[实用新型]高亮度LED

说明书

技术领域

本实用新型有关于一种LED芯片，特别是一种垂直结构的LED芯片。

背景技术

LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是近年来照明技术发展的新方向，目前LED技术发展中遇到的问题是，光在LED内部的提取效率很低。如图1所示，为现有技术中LED的结构示意图，其是在衬底5上，向上依次生长有N-有源层4、量子阱3、P-有源层2和P-电极层1，并在N-有源层上设有N-电极6。从光学角度来说，该结构类似于多层介质膜，有源层对应的制备LED的半导体材料如GaN以及蓝宝石衬底与空气之间的折射率差太大，一般在2.3-3.3之间，导致有源区产生的光在不同的折射率材料界面发生临界角较小的全反射而不能导出芯片，直至被全部吸收，如图2的光路图所示。这就意味着LED从电转化到光的很大一部分光能得不到充分利用，更不利于LED散热，从而导致寿命变短。一般情况下，单面LED的光的提取率仅仅为4%。如何克服全反射的瓶颈，提高LED的光提取率，提高LED的亮度是目前的研究热点。

目前采取的提高LED管芯片的光提取率的方法有：1. 改变芯片的几何外形，减少光在芯片内部的传播路程，降低光的吸收损耗。2. 粗化半导体芯片的表面，使光在粗糙的半导体表面和空气界面发生散射，增加光的提取率。3. 用ITO（铟锡氧化物Indium-Tin-Oxide）电极代替传统的金属电极增加光的透射机会，这样的光提取率可以达到15%以上。4. 利用光子晶体结构增加光的提取率，可以使光的提取率达到10%以上。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够有效提高LED芯片的光提取率，从而提高LED亮度的改进LED。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高亮度LED，包含有自下而上依次排列的衬底、N-有源层、量子阱、P-有源层和P-电极层，并在N-有源层上设有N-电极，其特征在于：

所述P-电极为铟锡氧化物电极，在所述P-电极与P-有源层的交界面上设有表面等离子金属结构，所述的表面等离子金属结构，是在P-电极的下表面设有等间距排布的圆柱状盲孔的阵列，并在该每个盲孔中填充有金属棒；

在所述N-有源层与衬底交界面上设有光子晶体结构，所述的光子晶体结构，是在N-有源层的下表面设有等间距排布的圆柱状盲孔的阵列，该盲孔为空气孔。

如上所述的LED，其中，所述金属棒为银棒。

如上所述的LED，其中，所述金属棒的直径优选为70-90nm，高优选为30-50nm。

如上所述的LED，其中，相邻两个金属棒的间距优选为350-450nm。

如上所述的LED，其中，相邻两个空气孔的间距优选为700-900nm，每个空气孔的直径优选为0.75-0.85倍间距，空气孔的高优选为200-400nm。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型采用在半导体上的ITO电极（P-电极）内部加入表面等离子金属结构，并在LED的另一侧的N-有源层上，加入光子晶体结构。加入这两种结构后，使本实用新型的LED的光提取率提高到30%以上，是金属电极LED的光的提取率的7倍-8倍，是ITO电极LED的光的提取率的2倍。

附图说明

图1为现有技术中LED的结构示意图。

图2为光在现有LED内部反射和折射的光路图。

图3为本实用新型的高亮度LED的结构示意图。

图4为本实用新型高亮度LED中的表面等离子金属结构在P-电极层内的排布示意图。

图5为光子晶体结构的截面图。

具体实施方式

本实用新型提供一种高亮度LED芯片。如图3所示的本实用新型的高亮LED结构示意图，其是在一层衬底5上，自下而上依次排布有N-有源层4、量子阱3、P-有源层2和P-电极层1，并在N-有源层4上设有N-电极6。

其中，P-电极1为铟锡氧化物电极（ITO电极），在P-电极1与P-有源层2的交界面上设有表面等离子金属结构，在N-有源层4与衬底5的交界面上设有光子晶体结构。

所述的表面等离子金属结构，即是在P-电极1的下表面设有圆柱状盲孔的阵列，相邻的盲孔之间的距离为，而在每个盲孔中均填充有金属棒7。该金属棒7优选的材料为银，其在P-电极层1中的排布示意图如图4所示，相邻两根金属棒的间距a为350-450nm。每根金属棒7的直径为70-90nm，高为30-50nm。