CN104576859B - 一种发光二极管结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光二极管结构，提供一衬底，在衬底的下表面具有第一电极，在衬底的上表面依次分布DBR反射层、第一型限制层、有源层、第二型限制层及电流扩展层；第二电极形成于电流扩展层之上；DBR反射层中的低折射率层被局部氧化，且各低折射率层的氧化深度在DBR反射层的法向上由下而上渐变或者周期性变化。本发明氧化层氧化深度渐变或者周期性变化使射入DBR的光线发生弯曲，从而增加DBR的反射角度，提高DBR的反射率，使芯片的亮度得到提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管结构。
背景技术
发光二极管具有高效、节能和环保等特性而被广泛应用于显示、指示和照明等领域。AlGaInP（磷化铝铟镓）发光二极管常用衬底为GaAs（砷化镓），其吸收限约为870nm，因此，有部分AlGaInP发光二极管发出的光会被GaAs衬底所吸收。
现有技术中，为了防止射向GaAs衬底的光被衬底所吸收，常在发光二极管的有源层与衬底之间插入布拉格反射层（DBR），所述布拉格反射层通常由复数组高折射率层及低射率层交替排列组成，将射向衬底的光反射回去，并从发光二极管的上表面射出。因此，DBR对提高发光二极管的效率有十分重要的作用。
发光二极管的有源区发出的光是向各个方向射出，只有一小部分光能够垂直地射入DBR中，其余大部分的光都以一定的角度射入DBR中。传统的DBR结构只对垂直入射以及小角度入射的光有较强的反射作用，而对大角度入射的光的反射率很低，极大地限制了LED的光提取效率。
鉴于现有技术发光二极管DBR对有源区发出的光反射率较低的所述缺陷，本发明人提出一种克服所述缺陷的发光二极管结构，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管结构，提高DBR的反射率，提升芯片的亮度。
为达成上述目的，本发明的解决方案为：
一种发光二极管结构，提供一衬底，在衬底的下表面具有第一电极，在衬底的上表面依次分布DBR反射层、第一型限制层、有源层、第二型限制层及电流扩展层；第二电极形成于电流扩展层之上；DBR反射层中的低折射率层被局部氧化，且各低折射率层的氧化深度在DBR反射层的法向上由下而上渐变或者周期性变化。
所述DBR反射层由N组低折射率层和高折射率层交替排列组成，且1≤ N≤ 50。
所述低折射率层由AlAs、AlGaAs、AlInP及AlGaInP中的一种材料组成；所述高折射率层由GaAs、AlGaAs、GaInP及AlGaInP中的一种材料组成；且低折射率层与高折射率层的铝组分之差≧0.2。
所述低折射率层被局部氧化的条件为：温度为300-600℃，在水汽条件下氧化。
采用上述方案后，本发明DBR反射层中的低折射率层被局部氧化，且各低折射率层的氧化深度在DBR反射层的法向上由下而上渐变或者周期性变化。所述渐变是指氧化深度在DBR反射层的法向上由下而上逐渐变深，或者逐渐变浅，或者先逐渐变深后逐渐变浅，或者先逐渐变浅后逐渐变深等；所述周期性变化是指氧化深度在DBR反射层的法向上由下而上先逐渐变深后逐渐变浅，再逐渐变深后逐渐变浅，如此循环重复；或者先逐渐变浅后逐渐变深，再逐渐变浅后逐渐变深，如此循环重复。
低折射率层被局部氧化后形成氧化层和非氧化层。氧化层的折射率小于非氧化层的折射率。当光线射入氧化层和非氧化层之间的界面时，由于氧化层和非氧化层之间的折射率不同，光线会在两者之间的界面上发生折射或者反射，从而改变传播路径。
氧化层的氧化深度在DBR反射层的法向上由下而上渐变或者周期性变化，可以使不同角度射入的光线都有机会在氧化层和非氧化层之间的界面发生折射或者反射，从而改变传播路径。
相比于现有技术的DBR反射层，本发明所述的DBR反射层对大角度入射的光有更高的反射率。氧化深度渐变或者周期性变化的氧化层能够使射入DBR的光线发生弯曲，从而增加DBR的反射角度，提高DBR的反射率，使芯片的亮度得到提升。
附图说明
图1是本发明发光二极管的结构示意图；
图2是本发明DBR反射层的结构示意图；
图3是本发明DBR反射层第一实施例结构示意图；
图4是本发明DBR反射层第一实施例俯视图；
图5是本发明DBR反射层第二实施例结构示意图；
图6是本发明DBR反射层的另一结构示意图；
图7是本发明DBR反射层第三实施例结构示意图；
图8是本发明DBR反射层第四实施例结构示意图；
图9是本发明DBR反射层第五实施例结构示意图。
标号说明
第一电极1 衬底2
DBR反射层3 高折射率层31
低折射率层（32、33、34、35、36）
氧化层（32a、33a、34a、35a、36a）
非氧化层（32b、33b、34b、35b、36b）
第一型限制层4
有源层5 第二型限制层6
电流扩展层7 第二电极8。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做详细的说明。
本发明揭示一种发光二极管结构，提供一衬底，在衬底的下表面具有第一电极，在衬底的上表面依次分布DBR反射层、第一型限制层、有源层、第二型限制层及电流扩展层；第二电极形成于电流扩展层之上；DBR反射层中的低折射率层被局部氧化，氧化的条件为：温度为300-600℃，在水汽条件下氧化；且各低折射率层的氧化深度在DBR反射层的法向上由下而上渐变或者周期性变化。
所述DBR反射层由N组低折射率层和高折射率层交替排列组成，且1≤ N≤ 50。DBR反射层个数太多，不能提高其反射率，而且会浪费生长材料，提高成本。
