吸光現(xiàn)象，從而增加出光效率。
【專利說明】一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種具有分布布拉格反射層的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(英文為Light Emitting D1de,簡稱LED)是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，廣泛用于指示燈、顯示屏等。白光LED是繼白熾燈和日光燈之后的第三代電光源，已成為世界各地光源和燈具研究機(jī)構(gòu)競相開發(fā)、努力獲取的目標(biāo)，是未來照明領(lǐng)域的明星行業(yè)。白光LED的能耗僅為白熾燈的1/8，熒光燈的1/2，其壽命可長達(dá)10萬小時(shí)，對于普通家庭照明可謂“一勞永逸”。同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)無汞化，回收容易，對于環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源具有重要意義。
[0003]LED的外量子效率由內(nèi)量子效率和光提取效率決定，經(jīng)過多年努力，如今內(nèi)量子效率已經(jīng)接近極限，提升的空間有限，因此光提取效率很大程度上取決于LED的發(fā)光效率。為此，改善LED發(fā)光效率的研究較為活躍，主要技術(shù)有采用圖形襯底技術(shù)、電流阻擋層、分布布拉格反射層(英文為Distributed Bragg Reflector,簡稱DBR)結(jié)構(gòu)、透明襯底、表面粗化、光子晶體技術(shù)等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型提供了一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其通過在LED發(fā)光結(jié)構(gòu)的量子阱層與P型層之間形成圖案化的分布布拉格反射層，可以有效地取出量子阱層發(fā)出的光線，減少P型層的吸光現(xiàn)象，從而增加出光效率。
[0005]本實(shí)用新型公開的一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)從上至下依次包括N型層、量子阱層和P型層，其特征在于:所述P型層與量子阱層之間夾雜有圖案化的分布布拉格反射層。
[0006]在一些實(shí)施例中，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)分為二次外延形成層。所述發(fā)光結(jié)構(gòu)中的N型層、量子阱層為第一次外延形成層，P型層為第二次外延形成層；或者是所述發(fā)光結(jié)構(gòu)中的P型層為第一次外延形成層，N型層、量子阱層為第二次外延形成層。
[0007]在一些實(shí)施例中，所述圖案化的分布布拉格反射層至少有一部分位于P型層或者量子阱層的表層內(nèi)。
[0008]在一些實(shí)施例中，所述圖案化的分布布拉格反射層任何部分不位于P型層或者量子阱層的表層內(nèi)。
[0009]在一些實(shí)施例中，所述圖案化的分布布拉格反射層之間存有孔洞結(jié)構(gòu)。
[0010]在一些實(shí)施例中，所述圖案化的分布布拉格反射層為多個(gè)互不相連的獨(dú)立圖形。
[0011]在一些實(shí)施例中，所述圖案化的分布布拉格反射層為相互連貫的圖形。
[0012]在一些實(shí)施例中，所述分布布拉格反射層由循環(huán)交替的高折射率和低折射率材料層組成，循環(huán)交替次數(shù)為2?20。
[0013]在一些實(shí)施例中，高折射率層材料選自T1、T12, Ti3O5, Ti203、Ta2O5, ZrO2或前述的任意組合之一，低折射率層材料選自Si02、SiNx^Al2O3或前述的任意組合之一。
[0014]在一些實(shí)施例中，所述發(fā)光二極管為垂直結(jié)構(gòu)或倒裝結(jié)構(gòu)或正裝結(jié)構(gòu)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果包括但不限于:
[0016](I)本實(shí)用新型通過在P型層與量子阱層之間增設(shè)分布布拉格反射層，使得量子阱發(fā)出的朝向襯底的光線經(jīng)過分布布拉格反射層時(shí)發(fā)生反射，光線轉(zhuǎn)向朝上，減少或避免從量子阱發(fā)出的光線被P型層吸收，從而增加光萃取，提高發(fā)光效率；
[0017](2)圖案化的分布布拉格反射層之間存有部分孔洞，透過折射率原理，在量子阱層與孔洞的交界面發(fā)生全反射，從而進(jìn)一步減少或避免從量子阱發(fā)出的光線被P型層吸收，有效地提升芯片的光取出效率。
