[发明专利]一种GaN基发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别是具有图形化微结构的GaN基发光二极管。

背景技术

GaN基蓝绿色发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在显示器背光源、交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是GaN基大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前光电子学领域的研究热点。为了获得高亮度的GaN基发光二极管，关键是要提高器件的外量子效率。目前，芯片光提取效率是限制GaN基发光二极管外量子效率的主要原因，其主要是因为氮化物外延层、蓝宝石衬底以及空气之间的折射率差别较大，导致有源区产生的光在不同折射率材料界面发生全反射而不能导出芯片。

现有技术中已经公开的几种提高芯片光提取效率的技术途径，主要包括有：生长分布布拉格反射层(DBR)结构、倒装技术、表面粗化技术和光子晶体技术。虽然这些技术途径都不同程度的提高了GaN基发光二极管的发光亮度，但它们都是集中于改善芯片的正面出光效率。由于发光二极管发光的性质为自发辐射，没有方向性，可以认为是各向同性发光。因此，以上几种技术对LED芯片的侧面发光出光效率并无改善。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种GaN基发光二极管。它在发光二极管的周围制作出类似光子晶体的图形化微结构，从而改善发光二极管的侧面出光效率，提高发光二极管的光取出效率。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种GaN基发光二极管，它包括基板以及置于基板上方的依次由N型半导体层、发光结构层、P性半导体层和透明导电层相叠加组成的GaN基发光二极管材料。透明导电层上的一端置有P型电极，N型半导体层上、与P型电极相对的另一端置有N型电极。其结构特点是，所述GaN基发光二极管材料的外围置有一圈或多圈能提高发光二极管侧面出光效率的光子晶体的图形化微结构。图形化微结构的顶端介于N型半导体层底端与P性半导体层顶端之间。

在上述GaN基发光二极管中，所述图形化微结构的侧壁截面呈波浪状、圆弧状、凹凸状或者锯齿状。

在上述GaN基发光二极管中，所述图形化微结构的横向厚度呈周期性或者非周期性变化。

在上述GaN基发光二极管中，所述图形化微结构为彼此分隔独立的结构或者连为一体的结构。

本发明由于采用了上述结构，提供了一种具有图形化微结构的GaN基发光二极管。在现有技术的基础上，利用光子晶体对光产生折射增加出光效率的原理，在发光二极管的周围制作出类似光子晶体结构的图形化微结构，改善了发光二极管的侧面出光效率，大大提高了发光二极管光取出效率，有效的提升了发光二极管的亮度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明技术中一种结构的剖面示意图；

图2为本发明技术中实施例一的俯视结构图；

图3为本发明技术中实施例二的俯视结构图；

图4为本发明技术中实施例三的俯视结构图。

具体实施方式

参看图1，本发明包括基板11以及置于基板11上方的依次由N型半导体层21、发光结构层22、P性半导体层23和透明导电层31相叠加组成的GaN基发光二极管材料10。透明导电层31上的一端置有P型电极41，N型半导体层21上、与P型电极41相对的另一端置有N型电极42。GaN基发光二极管材料10的外围置有一圈或多圈能提高发光二极管侧面出光效率的光子晶体的图形化微结构51，图形化微结构51的顶端介于N型半导体层21底端与P性半导体层23顶端之间。图形化微结构51的侧壁截面呈波浪状、圆弧状、凹凸状或者锯齿状，它的横向厚度呈周期性或者非周期性变化。图形化微结构51为彼此分隔独立的结构或者连为一体的结构。

参看图2至图4，分别为本发明技术的一种具有图形化微结构51的GaN基发光二极管实施例中的三种俯视结构图。本发明在GaN基发光二极管材料10周围制作图形化微结构51，改变光束由该GaN基发光二极管材料10(高反射率物质)传播至空气(低折射率物质)时的入射角以避免全反射，亦即避免光束在该GaN基发光二极管材料10内部重复进行反射。如此，即可提升该GaN基发光二极管材料10的发光效率。

在本发明的制作过程中，图形化微结构51用光刻技术在发光二极管周围定义出几何形貌，再利用干法刻蚀技术蚀刻至预定深度即可制备。本发明中的基板11包括绝缘透光材料，例如蓝宝石；N型半导体层21、发光结构层22及P型半导体层23包括氮化物，例如氮化铝镓、氮化镓、氮化铟镓或者氮化铝镓铟；透明导电层31包括氧化物，例如氧化铟、氧化锡或者氧化铟锡；发光结构层22可以是量子阱或者多重量子阱。