CN102569588A - 一种能提高光提取效率的发光二极管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种能提高光提取效率的发光二极管及其制备方法，涉及光电技术领域。本发明发光二极管包括基板以及置于基板上方的依次由N型半导体层、发光层、P型半导体层和透明导电层组成的发光结构。透明导电层上的一端置有P型电极，在N型半导体层上、与P型电极相对的另一端置有N型电极。其结构特点是，所述P型半导体层和透明导电层之间置有正向光导出结构，正向光导出结构为等间距矩阵排列的数多个小凸块。同现有技术相比，本发明通过位于发光二极管第二层面的正向光导出结构来提升发光二极管的亮度，提高发光二极管的光提取效率。

Description

一种能提高光提取效率的发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别是具有正向光导出结构的发光二极管及其制备方法。

背景技术

半导体发光二极管被广泛应用于固态照明光源，其绿色节能的特点被普遍关注，其具有发热量低、耗电量小、寿命长、反应速度快、体积小可平面封装等优点，特别是以氮化物为基础的蓝色发光二极管的研制成功，使得发光二极管可以实现全色彩发光，并逐步迈向白光照明时代。目前发光二极管在汽车内外灯光、显示器背光、室外景观照明，便携式系统闪光灯、投影仪光源、广告灯箱、电筒、交通灯等领域都有广泛应用。

就发光二极管技术发展而言，目前最重要的课题是如何提高发光二极管的亮度。要提高发光二极管的亮度，就要提高发光二极管的内部量子效率及光取出效率。内部量子效率代表电子转换成光子的效率，其重点在于调整提高发光结构层的晶体质量，目前随着晶体外延生长技术的提高，已经可以将内部量子效率提升至90％甚至更高；而光取出效率则与物理现象有关。根据光的折射原理，光从光密介质射到光疏介质的界面时，光要离开法线折射，当入射角增加到某种情形时，折射线将沿表面进行，即折射角为90度，该入射角称为临界角，若入射角大于临界角，则无折射，全部光线均返回光密介质，此现象就出项了光的全反射。由于制备发光二极管的半导体材料与空气的折射率差值大，导致光的出射角度小且界面反射率高，这样，有源区发出的光只有一部分被提取出来，其余的光则会被反射回半导体材料内部，经过多次反射后被吸收，从而造成光提取效率不高的问题，致使发光二极管的外量子效率低。

现有技术中，为了提高发光二极管的光提取效率，本行业工程技术人员做了大量的努力。如中国专利公开号为CN 101515622A的“表面粗化的发光二极管芯片及其制造方法”，它通过在衬底正面形成锥状的光学微结构来提高发光二极管的光提取效率；中国专利公开号为CN 101533879A的“可增加发光效率的发光二极管”，它通过在发光二极管底部增加光学层的方法来提高发光效率；中国专利公开号为CN 1945862A的“高提取效率的半导体发光二极管结构及其制备方法”，它通过在发光二极管表面蒸镀增透膜的方法来提高发光二极管的亮度。上述现有技术都是在发光二极管的第一层面通过各种不同方法来提高发光二极管的光提取效率，而在发光二极管的第二层面如何来提高其光提取效率，现有技术中还没有相关报道。

发明内容

为了填补上述现有技术的空白，本发明的目的是提供一种能提高光提取效率的发光二极管及其制备方法。它通过位于发光二极管第二层面的正向光导出结构来提升发光二极管的亮度，提高发光二极管的光提取效率。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种能提高光提取效率的发光二极管，它包括基板以及置于基板上方的依次由N型半导体层、发光层、P型半导体层和透明导电层组成的发光结构。透明导电层上的一端置有P型电极，在N型半导体层上、与P型电极相对的另一端置有N型电极。其结构特点是，所述P型半导体层和透明导电层之间置有正向光导出结构，正向光导出结构为等间距矩阵排列的数多个小凸块。

