CN102299225A - 具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构 - Google Patents

具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构，其于一蓝宝石基板上利用蚀刻、沉积等半导体制程，埋设一具有图案花纹的介电层，该介电层为两种不同折射率的材料交互叠置而成，且在该蓝宝石基板上成长包含一N型半导体层、一活化层与一P型半导体层的发光层，并在该N型半导体层与该P型半导体层上分别镀上一N型电极与一P型电极，由此通过该介电层的存在可降低磊晶成长该发光层时的缺陷密度，且该介电层可形成高反射率区域，可反射该发光层所产生的光，使得朝下射出的光再一次反射而由表面或侧边出光，以大幅提升光淬取效率。

Description

具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构
技术领域
本发明涉及一种发光二极管结构，尤其涉及具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构。
背景技术
参照图1所示，其为传统蓝光发光二极管的结构，其为在一蓝宝石基板1上依次成长一N型氮化镓层2、一活化层3与一P型氮化镓层4，并在该N型氮化镓层与该P型氮化镓层上镀上一N型电极5与一P型电极6后，即形成发光二极管结构。
传统使用的蓝宝石基板1与氮化镓系列的N型氮化镓层2与P型氮化镓层4，有先天物理上晶格不匹配的问题存在，其导致在磊晶的过程中，成长于蓝宝石基板1上的N型氮化镓层2会有高密度缺陷，进而导致发光二极管组件的光电特性会变差甚至劣化，因而容易会有光电效率不足与寿命短的问题产生，难以满足使用上的需求。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种低密度缺陷的发光二极管结构，以增加光电效率与寿命。
本发明的次要目的在于提供一种具有高反射的发光二极管结构，以大幅提升光的淬取效率。
基于上述目的，本发明提供一种具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构，其包含一蓝宝石基板、一具有图案花纹的介电层与一发光层，其中该介电层埋设于该蓝宝石基板的表面，且该介电层为两种不同折射率的材料交互叠置而成，并且该发光层成长于该蓝宝石基板上。
据此，本发明的优点在于该发光层成长于该蓝宝石基板上时，可大幅减少材料磊晶成长后的缺陷密度，提高组件光电效率与寿命，且该介电层交互排列两种不同折射率的材料，可提供作为高反射率的区域，以反射该发光层所产生的光，使得朝下射出的光再一次反射而由表面或侧边出光，以大幅提升光的淬取效率。
附图说明
图1为已知发光二极管结构的剖面图。
图2为本发明的发光二极管结构的剖面图。
图3为本发明的介电层的分布示意图。
图4A～4D为本发明于介电层上的磊晶过程的连续示意图。
具体实施方式
因此，有关本发明的详细内容及技术说明，现以实施例来作进一步说明，但应了解的是，该实施例仅用于例示说明，而不应被解释为本发明实施的限制。
参照图2所示，本发明为一种具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构，其包含一蓝宝石基板10、一具有图案花纹的介电层20与一发光层30，该介电层20埋设于该蓝宝石基板10的表面，并且该发光层30成长于该蓝宝石基板10上。
另外，该发光层30包含一N型半导体层31、一活化层32与一P型半导体层33，其中该N型半导体层31与该P型半导体层33上分别镀有一N型电极34与一P型电极35，并且该N型半导体层31与该P型半导体层33由氮化镓系列的材料制成，如氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)与氮化铝(AlN)等等，而该活化层32包含一氮化铝铟镓的周期结构形成的多层量子井(MQWs)。
参照图3所示，该介电层20的图案花纹为周期性图案，其图案可以选自圆柱、多边形柱与条状中的任一种，而如图3所示，为绘制圆柱加以列示，且该介电层20为两种不同折射率的材料交互叠置而成，如图3所示，该介电层20可以包含两个低折射率层21与两个高折射率层22，其中该介电层20的折射率较高者(高折射率层22)的折射率为高于1.7，如可以选自五氧二钽(Ta2O5)(折射率为2.2)、二氧化铪(HfO2)(折射率为1.95)、二氧化钛(TiO2)(折射率为2.5)、五氧二铌(Nb2O5)(折射率为2.4)、二氧化铈(CeO2)(折射率为2.36)、三氧化锂铌(LiNbO3)(折射率为2.38)、氧化锌(ZnO)(折射率为2.1)、氧化铟锡(ITO)(折射率为2.12)与二氧化锆(ZrO2)(折射率为2.19)中的任一种，而折射率较低者(低折射率层21)的折射率为低于1.7，如可以选自二氧化硅(SiO2)(折射率为1.46)。
另外，在实际实施上，该介电层20的图案表面积为0.2平方微米至100平方微米，且该介电层20的图案间距为0.5微米至10微米，并且该介电层20的高度为0.1微米至5微米，这为较佳的实施范围。
参照图4A、图4B、图4C与图4D所示，当该介电层20埋设于该蓝宝石基板10的表面后(如图4A所示)，在该蓝宝石基板10上进行磊晶作业来成长该N型半导体层31(该发光层30)时，该N型半导体层31会优先成长在没有该介电层20的区域之上(如图4B所示)，接着继续磊晶的过程，该N型半导体层31会横向成长而逐渐覆盖该介电层20的区域(如图4C所示)，最后直至完全覆盖该介电层20为止(如图4D所示)。
根据上述磊晶过程长成的该N型半导体层31，由于其相当的比例为横向长成，因此其没有晶格不匹配的先天问题，而具有良好的磊晶质量，故其具有低缺陷密度，可大幅提高组件的光电效率与寿命。
另外，该介电层20交互排列两种不同折射率的材料，可提供作为高反射率的区域，可反射该发光层30所产生的光，使得朝下射出的光再一次反射由表面或侧边出光，以大幅提升光淬取效率。

