CN104009139B - 区域光子晶体发光二极管器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种区域光子晶体发光二极管结构，该发光二极管结构自下而上依次包括衬底、n型GaN层、量子阱发光层、p型GaN层、透明导电层，在n型GaN层上设置n型电极，在透明导电层上设置p型电极。其中，反射光子晶体结构制作在p电极下面，透射光子晶体结构制作在p电极附近。通过本发明的在金属电极附近刻蚀形成的区域性光子晶体结构，能有效降低外延层的欧姆接触电阻，并进一步降低全区域刻蚀对有源区造成的损伤，使光子晶体的导光作用更为显著。本发明所提供该结构还能将射向金属电极附近的光全部反射和透射出芯片，实现电和光的通道隔离，从而显著提高LED的出光效率。

Description

区域光子晶体发光二极管器件
技术领域
本发明涉及半导体光电器件制造技术领域。
背景技术
现有技术中，通常采用光子晶体技术来提高LED出光效率，其采用在芯片表层的全区域刻蚀出周期或准周期分布的孔洞来实现。但是在全区域引入光子晶体结构会导致正向电压偏高，因而减弱p型氮化镓层和金属的欧姆接触特性，并且全区域的刻蚀工艺也可能导致对器件有源区的损伤。
发明内容
本发明的目的在于在现有PSS图形的基础上，提供一种区域光子晶体发光二极管器件，以获得更优的光提取效率，从而进一步降低成本。
为了达到上述目的，本发明提供的一种区域光子晶体发光二极管器件，包括衬底、设置在所述的衬底上的n型GaN层、设置在所述的n型GaN层上的n型电极与量子阱发光层、设置在所述的量子阱发光层上的p型GaN层、设置在所述的GaN层上的透明导电层、以及设置在所述的透明导电层上的p型电极，所述的p型电极下方的透明导电层上制作有用于将入射光线反射的反射光子晶体结构与用于将入射光线透射的透射光子晶体结构，其中，所述的反射光子晶体结构位于p型电极的底部，所述的透射光子晶体结构位于p型电极的底部周围。其中光子晶体运用于不希望光进入的金属电极附近，一方面可以降低p型层欧姆接触电阻，并进一步降低全区域刻蚀光子晶体对器件造成的损耗，使光子晶体的导光作用更为显著，另一方面可以将射向电极附近的光全部反射和透射出芯片，实现电和光的通道隔离，从而显著提高LED的出光效率。
作为一种变形，所述的反射光子晶体结构、透射光子晶体结构为凹陷结构或凸起结构，所述的透射光子晶体结构的尺寸大于反射光子晶体结构的尺寸。
作为一种变形，所述的反射光子晶体结构、透射光子晶体结构为直径200-400nm、刻蚀深度100-300nm的凹陷结构。
作为一种变形，所述的透射光子晶体结构环绕p型电极的范围为p型电极半径的1.5倍。
作为一种变形，所述的反射光子晶体结构、透射光子晶体结构在透明导电层上呈正方晶格排列。
作为一种变形，所述的反射光子晶体结构、透射光子晶体结构在透明导电层上呈三角晶格排列。
作为一种变形，所述的反射光子晶体结构、透射光子晶体结构在透明导电层上呈蜂窝晶格排列。
作为一种变形，所述的反射光子晶体结构、透射光子晶体结构在透明导电层上呈光子准晶晶格排列。
作为一种变形，所述的反射光子晶体结构、透射光子晶体结构的排列的晶格间距范围为100-600nm。
由于采用了以上技术方案，本发明通过在金属电极附近刻蚀形成的区域性光子晶体结构，能有效降低外延层的欧姆接触电阻，并进一步降低全区域刻蚀对有源区造成的损伤，使光子晶体的导光作用更为显著。本发明所提供该结构还能将射向金属电极附近的光全部反射和透射出芯片，实现电和光的通道隔离，从而显著提高LED的出光效率。
附图说明
图1为本发明所提供的区域光子晶体LED结构的侧视图；
图2至图5分别为本发明所提供的LED结构中所能采用的光子晶体的晶格排列方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施案例1
参见附图1所示，本实施例中的区域光子晶体发光二极管器件，包括衬底7、设置在衬底7上的n型GaN层6、设置在n型GaN层6上的n型电极5与量子阱发光层8、设置在量子阱发光层8上的p型GaN层9、设置在GaN层9上的透明导电层4、以及设置在透明导电层4上的p型电极1，p型电极1下方的透明导电层4上制作有用于将入射光线反射的反射光子晶体结构2与用于将入射光线透射的透射光子晶体结构3，其中，反射光子晶体结构2位于p型电极1的底部，透射光子晶体结构3位于p型电极1的底部周围。
反射光子晶体结构2、透射光子晶体结构3运用于不希望光进入的金属电极附近，一方面可以降低p型层欧姆接触电阻，并进一步降低全区域刻蚀光子晶体对器件造成的损耗，使光子晶体的导光作用更为显著。另一方面可以将射向电极附近的光全部反射和透射出芯片，实现电和光的通道隔离，从而显著提高LED的出光效率。
