一種改善電流擴展效率的發光二極體及其製備方法
2023-05-31 03:33:06 2
專利名稱：一種改善電流擴展效率的發光二極體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件領域，尤其是涉及一種電流擴展效率得到有效改善的發光
二極體及其製備方法。
背景技術：
發光二級管(LED)是一類可直接將電能轉化為可見光和輻射能的固體發光器件， 具有工作壽命長、發光效率高、無汙染、重量輕，體積小等優點，目前，LED發展突飛猛進，已 廣泛應用於戶內外顯示、汽車燈、景觀照明、液晶背光及通用照明等領域。
目前，普通發光二極體晶片結構如圖1所示，主要包括P電極6、 N電極7、 P型電 流擴展層4、有源區3、N型電流擴展層2、透明導電層5、襯底1。從圖中可以看出，電流主要 集中在電極正下方的有源區部分區域，即所謂的電流擁擠效應，橫向擴展比較小，電流分布 很不均勻。同時，在此區域電流密度最大，自然發光強度最大；但此區域出射的光絕大部分 會被正上方的不透明電極所遮擋，這將導致LED發光、發熱不均勻，使用壽命下降等問題。
為了解決LED的上述問題，國內外均提出了各種各樣的解決方案。例如，在P型電 流擴展層和P型電極之間鍍一層絕緣介質用作電流阻擋層8'，結構如圖2所示，這樣能夠 減少電極正下方的電流比例。但是從圖中可以看出，由於電流阻擋層和有源發光區之間還 有P型電流擴展層，所以，電流仍然會從繞過電流阻擋層到P型電極正下方，同樣會使電極 正下方發光而被正上方的不透明電極所吸收，產生大量熱量，影響LED的使用壽命 。
發明內容
本發明的目的是提供一種改善電流擴展效率的發光二極體，該發光二極體熱性 能、壽命和可靠性高。 本發明還提供改善電流擴展效率發光二極體的製備方法，該方法工藝簡單，可實 現批量化生產。 本發明還提供另一種改善電流擴展效率發光二極體的製備方法。 為實現上述目的，本發明的技術方案是一種改善發光二極體電流擴展效率的方
法，所述的發光二極體包括層狀結構外延片，該外延片包括襯底、N型電流擴展層、有源發光
區、P型電流擴展層、透明導電層、P電極及N電極，所述的P型電流擴展層內設置有電流阻擋層。 本發明還提供一種改善電流擴展效率發光二極體的製備方法，其中所述的電流 阻擋層包括下列方法形成 (1)將生長好的外延片在P型電流擴展層上沉積一層Si02層；
(2)通過蝕刻出窗口區，露出P型電流擴展層； (3)通過離子植入方式在P型電流擴展層植入與P型電流擴展層摻雜電性相反的 N型摻雜離子而形成電流阻擋層。
本發明還提供一種改善電流擴展效率發光二極體的製備方法，其中所述的電流阻擋層包括下列方法形成 所述的P電極下方還包括一 N型電流阻擋區，所述的電流阻擋層包括下列方法形 成 (1)把襯底放入MOCVD反應腔進行外延生長，依次生長N型電流擴展層、有源發光 區和N型電流阻擋區，取出外延片，通過光刻或蝕刻方法將來P電極正下方位置的N型電流 阻擋區留下，蝕刻掉N型電流阻擋區的其餘部分； (2)將蝕刻後的外延片清洗乾淨後，再把外延片放入MOCVD反應腔進行二次外延，
繼續生長P型電流擴展層，這樣就在P電極的正下方形成了 N型電流阻擋層。 與現有技術相比，本發明通過在P型電流擴展層內植入電流阻擋層或者通過二次
外延的方法形成電流阻擋層，它能使P型電極注入的電流橫向擴展到電極下方以外的有源
發光區，電極下方無電流，不發光，增加了發光效率，減少了焦耳熱的產生，提高了器件的熱
性能、壽命及可靠性。
