[发明专利]具有减少导光效果的低折射率材料层的发光二极管

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年3月6日提交的美国临时申请第61/607,188号的权益，通过引用将其全部内容合并于此。

技术领域

本发明涉及从发光二极管(LED)的光提取的领域，且更具体地涉及在发光二极管中使用低折射率材料层以减少导光效果。

背景技术

从发光二极管(LED)的光提取的问题是众所周知的。LED由高折射率的半导体材料制成。令人遗憾地，由LED产生的光的部分由于全内反射而从外部介质(空气或者密封材料)的界面内反射。该光被称为导光(guided light)。因为其限制了光提取，所以它的存在对LED的性能是不利的。各种方法可被用于提取导光，诸如成形LED，或者粗糙化一些表面。这些方法的目的在于中断引导轨迹从而增加光提取。然而，传统方法未能减小导光并且从而没能使从LED的光提取最大化。

因此，期望一种增加光提取效率且尤其是减小LED中导光的改进方法。

发明内容

公开了一种包括用于减少导光的低折射率层的发光二极管。发光二极管包括：至少一个n型掺杂层、至少一个p型掺杂层、和设置在至少一个n型掺杂层和至少一个p型掺杂层之间的有源区域(active region)。有源区域包括发光材料。发光二极管进一步包括设置在有源区域中或者有源区域周围的至少一个低折射率层。

在第一方面中，提供一种发光二极管包括：至少一个n型掺杂层；至少一个p型掺杂层；有源区域，包括至少一个发光材料层，设置在至少一个n型掺杂层和至少一个p型掺杂层之间；以及至少一个低折射率层，设置在有源区域一个光波长之内，低折射率层被配置为显著减小由有源区域引导的光。

在第二方面中，提供一种发光二极管包括：至少一个n型掺杂层，包含氮化镓基材料；至少一个p型掺杂层，包含氮化镓基材料；AlGaN/InGaN超晶格的特征在于，小于所述AlGaN/InGaN超晶格的平均折射率(whose average index)的平均折射率(average refractive index)未比GaN的平均折射率超过多于0.05；有源区域，包括一系列量子阱或者一个或多个双异质结构，其中，有源区域的特征在于总厚度小于50nm；以及电子阻挡层，电子阻挡层的折射率比GaN的折射率减去0.05低。

在第三方面中，提供一种发光二极管包括：至少一个n型掺杂层，包含氮化镓基材料；至少一个p型掺杂层，包含氮化镓基材料；有源区域，设置在至少一个n型掺杂层和至少一个p型掺杂层之间，有源区域包括由氮化铟镓基材料形成的一个或多个层；以及至少一个低折射率材料层，设置在至少一个p型掺杂层与有源区域之间、或者设置在至少一个n型掺杂层与有源区域之间，其中至少一个低折射率材料层具有低于氮化镓的折射率的折射率。

在第四方面中，提供一种制造发光二极管的方法包括：提供基板，基板包括含有氮化镓基材料的表面区域；形成耦接至基板的表面区域的至少一个n型掺杂层，至少一个n型掺杂层包含氮化镓基材料；形成耦接至n型掺杂层的有源区域，有源区域包括由氮化铟镓基材料形成的一个或多个层；形成耦接至有源区域的至少一个p型掺杂层，至少一个p型掺杂层包含氮化镓基材料；以及形成至少一个低折射率材料层，设置在至少一个p型掺杂层和有源区域之间、或者设置在至少一个n型掺杂层和有源区域之间，其中至少一个低折射率材料层具有低于氮化镓的折射率的折射率，并且低折射率层形成为显著减少由有源区域引导的光。

附图说明

图1是根据一些实施方式的生长在GaN基板上的LED的简图。

图2是根据一些实施方式的生长在具有透明的p-接触的蓝宝石基板上的LED的简图。

图3示出根据一些实施方式的发射大约为400nm波长的光并且在有源区域中具有导光的LED的发光光谱和吸收光谱的实验结果。

图4是示出根据一些实施方式的对LED的有源区域中被引导的部分作为量子阱的数量的函数的建模结果的曲线图。

图5是示出根据一些实施方式的具有跨在有源区域上的低折射率层的LED的简图。

图6A和图6B是示出根据一些实施方式的分别具有电子阻挡层设计和具有低折射率材料层设计的LED中的导模分布(guided mode profile)的简图。

图7A和图7B示出根据一些实施方式的对分别具有电子阻挡层设计和具有低折射率材料层设计的LED建模的导模分布的简图。还示出针对两个设计的折射率分布。