專利名稱：一種具有背鍍結構的發(fā)光二極管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體照明器件，具體來說，涉及ー種具有背鍍結構的發(fā)光二極管。
背景技術：
近年來，氮 化鎵(化學式為GaN)基LED (發(fā)光二極管，英文全稱“ Light EmittingDiode”，簡稱“LED”)發(fā)展迅猛.以LED為核心的半導體照明光源，未來將取代白熾燈、熒光燈而成為新一代照明光源。氮化鎵基LED結構如圖I所示，包括p電極、量子阱、鈍化層、銦錫氧化物層、P型GaN層、n電極、n型GaN層和襯底。然而，LED目前仍存在發(fā)光效率低、成本高、可靠性差等問題，并且商用白光LED的發(fā)光效率還較低，因此限制了它邁向照明以及其它應用領域的速度。LED作為ー種光源，衡量它的ー個重要指標就是光電轉換效率或發(fā)光效率。提高LED發(fā)光效率的兩個基本出發(fā)點就是提高其內量子效率和外量子效率。LED的外量子效率1Ux=Hi, Crai，式中，Hin是內量子效率；Crai是光提取效率。由于GaN基LED的光提取效率非常低，而內量子效率已經可以達到很高的水平，所以提高LED的光提取效率成為提高LED外量子效率亦即發(fā)光效率的關鍵。對于傳統(tǒng)的藍寶石襯底GaN基LED而言，造成光提取效率非常低的原因是多方面的，包括晶格缺陷對光的吸收、襯底對光的吸收、內部(重復)吸收、電極的阻擋、特別是LED發(fā)射的光線在出射過程中，由于在芯片與封裝用膠之間的全反射造成的光損失等原因，以致僅有4%的光線能從LED表面出射，而大部分的光則被限制在LED內部，最終變成熱損耗，從而導致極低的光提取效率。因此，如何提高LED的光提取效率是半導體照明領域中最亟待解決的研究課題之一。

發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明所要解決的技術問題是提供ー種具有背鍍結構的發(fā)光二極管，提高LED的光提取效率。技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是
ー種具有背鍍結構的發(fā)光二極管，包括P電極、n電極和具有非出光面與出光面的襯底，在襯底的出光面上順序設有n型GaN層、量子阱、p型GaN層和銦錫氧化物層和鈍化層，P電極位于銦錫氧化物層的上表面，n電極位于n型GaN層的上表面，所述的襯底的非出光面上設置有布拉格反射層，該布拉格反射層由三氧化ニ鋁層和ニ氧化鈦層交替排列組成，且相鄰的三氧化ニ鋁層和ニ氧化鈦層之間相互貼覆；三氧化ニ鋁層的折射率小于ニ氧化鈦層的折射率。所述的具有背鍍結構的發(fā)光二極管，還包括金屬反射層，該金屬反射層位于布拉格反射層的外表面。有益效果與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果
I.LED的光提取效率高?，F(xiàn)有技術中，僅有4%的光線能從LED表面出射，而大部分的光則被限制在LED內部，最終變成熱損耗。而本發(fā)明的技術方案中，在發(fā)光二極管襯底的非出光面上設置有布拉格反射層，能夠將射向芯片底部的光利用布拉格反射原理反射回上表面，布拉格反射層的反射率可達90%以上,從而提聞LED外量子效率，進而提聞LED的光提取效率高。2.具有良好的導熱性，有利于LED芯片的散熱。本發(fā)明的技術方案中，在布拉格反射層的外表面可設置ー金屬反射層。金屬反射層可以進ー步提高反射率。另外，金屬反射層具有良好的導熱性，有利于LED芯片的散熱。尤其對于大功率LED而言，金屬反射層對改善LED的散熱性具有重要價值。


圖I為現(xiàn)有技術中藍寶石襯底的氮化鎵基LED結構示意圖。圖2為本發(fā)明的結構示意圖。圖3為本發(fā)明的一種改進結構示意圖。圖4為圖2的布拉格反射層的結構示意圖，位于上方的兩條箭頭線表示入射光線和反射光線。圖5為圖3的布拉格反射層和金屬層的結構不意圖，位于上方的兩條箭頭線表不入射光線和反射光線。圖中有p電極I、量子阱2、鈍化層3、IT04、p型GaN層5、n電極6、n型GaN層