[0018]本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本實(shí)用新型而了解。本實(shí)用新型的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
[0019]雖然在下文中將結(jié)合一些示例性實(shí)施及使用方法來描述本實(shí)用新型，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，并不旨在將本實(shí)用新型限制于這些實(shí)施例。反之，旨在覆蓋包含在所附的權(quán)利要求書所定義的本實(shí)用新型的精神與范圍內(nèi)的所有替代品、修正及等效物。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0021]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1公開的發(fā)光二極管的剖面示意圖。
[0022]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例2公開的發(fā)光二極管的剖面示意圖。
[0023]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例3公開的發(fā)光二極管的剖面示意圖。
[0024]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例4公開的發(fā)光二極管的剖面示意圖。
[0025]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例5公開的發(fā)光二極管的剖面示意圖。
[0026]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例6公開的發(fā)光二極管的剖面示意圖。
[0027]圖中部件符號(hào)說明:
[0028]101:N型層；102:量子阱層；103:分布布拉格反射層；104:P型層；105:襯底；106:P電極；107:N電極；
[0029]201:N型層；202:量子阱層；203:分布布拉格反射層；204:P型層；205:襯底；206:P電極；207:N電極；208:鍵合層；
[0030]301:N型層；302:量子阱層；303:分布布拉格反射層；304:P型層；305:襯底；306:P電極；307:N電極；308:孔洞；
[0031]401:N型層；402:量子阱層；403:分布布拉格反射層；404:P型層；405:襯底；406:P電極；407:N電極；408:散熱基板；
[0032]501:N型層；502:量子阱層；503:分布布拉格反射層；504:P型層；505:襯底；506:P電極；507:N電極；508:散熱基板；
[0033]601:N型層；602:量子講層；603:分布布拉格反射層；604:P型層；605:襯底；
606:P電極；607:N電極。

【具體實(shí)施方式】
[0034]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，借此對本實(shí)用新型如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本實(shí)用新型中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。在具體的器件設(shè)計(jì)和制造中，本實(shí)用新型提出的LED結(jié)構(gòu)將根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和工藝制程實(shí)施的需要，對其部分結(jié)構(gòu)和尺寸在一定范圍內(nèi)作出修改，對材料的選取進(jìn)行變通。
[0035]下面結(jié)合實(shí)施例Γ6及附圖Γ6對本實(shí)用新型具體實(shí)施的更多細(xì)節(jié)作說明。
[0036]實(shí)施例1
[0037]如圖1所示，本實(shí)施例的一種垂直結(jié)構(gòu)的具有分布布拉格反射層的發(fā)光二極管，從下至上依次包括:P電極106、硅(Si)襯底105、P型層104、分布布拉格反射層103、量子阱層102、N型層101和N電極107。