圖1是現有技術中的發光二極體的外延片截面結構示意圖； 圖2是現有技術中經過改進後的發光二極體的外延片截面結構示意圖； 圖3是本發明實施例的發光二極體的外延片截面結構示意具體實施例方式
為了使本發明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結
合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅 用以解釋本發明，並不用於限定本發明。 如圖3所示，提供一種改善電流擴展效率的發光二極體，該發光二極體包括有外 延片，所述外延片包括襯底1、N型電流擴展層2、有源發光區3、P型電流擴展層4、透明導電 層5、P電極6及N電極7，所述的P型電流擴展層4內形成有一電流阻擋區，該電流阻擋區 內設置有電流阻擋層8，該電流阻擋層8設置於P型電極6正下方的P型電流擴展層4下 半部分。由於在LED中，P電極正下方的電流密度很大，該部分電流產生的大量光子不但不 能發射到體外，反而由於P電極的遮擋、反射、吸收或在體內吸收，最後在體內變成焦耳熱， 發熱、升溫，限制了器件性能的提高及LED的應用。本發明實施例在LED的處延片結構中設 置有電流阻擋層8，大大減少了注入電流在體內的損耗和無效光子的產生，也減少了熱的產 生，保證了 LED熱特性和可靠性，提高了 LED的壽命。 本發明實施例提供一種改善電流擴展效率發光二極體的製備方法，所述的電流阻 擋層8是通過下列步驟製得 (1)取現有技術中生長好的發光二極體外延片清洗並吹乾後，在P型電流擴展層 上面通過等離子體增強化學氣相沉積系統(PECVD)沉積一層Si(^，光刻並腐蝕出窗口，P型 電極所在位置需露出P型電流擴展層，而其他位置被Si02層覆蓋；之後把外延片放入離子 植入機，把N型摻質離子精確植入到P型電極正下方的P型電流擴展層的下半部位，這樣就 形成了離子植入區電流阻擋層8 ;本發明實施例所述的電流擴展層內先形成有一電流阻擋 區，所述電流阻擋層植入到該阻擋區內，該電流阻擋區內的N型摻質離子濃度為5 X 1017cm—3至5X1019cm—3，優選為5X1018cm—3。 (2)採用PECVD、反應離子蝕刻機(ICP)和高真空電子束蒸發臺等設備，通過蝕刻、光刻、蒸鍍、剝離等工藝，在P型電流擴展層上形成透明導電層和P電極，在刻蝕出來的N型電流擴展層上面形成導電薄層和N電極，這樣就做成了發光二極體晶片。
本發明實施例所述的LED外延片結構，在P型電極6正下方的P型電流擴展層4下半部分設置與P型摻雜電性相反的N型摻雜離子，如矽離子，這樣就在P型電極6的正下方，貼近多量子阱有源發光區3形成了 N型電流阻擋層8。從而使得從P電極6注入的電流經過P型電流擴展層後，被電流阻擋層8阻擋，不能垂直向下運動，而是繞過電流阻擋層8橫向擴展，電流自然地流向P電極以外的有源區，大大降低了 P電極正下方的電流密度。
本發明實施例提供另一種改善電流擴展效率發光二極體的製備方法，所述的電流阻擋層8是通過下列步驟製得 (1)把襯底放入金屬有機物化學氣相沉積機(MOCVD)反應腔進行外延生長，依次生長N型電流擴展層2、有源發光區3和N型電流阻擋區(圖中未示出)，取出外延片，通過光刻、蝕刻等方法，僅把將來P電極6正下方位置的N型電流阻擋區留下，其餘部分蝕刻乾淨； (2)將蝕刻後的外延片清洗乾淨後，再把外延片放入金屬有機物化學氣相沉積機(MOCVD)反應腔進行二次外延，繼續生長P型電流擴展層4，這樣就在P型電極6的正下方，貼近有源發光區3形成了電流阻擋層8 ; (3)採用PECVD、反應離子蝕刻機(ICP)和高真空電子束蒸發臺等設備，通過蝕刻、光刻、蒸鍍、剝離等工藝，在P型電流擴展層4上形成透明導電層5和P電極6，在刻蝕出來的N型電流擴展層2上面形成導電薄層和N電極7，這樣就做成了發光二極體晶片。