[发明专利]折射率渐变的光子晶体发光二极管结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种折射率渐变的光子晶体发光二极管结构。

背景技术

目前III-V族半导体光电材料被誉为第三代半导体材料。而氮化镓系发光二极管，由于可以通过控制材料的组成来制作出各种色光(尤其是需要高能隙的蓝光或紫光)的发光二极管(简称为“LED”)，而成为业界研究的重点。

影响LED发光的因素除了内量子效率外，光提取效率也在很大程度上影响着LED的发光效率。氮化镓基LED光提取效率主要受氮化镓材料折射率的影响。以460纳米输出光为例，460纳米波长的光在氮化镓材料中的有效折射率值为2.38，空气的折射率为1，LED中产生的光大部分被禁锢在高折射率半导体内部，以导波模式存在，而只有少量(4％)的光能以辐射模式出射到空气中。目前，提高LED光提取效率的方法有很多，如表面粗化，表面等离激元，全向反射器，光子晶体等。理论研究表明，光子晶体因其光子禁带作用和光栅衍射效应，可以在很大程度上提高LED的光提取效率。目前的光子晶体大都以单一结构制作在材料表层，界面处光子带隙和光栅衍射效应必然伴随能量的损失。采用折射率渐变的光子晶体结构，因其占空比的变化引起光子晶体本身的有效折射率发生变化，从而使光子晶体的导光作用更为显著，可以进一步降低由单一结构光子晶体所造成的光损耗，更有效提高LED光提取效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，其可使光子晶体的导光作用更为显著，可以进一步降低由单一结构光子晶体所造成的光损耗，更有效地提高LED光提取效率。

本发明提供一种折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，其包括：

一衬底；

一成核层，该成核层制作在衬底的上面；

一缓冲层，该缓冲层制作在成核层的上面；

一n型接触层，该n型接触层制作在缓冲层的上面，该n型接触层的一侧形成有一台面；

一活性发光层，该活性发光层制作在n型接触层台面另一侧的上面；

一p型电子阻挡层，该p型电子阻挡层制作在活性发光层的上面；

一p型接触层，该p型接触层制作在p型电子阻挡层的上面；

一折射率渐变阵列式光子晶体，该折射率渐变阵列式光子晶体制作在p型接触层上；

一负电极，该负电极制作在n型接触层一侧的台面的上面；

一正电极，该正电极制作在折射率渐变阵列式光子晶体的上面。

本发明的有益效果是：其可使光子晶体的导光作用更为显著，可以进一步降低由单一结构光子晶体所造成的光损耗，更有效地提高LED光提取效率。

附图说明

图1是本发明折射率渐变的光子晶体发光二极管结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

请参阅图1所示，本发明提供一种折射率渐变的光子晶体发光二极管结构，其包括：

一衬底11，所述的衬底11的材料为C面、R-面或A-面的氧化铝单晶、6H-SiC或4H-SiC以及晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧化物。

一成核层12，该成核层12制作在衬底11的上面；该成核层12为氮化镓材料构成。

一缓冲层13，该缓冲层13制作在成核层12的上面；该缓冲层13为氮化镓材料构成。

一n型接触层14，该n型接触层14制作在缓冲层13的上面，该n型接触层14的一侧形成有一台面141，该台面141经由等离子体刻蚀的方法形成；该n型接触层14由n型氮化镓构成。

一活性发光层15，该活性发光层15制作在n型接触层14台面141另一侧的上面；所述活性发光层15是由铟镓氮薄层和氮化镓薄层交互层叠形成的多周期的量子阱结构构成。

一p型电子阻挡层16，该p型电子阻挡层16制作在活性发光层15的上面；该p型电子阻挡层16由铝镓氮材料构成。

一p型接触层17，该p型接触层17制作在p型电子阻挡层16的上面；该p型接触层17由p型氮化镓材料构成。

一折射率渐变阵列式光子晶体18，该折射率渐变阵列式光子晶体18制作在p型接触层17上；

所述的折射率渐变阵列式光子晶体18是通过电子束曝光、激光全息曝光干涉、纳米压印或者聚苯乙烯球的方式制作，在p型接触层17上形成预刻蚀阵列式图形，图形分布可以为三角形、方形或六边形或其它形状的分布；