7、襯底8、布拉格反射層9、三氧化ニ招層91、ニ氧化鈦層92、金屬反射層10。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。如圖2所示，本發(fā)明的ー種具有背鍍結構的發(fā)光二極管，包括p電極l、n電極6和具有非出光面與出光面的襯底8，在襯底8的出光面上順序設有n型GaN層7、量子阱2、p型GaN層(GaN為氮化鎵的化學式)5和銦錫氧化物層4和鈍化層3，p電極I位于銦錫氧化物層4的上表面,n電極6位于n型GaN層7的上表面。襯底8的非出光面上設置有布拉格反射層9。襯底8采用藍寶石、神化鎵、碳化硅或者硅材料制成。布拉格反射層9由三氧化ニ鋁層91和ニ氧化鈦層92交替排列組成，且相鄰的三氧化ニ鋁層91和ニ氧化鈦層92之間相互貼覆。三氧化ニ鋁層91的折射率小于ニ氧化鈦層92的折射率。也就是說，如圖4所示，第一個三氧化ニ鋁層91貼覆于襯底8的非出光面，再將第一個ニ氧化鈦層92貼覆于第一個三氧化ニ鋁層91的外表面，接著將第二個三氧化ニ鋁層91貼覆于第一個ニ氧化鈦層92的外表面，然后將第二個ニ氧化鈦層92貼覆于第二個三氧化ニ鋁層91的外表面，……，以此循環(huán)。當然，也可以是先將第一個ニ氧化鈦層92貼覆于襯底8的非出光面，再將第一個三氧化ニ鋁層91貼覆于第一個ニ氧化鈦層92的外表面，接著將第二個ニ氧化鈦層92貼覆于第一個三氧化ニ鋁層91的外表面，然后將第二個三氧化ニ鋁層91貼覆于第二個ニ氧化鈦層92外表面，……，以此循環(huán)。布拉格反射層9中的三氧化ニ鋁層91和ニ氧化鈦層92的層數(shù)相同，三氧化ニ鋁層91和ニ氧化鈦層92各為I層ー20層。也就是說，三氧化ニ鋁層91和ニ氧化鈦層92交替排列I次一20次，例如可以是I次，5次、8次、10次、15次、 18次或者20次。三氧化ニ鋁層91的光學厚度和ニ氧化鈦層92的光學厚度分別為反射光波長的1/4。也即，三氧化ニ鋁層91的光學厚度是入射光波長的1/4除以三氧化ニ鋁層91的折射率，ニ氧化鈦層92的光學厚度是入射光波長的1/4除以ニ氧化鈦層92的折射率。進ー步，如圖3和圖5所示，所述的具有背鍍結構的發(fā)光二極管還包括金屬反射層10,該金屬反射層10位于布拉格反射層9的外表面。在布拉格反射層9的外表面設置ー金屬反射層10。布拉格反射層9和金屬反射層10都能提高反射率，而金屬反射層10的導熱性良好，所以具有良好的導熱性。布拉格反射層9和金屬反射層10的組合，對LED出射光的對應波段具有高反射率和良好的導熱性，對改善大功率LED的散熱特性具有重要價值。所述的金屬反射層10的厚度在50 nm 一300 nm之間。該金屬反射層10由招制成。當然，還可以選擇其他金屬材料，例如銀。但是使用銀材質時，則需在銀上再鍍ー層金屬鎳防止銀的硫化，或采取其它防硫化措施。
本發(fā)明在現(xiàn)有的發(fā)光二極管的襯底8的非出光面上增加設置布拉格反射層9，布拉格反射層9由三氧化ニ鋁層91和ニ氧化鈦層92兩種材料交替組合而成。布拉格反射層9可將原本被芯片底部吸收的光重新反射回LED，從而可顯著提高LED的出光效率。
LED的有源區(qū)發(fā)出的光是向上、下兩個表面出射的，而封裝好的LED是“單向”發(fā)光，因此有必要將射向芯片底部的光反射或直接出射。本發(fā)明的發(fā)光二極管中，當入射光射入后，布拉格反射層9能夠將射向芯片底部的光利用布拉格反射原理反射回上表面，從而提高LED外量子效率。布拉格反射層9中的三氧化ニ鋁層91的光學厚度和ニ氧化鈦層92的光學厚度分別為反射光波長的1/4。布拉格反射層9是ー種四分之一波長的多層結構,相當于簡單的ー維光子晶體。由于頻率落在能隙范圍內的電磁波無法穿透，布拉格反射鏡的反射率可達90%以上。能隙位置可以通過改變三氧化ニ鋁層91或者ニ氧化鈦層92的折射率或厚度來調整。以藍寶石襯底的氮化鎵基LED結構為例，來具體說明本發(fā)明的發(fā)光二極管所具有的光提取效率高的優(yōu)點。如圖2所示，發(fā)光二極管包括p電極I、量子阱2、鈍化層3、銦錫氧化物層4、p型GaN層5、n電極6、n型GaN層7、襯底8、布拉格反射層9和金屬反射層10。襯底8的出光面上生長n型GaN層7，n型GaN層7的上表面生長量子阱2和n電極6，量子阱2的上表面生長p型GaN層5，p型GaN層5的上表面生長銦錫氧化物層4，銦錫氧化物層4的上表面生長P電極I和鈍化層3。