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種改善發光二極體電流擴展效率的方法，所述的發光二極體包括層狀結構外延片，該外延片包括襯底、N型電流擴展層、有源發光區、P型電流擴展層、透明導電層、P電極及N電極，其特徵在於所述的P型電流擴展層內設置有電流阻擋層。
2. 根據權利要求1所述的改善電流擴展效率的發光二極體，其特徵在於所述的電流 阻擋層設置於P型電流擴展層的下半部分。
3. 根據權利要求1或2所述的改善電流擴展效率的發光二極體，其特徵在於所述的 電流阻擋層是在P電極的正下方。
4. 根據權利要求1所述的改善電流擴展效率發光二極體的製備方法，其特徵在於所 述的電流阻擋層包括下列方法形成(1) 將生長好的外延片在P型電流擴展層上沉積一層Si02層；(2) 通過蝕刻出窗口區，露出P型電流擴展層；(3) 通過離子植入方式在P型電流擴展層植入與P型電流擴展層摻雜電性相反的N型 摻雜離子而形成電流阻擋層。
5. 根據權利要求4所述的改善電流擴展效率發光二極體的製備方法，其特徵在於所述的N型摻雜離子包括矽離子。
6. 根據權利要求5所述的改善電流擴展效率發光二極體的製備方法，其特徵在於所述的電流擴展層內形成有一電流阻擋區，所述電流阻擋層植入到該阻擋區內。
7. 根據權利要求6所述的改善電流擴展效率發光二極體的製備方法，其特徵在於所述的電流阻擋區內的N型摻質離子濃度為5X 1017cm—3至5X 1019cm—3。
8. 根據權利要求7所述的改善電流擴展效率發光二極體的製備方法，其特徵在於所 述的電流阻擋區內的N型摻質離子濃度為5 X 1018cm—3。
9. 根據權利要求1所述的改善電流擴展效率發光二極體的製備方法，其特徵在於所 述的P電極下方還包括一 N型電流阻擋區，所述的電流阻擋層包括下列方法形成(1) 把襯底放入MOCVD反應腔進行外延生長，依次生長N型電流擴展層、有源發光區和 N型電流阻擋區，取出外延片，通過光刻或蝕刻方法將來P電極正下方位置的N型電流阻擋 區留下，蝕刻掉N型電流阻擋區的其餘部分；(2) 將蝕刻後的外延片清洗乾淨後，再把外延片放入MOCVD反應腔進行二次外延，繼續 生長P型電流擴展層，這樣就在P電極的正下方形成了 N型電流阻擋層。
10. 根據權利要求9所述的改善電流擴展效率發光二極體的製備方法，其特徵在於所 述的電流阻擋層貼近有源發光區。
全文摘要
本發明提供一種改善發光二極體電流擴展效率的發光二極體及其製備方法，該發光二極體包括襯底、N型電流擴展層、多量子阱有源發光區、P型電流擴展層、透明導電層、P電極及N電極，其中，所述的P型電流擴展層內形成有一電流阻擋區，該電流阻擋區內設置有電流阻擋層；所述的方法是通過離子植入或二次外延的方式在P型電流擴展層內形成電流阻擋層，本發明所述的電流阻擋層，它能使P型電極注入的電流橫向擴展到電極下方以外的有源發光區，使P電極下方無電流，不發光，增加了發光效率，減少了焦耳熱的產生，提高了器件的熱性能、壽命及可靠性。
文檔編號H01L33/00GK101752478SQ20081021830
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月9日 優先權日2008年12月9日
發明者吳煊良, 廖家明, 朱國雄, 楊仁君, 江明璋, 沈志強, 胡加輝 申請人:世紀晶源科技有限公司