專利名稱：一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)及制造其增透層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)及其內(nèi)增設(shè)的增透層的制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管LED使用壽命長、光電轉(zhuǎn)換效能高、制作過程簡單，是一種廣泛應(yīng)用于光電子領(lǐng)域的低成本、低功耗、長壽命的固態(tài)光源，其在液晶顯示器的背光照明、交通燈、汽車尾燈、一般照明設(shè)備和室外單色、全色顯示設(shè)備上都有著廣泛的應(yīng)用。同時LED燈具有節(jié)能、環(huán)保等顯著特點，并因此在目前強調(diào)低碳環(huán)保的大背景下顯得尤為可貴。雖然GaN基LED已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化階段，但其芯片出光效率低的問題仍未很好地得到解決。這是由于界面之間的反射作用導(dǎo)致LED大部分光都局限在器件內(nèi)部傳播，并因而造成了光的損耗。因此如何采取有效措施使局限在器件內(nèi)部的光逃逸出來以實現(xiàn)提高LED出光效率的目的，是發(fā)展大功率LED需要解決的關(guān)鍵問題。本發(fā)明正是基于這個問題提出了一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)及制造其增透層的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)及制造其增透層的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中LED出光效率不高的問題。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括襯底、過渡層、u型半導(dǎo)體層、η型半導(dǎo)體層、多量子阱層和P型半導(dǎo)體層，在所述多量子阱層和所述P型半導(dǎo)體層之間設(shè)置有一層具有逐漸變小的折射率的增透層，且所述增透層的總厚度為入射光通過該增透層的等效波長的四分之一。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。進一步，所述增透層包括依次沉積的至少兩層AlxInyGa1IyN層，其中χ表示AlxInyGa1^yN中鋁的組分，y表示AlxInyGa1^N中銦的組分，且χ的取值范圍為O ( x〈l，y的取值范圍為O ( y〈l，且O彡x+y < 1，并通過增加各AlxInyGa1^N層中鋁的組分得到折射率逐漸變小的增透層。進一步，所述增透層包括從下至上依次沉積的InGaN層、SiN層和AlN層，沉積完成后即可得到折射率逐漸變小的增透層。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的技術(shù)方案還包括兩種增透層的制造方法。一種制造增透層的方法，包括以下步驟:步驟1:在70(Tll00°C時，在多量子阱層上依次沉積至少兩層的AlxInyGa1TyN層，其中χ表示AlxInyGa1^N中鋁的組分，y表示AlxInyGa1^N中銦的組分，且χ的取值范圍為O ( x<l, y的取值范圍為O ( y〈l，且O彡x+y < 1，通過逐漸增加各AlxInyGai_x_yN層中鋁的組分，得到折射率逐漸變小的增透層；步驟2:將步驟I中得到的增透層的總厚度設(shè)定為入射光通過該增透層的等效波長的四分之一。另外一種制造增透層的方法，包括以下步驟:步驟A，在70(Tll0(TC時，在多量子阱層上從下至上依次沉積InGaN層、SiN層和AlN層，得到具有漸變折射率的增透層；步驟B，將步驟A中得到的增透層的總厚度設(shè)定為入射光通過該增透層的等效波長的四分之一。本發(fā)明的有益效果是:在多量子阱層與P型半導(dǎo)體層之間設(shè)置增透層，增大了發(fā)光區(qū)(即多量子阱層)的出光角度，增強了透射，從而提高了 LED出光效率。本發(fā)明的增透層結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，適用范圍更廣。


