一種具有高光提取窗口的垂直結構型發光二極體的製作方法
2023-04-24 09:07:36
專利名稱：一種具有高光提取窗口的垂直結構型發光二極體的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體光電子器件領域，具體涉及一種具有低接觸電阻、高光提取窗口層的垂直結構型GaN基發光二極體。
背景技術：
GaN,ZnO以其優異性能在節能、高效、壽命長等優勢光源LED方面有著不可替代的作用。常規結構的GaN基LED目前已經取得了很大的進展，但仍存在一些關鍵問題沒有解決。問題一如附圖1所示，PN兩個電極在同側，電流積聚效應明顯，會發現電流都集中在電極的下面，由於電極本身的阻擋，使得電極下面發出的光被電極本身吸收或者被電極反射出去，嚴重導致了出光效率的降低，同時也會導致電壓變高的問題。問題二 如附圖2所示， 傳統的LED由於窗口層薄，有源區產生的光大部分通過上表面發射出去，由於窗口層薄，側面的出光很少，使得光提取效率變低。目前為了解決上述兩個問題，國內外均提出了各種各樣的解決方案。例如，針對電流集聚效應的問題，有人提出了在附圖1的P電極下面增加電流阻擋層的方法。如圖3所示，增加的電流阻擋層能夠使得電極下面沒有電流流過，其有源區不會產生光子，也不存在電極阻擋光子的現象，同時也使得電流發生了擴展。但是在N區電流仍然存在很大的電流積聚，使得發光二極體的工作電壓升高。對於提高側向出光的研究，有人提出通過增加窗口層厚度或者改變窗口層的幾何形狀來提高側向出光率，從而獲得較高的光提取效率。但由於窗口層的增加使得串聯電阻也增加，從而增加了發光二級管的工作電壓。因此，這些研究都只是有效地解決了單一的問題，在應用中受到一定的限制。
發明內容
本發明的目的在於發明一種具有低接觸電阻、高光提取窗口層的垂直結構型GaN 基發光二極體，以達到同時解決上述的兩個問題的目的，從而使GaN基發光二極體同時具有低工作電壓和高光提取效率的特點。本發明採用的技術方案如下一種具有高光提取窗口的垂直結構型發光二極體包括電極，高光提取的窗口層結構，接觸層，限制層，多量子阱有源區；電極，高光提取的窗口層結構，限制層，多量子阱有源區，限制層，接觸層，電極自上而下依次垂直連接；多量子阱有源區兩側的電極極性不同； 多量子阱有源區一側的電極，高光提取的窗口層結構以及限制層的極性相同，多量子阱有源區另一側的限制層，接觸層以及電極的極性相同。高光提取的窗口層結構由半導體窗口層與接觸層垂直連接構成；所述發光二級管中的電極與所述的高光提取的窗口結構中的半導體窗口層垂直連接，所述的高光提取的窗口結構中的接觸層與所述發光二級管中的限制層垂直連接。半導體窗口層所用的材料是透明導電的材料。半導體窗口層的厚度大於或等於1000A。上述半導體窗口層可以是N-aiO、N-GaP等，半導體窗口層可以是倒梯形形狀，可以是柱體形狀等；所述的接觸層可以是InGaN半導體層、超晶格結構SPS，或者GaN半導體層等。所述垂直結構型GaN基發光二極體，可以是剝離藍寶石襯底後形成，也可以是在導電襯底上處延生長而成。 如圖4所示，本發明因為採用的是垂直的結構，電流擴展以後，會使得電壓有很明顯的降低。此外，在本發明中採用厚的半導體窗口層，因此在發光時可以使得側面出光增強，從而提高光提取效率。
附圖1為常規的GaN基發光二極體電流集聚效應示意圖
IlN電極
12P電極
13薄的窗口層
14P型GaN半導體層
15量子阱有源區
16N型GaN半導體層
17藍寶石襯底
圖中箭頭所表示的是電流的方向，疏密程度表示電流密度。
附圖2為常規薄窗口層GaN基發光二極體出光示意圖
21薄的窗口層
22P型GaN半導體層
23量子阱有源區
24N型GaN半導體層
25藍寶石襯底
圖中的圓錐表示光從上表面出去的區域。
附圖3為增加電流阻擋層的常規的GaN基發光二極體示意
3IP電極
32N電極
33薄的窗口層
34電流限制層
35P型GaN半導體層
36量子阱有源區
37N型GaN半導體層
38藍寶石襯底
附圖4實施例一的垂直結構型發光二極體示意圖
4IN電極
42半導體窗口層
43N型接觸層
44N型GaN半導體限制層
45多量子阱有源區
46P型GaN半導體限制層47P型GaN接觸層48P 電極箭頭表示出光的方向附圖5實施例二的垂直結構型發光二極體示意圖5IP 電極52半導體窗口層53P型接觸層54P型GaN半導體限制層55多量子阱有源區56N型GaN半導體限制層57N型GaN接觸層58N 電極