[0038]具體來說，上述發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中，最底層為P電極106 ；It(Si)襯底105,位于P電極106上；發(fā)光結(jié)構(gòu),位于娃(3；0襯底105上,其中從下至上依次包括P型層104、量子阱層102和N型層101 ；N電極107，位于發(fā)光結(jié)構(gòu)上；其中P型層104與量子阱層102之間夾雜有圖案化的分布布拉格反射層103。分布布拉格反射層103由循環(huán)交替的高折射率和低折射率材料層組成，循環(huán)交替次數(shù)為2?20，在本實(shí)施例循環(huán)交替次數(shù)優(yōu)選5次；高折射率層材料選自T1、T12, Ti3O5, Ti203、Ta2O5, ZrO2或前述的任意組合之一，低折射率層材料選自Si02、SiNx, Al2O3或前述的任意組合之一，在本實(shí)施例高折射率材料優(yōu)選T12，低折射率材料優(yōu)選Si02。此外，一般來說，發(fā)光結(jié)構(gòu)可以選用AlGaInN等材料，所以P型層可以為P-GaN層，也可以是P-AlGaN層、P-AlGaIn層、P-AlGaInN層等，或其前述任意組合，在本實(shí)施例P型層優(yōu)選P-GaN層。
[0039]在本實(shí)施例中，上述分布布拉格反射層103介于P型層104與量子阱層102之間，其可以位于P型層104的表層內(nèi)，即分布布拉格反射層103的上表面與P型層104的上表面齊平；需要指出的是，分布布拉格反射層也可以位于量子阱層的表層內(nèi)，即分布布拉格反射層的下表面與量子阱層的下表面齊平；分布布拉格反射層還可以是一部分位于量子阱層的表層內(nèi)，另一部分位于P型層的表層內(nèi)。
[0040]上述發(fā)光結(jié)構(gòu)可以分為二次外延形成層，其中N型層101、量子阱層102可以為第一次外延形成層，而P型層104為第二次外延形成層。當(dāng)然應(yīng)該知道的是，也可以是發(fā)光結(jié)構(gòu)中的P型層為第一次外延形成層，而N型層、量子阱層為第二次外延形成層。
[0041]上述圖案化的分布布拉格反射層可以是多個(gè)互不相連的獨(dú)立圖形，也可以是相互連貫的圖形，在本實(shí)施例分布布拉格反射層103優(yōu)選為多個(gè)互不相連的獨(dú)立圖形。
[0042]習(xí)知地，常規(guī)的LED芯片其部分光線會(huì)從量子阱層發(fā)出之后會(huì)經(jīng)過P型層到襯底，再經(jīng)襯底(反射性)或襯底(透明性)下的金屬反射鏡、P型層、量子阱層以及N型層發(fā)出，這樣光在吸收較大的P型層來回兩次，會(huì)造成一定的光損失。本實(shí)施例通過在P型層104與量子阱層102之間增設(shè)有周期性分布的圖案化的分布布拉格反射層103，可以使得量子阱發(fā)出的朝向襯底的光線經(jīng)過分布布拉格反射層時(shí)發(fā)生反射，光線轉(zhuǎn)向朝上，減少或避免從量子阱發(fā)出的光線被P型層104吸收，從而增加光萃取，提高發(fā)光效率。
[0043]實(shí)施例2
[0044]如圖2所示，本實(shí)施例公開了一種垂直結(jié)構(gòu)的具有分布布拉格反射層的發(fā)光二極管。在本實(shí)施例，采用Si作為襯底205，N電極206形成于襯底的背面，構(gòu)成了垂直結(jié)構(gòu)的LED器件結(jié)構(gòu)。與實(shí)施例1相比，不同的是，在Si襯底205與P型層204直接還設(shè)置有鍵合層208，該鍵合層可以優(yōu)選用反射金屬，用于反射量子阱發(fā)出的光線，使其朝上出射，降低其被襯底吸收的幾率，從而更進(jìn)一步提高光取出率。
[0045]實(shí)施例3
[0046]如圖3所示，本實(shí)施例公開了一種垂直結(jié)構(gòu)的具有分布布拉格反射層的發(fā)光二極管。在本實(shí)施例，圖案化的分布布拉格反射層303介于P型層304與量子阱層302之間，但是分布布拉格反射層303并不位于P型層304或量子講層302表層內(nèi)，即分布布拉格反射層303的上表面與量子阱層302下表面齊平，分布布拉格反射層303的下表面與P型層304的上表面齊平。此外，經(jīng)第一次外延形成N型層301、量子阱層302，再鍍上分布布拉格反射層303，而后經(jīng)第二次外延形成P型層304，從而使得圖案化的分布布拉格反射層303之間存有部分孔洞308。
[0047]本實(shí)施例中的分布布拉格反射層其作用機(jī)理與實(shí)施例1類似，在此不再贅述。但是需要強(qiáng)調(diào)的是，本實(shí)施例中所述的孔洞亦具有反射量子阱層所發(fā)出光線的作用。具有來說，設(shè)定孔洞308的折射率為Ii1=I,而一般來說，量子阱層304的折射率為n2 ^ 2.3，則發(fā)生全反射的臨界角為Θ czarcsinO^/nJ ,當(dāng)入射角θ > Θ c時(shí),界面處發(fā)生全反射。根據(jù)Snell定律，光密到光疏會(huì)發(fā)生全反射，本實(shí)施例中Ii^n2，則當(dāng)入射角θ > Θ c，在量子阱層302與孔洞308的交界面可發(fā)生全反射，從而進(jìn)一步減少或避免從量子阱發(fā)出的光線被P型層304吸收，有效地提升芯片的光取出效率。