Claims (10)

1.一种具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构，其特征在于，所述发光二极管结构包括：
一蓝宝石基板(10)；
一具有图案花纹的介电层(20)，所述介电层(20)埋设于所述蓝宝石基板(10)的表面，且所述介电层(20)为两种不同折射率的材料交互叠置而成；
一发光层(30)，所述发光层(30)成长于所述蓝宝石基板(10)与所述介电层(20)上。
2.根据权利要求1所述的具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构，其特征在于，所述发光层(30)包含一N型半导体层(31)、一活化层(32)与一P型半导体层(33)。
3.根据权利要求2所述的具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构，其特征在于，所述N型半导体层(31)与所述P型半导体层(33)上分别镀有一N型电极(34)与一P型电极(35)。
4.根据权利要求2所述的具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构，其特征在于，所述N型半导体层(31)与所述P型半导体层(33)由氮化镓、氮化铟镓、氮化铝铟镓与氮化铝中的任一种制成。
5.根据权利要求2所述的具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构，其特征在于，所述活化层(32)包含一氮化铝铟镓的周期结构形成的多层量子井。
6.根据权利要求1所述的具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构，其特征在于，所述介电层(20)中的折射率较高者选自五氧二钽、二氧化铪、二氧化钛、五氧二铌、二氧化铈、三氧化锂铌、氧化锌、氧化铟锡和二氧化锆中的任一种，所述介电层(20)中的折射率较低者选自二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构，其特征在于，所述介电层(20)的图案花纹为周期性图案，且选自圆柱、多边形柱和条状中的任一种。
8.根据权利要求7所述的具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构，其特征在于，所述介电层(20)的图案的表面积为0.2平方微米至100平方微米。
9.根据权利要求7所述的具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构，其特征在于，所述介电层(20)的图案间距为0.5微米至10微米。
10.根据权利要求7所述的具有高反射与低缺陷密度的发光二极管结构，其特征在于，所述介电层(20)的高度为0.1微米至5微米。
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