具體實施方案實施例1 如附圖4所示，垂直結構型發光二級管的結構為N電極，N型半導體窗口層，N型接觸層，N型GaN半導體限制層，多量子阱有源區，P型GaN半導體限制層、P型GaN接觸層和P電極自上而下依次垂直連接。其中N型半導體窗口層和N型接觸層垂直連接構成高光提取的窗口層結構。其中N型半導體窗口層是N型SiO或者GaP等透明導電的物質，半導體窗口層的厚度為ιοοοΑ，或者大於ιοοοΑ，本實施例中半導體窗口層的形狀是倒梯形，也可以是圓柱形， 或者立方體；N型接觸層是N型InGaN半導體層或者超晶格結構SPS ；其製備過程的方法如下1.雷射剝離技術(LLO)或磨拋刻蝕去掉襯底，使得LED變成垂直的結構；2.在去掉藍寶石襯的GaN外延片上外延一層N型接觸層，N型接觸層可以是N型 InGaN半導體層或者超晶格結構SPS ；3.將去掉藍寶石襯底的GaN外延片和N型半導體窗口層(其厚度為IOOOA )的表面進行清洗處理；4.將去掉藍寶石襯底的GaN外延片和N型半導體窗口層在甲醇中接觸結合，放入鍵合夾具壓緊；5.對半導體窗口層和去掉藍寶石襯底的GaN外延片施加壓力，半導體窗口層和去掉藍寶石襯底的GaN外延片連同夾具一起在N2環境中退火；6.製備P電極7.腐蝕N型半導體窗口層為倒梯形的形狀8.沉積ITO作為N電極的電流擴展層，製備N電極。實施例2 如附圖5所示，垂直結構型發光二級管的結構為P電極，P型半導體窗口層，P型接觸層，P型GaN半導體限制層，多量子阱有源區，N型GaN半導體限制層、N型GaN接觸層和N電極自上而下依次垂直連接。其中P型半導體窗口層和P型接觸層垂直連接構成高光提取的窗口層結構。其中P型半導體窗口層可以是P型aiO，或者P型GaP等透明導電的物質，本實施例中半導體窗口層的厚度為1500A，也可以是大於IOOOA的其他值，其形狀為圓柱形，也可以是倒梯形或者長方形。P型接觸層是P型GaN半導體層，或者超晶格結構SPS ；其製備過程的方法如下1.將藍寶石襯底的GaN外延片和半導體窗口層的表面進行清洗處理；2.兩晶片在甲醇中接觸結合，放入鍵合夾具壓緊；3.對半導體窗口層/GaN晶片施加壓力，半導體窗口層/GaN晶片連同夾具一起在 N2環境中退火；4.雷射剝離(LLO)或磨拋刻蝕去掉襯底，使得LED變成垂直的結構。5.腐蝕半導體窗口層為圓柱形的形狀，並且腐蝕半導體窗口層的厚度為1500 A;6.製備P電極；7.沉積ITO作為N電極的電流擴展層，製備N電極。
權利要求
1.一種具有高光提取窗口的垂直結構型發光二極體包括電極，高光提取的窗口層結構，接觸層，限制層，多量子阱有源區；電極，高光提取的窗口層結構，限制層，多量子阱有源區，限制層，接觸層，電極自上而下依次垂直連接；多量子阱有源區兩側的電極極性不同； 多量子阱有源區一側的電極，高光提取的窗口層結構以及限制層的極性相同，多量子阱有源區另一側的限制層，接觸層以及電極的極性相同。
2.根據權利要求1所述的一種高光提取窗口層的垂直結構型發光二極體，其特徵在於所述的高光提取的窗口層結構由半導體窗口層與接觸層垂直連接構成；所述發光二級管中的電極與所述的高光提取的窗口結構中的半導體窗口層垂直連接，所述的高光提取的窗口結構中的接觸層與所述發光二級管中的限制層垂直連接。
3.根據權利要求2所述的一種具有高光提取窗口層的垂直結構型發光二極體，其特徵在於所述半導體窗口層所用的材料是透明導電的材料。
4.如權利要求2所述的一種具有高光提取窗口層的垂直結構型發光二極體，其特徵應在於所述半導體窗口層的厚度大於或等於1000A。
全文摘要
本發明涉及半導體光電子器件領域，具體涉及一種具有高光提取窗口的垂直結構型發光二極體。本發明包括電極，高光提取的窗口層結構，接觸層，限制層，多量子阱有源區；電極，高光提取的窗口層結構，限制層，多量子阱有源區，限制層，接觸層，電極自上而下依次垂直連接；多量子阱有源區兩側的電極極性不同；多量子阱有源區一側的電極，高光提取的窗口層結構以及限制層的極性相同，多量子阱有源區另一側的限制層，接觸層以及電極的極性相同。本發明通過採用垂直結構以及採用厚的半導體窗口層使GaN基發光二極體同時具有低工作電壓和高光提取效率的特點。
文檔編號H01L33/02GK102447027SQ20111042517
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者丁豔, 劉建朋, 曹偉偉, 朱彥旭, 李翠輕 申請人:北京工業大學