圖1為本發(fā)明所述的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為本發(fā)明實施例一中LED外延結(jié)構(gòu)中增透層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例二中LED外延結(jié)構(gòu)中增透層的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下:1、襯底，2、過渡層，3、u型半導(dǎo)體層，4、n型半導(dǎo)體層，5、多量子阱層，6、增透層，7、
P型半導(dǎo)體層。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。所述增透層靠近多量子阱端具有較高的折射率，發(fā)光區(qū)的光能更多地進入增透層，靠近P層具有較低的折射率，光線透過增透層進入P層不易發(fā)生全發(fā)射，增加了出光光錐的角度；總厚度設(shè)計為入射光等效波長的四分之一，能有效的抑制反射，達到增加出光效率的目的。如圖1所示，實施例一提供了一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括襯底1、過渡層2、u型半導(dǎo)體層3、n型半導(dǎo)體層4、多量子阱層5和p型半導(dǎo)體層7，在所述多量子阱層5和所述P型半導(dǎo)體層7之間設(shè)置有一層具有漸變折射率的增透層6，且所述增透層6的總厚度為入射光通過增透層6的等效波長的四分之一。如圖2所示，實施例一中的增透層包括依次沉積的至少兩層AlxInyGa1^N層，其中χ表示AlxInyGanyN中鋁的組分，y表示AlxInyGai_x_yN中銦的組分，且χ的取值范圍為O ( x<l, y的取值范圍為O ( y〈l，并且有O彡x+y < I。各AlxInyGai_x_yN層中鋁的濃度可在取值范圍內(nèi)調(diào)整，通過增加各AlxInyGa^N層中鋁的組分得到折射率逐漸變小的增透層。對于實施例一所述的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，其制造方法包括以下步驟:步驟1:100(Tll(KrC時，在MOCVD反應(yīng)爐中將襯底I進行烘烤；步驟2:在53(T550°C時，在襯底I上沉積過渡層2 ；步驟3:在1100°C左右，依次在過渡層3上沉積u型半導(dǎo)體層3、η型半導(dǎo)體層4 ；步驟4:在750°C左右，在η型半導(dǎo)體層上沉積多量子阱層5 ；
步驟5:在70(Γ1100 時，在多量子阱層5上依次沉積至少兩層AlxInyGai_x_yN層，其中χ表示AlxInyGa1^N中鋁的組分，y表示AlxInyGa1^N中銦的組分，且χ的取值范圍為O彡χ彡l，y的取值范圍為OSyS I，并且有O彡x+y < 1，通過逐漸增加各AlxInyGai_x_yN層中鋁的組分，得到折射率逐漸變小的增透層6 ；步驟6:將形成的增透層的總厚度設(shè)定為入射光通過該增透層的等效波長的四分之一;步驟7:繼續(xù)在80(Tl000°C時，在所述增透層6上沉積p型半導(dǎo)體層7 ；步驟8:溫度冷卻到室溫后，再將溫度升高到500°C左右，將此外延結(jié)構(gòu)片在氮氣中退火lOmin。實施例二也提供了一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)也如圖1所示。如圖3所示，實施例二與實施例一的主要區(qū)別在于:實施例二的增量層從下至上依次沉積的InGaN層、SiN層和AlN層。制造實施例二中所述的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)包括以下步驟:步驟A:100(Tll0(rC時，在MOCVD反應(yīng)爐中將襯底I進行烘烤；步驟B:在53(T550°C時，在襯底I上沉積過渡層2 ；步驟C:在1100°C左右，依次沉積U型半導(dǎo)體層3、N型半導(dǎo)體層4 ；步驟D:在750°C左右，在N型層上沉積多量子阱層5 ；步驟E:在70(Tll00°C時，在多量子阱層5上從下至上依次沉積InGaN層、SiN層和AlN層，得到具有漸變折射率的增透層；步驟F:將形成的增透層的總厚度設(shè)定為入射光通過該增透層的等效波長的四分之一；步驟G:繼續(xù)在80(Tl000°C時，在所述增透層6上沉積P型半導(dǎo)體層7 ；步驟H:溫度冷卻到室溫后，再將溫度升高到500°C左右，將此外延片在氮氣中退火 IOmin0上述兩個實施例中除增透層以外的外延結(jié)構(gòu)一樣，包括:所述u型半導(dǎo)體層3為未摻雜的GaN層；所述η型半導(dǎo)體層4為摻Si的GaN層，且Si的摻雜濃度為I X IO1Vcm3 5 X IO22/cm3 ；所述多量子阱層5包括η個交替生長的量子阱和量子壘，其中I SnS 100，所述量子阱材料為InGaN，所述量子壘材料為AlaInbGai_a_bN，其中O ( a〈l，0 ^ b < I ；所述P型半導(dǎo)體層6為摻有Be或Mg的AlInGaN層，且Be或Mg的摻雜濃度均為5 X IO1Vcm3 9X 1023/cm3。