CN106920872A

CN106920872A - 一种新型偏振发光二极管

Info

Publication number: CN106920872A
Application number: CN201710152909.2A
Authority: CN
Inventors: 王南; 孙智江
Original assignee: Haidike Nantong Photoelectric Technology Co Ltd
Current assignee: Haidike Nantong Photoelectric Technology Co Ltd
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2017-07-04

Abstract

本发明涉及一种新型偏振发光二极管，包括衬底，在衬底上依次生长有n型层、有源发光层和p型层，且在p型层上面设有p型层金属电极，在刻蚀暴露出来的n型层上面设有n型层金属电极；所述发光二极管的衬底表面刻蚀有周期性小阶梯光栅结构，小阶梯光栅结构的阶梯数为N，N≥1。本发明的优点在于：本发明新型偏振发光二极管，在发光二极管的衬底上刻周期性小阶梯光栅的结构，使得反射至衬底面的光，高效偏振反射至顶部发光，提高发光二极管的偏振特性；周期性结构利于缓解衬底与外延间的晶格失配，提高外延的晶体质量，进而提高发光二极管发光效率。

Description

一种新型偏振发光二极管

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件制造领域，特别涉及一种新型偏振

发光二极管。

背景技术

发光二极管（LED）是一种当在正向方向上被电偏置时以受激方式发光的半导体光源装置。根据材料的不同，LED可以发出近紫外、可见光和近红外光。

以氮化镓为代表的第三代半导体，可以制成高效的LED，氮化镓及其合金的带隙覆盖了从红外到紫外的光谱范围。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好等性质和强的抗辐射能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。随着LED的应用领域的迅速扩大，近年来LED已被应用与LCD的背光源和投影显示的照明光源，和普通光源一样，目前市面上的LED发出的光也是自然光，所以将LED应用于LCD的背光源和投影显示的照明光源同样需要二次光学设计引入偏振片和配套的光学器件获得最终的偏振光，这不但增大了整个光学系统的体积、提高了成本，而且也造成了光能的极大浪费。如果能赋予LED芯片本身以偏振特性，使其能够直接出射偏振光，那么这种结构的LED无疑将会在液晶显示领域和某些需要偏振光照明的领域（如微型验钞机、机动车防眩光的照明灯）产生巨大的市场价值。

经检索，专利CN 101572286 B公开了一种偏振出光发光二极管，它的发光二极管芯片包括由n型区、p型区和量子阱结构组成的工作区，衬底，绝缘介质膜，透明电极和金属电极；在发光二极管芯片的出光表面上制备浮雕式或嵌入式光栅，光栅的周期为50～600nm，占空比为0.2～0.9，厚度为50～400nm纳米。与传统的LED外置偏光板实现偏振相比，本发明采用将光栅结构直接集成制作于LED芯片表面技术方案，不需要外置的偏光板等结构，实现了LED芯片的出光为偏振光的目的，因此，发光器件的整体体积大大缩小，性能优化，成本降低。同时，它可通过半导体光刻工艺一次性集成在发光芯片上，易实现产业化和推广应用。但该结构的偏振出光发光二极管仍存在一定的缺点：该结构的偏振发光二极管，光不能反射至出光面以下的衬底，进而其偏振特性及出光效率相对较低，同时也影响了晶体的质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够提高发光二极管的偏

振特性以及出光效率的新型偏振发光二极管。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种新型偏振发光二极管，包括衬底，在衬底上依次生长有n型层、有源发光层和p型层，且在p型层上面设有p型层金属电极，在刻蚀暴露出来的n型层上面设有n型层金属电极；其创新点在于：所述发光二极管的衬底表面刻蚀有周期性小阶梯光栅结构，小阶梯光栅结构的阶梯数为N，N≥1。

