[发明专利]一种基于共振腔的横向电流限制高效率发光二极管

说明书

一种基于共振腔的横向电流限制高效率发光二极管，属于半导体电子领域。从上而下包括上电极、上布拉格反射镜、谐振腔、下布拉格反射镜、衬底、下电极。其中上电极由压焊上电极与电流扩展上电极组成；上、下布拉格反射镜由低折射率材料层与高折射率材料层交替构成，其底部一层为上DBR易氧化材料层；有源区位于谐振腔中间，其顶部一层为下DBR易氧化材料层；包括上、下扩展电极侧向氧化层、上、下压焊电极侧向氧化层，扩展电极侧向氧化层、以及扩展电极电介质层、压焊电极电介质层。本发明利用侧向氧化层限制电流的横向流动，避免载流子注入到顶电极正下方的有源区中，再结合垂直方向的共振腔结构，可实现效率高、热性能好、辐射波长稳定的二极管发光。

技术领域

本发明涉及一种共振腔发光二极管(Resonant Cavity Light Emitting Diode，RCLED)，具体地说是一种基于共振腔的横向电流限制高效率发光二极管，属于半导体电子技术领域。

背景技术

目前，发光二极管作为一种新型光源在汽车尾灯，照明显示，以及光纤通信等领域有着巨大的市场。LED的发光强度由发光效率决定，而发光效率由内量子效率和外量子提取效率所决定。其中内量子效率由于当前各种外延技术与控制技术的进步已经可以被提高至90％甚至接近100％，而外量子提取效率由于受电极吸收及内部全反射的影响仍然较低。上世纪90年代初，将共振腔技术应用于LED的RCLED，使LED的亮度大为提高，并且光谱质量和单色性更好，但RCLED的外量子效率仍然较低，这极大地限制了RCLED的发展与应用。

对于普通结构的RCLED，简易结构如图1所示，从上往下看依次包括：上电极(100)、上布拉格反射镜(200)、谐振腔(300)、下布拉格反射镜(400)、衬底(500)、下电极(600)。造成其外部量子效率较低的原因有以下：首先，当电流通过上电极(100)时，电流主要集中在电极下方的部分区域，由于上布拉格反射镜(200)的反射率较低，总的厚度较小，从上电极注入的电流来不及扩展就到达了有源区并发生辐射复合，因此发光区域主要集中在上电极下方的有源区范围内；其次，在电极下方有源区发出的光会被电极阻挡或吸收而不能被提取到器件外部，这不但会产生焦耳热，而且会降低光提取率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于共振腔的横向电流限制高效率发光二极管，以达到同时解决上述普通RCLED所存在的两个问题的目的，从而实现高效率，高亮度的RCLED发光。

本发明的基于共振腔的高效率横向电流限制的发光二极管，参见图2，从上而下包括上电极(100)、上布拉格反射镜(200)、谐振腔(300)、下布拉格反射镜(400)、衬底(500)、下电极(600)。其中上电极(100)由压焊上电极(101)与电流扩展上电极(102)组成；上布拉格反射镜(200)由低折射率材料层(202)与高折射率材料层(203)交替构成，有源区(301)位于谐振腔(300)中间，下布拉格反射镜(400)由低折射率材料层(402)与高折射率材料层(403)交替构成。所述上布拉格反射镜(200)的底部一层材料层为上DBR易氧化材料层(201)；所述下布拉格反射镜(400)的底部一层材料层为下DBR易氧化材料层(401)。包括上扩展电极侧向氧化层(2012)、上压焊电极侧向氧化层(2011)，下扩展电极侧向氧化层(4012)、下压焊电极侧向氧化层(4011)以及扩展电极电介质层(702)、压焊电极电介质层(701)。所述压焊电极电介质层(701)位于压焊上电极(101)下方，与压焊上电极呈T型，其底端伸入到下布拉格反射镜的上部；所述扩展电极电介质层(702)位于电流扩展上电极(102)下方，与电流扩展上电极一起呈T型，其顶端伸入到下布拉格反射镜的上部。

本发明中上电极(100)的形状为网格形，其俯视图参见图3。

本发明所述的基于共振腔的高效率横向电流限制的发光二极管与常规的RCLED器件结构(如图1所示)相比，有着一些重要的优越性，表现在：

1.高光提取效率及高光功率输出