一种采用复合dbr提高亮度的发光二极管及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种采用复合DBR提高亮度的发光二极管及其制备方法，涉及发光二极管的外延【技术领域】。在n-GaAs衬底上由下至上外延生长n-GaAs缓冲层，n-AlxGa1-xAs渐变层，复合式布拉格反射器(DBR)，n-InAlP限制层，(AlxGa1-x)0.5In0.5P/(AlyGa1-y)0.5In0.5P有源层，p-InAlP限制层，p-(AlxGa1-x)0.5In0.5P过渡层，p-GaP窗口层。其制备方法是：采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法在n-GaAs衬底上至下而上依次外延生长各层。本发明的优点是：采用复合DBR来减少衬底对有源区下面的光的吸收，既能反射小角度入射光又能反射大角度入射光，进而提高发光二极管器件的亮度。该发光二级管的制备工艺简单、易于实施，便于推广应用。
【专利说明】一种采用复合DBR提高亮度的发光二极管及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于发光二极管的外延【技术领域】，特别是一种采用复合DBR来提高器件亮 度的发光二极管，涉及发光二极管亮度提高和制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，高亮度的四元系AlGalnP发光二极管具有耗电低、发光效率高、寿命长、 体积小、成本低等特点，因此在照明以及光纤通信系统中有着广泛的用途。选择直接带隙的 材料可以实现器件的高亮度发光，而材料的带隙直接决定直接带隙材料发光二极管的发光 颜色。AlGalnP材料可与GaAs衬底晶格匹配且随A1组分的变化，直接带隙从1. 9cV可变 化到2. 3cv，波长从560nm到650nm，进而实现从红色到绿色发光。对于AlGalnP发光二极 管发光效率的提高，方法有很多。最常用的方法有在外延层的顶端再生长一厚层P型电流 扩展层GaP，电流扩展层可以将载流子引到电极以外，从而使大部分的光能够避开不透明 的电极对光的反射和内部再次吸收。同时可以利用表面粗化技术对GaP表面进行处理，进 而使得光从高折射率的窗口层材料GaP顺利入射到低折射率的空气中，抑制全反射现象， 降低出射光的大量损失。一般为了达到良好的电流扩展作用，通常要生长很厚的电流扩展 层，增加了整个工艺的时间和复杂性，进而增加生产成本。采用倒装结构、透明衬底、倒金 字塔结构等方法也有利于LED亮度的提高，但这些方法仍然存在工艺复杂，成本高等问题。 此外，生长布拉格反射层（DBR)来提高器件亮度。DBR是两种折射率不同材料周期交替生 长的层状结构，在有源层和衬底之间，能够将射向衬底的光反射回表面或侧面，可以减少衬 底对光的吸收，提高出光效率。DBR结构可直接利用M0CVD设备进行生长，无须再次加工处 理，简化了器件的制作工艺。LED器件有源区发光是在整个空间立体角内发光，传统DBR只 对垂直入射和小角度入射的光波产生大的反射，而对大倾斜角入射光的反射很小，因此大 部分的发光穿过DBR被GaAs衬底吸收。
【发明内容】
[0003] 本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种采用复合DBR来提高器件 亮度的发光二极管，简化LED器件的制作工艺，并降低器件的制作成本。
[0004] 本发明的技术方案：
[0005] -种采用复合DBR提高亮度的发光二极管，所述发光二极管的结构为：在n-GaAs 衬底上由下至上外延生长有η-GaAs缓冲层，n-AlxGai_xA S渐变层，复合式布拉格反射器 (DBR)，η-ΙηΑ1Ρ 限制层，（AlxGai_x) Q. 5InQ. 5PAAlyGai_y) Q. 5InQ. 5P 有源层，ρ-ΙηΑ1Ρ 限制层， p-MlxGaiUr^P过渡层，p-GaP窗口层，p面电极；其中，所述复合式布拉格反射器的结 构由上下两个部分组成，两部分的材料相同，结构不同。
[0006] 上部DBR由AlAs/AlfahAsO). 2〈x〈0. 6)周期性交替生长形成，属于常规DBR， 根据LED器件发光颜色的不同，设计不同波长的DBR :如LED所发光中心波长为λ ^，上部 DBR按中心波长λ。设计，每层材料厚度为d = > (n为所选材料的折射率）；下部DBR由 AlAs/AlfahAsO). 2〈x〈0. 6)周期性交替生长形成，根据上部DBR波长及厚度设计下部DBR， 方法如下：（1)下部DBR每层厚度设计为(λ为下部DBR设计波长且λ > λ)。（2) 设计成渐变式DBR，所述渐变为线性渐变或抛物线渐变。
[0007] 本发明进一步提供一种采用复合DBR来提高器件亮度的发光二极管的制备方法， 其特征在于包括以下步骤：
[0008] 1)以n-GaAs衬底作为基板；
