一種發光二極體外延結構的製作方法

2023-04-24 13:52:36 5

專利名稱：一種發光二極體外延結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及光電子技術領域，尤其是一種發光二極體外延結構。
背景技術：
發光二極體的常規結構如圖1，包括一個基板1，第一種導電性載流子注入限制層2，控制發光波長的的活化層3，第二種導電性和載流子注入限制層4，以及電流擴展層5。電流擴展層採用透光性較好導電性材料，避免光的吸收，同時達到電流擴展的目的。如鋁鎵銦磷系列發光二極體採用磷化鎵作為擴展層。對於生長在砷化鎵基板上的可見光發光二極體，砷化鎵基板對輻射光的吸收將顯著減少發光二極體出光效率。減少基板對輻射光的吸收是提高發光二極體亮度的主要措施之一中國專利申請號00132547.7公布了一種高反射布拉格反射體結構。其特徵在於將一套布拉格反射體的一部分氧化，產生高反射率。然而此種方法並非非常有效。氧化後的AlGaAs(Al＞80％)將出現折射率減小。比如在595nm，AlAs的折射率從3.14減小到AlAs氧化後的1.65(Al2O3)，而且，AlAs氧化後體積減小。在此種情況下，反射譜中心波長下移約一半，在很多情況下，此Al2O3布拉格反射體儘管帶寬大，卻不能有效反射入射光線。圖2為氧化前後AlAs/Al0.6GaAs布拉格反射體的反射譜比較。氧化前中心波長在595nm。布拉格反射體含24個周期AlAs/Al0.6GaAs。AlAs氧化後形成Al2O3/Al0.6GaAs布拉格反射體。Al2O3的折射率為1.65。可以看到，氧化後的Al2O3/Al0.6GaAs布拉格反射體對595nm輻射光的反射率，由於氧化後中心波長的短波方向移動，還不如AlAs/Al0.6GaAs布拉格反射體高。

發明內容
本發明旨在提出一種發光二極體外延結構，使得發光二極體的出光效率得到提高。
本發明提出的一種發光二極體外延結構，包括一個基板，第一種導電性載流子注入限制層，控制發光波長的的活化層，第二種導電性和載流子注入限制層，以及電流擴展層，其特徵是在活化層與基板之間，至少包含兩套布拉格反射體。其中一套布拉格反射體反射譜覆蓋發光二極體輻射光，另一套布拉格反射體在經過氧化後反射譜覆蓋發光二極體輻射光。
經過氧化後反射譜覆蓋發光二極體輻射光的布拉格反射體，其周期單元中應有一層(易氧化層)能夠在一定的氧化條件下，有較周期單元中另一層材料(不易氧化層)大得多的氧化速度；易氧化層為高鋁含量的鋁鎵砷層，鋁含量為80％至100％之間；不易氧化層可為低鋁含量的鋁鎵砷層，鋁含量小於80％；不易氧化層為鋁鎵銦磷層；反射譜覆蓋發光二極體輻射光的布拉格反射體由AlGaAs/AlGaAs，或AlGaAs/AlGaInP，或AlGaInP/AlGaInP，或AlGaInP/AlGaAs組成周期單元；布拉格反射體周期單元的光學厚度不精確等於四分之一中心波長。但厚度偏差不大與20％。氧化後反射譜覆蓋發光二極體輻射光的布拉格反射體的周期單元中，氧化物層光學厚度偏差不大於50％。
由於氧化後布拉格反射體具有很高的翻身反射率及反射譜寬度，提高了布拉格反射體的反射角度，從而使得發光二極體的出光效率得到提高。


