一种发光二极管结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种发光二极管结构，包括发光结构，所述发光结构从上至下依次包括N型层、量子阱层和P型层，其特征在于：所述P型层与量子阱层之间夹杂有图案化的分布布拉格反射层。本实用新型通过在P型层与量子阱层之间增设分布布拉格反射层，可以有效地取出发光层发出的光线，减少P型层的吸光现象，从而增加出光效率。
【专利说明】一种发光二极管结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种发光二极管结构，尤其是涉及一种具有分布布拉格反射层的发光二极管结构。
【背景技术】
[0002]发光二极管(英文为Light Emitting D1de,简称LED)是一种半导体发光器件，广泛用于指示灯、显示屏等。白光LED是继白炽灯和日光灯之后的第三代电光源，已成为世界各地光源和灯具研究机构竞相开发、努力获取的目标，是未来照明领域的明星行业。白光LED的能耗仅为白炽灯的1/8，荧光灯的1/2，其寿命可长达10万小时，对于普通家庭照明可谓“一劳永逸”。同时还可实现无汞化，回收容易，对于环境保护和节约能源具有重要意义。
[0003]LED的外量子效率由内量子效率和光提取效率决定，经过多年努力，如今内量子效率已经接近极限，提升的空间有限，因此光提取效率很大程度上取决于LED的发光效率。为此，改善LED发光效率的研究较为活跃，主要技术有采用图形衬底技术、电流阻挡层、分布布拉格反射层(英文为Distributed Bragg Reflector,简称DBR)结构、透明衬底、表面粗化、光子晶体技术等。
【发明内容】
[0004]本实用新型提供了一种发光二极管结构，其通过在LED发光结构的量子阱层与P型层之间形成图案化的分布布拉格反射层，可以有效地取出量子阱层发出的光线，减少P型层的吸光现象，从而增加出光效率。
[0005]本实用新型公开的一种发光二极管结构，包括发光结构，所述发光结构从上至下依次包括N型层、量子阱层和P型层，其特征在于:所述P型层与量子阱层之间夹杂有图案化的分布布拉格反射层。
[0006]在一些实施例中，所述发光结构分为二次外延形成层。所述发光结构中的N型层、量子阱层为第一次外延形成层，P型层为第二次外延形成层；或者是所述发光结构中的P型层为第一次外延形成层，N型层、量子阱层为第二次外延形成层。
[0007]在一些实施例中，所述图案化的分布布拉格反射层至少有一部分位于P型层或者量子阱层的表层内。
[0008]在一些实施例中，所述图案化的分布布拉格反射层任何部分不位于P型层或者量子阱层的表层内。
[0009]在一些实施例中，所述图案化的分布布拉格反射层之间存有孔洞结构。
[0010]在一些实施例中，所述图案化的分布布拉格反射层为多个互不相连的独立图形。
[0011]在一些实施例中，所述图案化的分布布拉格反射层为相互连贯的图形。
[0012]在一些实施例中，所述分布布拉格反射层由循环交替的高折射率和低折射率材料层组成，循环交替次数为2?20。
[0013]在一些实施例中，高折射率层材料选自T1、T12, Ti3O5, Ti203、Ta2O5, ZrO2或前述的任意组合之一，低折射率层材料选自Si02、SiNx^Al2O3或前述的任意组合之一。
[0014]在一些实施例中，所述发光二极管为垂直结构或倒装结构或正装结构。
[0015]与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括但不限于:
[0016](I)本实用新型通过在P型层与量子阱层之间增设分布布拉格反射层，使得量子阱发出的朝向衬底的光线经过分布布拉格反射层时发生反射，光线转向朝上，减少或避免从量子阱发出的光线被P型层吸收，从而增加光萃取，提高发光效率；
[0017](2)图案化的分布布拉格反射层之间存有部分孔洞，透过折射率原理，在量子阱层与孔洞的交界面发生全反射，从而进一步减少或避免从量子阱发出的光线被P型层吸收，有效地提升芯片的光取出效率。
[0018]本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0019]虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本实用新型，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本实用新型限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本实用新型的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与发明的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
[0021]图1是本实用新型实施例1公开的发光二极管的剖面示意图。
[0022]图2是本实用新型实施例2公开的发光二极管的剖面示意图。
[0023]图3是本实用新型实施例3公开的发光二极管的剖面示意图。
[0024]图4是本实用新型实施例4公开的发光二极管的剖面示意图。
[0025]图5是本实用新型实施例5公开的发光二极管的剖面示意图。
