[发明专利]一种光子晶体结构的发光二级管及其应用

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电器件制造技术领域，主要涉及一种在LED的超晶格中制作的光子晶体结构，是一种利用超晶格结构和光子晶体的禁带效应有效降低p型欧姆接触、提高LED光提取效率的制造技术。

背景技术

LED是当前电子信息工业应用最为广泛的有源器件，而且高亮度LED在能量转换过程中仅释放少量的热量，具有高效、节能、环保和寿命长等优点，使其在动态显示、半导体照明领域有较好的应用前景。

随着外延生长技术的提高，GaN基LED的亮度和效率得到了明显的改善。但为了实现高性能的LED器件，进一步提高p型GaN层的质量是十分关键的。研究者已经在实验上[1]验证了在GaN基LED的表面引入超晶格结构可以增加电子空穴的复合发光效率；并在理论和实验上[2~5]证实了光子晶体结构的引入能有效地提高LED的光提取效率。

在将超晶格引入LED时，可置于LED中的p-GaN层之上或者之下，均会因超晶格产生的二维空穴气而增大电子空穴的复合发光效率。但是，本发明选择将超晶格置于p-GaN层之上，这样做不仅有利于发光效率的提升，还因为超晶格结构充当了欧姆接触层，使得空穴遂穿金属层和超晶格层的几率增加，从而可以降低p型层的欧姆接触电阻。

而在利用光子晶体结构提高GaN基LED出光效率的研究中，光子晶体结构一般被制作在p型GaN的表层。但是在p型GaN层引入光子晶体结构会减弱p型GaN层和金属的欧姆接触特性，而且光子晶体的刻蚀工艺也可能导致对器件p型GaN层和LED有源区的损伤。因此，本发明选择在p型GaN上首先制备超晶格结构，然后在其上制作光子晶体。本发明提供的制作方法一方面可以保护p型GaN层不被损伤，另一方面可以克服因p型GaN层较薄不利于制作较大深度的光子晶体结构这一缺陷，从而可以有效地提高GaN基LED的出光效率。

参考文献

[1]C.Liu,T.Lu,L.Wu,H.Wang,Y.Yin,G.Xiao,Y.Zhou,and S.Li,“EnhancedPerformance of Blue Light-Emitting Diodes With InGaN/GaN Superlattice as HoleGathering Layer”,IEEE Photonics Technology Lett.Vol.24,NO.14,July 15,2012.

[2]张雄，王璨璨，陈洪钧，张沛元，崔一平：“一种光子晶体结构发光二极管”.中国专利,申请号：CN102361053A，申请日期：2012-02-22。

[3]J.Shakya,K.H.Kim,J.Y.Lin,and H.X.Jiang,“Enhanced light extraction inIII-nitride ultraviolet photonic crystal light-emitting diodes”,Appl.Phys.Lett.85,142(2004).

[4]Jonathan J.Wierer,Jr,Aurelien David and Mischa M.Megens,“III-nitridephotonic-crystal light-emitting diodes with high extraction efficiency”,NaturePhotonics 3,163-169(2009).

[5]S.Kawashima,_T.Kawashima,Y.Nagatomo,Y.Hori,H.Iwase,T.Uchida,K.Hoshino,A.Numata,and M.Uchida,“GaN-based surface-emitting laser withtwo-dimensional photonic crystal acting as distributed-feedback grating and opticalcladding”,Appl.Phys.Lett.97,251112(2010).

发明内容