[发明专利]一种具有光散射结构和ODR的发光二极管及其制备方法

说明书

本发明为一种具有光散射结构和ODR的发光二极管及其制备方法。该二极管通过在全反射镜和半导体中插入一层较厚的低折射率材料，从而使大角度的入射光通过全内反射而非金属反射，且通过散射结构的进一步散射后逃逸出LED。本发明可以减少金属反射镜的吸收，反射率增加，从而提高LED的LEE。

技术领域

本发明的技术方案涉及半导体器件,具体地说是一种具有光散射结构和ODR的发光二极管及其制备方法。

背景技术

氮化物半导体的LED(Light Emitting Diode，发光二极管)技术在杀菌消毒、生物医学、通讯及照明等领域的强大应用潜力引起了人们的广泛关注。但是，要满足商品化的要求，还需要进一步提高其外量子效率(EQE)。外量子效率(EQE)是内量子效率(IQE)与光提取效率(LEE)的乘积，因此，研究的重点是如何提高内量子效率(IQE)和光提取效率(LEE)。目前，IQE相对较高，因此主要目标是提高发光二极管(LED)的光提取效率(LEE)。半导体材料如GaN或者GaAs等与空气的折射率差非常大，因此全内反射导致了LED中光的逃逸锥小，从而光提取效率低。为了提高发光二极管的出光效率，光散射结构和全反射镜(ODR)结构已经成为了常用的两种技术手段。光散射结构包括光子晶体结构、出光面粗化、图形化衬底和侧壁粗化等，这些结构被用来增加光的散射作用，从而增大光的逃逸锥和提高光提取效率。而通常全反射镜是由分布布拉格反射镜(DBR)结构和金属反射镜组成，例如中国发明专利CN201510080456.8采用了Ag反射镜和DBR组成的全反射镜(ODR)结构来提高反射率，其分布布拉格反射膜系的高低折射率材料是按照四分之一波长的厚度交替生长形成，在一定程度上增加了反射率。又如中国发明专利文件CN103178179将图形化蓝宝石衬底(PSS)和全反射镜(ODR)结合起来，其布拉格反射膜系的高低折射率材料也是按照四分之一波长的厚度交替生长形成，形成具有不同折射率的复合衬底的LED芯片，从而提高发光效率。

上述解决方案虽然有效地改善了光提取效率，但是上面阐述的ODR结构中的DBR仅是在一定角度范围有高反射率，对于角度大的光，主要是通过金属反射镜进行反射，而金属反射镜一般都存在吸收，尤其是在紫外波段，很难找到高反射率的金属反射镜，所以光被下面的ODR反射时，大角度的入射光将有一部分被金属吸收。我们通过在DBR与半导体中插入一层较厚的低折射率材料，从而能使大角度的入射光通过全内反射而非金属反射，且通过散射结构的进一步散射后逃逸出LED。但是全内反射时产生的倏逝场会激发金属表面等离子体激元(SPPs)，SPPs共振吸收也会增加ODR的金属吸收，因此低折射率材料层需要有足够的厚度，从而使全反射时的倏逝波能量到达金属表面时会衰减到足够小，从而减少金属反射镜的吸收，反射率增加。此结构只是对具备散射结构的LED有作用，而对于传统的无散射结构的LED，由于大角度的反射光都无法逃离出LED，所以增加其反射率对光提取无效果。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种具有光散射结构和ODR的发光二极管及其制备方法。该二极管通过在全反射镜和半导体中插入一层较厚的低折射率材料，从而使大角度的入射光通过全内反射而非金属反射，且通过散射结构的进一步散射后逃逸出LED。本发明可以减少金属反射镜的吸收，反射率增加，从而提高LED的LEE。

为了实现上述目的，本发明解决该技术问题所采用的技术方案如下：

一种具有光散射结构和ODR的发光二极管，所述的发光二极管为有以下三种结构之一的发光二极管：

第一种，由下至上依次包括：金属反射层、DBR层、低折射率介质层、衬底、图形化衬底层(PSS)、N-型半导体传输层、发光层、P-型半导体传输层、电流扩展层、P-型电极；所述的DBR层包括交替生长的低折射率层和高折射率层；并且，N-型半导体传输层存在10～20％的曝露部分，曝露部分的厚度为0.5～1.5μm，上面有N-型电极；所述的N-型电极的面积为N-型半导体传输层中曝露部分的10～80％；