對于上述兩個實施例中的增透層，其能 提高出光效率的原理是:所述增透層靠近多量子阱層端具有較高的折射率，發(fā)光區(qū)的光能更多地進入增透層，靠近P型半導(dǎo)體層端具有較低的折射率，光線透過增透層進入P型半導(dǎo)體層不易發(fā)生全發(fā)射，增加了出光光錐的角度；總厚度設(shè)計為入射光等效波長的四分之一，能有效的抑制反射，達到增加出光效率的目的。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括襯底(I)、過渡層(2)、U型半導(dǎo)體層(3)、η型半導(dǎo)體層(4)、多量子阱層(5)和P型半導(dǎo)體層(7)，其特征在于:在所述多量子阱層(5)和所述P型半導(dǎo)體層(7)之間設(shè)置有一層具有逐漸變小的折射率的增透層(6)，且所述增透層(6)的總厚度為入射光通過該增透層(6)的等效波長的四分之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述增透層(6)包括依次沉積的至少兩層AlxInyGa1IyN層,其中χ表示AlxInyGa1TyN中招的組分,y表示AlxInyGa1IyN中銦的組分，且X的取值范圍為O ≤ x〈l，y的取值范圍為O ≤ y〈l，且O < x+y < I，并通過增加各AlxInyGa1^N層中鋁的組分得到折射率逐漸變小的增透層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述增透層(6)包括從下至上依次沉積的InGaN層、SiN層和AlN層。
4.一種制造權(quán)利要求1或2中的增透層的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:在70(Tll00°C時，在多量子阱層上依次沉積至少兩層AlxInyGa^yN層，其中X表示AlxInyGanyN中鋁的組分，y表示AlxInyGai_x_yN中銦的組分，且x的取值范圍為O ≤ x<l, y的取值范圍為O≤y〈l，且O≤x+y < 1，通過逐漸增加各AlxInyGai_x_yN層中鋁的組分，得到折射率逐漸變小的增透層； 步驟2:將步驟I中得到的增透層的總厚度設(shè)定為入射光通過該增透層的等效波長的四分之一。
5.一種制造權(quán)利要求1或3中的增透層的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟A，在700~1ll0(TC時，在多量子阱層上從下至上依次沉積InGaN層、SiN層和AlN層，得到折射率逐漸變小的增透層； 步驟B，將步驟A中得到的增透層的總厚度設(shè)定為入射光通過該增透層的等效波長的四分之一。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)及制造其增透層的方法，其在LED外延結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在多量子阱層和p型半導(dǎo)體層之間設(shè)置了一層具有逐漸變小的折射率的增透層，且所述增透層的總厚度為入射光通過該增透層的等效波長的四分之一。所述增透層可以包括依次沉積的至少兩層AlxInyGa1-x-yN層，通過增加各層的鋁濃度使所述增透層具有逐漸變小的折射率。所述增透層還可以包括從下至上依次沉積InGaN層、SiN層和AlN層。本發(fā)明的增透層結(jié)構(gòu)簡單，增大了發(fā)光區(qū)的出光角度，增強了透射，從而提高了LED出光效率。
文檔編號H01L33/02GK103117340SQ20131004127
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者李四明, 靳彩霞, 董志江, 艾常濤, 李鴻建, 羅紹軍 申請人:武漢迪源光電科技有限公司