在上述发光二极管中，所述正向光导出结构采用对所发出的光为透明的且对光的折射率大小介于P型半导体层和透明导电层折射率之间的材料。

在上述发光二极管中，所述小凸块的高度为0.1-10μm，小凸块的底部直径为1-10μm，小凸块的之间的间距为1-10μm。

一种能提高光提取效率的发光二极管的制备方法，其步骤为：

1)在基板上用晶体材料外延生长技术分别外延生长N型半导体层、发光层以及P型半导体层；

2)利用光刻和刻蚀技术刻蚀出N型半导体层的欧姆接触区；

3)利用光刻、刻蚀、蒸发的方法在P型半导体层上制作正向光导出结构；

4)利用光刻和蒸发的方法在正向光导出结构上制作透明导电层将其覆盖；

5)利用光刻和蒸发的方法制备N型电极和P型电极；

6)将制作完成的发光二极管从底面减薄，并沿设计好的分割道分割成单个管芯。

本发明由于采用了上述的结构和制备方法，通过在发光二极管P型半导体层与透明导电层之间制作一层正向光导出结构，利用该正向光导出结构避免光在P型半导体层与透明导电层界面发生全反射的几率，进而提高光进入透明导电层的几率。本发明同时利用小凸块构成的不平整面，使光能够多角度的穿过该小凸块和该折射层折射出去，而使发光二极管的亮度得以提升。将本发明与现有技术中的在发光二极管第一层面提高光提取效率的技术相结合，能更大程度的提升发光二极管的光提取效率。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图。

具体实施方式

参看图1和图2，本发明包括基板11以及置于基板11上方的依次由N型半导体层21、发光层22、P型半导体层23和透明导电层41组成的发光结构。透明导电层13上的一端置有P型电极52，在N型半导体层21上、与P型电极52相对的另一端置有N型电极51。P型半导体层23和透明导电层41之间置有正向光导出结构31，正向光导出结构31为等间距矩阵排列的数多个小凸块。正向光导出结构31中的小凸块采用对所发出的光为透明的且对光的折射率大小介于P型半导体层23和透明导电层41折射率之间的材料。小凸块的高度为0.1-10μm，小凸块的底部直径为1-10μm，小凸块的之间的间距为1-10μm。

本发明的制造方法为：

1)在基板11上用晶体材料外延生长技术分别外延生长N型半导体层21、发光层22以及P型半导体层23；

2)利用光刻和刻蚀技术刻蚀出N型半导体层21的欧姆接触区；

3)利用光刻、刻蚀、蒸发的方法在P型半导体层23上制作正向光导出结构31；

4)利用光刻和蒸发的方法在正向光导出结构31上制作透明导电层41将其覆盖；

5)利用光刻和蒸发的方法制备N型电极51和P型电极52；

6)将制作完成的发光二极管从底面减薄，并沿设计好的分割道分割成单个管芯。

Claims (4)

1.一种能提高光提取效率的发光二极管，它包括基板(11)以及置于基板(11)上方的依次由N型半导体层(21)、发光层(22)、P型半导体层(23)和透明导电层(41)组成的发光结构，透明导电层(41)上的一端置有P型电极(52)，在N型半导体层(21)上、与P型电极(52)相对的另一端置有N型电极(51)；其特征在于，所述P型半导体层(23)和透明导电层(41)之间置有正向光导出结构(31)，正向光导出结构(31)为等间距矩阵排列的数多个小凸块。

2.根据权利要求1所述的所述能提高光提取效率的发光二极管，其特征在于，所述正向光导出结构(31)采用对所发出的光为透明的且对光的折射率大小介于P型半导体层(23)和透明导电层(41)折射率之间的材料。

3.根据权利要求1或2所述的所述能提高光提取效率的发光二极管，其特征在于，所述小凸块的高度为0.1-10μm，小凸块的底部直径为1-10μm，小凸块的之间的间距为1-10μm。

4.一种能提高光提取效率的发光二极管的制备方法，其步骤为：

1)在基板(11)上用晶体材料外延生长技术分别外延生长N型半导体层(21)、发光层(22)以及P型半导体层(23)；

2)利用光刻和刻蚀技术刻蚀出N型半导体层(21)的欧姆接触区；

3)利用光刻、刻蚀、蒸发的方法在P型半导体层(23)上制作正向光导出结构(31)；

4)利用光刻和蒸发的方法在正向光导出结构(31)上制作透明导电层(41)将其覆盖；

5)利用光刻和蒸发的方法制备N型电极(51)和P型电极(52)；

6)将制作完成的发光二极管从底面减薄，并沿设计好的分割道分割成单个管芯。

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