[0009] 2)在上述基板上米用金属有机化学气相沉积的方法一次沉积n-GaAs缓冲层， n-AlxGai_xAS渐变层，复合式布拉格反射器（DBR)，η-ΙηΑ1Ρ限制层，（Al xGai_x) α 5Ιηα 5P/ (八1#&1_山.5111(|.5?有源层，口-11^1?限制层，口-(八1 !^1_!￡)(|.51% 5?过渡层，口-6&?窗口层；
[0010] 3)在GaP窗口层上制作P型电极。
[0011] 本发明的技术分析：
[0012] 该发光二极管采用金属有机化学气相沉积（M0CVD)的方法在n-GaAs衬底上至下 而上依次外延生长各层。采用复合DBR来减少衬底对有源区下面的光的吸收，进而提高发 光二极管器件的亮度。提供了一种既能提高发光二极管的亮度又能降低器件制作成本的较 为简单实用的方法。该发光二级管的制备工艺简单、易于实施，便于推广应用。
[0013] 本发明的优点和积极效果如下：
[0014] 采用MOCVD的方法制备发光二极管外延片，在n-GaAs衬底与η-ΙηΑ1Ρ限制层之间 插入复合DBR来提高器件亮度，与只有单一 DBR的LED器件相比，亮度得到极大的提高。该 LED的制备方法工艺简单、易于实施，便于推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及 优点将变得更加易于清楚，在附图中：
[0016] 附图1为该发光二极管的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017] 在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然 而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相 反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领 域技术人员。
[0018] 实施例：
[0019] 一种采用复合DBR来提高器件亮度的发光二极管及其制备方法，包括以下步骤：
[0020] 1)以n-GaAs衬底作为基板；
[0021] 2)在上述基板上米用金属有机化学气相沉积的方法一次沉积n-GaAs缓冲层， n-AlxGai_xAS渐变层，复合式布拉格反射器（DBR)，η-ΙηΑ1Ρ限制层，（Al xGai_x) α 5Ιηα 5P/ (八1#&1_山.5111(|.5?有源层，口-11^1?限制层，口-(八1 !^1_!￡)(|.51% 5?过渡层，口-6&?窗口层；
[0022] 3)上述复合DBR，由上下两部分组成，两部分材料都为AlAs/ AlxGai_xAs (0· 2〈χ〈0· 6)。首先外延生长下部DBR : (1)第m层AlAs材料和第m层AlxGai_xAs 材料的厚度分别为：
[0023]
【权利要求】
1. 一种采用复合DBR提高亮度的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管的结构为： 在n-GaAs衬底上由下至上外延生长有n-GaAs缓冲层，n-AlfahAs渐变层，复合式布拉格 反射器（DBR)，η-ΙηΑ1Ρ 限制层，（AlxGahh.JnMPAAlyGa^o.Jn。.# 有源层，ρ-ΙηΑ1Ρ 限制 层，p- (AlxGai_x) α5Ιηα 5P过渡层，p-GaP窗口层，p面电极；其中，所述复合式布拉格反射器的 结构由上下两个部分组成，两部分的材料相同，结构不同。
2. 根据权利要求1所述的一种采用复合DBR提高亮度的发光二极管，其特征在于：上 部DBR由AlAS/Al xGai_xAS (0. 2〈x〈0. 6)周期性交替生长形成，属于常规DBR，根据LED器 件发光颜色的不同，设计不同波长的DBR :假设LED所发光中心波长为λ ^，上部DBR按中 心波长λ ^设计，每层材料厚度为，其中η为所选材料的折射率；下部DBR由AlAs/ 4n λ d Α1χ6&1_χΑ8(0.2〈 Χ〈0.6)周期性交替生长形成，设计方法如下：（1)每层厚度为γ (λ为下 Α? 部DBR设计波长且λ > λ J ;⑵设计成渐变式DBR。
3. 根据权利要求2所述的一种采用复合DBR提高亮度的发光二极管，其特征在于：所 述渐变为线性渐变或抛物线渐变。
4. 一种如权利要求1-3任一项所述的采用复合DBR提高亮度的发光二极管的制备方 法，其特征在于包括以下步骤 ： 1) 以n-GaAs衬底作为基板； 2) 在上述基板上米用金属有机化学气相沉积（MOCVD)的方法一次沉积n-GaAs缓冲 层，n-AlxG ai_xAS渐变层，复合式布拉格反射器（DBR)，η-ΙηΑ1Ρ限制层，（AUGahUlr^P/ (八1#& 1_山.5111(|.5?有源层，口-11^1?限制层，口-(八1 !^1_!￡)(|.51% 5?过渡层，口-6&?窗口层； 3) 在GaP窗口层上制作P型电极。
【文档编号】H01L33/10GK104112800SQ201410299246
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】马淑芳, 田海军, 韩蕊蕊, 李天保, 吴小强, 杨杰 申请人:山西飞虹微纳米光电科技有限公司