CN102185065A - 具有光栅结构的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
一种具有光栅结构的发光二极管，包括依次设有的衬底、缓冲层、n型半导体层、有源层、p型半导体层和透明导电层，所述n型半导体层上设有n电极，所述p型半导体层上设有p电极，其特征在于：所述发光二极管出光面上具有弧形光栅阵列分布结构。相对于传统结构的发光二极管，具有ITO光栅结构的发光二极管不但可以调节出光方向，轴向光更多，而且提高光提取效率，发光强度提升30%。
Description
技术领域
本发明属于发光二极管领域，更明确的说，涉及具有提高轴向光提取效率的光栅出光面的高效发光二极管。
背景技术
发光二极管（LED）具有节能，环保，寿命长等特点，广泛应用于背光，交通灯，照明领域。预计LED 未来将取代白炽灯、荧光灯而成为新一代照明光源。但是LED照明市场的推广，仍然受到两个方面的制约：一是他的发光效率不高，一般为100lm/W，相当于荧光灯的效率；二是他的成本很高，其价格为荧光灯的5～10倍。而前者是解决问题的关键。
LED的发光效率受限于外量子效率，而外量子效率是由内量子效率和光提取效率共同决定的。外量子效率取决于晶格缺陷，掺杂效率和欧姆接触性能，随着MOCVD工艺的不断发展，内量子效率已经达到80%～90%。另一方面，由于GaN的折射率（n＝2.4）大于空气的折射率（n＝1）或者环氧树脂的折射率（n＝1.5），从有源层发出的光由于全反射大部分以导光模式在LED内部传输，只有4%的光经出光面发射进入空气，严重降低LED的光提取效率。为了降低全反射影响，图形衬底，表面粗化，渐变折射率，光子晶体等技术被广泛研究。
发明内容
本专利要解决的技术问题是提供一种具有光栅结构的发光二极管，提高发光二极管出光效率。
本发明的技术方案是：一种具有光栅结构的发光二极管，包括依次设有的衬底、缓冲层、n型半导体层、有源层、p型半导体层和透明导电层，所述n型半导体层上设有n电极，所述p型半导体层上设有p电极，其特征在于：所述发光二极管出光面上具有弧形光栅阵列分布结构。
所述的出光面是透明导电层、p型半导体层或n型半导体层；所述弧形光栅结构为周期性排列，周期为200nm～700nm，高度为50～200nm。
所述发光二极管的n型半导体和p型半导体同时具有弧形光栅阵列分布结构。
所述光栅结构可以为单一方向具有光栅结构，也可以为横向纵向两个方向具有光栅结构，还可以多个方向具有光栅结构。
采用激光全息光刻技术制备弧形光栅结构。
所述发光二极管为横向结构发光二极管或者垂直结构发光二极管。
技术效果：相对于传统结构的发光二极管，具有ITO光栅结构的发光二极管不但可以调节出光方向，轴向光更多，而且提高光提取效率，发光强度提升30%。
附图说明
图1是传统结构的发光二极管
图2本发明实施例的具有ITO光栅结构的横向发光二极管。
图3 传统发光二极管结构配光曲线。
图4 具有ITO光栅结构发光二极管的配光曲线。
图5 具有p-GaN光栅结构的横向发光二极管。
图6 具有n-GaN光栅结构的垂直发光二极管。
图7 同时具有p-GaN和n-GaN光栅结构的垂直发光二极管。
图8 单一方向光栅结构。
图9 两个方向光栅结构。
具体实施方式
图1-图9中标号的说明:弧形光栅1，弧形光栅2，纵向光栅3，横向光栅4。
本发明的一种具有光栅结构的发光二极管，包括依次设有的衬底、缓冲层、n型半导体层、有源层MQW(多量子阱层)、p型半导体层和透明导电层，所述n型半导体层上设有n电极，所述p型半导体层上设有p电极，其特征在于：所述发光二极管出光面上具有弧形光栅阵列分布结构；所述的出光面是透明导电层、p型半导体层或n型半导体层。
