CN102881796A

CN102881796A - 具有环形反射层的发光器件

Info

Publication number: CN102881796A
Application number: CN2012103536191A
Authority: CN
Inventors: 虞浩辉; 周宇杭
Original assignee: JIANGSU WINAD LIGHTING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU WINAD LIGHTING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: CN102881796B

Abstract

本发明公开了一种具有环形反射层的发光器件，其具有衬底，所述衬底的上表面上依次形成有GaN缓冲层、n型GaN层、多量子阱发光层（MQW）、p型AlGaN层、p型GaN层、透明电极层，p金属电极；所述衬底的下表面形成有透明金属欧姆接触层，所述透明金属欧姆接触层下方形成有n型电极，该n型电极通过所述透明金属欧姆接触层而与所述衬底实现电连接；所述GaN缓冲层的表面被粗化处理后形成第一表面粗化层；所述具有环形反射层的发光器件的上表面、下表面以及所有侧面都形成第二表面粗化层；所述p型GaN层的上表面形成有反射层，该反射层为四方环状结构。

Description

具有环形反射层的发光器件

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种具有环形反射层的发光器件。

背景技术

半导体发光器件应用日益广泛，特别是在照明方面有取代白炽灯和荧光灯的趋势，但是目前还面临一些技术上的问题，特别是光取出效率比较低。

近年来，为了提高发光器件的发光功率和效率，发展了垂直结构的发光器件，相对于正装结构的发光器件来说，垂直结构的发光器件诸多优点。对于正装结构的发光器件而言，由于n、p电极都处于衬底的同一侧，因此电流须在同侧的n、p型电极之间横向流动，这样就导致电流拥挤，发热量高。而垂直结构发光器件的两个电极分别处于发光器件的两侧，电流几乎全部垂直流过外延层，没有横向流动的电流，因此电流分布均匀，产生的热量相对较少。并且由于垂直结构的两个电极处于两侧，因此出光过程中不会受到同侧电极的阻挡，其出光效率更高。

在发光器件的实际工作过程中，当光离开二极管内部时，其无论如何都无法避免发生损耗，造成损耗的主要原因，是由于形成发光器件表面层的半导体材料具有高折射系数。高的光折射系数会导致光在该半导体材料表面产生全反射，从而使发光器件内部发出的光无法充分地发射出去。目前，业内已经通过表面粗化技术来改善光在二极管内部的全反射，从而提高发光效率，然而，由于现有技术通常仅对发光器件部分组成结构的表面进行粗化处理，这导致了其粗糙化表面分布不均匀，因此无法有效的提升发光效率。

同时，发光器件发出的光是由其内部结构中的发光层产生的，发光层发出的光主要是通过发光器件的正面发出，而从其侧面发出的光必须先经过发光器件内部结构的全反射，使光线的光路发生改变才能由侧面发出。这就导致了现有发光器件正面出光过多而侧面出光不足，因此也就造成发光器件出光的不均匀。

图1为现有的具有粗化层的发光器件。图1中，衬底101下方形成有透明金属欧姆接触层100，n型电极111通过该透明金属欧姆接触层100而与该衬底101实现电连接。而衬底101上方依次形成GaN缓冲层102、n型GaN层103、多量子阱发光层（MQW）104、p型AlGaN层105、p型GaN层106、透明电极层107，p金属电极112；其中GaN缓冲层102表面被粗化处理，以形成纳米级的锯齿状的表面粗化层122。

在图1所示的发光器件结构中，由于粗化层仅形成于发光器件的内部，即GaN缓冲层102的表面上，因此，由多量子阱发光层104产生的光虽然经过粗化层122的反射，能够在一定的程度上提高侧面的发光效率，但是，这种处于发光器件内部中的粗化层还不足以进一步提高发光效率。

而且，参见图1所示结构的发光器件，可见多量子阱发光层104发出的光大多由发光器件的正面透出，即由透明电极层107的上表面透出，仅有少量的光经过透明电极层107的全反射后由发光器件的侧面透出。因此，图1所示结构的发光器件的发光均匀性还有待改善。

发明内容

本发明针对现有技术的问题，提出了一种具有粗化表面以及反射层的具有环形反射层的发光器件，从而提高发光器件的发光效率和发光均匀性。

本发明提出的具有环形反射层的发光器件具有衬底，所述衬底的上表面上依次形成有GaN缓冲层、n型GaN层、多量子阱发光层（MQW）、p型AlGaN层、p型GaN层、透明电极层，p金属电极；所述衬底的下表面形成有透明金属欧姆接触层，所述透明金属欧姆接触层下方形成有n型电极，该n型电极通过所述透明金属欧姆接触层而与所述衬底实现电连接；所述GaN缓冲层的表面被粗化处理后形成第一表面粗化层；所述具有环形反射层的发光器件的上表面、下表面以及所有侧面都形成第二表面粗化层；所述p型GaN层的上表面形成有反射层，该反射层为四方环状结构。

其中，所述四方环状结构的所述反射层的外环与所述发光器件的侧边重合。

其中，所述第一表面粗化层和第二表面粗化层都为纳米级锯齿状粗化层。

其中，所述反射层为Al/Ag合金金属反层、AlAs/AlxGa1-xAs分布布拉格反射层（DBR）、或者AlInP/(AlxGa1-x)yIn1-yP分布布拉格反射层（DBR）。

