[发明专利]一种氮化镓基发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓基发光二极管，尤其是涉及一种具有反射层的氮化镓基高亮度发光二极管。

背景技术

发光二极管（英文为Light Emitting Diode，简称LED）是利用半导体的P-N结电致发光原理制成的一种半导体发光器件。LED具有无污染、亮度高、功耗小、寿命长、工作电压低、易小型化等优点。自20世纪90年代氮化镓（GaN）基LED开发成功以来，随着研究的不断进展，其发光亮度也不断提高，应用领域也越来越广。随着功率型GaN基LED的效率不断提升，用GaN基LED半导体灯替代现有的照明光源将成为势不可挡的趋势。然而半导体照明要进入千家万户，还有许多问题需要解决，其中最核心的就是生产成本和发光效率。

目前，适合商用的蓝绿光LED都是基于GaN的III-V族化合物半导体材料；由于GaN基LED外延片的P-GaN层空穴浓度小，且P型层厚度小，绝大部分发光从P型层透出，但是P型层不可避免地对光有吸收作用，导致LED芯片外量子效率不高，大大降低了LED的发光效率。采用ITO层作为电流扩展层的透射率较高，但导致LED电压要高一些，寿命也受到影响。另外，在外加电压下，由于存在电流扩散不均匀，一些区域电流密度很大，影响LED寿命。总之，在外部量子效率方面，现有的GaN基LED还是显得不足，一方面与电流非均匀分布有关，另一方面则是与当光发射至电极会被电极本身所吸收有关。

为此，改善LED发光效率的研究较为活跃，主要技术有采用图形衬底技术、分布电流阻隔层（也称电流阻挡层）、分布布拉格反射层（英文为Distributed Bragg Reflector，简称DBR）结构、透明衬底、表面粗化、光子晶体技术等。

参见图1，在已知的一种正装发光二极管结构中，包括衬底100，由下往上堆叠的N型层101、发光区102、P型层103、电流扩展层104、P电极106、设置在N型层101裸露表面上的N电极107以及衬底100下背镀反射层108。发光层发出的光线，如1a，可以从芯片的正面出射，而光线1b由于全反射作用，无法从芯片的正面出射，只能从侧面出射；光线1c则从侧面直接出射；光线1d和1e，由于背镀反射层108对光有反射作用，则经过背镀反射层108反射后从芯片的正面出射。

参见图2，在另外一种已知的改进正装发光二极管结构中，包括衬底100，由下往上堆叠的N型层101、发光区102、P型层103、电流扩展层104、金属反射层105、P电极106、设置在N型层101裸露表面上的N电极107以及衬底100下背镀反射层108。发光层发出的光线，如1a，可以从芯片的正面出射，而光线1b由于全反射作用，无法从芯片的正面出射，只能从侧面出射；光线1c则从侧面直接出射；光线1d和1e，由于背镀反射层108对光有反射作用，则经过背镀反射层108反射后从芯片的正面出射；光线1f，由于金属反射层105（通常为Al或Ag材料）和背镀反射层108（通常为Al或Ag材料或DBR材料）的双层反射作用，最后也从芯片的正面出射。由此可见，上述两种已知的正装发光二极管结构从发光层发出的光线多数由芯片的正面出射，而从芯片的侧面出射光线则相对较少，因此往往会产生LED出光分布不均匀、正面轴向出光过强、散热不够均匀、发光角度偏小的现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有反射层的GaN基高亮度LED及其制作方法。本发明通过在LED的外延层与P电极之间（即外延层的边缘区域）增设呈带状分布的第一反射层，以及在衬底的背面形成第二反射层，还可以包括一第三反射层，形成于所述电流扩展层与P电极之间，其位于所述P电极的正下方，这种结构可以有效地取出发光层发出的光线，减少P电极的吸光现象，从而增加出光效率。分布于外延层表面边缘区域的呈带状分布的第一反射层可以将一部分原本向上出射的光线调整为从侧面出射，增强发光二极管的侧面取光的几率，即控制发光层发出的光线向上和侧面出射的比例，从而调整芯片的出光分布均匀性，改善散热不均匀现象。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是先在衬底正面上长外延层，然后在外延层上形成带状分布的第一反射层，再制作电流扩散层，制作P、N电极，最后在衬底的背面形成第二反射层，还可以包括制作P、N电极步骤之前，在所述电流扩展层与P电极之间形成第三反射层，使其位于所述P电极的正下方。

本发明主要包括以下制作工艺步骤：

1）先在衬底正面上长外延层；

2）在外延层表面的边缘区域上形成呈带状分布的第一反射层；