参见附图2所示，反射光子晶体结构2、透射光子晶体结构3在透明导电层4上呈正方晶格排列（反射光子晶体结构2被p型电极1完全遮挡，所以没有显示出来），各个晶格间距范围为100-600nm。本实施例中反射光子晶体结构2、透射光子晶体结构3为直径200-400nm、刻蚀深度100-300nm的凹陷结构。需要说明的是，反射光子晶体结构2、透射光子晶体结构3可以是凹陷结构或凸起结构，例如凹槽或者是凸棱结构，但是由于功能定义的不同，透射光子晶体结构3的尺寸大于反射光子晶体结构2的尺寸，从而使得两个区域中的微型光学构造的功能上有所倾向性。另外，透射光子晶体结构3环绕p型电极1的范围为p型电极1半径的1.5倍，经过优化的结构中，透射光子晶体结构3在此范围内即可完全实现其功能特性，不但能有效降低外延层的欧姆接触电阻，并进一步降低全区域刻蚀对有源区造成的损伤，使光子晶体的导光作用更为显著，还能将射向金属电极附近的光全部反射和透射出芯片，实现电和光的通道隔离，从而显著提高LED的出光效率。
实施案例2
参见附图3所示，与上述实施案例1中相类似的结构，区别在于反射光子晶体结构2、透射光子晶体结构3在透明导电层4上呈三角晶格排列，各个晶格间距范围为100-600nm。三角晶格制作工艺较为简单，是目前常规GaN基LED器件上制备或集成的主要光子晶体形态。
实施案例3
参见附图4所示，与上述实施案例1中相类似的结构，区别在于反射光子晶体结构2、透射光子晶体结构3在透明导电层4上呈蜂窝晶格排列，各个晶格间距范围为100-600nm，蜂窝晶格具有较佳的散热性能。
实施案例4
参见附图5所示，与上述实施案例1中相类似的结构，区别在于反射光子晶体结构2、透射光子晶体结构3在透明导电层4上呈光子准晶晶格排列，各个晶格间距范围为100-600nm，光子准晶晶格由于其具有较高的旋转对称性，因此更容易形成完全带隙。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种区域光子晶体发光二极管器件，其特征在于：包括衬底（7）、设置在所述的衬底（7）上的n型GaN层（6）、设置在所述的n型GaN层（6）上的n型电极（5）与量子阱发光层（8）、设置在所述的量子阱发光层（8）上的p型GaN层（9）、设置在所述的GaN层（9）上的透明导电层（4）、以及设置在所述的透明导电层（4）上的p型电极（1），所述的p型电极（1）下方的透明导电层（4）上制作有用于将入射光线反射的反射光子晶体结构（2）与用于将入射光线透射的透射光子晶体结构（3），其中，所述的反射光子晶体结构（2）位于p型电极（1）的底部，所述的透射光子晶体结构（3）位于p型电极（1）的底部周围，所述的反射光子晶体结构（2）、透射光子晶体结构（3）为凹陷结构或凸起结构，所述的透射光子晶体结构（3）的尺寸大于反射光子晶体结构（2）的尺寸。
2.根据权利要求1所述的区域光子晶体发光二极管器件，其特征在于：所述的反射光子晶体结构（2）、透射光子晶体结构（3）为直径200-400nm、刻蚀深度100-300nm的凹陷结构。
3.根据权利要求1所述的区域光子晶体发光二极管器件，其特征在于：所述的透射光子晶体结构（3）环绕p型电极（1）的范围为p型电极（1）半径的1.5倍。
4.根据权利要求1所述的区域光子晶体发光二极管器件，其特征在于：所述的反射光子晶体结构（2）、透射光子晶体结构（3）在透明导电层（4）上呈正方晶格排列。
5.根据权利要求1所述的区域光子晶体发光二极管器件，其特征在于：所述的反射光子晶体结构（2）、透射光子晶体结构（3）在透明导电层（4）上呈三角晶格排列。
6.根据权利要求1所述的区域光子晶体发光二极管器件，其特征在于：所述的反射光子晶体结构（2）、透射光子晶体结构（3）在透明导电层（4）上呈蜂窝晶格排列。
7.根据权利要求1所述的区域光子晶体发光二极管器件，其特征在于：所述的反射光子晶体结构（2）、透射光子晶体结构（3）在透明导电层（4）上呈光子准晶晶格排列。
8.根据权利要求4或5或6或7所述的区域光子晶体发光二极管器件，其特征在于：所述的反射光子晶体结构（2）、透射光子晶体结构（3）的排列的晶格间距范围为100-600nm。
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Denomination of invention: Regional photonic crystal light emitting diode device

Effective date of registration: 20220215

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Pledgee: CIC financing guarantee Haian Co.,Ltd.

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Registration number: Y2022320010071