CN104253184A - 一种带有渐变式dbr层的蓝光led外延结构 - Google Patents

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韩蕊蕊
马淑芳
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Abstract

本发明公开了一种带有渐变式DBR层的蓝光LED外延结构，涉及LED技术领域。其结构由下至上依次为：蓝宝石衬底，低温GaN缓冲层，渐变式布拉格反射层(DBR)，n型GaN层，多量子阱发光层，p型AlGaN，p型GaN接触层。本发明的优点是：在蓝光LED外延结构中生长渐变式DBR，提高外延片出光效率。采用渐变式DBR可以反射有源区向下射向衬底的光，使其光路改变向顶部射出。渐变式DBR既能反射小角度入射光又能反射大角度入射光，进而提高发光二极管器件的亮度。该外延结构制备工艺简单、易于实施，便于推广应用。

Description

一种带有渐变式DBR层的蓝光LED外延结构
技术领域
本发明涉及一种带有渐变式DBR层的蓝光LED外延结构。
背景技术
半导体发光二极管(light-emission diodes，LED)因其具有体积小、能耗低、寿命长、环保耐用等优点，已经被广泛地应用于指示灯、显示屏、背光源、照明等领域。目前蓝、绿光LED主要使用GaN作为基体材料，GaN属于直接带隙半导体，其三元合金InxGal-xN(0＜x＜1)的能带带隙可以从0.7eV(InN)到3.4eV(GaN)连续可调，发光波长覆盖可见光和近紫外光的整个区域。使用蓝光LED芯片配合黄色荧光粉可以封装出白光LED器件。当前，节约能源及防治地球温室化已成为世界各国重视的议题，因此省电、环保、安全的白光LED器件，成为21世纪的新光源。
LED的发光效率一股称为LED器件的外量子效率，外量子效率是由内量子效率和光提取效率共同决定的。内量子是器件本身的电光转换效率，取决于晶体能带、缺陷、杂质、器件的垒晶组成及结构等。目前，LED器件的内量子效率已经达到80％～90％，而光提取效率目前只有40％左右。在芯片制备过程中，蓝宝石衬底和封装胶直接接触，从有源层向下发出的光会直接被封装胶吸收掉，导致光提取效率低。因此在蓝宝石衬底和有源区之间生长布拉格反射层，使得从有源层向下发出的光光路改变，从芯片正面发射出来。DBR是两种折射率不同材料周期交替生长的层状结构，生长在有源层和衬底之间，能够将射向衬底的光反射回表面或侧面，可以减少对光的吸收，提高出光效率。DBR结构可直接利用MOCVD设备进行生长，无须再次加工处理，简化了器件的制作工艺。
发明内容
本发明公开了一种带有渐变式DBR结构的蓝光LED外延结构，所述结构由下至上依次为：衬底，低温GaN缓冲层，分布布拉格反射层(DBR)，n型GaN层，多量子阱发光层，p型AlGaN，p型GaN接触层；所述的分布布拉格反射层是渐变式布拉格反射器(DBR)结构。
本发明在蓝光LED外延结构中生长渐变式的DBR层，可提高外延片出光效率。采用渐变式DBR可以反射有源区向下射向衬底的光，使其光路改变向顶部射出。渐变式DBR既能反射小角度入射光又能反射大角度入射光，进而提高发光二极管器件的亮度。该外延结构制备工艺简单、易于实施，便于推广应用。
附图说明
通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中：
图1为本发明的一种带有渐变式DBR层的蓝光LED外延结构的纵剖面结构示意图。
具体实施方式
在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。
参考附图1，一种带有渐变式DBR结构的蓝光LED外延结构，其特征在于：所述结构由下至上依次为：衬底，低温GaN缓冲层，分布布拉格反射层(DBR)，n型GaN层，多量子阱发光层，p型AlGaN，p型GaN接触层；所述的分布布拉格反射层是渐变式布拉格反射器(DBR)结构。
所述的渐变式DBR结构可采用两种不同材料相互间隔周期生长而成，周期数为2～10。
采用MOCVD法生长，渐变式DBR结构按渐变方式，由AlN/GaN组成。
渐变式DBR的第m层AlN材料和第m层GaN材料的厚度分别为：
d m = λ m 4 n 1 , d m = λ m 4 n 2 - - - ( 1 ) ;
λm＝λ0(1+t)或λm＝λ0(1+t2)   (2)；
式(1)-(2)中：λ0为器件有源区发光之中心波长，n1和n2分别为AlN材料和GaN材料的折射率，t为正数，且t根据λm的不同而取不同的值，m为正整数；
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带有渐变式DBR结构的蓝光LED外延结构，其特征在于：所述结构由下至上依次为：衬底，低温GaN缓冲层，分布布拉格反射层(DBR)，n型GaN层，多量子阱发光层，p型AlGaN，p型GaN接触层；所述分布布拉格反射层是渐变式布拉格反射器(DBR)结构。 
2.根据权利要求1所述的一种带有渐变式DBR结构的蓝光LED外延结构，其特征在于：渐变式DBR由AlN/GaN周期性交替生长形成，以LED器件发光颜色为准，首先设计渐变式DBR最上层一对AlN/GaN：假设LED所发光中心波长为λ0，最上层一对AlN/GaN按中心波长λ0设计，每层材料厚度为其中n为所选材料的折射率；然后根据最上层AlN/GaN，按照渐变方式从上到下依次设计下层DBR。 
3.根据权利要求2所述的一种带有渐变式DBR结构的蓝光LED外延结构，其特征在于：所述渐变为线性渐变或抛物线渐变。渐变式DBR的第m层AlN材料和第m层GaN材料的厚度分别为： 
λm＝λ0(1+t)或λm＝λ0(1+t2)     (2)； 
式(1)-(2)中：λ0为器件有源区发光之中心波长，n1和n2分别为AlN材料和GaN材料的折射率，t为正数，且t根据λm的不同而取不同的值，m为正整数。
4.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于：所述的渐变式DBR外延结构，周期数为2～10。 
5.一种如权利要求1-4任一项所述的一种带有渐变式DBR结构的蓝光LED外延结构，其特征在于包括以下步骤： 
1)以蓝宝石衬底作为基板； 
2)在上述基板上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法一次沉积低温GaN缓冲层，分布布拉格反射层(DBR)，n型GaN层，多量子阱发光层，p型AlGaN，p型GaN接触层。 
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