[0048]實(shí)施例4
[0049]如圖4所示，本實(shí)施例公開了一種倒裝結(jié)構(gòu)的具有分布布拉格反射層的發(fā)光二極管。在本實(shí)施例，采用藍(lán)寶石作為襯底205 ；N型層401、量子阱層402和P型層404，依次形成于藍(lán)寶石襯底205上；P電極406,形成于P型層404上；N電極407,形成于N型層401上；P電極406和N電極407可以通過Au金絲球焊點(diǎn)(圖中未示出)與Si散熱基板408粘合；其中P型層404與量子阱層402之間夾雜有圖案化的分布布拉格反射層403。本實(shí)施例中的分布布拉格反射層其作用機(jī)理與實(shí)施例1類似，在此不再贅述。
[0050]實(shí)施例5
[0051]如圖5所示，本實(shí)施例公開了一種倒裝結(jié)構(gòu)的具有分布布拉格反射層的發(fā)光二極管。與實(shí)施例4不同的是，本實(shí)施例的圖案化的分布布拉格反射層503為相互連貫的圖形，且分布布拉格反射層503位于量子講層502的表層內(nèi)，即分布布拉格反射層503的下表面與量子阱層502的下表面齊平。
[0052]實(shí)施例6
[0053]如圖6所示，本實(shí)施例公開了一種正裝結(jié)構(gòu)的具有分布布拉格反射層的發(fā)光二極管。本實(shí)施例的圖案化的分布布拉格反射層603為若干個(gè)互不相連的獨(dú)立圖形，其中各獨(dú)立圖形大小可以不完全相同，具體來說:位于P電極606正下方的分布布拉格反射層面積大于或等于P電極的面積(略大一些尤佳)，而其它分布布拉格反射層(不位于P電極606正下方)可以呈網(wǎng)格式分布，如此可以使得部分量子阱602發(fā)出的光線經(jīng)分布布拉格反射層603的反射后朝下(和/或側(cè)壁)出射，而部分光線不經(jīng)過分布布拉格反射層603的反射直接向上(和/或側(cè)壁)出射，通過調(diào)整分布布拉格反射層603的大小比例可以控制量子阱發(fā)出的光線向上或向下或側(cè)壁的出射比例，從而實(shí)現(xiàn)均勻性地全方位出光。
[0054]以上實(shí)施例僅供說明本實(shí)用新型之用，而非對本實(shí)用新型的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)從上至下依次包括N型層、量子阱層和P型層，其特征在于:所述P型層與量子阱層之間夾雜有圖案化的分布布拉格反射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述圖案化的分布布拉格反射層至少有一部分位于P型層或者量子阱層的表層內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述圖案化的分布布拉格反射層任何部分不位于P型層或者量子阱層的表層內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述圖案化的分布布拉格反射層之間存有孔洞結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述圖案化的分布布拉格反射層為多個(gè)互不相連的獨(dú)立圖形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述圖案化的分布布拉格反射層為相互連貫的圖形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述發(fā)光結(jié)構(gòu)分為二次外延形成層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu),其特征在于:所述發(fā)光結(jié)構(gòu)中的N型層、量子阱層為第一次外延形成層，P型層為第二次外延形成層；或者是所述發(fā)光結(jié)構(gòu)中的P型層為第一次外延形成層，N型層、量子阱層為第二次外延形成層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述分布布拉格反射層由循環(huán)交替的高折射率和低折射率材料層組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述發(fā)光二極管為垂直結(jié)構(gòu)或倒裝結(jié)構(gòu)或正裝結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L33/10GK204088355SQ201420584643
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】沈孟駿, 林素慧, 鄭建森, 紀(jì)成翰, 李水清 申請人:廈門市三安光電科技有限公司