附图说明

附图1为现有技术中仅有部分粗化表面的发光器件结构示意图。

附图2为本发明提出的具有粗化表面以及四方环状结构反射层的发光器件结构示意图。

附图3为图2所示发光器件的平面结构示意图。

具体实施方式

图2为本发明提出的具有环形反射层的发光器件，其具有全面粗化的表面，并且具有反射层，因此能够大幅度的提高发光效率以及发光均匀性。

参见图2，发光器件2的结构为如下所述：在衬底201的下方形成有透明欧姆接触金属层200，n型电极211通过该透明金属欧姆接触层200而与该衬底201实现电连接。在衬底201上表面，其依次形成GaN缓冲层202、n型GaN层203、多量子阱发光层（MQW）204、p型AlGaN层205、p型GaN层206、透明电极层207，p金属电极212。

为了能够大幅度的提高发光器件2的发光效率，在本发明提出的具有环形反射层的发光器件结构中，除了在GaN缓冲层202表面进行粗化处理，以形成纳米级的锯齿状的表面粗化层222以外，还将发光器件2的上表面，即透明电极层207的上表面进行粗化处理，与此同时，还进一步将发光器件2的所有侧面同样进行粗化处理，从而形成如图2所示的表面粗化层221。这种粗化处理可以通过将发光器件2浸泡在碱性溶液中进行湿法蚀刻，利用碱性溶液对其表面进行腐蚀来完成。也可以利用等离子体蚀刻机对发光器件进行干法蚀刻来完成，还可以通过先浸泡在碱性溶液中进行湿法蚀刻、然后再利用等离子体蚀刻机进行干法蚀刻相结合来完成。对于湿法蚀刻和干法蚀刻相结合来形成表面粗化层的工艺来说，本发明并没有限定必须先湿法蚀刻后干法蚀刻，采用先干法蚀刻在湿法蚀刻同样也是可以的。

通过对发光器件2的整个外表面进行粗化处理后，多量子阱发光层204发出的光在到达发光器件2的各个表面后，在透射临界角之外的光由于经过表面粗化层的多次折射，最后可进入临界角内由各个表面透射出来，从而使得发光器件2发出更多的光，因此也就提高了发光效率。

为了解决现有技术中发光器件发光均匀性不足的问题，本发明提出的发光器件还进一步设置了反射层。参见图2和图3，在p型GaN层206中设有反射层231，该反射层231可以是Al/Ag合金金属反射层，也可以是AlAs/AlxGa1-xAs或AlInP/(AlxGa1-x)yIn1-yP分布布拉格反射层（DBR）。该反射层231可以设置在p型GaN层206的上表面（如图2所示），也可以设置在p型AlGaN层205的上表面（图2中未示出），或者设置在p型GaN层206或p型AlGaN层205的下表面亦可。

参见图2，通过设置反射层231，由多量子阱发光层204发出的光的一部分直接由发光器件2的正面透出，而另一部分则经过反射层231的反射后由发光器件2的侧面透出。由于有反射层231的存在，那么能够到达发光器件2正面的光就被限制为图2中反射层231环内的部分，而由反射层231反射的光将只能从发光器件2的侧面透出，因此，这种设计就能提高发光器件正面和侧面的发光均匀性。

图3为图2的平面示意图，即由图2的上方俯视而得的示意图。参见图3，反射层231为四方环状结构，发光器件2的多量子阱发光层204发出的光的一部分由图3中的区域300透出，而另一部分光由于反射层231的反射而从发光器件的侧面透出。

再次参见图2，并结合图3，本发明设计的四方环状结构反射层的外环与发光器件的侧边完全重合，通过这样的设计，由发光器件内部发出的一部分光经由四方环状结构的反射层反射后，可以均匀的由发光器件的四个侧面透出，而其余没有经过四方环状结构反射层反射的光则经由区域300直接透出，通过调整四方环状结构反射层的内环和外环之间的距离，从而也就能够调整该四方环状结构反射层的反射面积，在p型GaN层表面积固定的情况下，也就能够调整反射层面积和区域300面积的比例，从而也就能够调整从区域300透射的光与从发光器件侧面透射光的比例。因此，通过设置不同面积的四方环状反射层，就可以根据具体需要来调整发光器件的出光均匀性。

至此，上述描述已经详细的说明了本发明的发光器件结构，现对于现有的发光器件，本发明提出的结构能够大幅度提高发光效率的同时，还能够进一步提高发光器件的发光均匀性。前文的描述的实施例仅仅只是本发明的优选实施例，其并非用于限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明精神的前提下，可对本发明做任何的修改，而本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种具有环形反射层的发光器件，所述发光器件具有衬底，所述衬底的上表面上依次形成有GaN缓冲层、n型GaN层、多量子阱发光层（MQW）、p型AlGaN层、p型GaN层、透明电极层，p金属电极；所述衬底的下表面形成有透明金属欧姆接触层，所述透明金属欧姆接触层下方形成有n型电极，该n型电极通过所述透明金属欧姆接触层而与所述衬底实现电连接；其特征在于：

所述GaN缓冲层的表面被粗化处理后形成第一表面粗化层；所述具有环形反射层的发光器件的上表面、下表面以及所有侧面都形成第二表面粗化层；

所述p型GaN层的上表面形成有反射层，该反射层为四方环状结构。

2.如权利要求1所述的具有环形反射层的发光器件，其特征在于：

所述四方环状结构的所述反射层的外环与所述发光器件的侧边重合。

3.如权利要求1或2所述的具有环形反射层的发光器件，其特征在于：

所述第一表面粗化层和第二表面粗化层都为纳米级锯齿状粗化层。

4.如权利要求1-3任意之一所述的具有环形反射层的发光器件，其特征在于：

所述反射层为Al/Ag合金金属反层、AlAs/AlxGa1-xAs分布布拉格反射层（DBR）、或者AlInP/(AlxGa1-x)yIn1-yP分布布拉格反射层（DBR）。