圖1為常規；圖2為氧化前後ALAs/AL0.6GaAs布拉格反射體的反射譜比較示意圖；圖3為本發明實施例發光二極體結構示意圖；圖4為本發明一實施例布拉格反射體的反射譜比較示意圖；圖5為本發明又一實施例布拉格反射體的反射譜比較示意圖。
具體實施例本發明是在常規發光二極體結構及砷化鎵基板之間生長至少二套布拉格反射體，見圖3，其中第一套布拉格反射體反射譜覆蓋發光二極體輻射光，另一套布拉格反射體在經過氧化後反射譜覆蓋發光二極體輻射光。第一套布拉格反射體具有常規布拉格反射體的特點，由AlGaAs/AlGaAs，或AlGaAs/AlGaInP，或AlGaInP/AlGaInP，或AlGaInP/AlGaAs組成周期單元。第二套布拉格反射體的周期單元中應有一層能夠在一定的氧化條件下，有較周期單元中另一層材料大得多的氧化速度，如AlxGa1-xAs(0.8＜x＜1)，從而第二套布拉格反射體由氧化鋁鎵和非氧化半導體組成。
布拉格反射體的氧化方法採用廣泛應用於面發射雷射器的水汽側向氧化方法。氧化溫度典型在300-700℃。
圖4為本發明的一種發光二極體結構，其中第一套布拉格反射體由AlAs/Al0.6GaA3組成，共20個周期，中心波長為595nm。第二套布拉格反射體由AlAs/Al0.6GaA3組成，共4個周期，氧化後中心波長為595nm。可以看到，氧化後布拉格反射體的反射率在400-700nm範圍內大於0.9。對於以環氧樹脂封裝的發光二極體，有效反射譜寬上限需要從輻射波長上推約90nm，第二套布拉格反射體氧化後中心波長不一定要在輻射波長。只要反射譜寬從輻射波長至輻射波長加90nm的波長範圍內有較大的反射率，其增光效應便可顯現。
圖5為本發明的另一種發光二極體結構，其中第一套布拉格反射體由AlAs/Al0.35GaInP組成，共20個周期，中心波長為595nm。第二套布拉格反射體由AlAs/Al0.35GaInP組成，共4個周期，中心波長氧化後中心波長為595nm。可以看到，氧化後布拉格反射體的反射率在400-700nm範圍內大於0.9。
由於鋁鎵砷氧化物折射率低(1.64)，即使第二套布拉格反射體中易氧化鋁鎵砷厚度有較大的波動，氧化後其反射譜寬，還可以覆蓋發光二極體輻射光波長。
權利要求
1.一種發光二極體外延結構，包括一個基板，第一種導電性載流子注入限制層，控制發光波長的的活化層，第二種導電性和載流子注入限制層，以及電流擴展層，其特徵是在活化層與基板之間，至少包含兩套布拉格反射體。其中一套布拉格反射體反射譜覆蓋發光二極體輻射光，另一套布拉格反射體在經過氧化後反射譜覆蓋發光二極體輻射光。
2.如權利要求1所述的一種發光二極體外延結構，其特徵是經過氧化後反射譜覆蓋發光二極體輻射光的布拉格反射體，其周期單元中應有一層易氧化層能夠在一定的氧化條件下，有較周期單元中另一層材料不易氧化層大得多的氧化速度。
3.如權利要求2所述的一種發光二極體外延結構，其特徵是易氧化層為高鋁含量的鋁鎵砷層，鋁含量為80％至100％之間。
4.如權利要求2所述的一種發光二極體外延結構，其特徵是不易氧化層為低鋁含量的鋁鎵砷層，鋁含量小於80％。
5.如權利要求2所述的一種發光二極體外延結構，其特徵是不易氧化層為鋁鎵銦磷層。
6.如權利要求1所述的一種發光二極體外延結構，其特徵是反射譜覆蓋發光二極體輻射光的布拉格反射體由AlGaAs/AlGaAs，或AlGaAs/AlGaInP，或AlGaInP/AlGaInP，或AlGaInP/AlGaAs組成周期單元。
7.如權利要求1所述的一種發光二極體外延結構，其特徵是布拉格反射體周期單元的光學厚度不精確等於四分之一中心波長。但厚度偏差不大與20％。氧化後反射譜覆蓋發光二極體輻射光的布拉格反射體的周期單元中，氧化物層光學厚度偏差不大於50％。
全文摘要
本發明公開了一種發光二極體外延結構，其特徵在於具有至少兩套布拉格反射體，其中一套布拉格反射體反射譜覆蓋發光二極體輻射光，另一套布拉格反射體在經過氧化後反射譜覆蓋發光二極體輻射光。由於氧化後布拉格反射體具有很高的反射率及反射譜寬度，發光二極體出光效率得到提高。
文檔編號H01L33/00GK1567603SQ0313876
公開日2005年1月19日 申請日期2003年7月4日 優先權日2003年7月4日
發明者何曉光 申請人:廈門三安電子有限公司