进一步地，所述周期性小阶梯光栅结构的表面上选择性地镀金属、氮化物或有机化学物中的一种。

进一步地，所述金属为金、银或铝/氟化镁合金中的一种。

进一步地，所述新型偏振发光二极管可以是半极性发光二极管，也可以是非极性发光二极管。

进一步地，对于半极性发光二极管，所述小阶梯光栅刻蚀方向可以沿R向或M向；对于非极性发光二极管，所述小阶梯光栅刻蚀方向可以沿C向或M向。

进一步地，所述衬底为蓝宝石、Si或SiC中的一种。

本发明的优点在于：

（1）本发明新型偏振发光二极管，在发光二极管的衬底上刻周期性小阶梯光栅的结构，使得反射至衬底面的光，高效偏振反射至顶部发光，提高发光二极管的偏振特性；周期性结构利于缓解衬底与外延间的晶格失配，提高外延的晶体质量，进而提高发光二极管发光效率；

（2）本发明新型偏振发光二极管，其中，在小阶梯光栅的面上选择性的镀金属、氮化物或有机化合物，可以增强偏振光的反射；此外，镀的金属一般选用金、银或铝/氟化镁合金中的一种，与其他金属相比，这些金属的反射率更高，更适合在衬底上应用；

（3）本发明新型偏振发光二极管，其中，发光二极管选用半性二极管或非极性二极管，而不选用极性二极管，是因为这两种发光二极管，本身发出的光线就是部分偏振光，进而使得整体的发光偏振度更高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的一种嵌入式光栅偏振发光二极管的结构剖面示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

本实施例新型偏振发光二极管，如图1所示，包括蓝宝石衬底1，在蓝宝石衬底1上生长有LED发光工作区，该LED发光工作区包括依次生长的n型层2、有源发光层3和p型层4，且在p型层4上面设有p型层金属电极5，在刻蚀暴露出来的n型层2上面设有n型层金属电极6。

在本实施例中，发光二极管的衬底1表面制备有金属周期性小阶梯光栅7，金属小阶梯光栅7的阶梯数为N，N＝5；金属周期性小阶梯光栅7为在发光二极管的蓝宝石衬底1上沿M向先刻制出小阶梯光栅结构，再选择性地镀金属膜，金属膜的材料为金、银或铝/氟化镁合金中的一种。

本实施例，在发光二极管的衬底1上刻周期性小阶梯光栅的结构，使得反射至衬底面的光，高效偏振反射至顶部发光，提高发光二极管的偏振特性；周期性结构利于缓解衬底与外延间的晶格失配，提高外延的晶体质量，进而提高发光二极管发光效率。

实施例中，为了增强偏振光的反射，除了在小阶梯光栅结构上选择性地镀金属，还可以镀氮化物或有机化学物。

作为实施例，更具体地实施方式为发光二极管选用半性二极管或非极性二极管，而不选用极性二极管，是因为这两种发光二极管，本身发出的光线就是部分偏振光，进而使得整体的发光偏振度更高；此外，对于半极性发光二极管，小阶梯光栅刻蚀方向可以沿R向或M向；对于非极性发光二极管，小阶梯光栅刻蚀方向可以沿C向或M向，沿不同方向刻蚀，发出的偏振光也会不同。

作为本领域技术人员，应当了解，衬底不局限于蓝宝石衬底，还可以是Si衬底或SiC衬底。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种新型偏振发光二极管，包括衬底，在衬底上依次生长有n型层、有源发光层和p型层，且在p型层上面设有p型层金属电极，在刻蚀暴露出来的n型层上面设有n型层金属电极；其特征在于：所述发光二极管的衬底表面刻蚀有周期性小阶梯光栅结构，小阶梯光栅结构的阶梯数为N，N≥1。

2.根据权利要求1所述的新型偏振发光二极管，其特征在于：所述周期性小阶梯光栅结构的表面上选择性地镀金属、氮化物或有机化学物中的一种。

3.根据权利要求2所述的新型偏振发光二极管，其特征在于：所述金属为金、银或铝/氟化镁合金中的一种。

4.根据权利要求1所述的新型偏振发光二极管，其特征在于：所述新型偏振发光二极管可以是半极性发光二极管，也可以是非极性发光二极管。

5.根据权利要求4所述的新型偏振发光二极管，其特征在于：对于半极性发光二极管，所述小阶梯光栅刻蚀方向可以沿R向或M向；对于非极性发光二极管，所述小阶梯光栅刻蚀方向可以沿C向或M向。

6.根据权利要求1所述的新型偏振发光二极管，其特征在于：所述衬底为蓝宝石、Si或SiC中的一种。