[0026]图6是本实用新型实施例6公开的发光二极管的剖面示意图。
[0027]图中部件符号说明:
[0028]101:N型层；102:量子阱层；103:分布布拉格反射层；104:P型层；105:衬底；106:P电极；107:N电极；
[0029]201:N型层；202:量子阱层；203:分布布拉格反射层；204:P型层；205:衬底；206:P电极；207:N电极；208:键合层；
[0030]301:N型层；302:量子阱层；303:分布布拉格反射层；304:P型层；305:衬底；306:P电极；307:N电极；308:孔洞；
[0031]401:N型层；402:量子阱层；403:分布布拉格反射层；404:P型层；405:衬底；406:P电极；407:N电极；408:散热基板；
[0032]501:N型层；502:量子阱层；503:分布布拉格反射层；504:P型层；505:衬底；506:P电极；507:N电极；508:散热基板；
[0033]601:N型层；602:量子讲层；603:分布布拉格反射层；604:P型层；605:衬底；
606:P电极；607:N电极。
【具体实施方式】
[0034]以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。在具体的器件设计和制造中，本实用新型提出的LED结构将根据应用领域和工艺制程实施的需要，对其部分结构和尺寸在一定范围内作出修改，对材料的选取进行变通。
[0035]下面结合实施例Γ6及附图Γ6对本实用新型具体实施的更多细节作说明。
[0036]实施例1
[0037]如图1所示，本实施例的一种垂直结构的具有分布布拉格反射层的发光二极管，从下至上依次包括:P电极106、硅(Si)衬底105、P型层104、分布布拉格反射层103、量子阱层102、N型层101和N电极107。
[0038]具体来说，上述发光二极管结构中，最底层为P电极106 ；It(Si)衬底105,位于P电极106上；发光结构,位于娃(3；0衬底105上,其中从下至上依次包括P型层104、量子阱层102和N型层101 ；N电极107，位于发光结构上；其中P型层104与量子阱层102之间夹杂有图案化的分布布拉格反射层103。分布布拉格反射层103由循环交替的高折射率和低折射率材料层组成，循环交替次数为2?20，在本实施例循环交替次数优选5次；高折射率层材料选自T1、T12, Ti3O5, Ti203、Ta2O5, ZrO2或前述的任意组合之一，低折射率层材料选自Si02、SiNx, Al2O3或前述的任意组合之一，在本实施例高折射率材料优选T12，低折射率材料优选Si02。此外，一般来说，发光结构可以选用AlGaInN等材料，所以P型层可以为P-GaN层，也可以是P-AlGaN层、P-AlGaIn层、P-AlGaInN层等，或其前述任意组合，在本实施例P型层优选P-GaN层。
[0039]在本实施例中，上述分布布拉格反射层103介于P型层104与量子阱层102之间，其可以位于P型层104的表层内，即分布布拉格反射层103的上表面与P型层104的上表面齐平；需要指出的是，分布布拉格反射层也可以位于量子阱层的表层内，即分布布拉格反射层的下表面与量子阱层的下表面齐平；分布布拉格反射层还可以是一部分位于量子阱层的表层内，另一部分位于P型层的表层内。
[0040]上述发光结构可以分为二次外延形成层，其中N型层101、量子阱层102可以为第一次外延形成层，而P型层104为第二次外延形成层。当然应该知道的是，也可以是发光结构中的P型层为第一次外延形成层，而N型层、量子阱层为第二次外延形成层。
[0041]上述图案化的分布布拉格反射层可以是多个互不相连的独立图形，也可以是相互连贯的图形，在本实施例分布布拉格反射层103优选为多个互不相连的独立图形。
[0042]习知地，常规的LED芯片其部分光线会从量子阱层发出之后会经过P型层到衬底，再经衬底(反射性)或衬底(透明性)下的金属反射镜、P型层、量子阱层以及N型层发出，这样光在吸收较大的P型层来回两次，会造成一定的光损失。本实施例通过在P型层104与量子阱层102之间增设有周期性分布的图案化的分布布拉格反射层103，可以使得量子阱发出的朝向衬底的光线经过分布布拉格反射层时发生反射，光线转向朝上，减少或避免从量子阱发出的光线被P型层104吸收，从而增加光萃取，提高发光效率。
[0043]实施例2
[0044]如图2所示，本实施例公开了一种垂直结构的具有分布布拉格反射层的发光二极管。在本实施例，采用Si作为衬底205，N电极206形成于衬底的背面，构成了垂直结构的LED器件结构。与实施例1相比，不同的是，在Si衬底205与P型层204直接还设置有键合层208，该键合层可以优选用反射金属，用于反射量子阱发出的光线，使其朝上出射，降低其被衬底吸收的几率，从而更进一步提高光取出率。
[0045]实施例3
[0046]如图3所示，本实施例公开了一种垂直结构的具有分布布拉格反射层的发光二极管。在本实施例，图案化的分布布拉格反射层303介于P型层304与量子阱层302之间，但是分布布拉格反射层303并不位于P型层304或量子讲层302表层内，即分布布拉格反射层303的上表面与量子阱层302下表面齐平，分布布拉格反射层303的下表面与P型层304的上表面齐平。此外，经第一次外延形成N型层301、量子阱层302，再镀上分布布拉格反射层303，而后经第二次外延形成P型层304，从而使得图案化的分布布拉格反射层303之间存有部分孔洞308。