所述低折射率层由AlAs、AlGaAs、AlInP及AlGaInP中的一种材料组成；所述高折射率层由GaAs、AlGaAs、GaInP及AlGaInP中的一种材料组成；且低折射率层与高折射率层的铝组分之差≧0.2。铝组分越低，氧化速率越慢。低折射率层的铝组分比高折射率层的铝组分之差≧0.2，确保在低折射率层被局部氧化的过程中，高折射率层不会被氧化，或者高折射率层仅被轻微氧化且氧化深度远小于低折射率层的氧化深度。
参阅图1至图4所示，本发明揭示的一种发光二极管结构第一实施例，提供一衬底2，在衬底的下表面具有第一电极1，在衬底的上表面依次分布布拉格反射层（DBR反射层）3、第一型限制层4、有源层5、第二型限制层6及电流扩展层7，第二电极8形成于电流扩展层7之上，如图1所示。DBR反射层3由三组低折射率层（32、33、34）和高折射率层31交替排列组成，如图2所示。
如图3所示，低折射率层（32、33、34）在温度300-600摄氏度、水汽条件下被局部氧化后形成氧化层（32a、33a、34a）和非氧化层（32b、33b、34b）。以俯视角度观察最顶层的低折射率层34，其被局部氧化后的形貌呈现如图4所示的“回字形”。四周的阴影部分为氧化层34a，中心的空白部分为非氧化层34b，由芯片边缘到非氧化层34b边缘的距离d即为氧化层34a的氧化深度。
在本实施例中，氧化层（32a、33a、34a）的氧化深度（d32a，d33a，d34a）在DBR反射层3的法向上由下而上递增，即3个氧化层的氧化深度满足关系：d32a＜d33a＜d34a，即氧化深度在DBR反射层3的法向上由下而上逐渐变深。
参阅图5所示，本发明揭示的一种发光二极管结构第二实施例，与第一实施例不同在于：在本实施例中，氧化层（32a、33a、34a）的氧化深度（d32a，d33a，d34a）在DBR反射层3的法向上由下而上递减，即3个氧化层的氧化深度满足关系：d32a＞d33a＞d34a，即氧化深度在DBR反射层3的法向上由下而上逐渐变浅。
参阅图6及图7所示，本发明揭示的一种发光二极管结构第三实施例，与第一实施例不同在于：DBR反射层3由5组低折射率层（32、33、34、35、36）和高折射率层31交替排列组成。低折射率层（32、33、34、35、36）在温度300-600摄氏度、水汽条件下被局部氧化后形成氧化层（32a、33a、34a、35a、36a）和非氧化层（32b、33b、34b、35b、36b）。
在本实施例中，氧化层（32a、33a、34a、35a、36a）的氧化深度（d32a，d33a，d34a，d35a，d36a）在DBR反射层3的法向上由下而上先递减再递增，即5个氧化层的氧化深度满足关系：d32a＞d33a＞d34a，d34a＜d35a＜d36a，即氧化深度在DBR反射层3的法向上由下而上先逐渐变浅后逐渐变深。
参阅图8所示，本发明揭示的一种发光二极管结构第四实施例，与第一实施例不同在于：DBR反射层3由5组低折射率层（32、33、34、35、36）和高折射率层31交替排列组成。低折射率层（32、33、34、35、36）在温度300-600摄氏度、水汽条件下被局部氧化后形成氧化层（32a、33a、34a、35a、36a）和非氧化层（32b、33b、34b、35b、36b）。
在本实施例中，氧化层（32a、33a、34a、35a、36a）的氧化深度（d32a，d33a，d34a，d35a，d36a）在DBR反射层3的法向上由下而上先递增再递减，即5个氧化层的氧化深度满足关系：d32a＜d33a＜d34a，d34a＞d35a＞d36a，即氧化深度在DBR反射层3的法向上由下而上先逐渐变深后逐渐变浅。
参阅图9所示，本发明揭示的一种发光二极管结构第五实施例，与第一实施例不同在于：DBR反射层3由5组低折射率层（32、33、34、35、36）和高折射率层31交替排列组成。低折射率层（32、33、34、35、36）在温度300-600摄氏度、水汽条件下被局部氧化后形成氧化层（32a、33a、34a、35a、36a）和非氧化层（32b、33b、34b、35b、36b）。
在本实施例中，氧化层（32a、33a、34a、35a、36a）的氧化深度（d32a，d33a，d34a，d35a，d36a）在DBR反射层3的法向上由下而上周期性变化，即5个氧化层的氧化深度满足关系：d32a=d34a=d36a，d33a=d35a，且d32a＜ d33a，即氧化深度在DBR反射层3的法向上由下而上先逐渐变深后逐渐变浅，再逐渐变深后逐渐变浅，如此循环重复。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (4)
1.一种发光二极管结构，提供一衬底，在衬底的下表面具有第一电极，在衬底的上表面依次分布DBR反射层、第一型限制层、有源层、第二型限制层及电流扩展层；第二电极形成于电流扩展层之上；其特征在于：DBR反射层中的低折射率层被局部氧化，且各低折射率层的氧化深度在DBR反射层的法向上由下而上渐变或者周期性变化。
2.如权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于：所述DBR反射层由N组低折射率层和高折射率层交替排列组成，且1≤ N≤ 50。
3.如权利要求2所述的一种发光二极管结构，其特征在于：所述低折射率层由AlAs、AlGaAs、AlInP及AlGaInP中的一种材料组成；所述高折射率层由GaAs、AlGaAs、GaInP及AlGaInP中的一种材料组成；且低折射率层与高折射率层的铝组分之差≧0.2。
4.如权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于：所述低折射率层被局部氧化的条件为：温度为300-600℃，在水汽条件下氧化。
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