襯底8的非出光面上生長布拉格反射層9,布拉格反射層9的外表面生長金屬反射層10。布拉格反射層9是由三氧化ニ鋁層91和ニ氧化鈦層92交替排列而成。采用以峰值波長為450 nm的藍光LED芯片，ニ氧化鈦層92的光學厚度為44 nm,三氧化ニ鋁層91的光學厚度為66 nm, ニ氧化鈦層92和三氧化ニ鋁層91分別設置6層。入射光垂直入射LED時，可獲得95%以上的反射率。如圖3所示的LED，其結構與圖2所示的LED結構相同，不同的是在布拉格反射層9外表面設置了ー層金屬反射層10。采用以峰值波長為450 nm的藍光LED芯片，ニ氧化鈦層92的光學厚度為44 nm,三氧化ニ鋁層91的光學厚度為66 nm，ニ氧化鈦層92和三氧化ニ鋁層91分別設置3層。金屬反射層10采用鋁材料制成，金屬反射層10的厚度為100 nm。入射光垂直入射LED吋，可獲得98%以上的反射率。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進ー步詳細的說明。但應該強調的是，以上所述實施例僅為本發(fā)明的較佳實例而已，并非用于限定本 發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，對本發(fā)明的背鍍結構所做的任何修改、替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.ー種具有背鍍結構的發(fā)光二極管，包括P電極(I)、n電極(6)和具有非出光面與出光面的襯底(8)，在襯底(8)的出光面上順序設有n型GaN層(7)、量子阱(2)、p型GaN層(5)和銦錫氧化物層(4)和鈍化層(3)，p電極(I)位于銦錫氧化物層(4)的上表面，n電極(6)位于n型GaN層(7)的上表面,其特征在于,所述的襯底(8)的非出光面上設置有布拉格反射層(9)，該布拉格反射層(9)由三氧化ニ鋁層(91)和ニ氧化鈦層(92)交替排列組成，且相鄰的三氧化ニ鋁(91)層和ニ氧化鈦層(92)之間相互貼覆；三氧化ニ鋁層(91)的折射率小于ニ氧化鈦層(92)的折射率。
2.按照權利要求I所述的具有背鍍結構的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括金屬反射層(10),該金屬反射層(10)位于布拉格反射層(9)的外表面。
3.按照權利要求2所述的具有背鍍結構的發(fā)光二極管，其特征在于，所述的金屬反射層(10)的厚度在50 nm 一300 nm之間。
4.按照權利要求3所述的具有背鍍結構的發(fā)光二極管，其特征在于，所述的金屬反射層(10)由鋁制成。
5.按照權利要求I至4中任何一項所述的具有背鍍結構的發(fā)光二極管，其特征在干，所述的三氧化ニ鋁層(91)的光學厚度和ニ氧化鈦層(92)的光學厚度分別為反射光波長的1/4。
6.按照權利要求5所述的具有背鍍結構的發(fā)光二極管，其特征在于，所述的布拉格反射層(9)中的三氧化ニ鋁層(91)和ニ氧化鈦層(92)的層數(shù)相同，三氧化ニ鋁層(91)和ニ氧化鈦層(92)各為I層ー20層。
7.按照權利要求I所述的具有背鍍結構的發(fā)光二極管，其特征在于，所述的襯底(8)采用藍寶石、神化鎵、碳化硅或者硅材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有背鍍結構的發(fā)光二極管，包括p電極、n電極和具有非出光面與出光面的襯底，在襯底的出光面上順序設有n型GaN層、量子阱、p型GaN層和銦錫氧化物層和鈍化層，p電極位于銦錫氧化物層的上表面，n電極位于n型GaN層7的上表面，所述的襯底的非出光面上設置有布拉格反射層，該布拉格反射層由三氧化二鋁層和二氧化鈦層交替排列組成，且相鄰的三氧化二鋁層和二氧化鈦層之間相互貼覆；三氧化二鋁層的折射率小于二氧化鈦層的折射率。該結構的發(fā)光二極管可以提高LED的光提取效率。
文檔編號H01L33/46GK102646772SQ20121014543
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權日2012年5月11日
發(fā)明者崔一平, 張 雄, 許潔, 陳洪鈞 申請人:東南大學