[0047]本实施例中的分布布拉格反射层其作用机理与实施例1类似，在此不再赘述。但是需要强调的是，本实施例中所述的孔洞亦具有反射量子阱层所发出光线的作用。具有来说，设定孔洞308的折射率为Ii1=I,而一般来说，量子阱层304的折射率为n2 ^ 2.3，则发生全反射的临界角为Θ czarcsinO^/nJ ,当入射角θ > Θ c时,界面处发生全反射。根据Snell定律，光密到光疏会发生全反射，本实施例中Ii^n2，则当入射角θ > Θ c，在量子阱层302与孔洞308的交界面可发生全反射，从而进一步减少或避免从量子阱发出的光线被P型层304吸收，有效地提升芯片的光取出效率。
[0048]实施例4
[0049]如图4所示，本实施例公开了一种倒装结构的具有分布布拉格反射层的发光二极管。在本实施例，采用蓝宝石作为衬底205 ；N型层401、量子阱层402和P型层404，依次形成于蓝宝石衬底205上；P电极406,形成于P型层404上；N电极407,形成于N型层401上；P电极406和N电极407可以通过Au金丝球焊点(图中未示出)与Si散热基板408粘合；其中P型层404与量子阱层402之间夹杂有图案化的分布布拉格反射层403。本实施例中的分布布拉格反射层其作用机理与实施例1类似，在此不再赘述。
[0050]实施例5
[0051]如图5所示，本实施例公开了一种倒装结构的具有分布布拉格反射层的发光二极管。与实施例4不同的是，本实施例的图案化的分布布拉格反射层503为相互连贯的图形，且分布布拉格反射层503位于量子讲层502的表层内，即分布布拉格反射层503的下表面与量子阱层502的下表面齐平。
[0052]实施例6
[0053]如图6所示，本实施例公开了一种正装结构的具有分布布拉格反射层的发光二极管。本实施例的图案化的分布布拉格反射层603为若干个互不相连的独立图形，其中各独立图形大小可以不完全相同，具体来说:位于P电极606正下方的分布布拉格反射层面积大于或等于P电极的面积(略大一些尤佳)，而其它分布布拉格反射层(不位于P电极606正下方)可以呈网格式分布，如此可以使得部分量子阱602发出的光线经分布布拉格反射层603的反射后朝下(和/或侧壁)出射，而部分光线不经过分布布拉格反射层603的反射直接向上(和/或侧壁)出射，通过调整分布布拉格反射层603的大小比例可以控制量子阱发出的光线向上或向下或侧壁的出射比例，从而实现均匀性地全方位出光。
[0054]以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关【技术领域】的技术人员，在不脱离本本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求限定。
【权利要求】
1.一种发光二极管结构，包括发光结构，所述发光结构从上至下依次包括N型层、量子阱层和P型层，其特征在于:所述P型层与量子阱层之间夹杂有图案化的分布布拉格反射层。
2.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于:所述图案化的分布布拉格反射层至少有一部分位于P型层或者量子阱层的表层内。
3.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于:所述图案化的分布布拉格反射层任何部分不位于P型层或者量子阱层的表层内。
4.根据权利要求3所述的一种发光二极管结构，其特征在于:所述图案化的分布布拉格反射层之间存有孔洞结构。
5.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于:所述图案化的分布布拉格反射层为多个互不相连的独立图形。
6.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于:所述图案化的分布布拉格反射层为相互连贯的图形。
7.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于:所述发光结构分为二次外延形成层。
8.根据权利要求7所述的一种发光二极管结构,其特征在于:所述发光结构中的N型层、量子阱层为第一次外延形成层，P型层为第二次外延形成层；或者是所述发光结构中的P型层为第一次外延形成层，N型层、量子阱层为第二次外延形成层。
9.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于:所述分布布拉格反射层由循环交替的高折射率和低折射率材料层组成。
10.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于:所述发光二极管为垂直结构或倒装结构或正装结构。
【文档编号】H01L33/10GK204088355SQ201420584643
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】沈孟骏, 林素慧, 郑建森, 纪成翰, 李水清 申请人:厦门市三安光电科技有限公司