实施例1（图2），具有光栅结构的发光二极管，包括依次设有的衬底、缓冲层、n型半导体层、有源层MQW(多量子阱层)、p型半导体层和透明导电层，所述n型半导体层上设有n电极，所述p型半导体层上设有p电极，其特征在于：所述发光二极管出光面——透明导电层上具有ITO光栅结构弧形光栅1；所述弧形光栅1为周期性排列，周期为200nm～700nm，高度为50～200nm。本实施例的具有ITO光栅结构发光二极管的配光曲线如图4所述，从图4和图3的比较中可以看出，提高光提取效率，发光强度提升30%。
实施例2（图5），具有光栅结构的发光二极管，包括依次设有的衬底、缓冲层、n型半导体层、有源层MQW(多量子阱层)、p型半导体层和透明导电层，所述n型半导体层上设有n电极，所述p型半导体层上设有p电极，其特征在于：所述发光二极管出光面——p型半导体层上具有ITO光栅结构弧形光栅1；所述弧形光栅1为周期性排列，周期为200nm～700nm，高度为50～200nm。
实施例3（图6），具有光栅结构的发光二极管，包括依次设有的衬底、缓冲层、n型半导体层、有源层MQW(多量子阱层)、p型半导体层和透明导电层，所述n型半导体层上设有n电极，所述p型半导体层上设有p电极，其特征在于：所述发光二极管出光面——n型半导体层上具有ITO光栅结构弧形光栅1；所述弧形光栅1为周期性排列，周期为200nm～700nm，高度为50～200nm。
实施例4（图7），具有光栅结构的发光二极管，包括依次设有的衬底、缓冲层、n型半导体层、有源层MQW(多量子阱层)、p型半导体层和透明导电层，所述n型半导体层上设有n电极，所述p型半导体层上设有p电极，其特征在于：所述发光二极管出光面——n型半导体层上具有ITO光栅结构弧形光栅1，p型半导体层上同时具有弧形光栅2；所述弧形光栅1和弧形光栅2均为周期性排列，周期为200nm～700nm，高度为50～200nm。
实施例5（图8）
具有光栅结构的发光二极管，包括依次设有的衬底、缓冲层、n型半导体层、有源层MQW(多量子阱层)、p型半导体层和透明导电层，所述n型半导体层上设有n电极，所述p型半导体层上设有p电极，其特征在于：所述发光二极管出光面上具有ITO光栅结构弧形光栅1为单一方向光栅，所述弧形光栅1为周期性排列，周期为200nm～700nm，高度为50～200nm。
实施例6（图9）
具有光栅结构的发光二极管，包括依次设有的衬底、缓冲层、n型半导体层、有源层MQW(多量子阱层)、p型半导体层和透明导电层，所述n型半导体层上设有n电极，所述p型半导体层上设有p电极，其特征在于：所述发光二极管出光面上具有ITO光栅结构弧形光栅为纵向光栅3和横向光栅4两个方向光栅，所述纵向和横向弧形光栅均为周期性排列，周期为200nm～700nm，高度为50～200nm。
Claims (5)
1.一种具有光栅结构的发光二极管，包括依次设有的衬底、缓冲层、n型半导体层、有源层、p型半导体层和透明导电层，所述n型半导体层上设有n电极，所述p型半导体层上设有p电极，其特征在于：所述发光二极管出光面上具有弧形光栅阵列分布结构。
2.如权利要求1具有光栅结构的发光二极管，其特征在于：所述的出光面是透明导电层、p型半导体层或n型半导体层。
3.如权利要求1具有光栅结构的发光二极管，其特征在于：所述弧形光栅结构为周期性排列，周期为200nm～700nm，高度为50～200nm。
4.如权利要求1具有光栅结构的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管的n型半导体和p型半导体同时具有弧形光栅阵列分布结构。
5.如权利要求1具有光栅结构的发光二极管，其特征在于：所述光栅结构为单一方向具有光栅结构，或为横向纵向两个方向具有光栅结构，或多个方向具有光栅结构。
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