專利名稱：一種具有高光提取窗口的垂直結(jié)構(gòu)型發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及半導(dǎo)體光電子器件領(lǐng)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(jié)構(gòu)型氮化鎵GaN基發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
氮化鎵GaN、氧化鋅ZnO以其優(yōu)異性能在節(jié)能、高效、壽命長等優(yōu)勢光源LED方面有著不可替代的作用。常規(guī)結(jié)構(gòu)的氮化鎵GaN基LED目前已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但仍存在一些關(guān)鍵問題沒有解決。問題一如附圖I所示，PN兩個電極在同側(cè)，電流積聚效應(yīng)明顯，會發(fā)現(xiàn)電流都集中在電極的下面，由于電極本身的阻擋，使得電極下面發(fā)出的光被電極本身吸收或者被電極反射出去，嚴(yán)重導(dǎo)致了出光效率的降低，同時也會導(dǎo)致電壓變高的問題。
問題二 如附圖2所示，傳統(tǒng)的LED由于窗口層薄，有源區(qū)產(chǎn)生的光大部分通過上表面發(fā)射出去，由于窗口層薄，側(cè)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(nèi)外均提出了各種各樣的解決方案。例如，針對電流集聚效應(yīng)的問題，有人提出了在附圖I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(qū)不會產(chǎn)生光子，也不存在電極阻擋光子的現(xiàn)象，同時也使得電流發(fā)生了擴(kuò)展。但是在N區(qū)電流仍然存在很大的電流積聚，使得發(fā)光二極管的工作電壓升高。對于提高側(cè)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(cè)向出光率，從而獲得較高的光提取效率。但由于窗口層的增加使得串聯(lián)電阻也增加，從而增加了發(fā)光二極管的工作電壓。因此，這些研究都只是有效地解決了單一的問題，在應(yīng)用中受到一定的限制。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于實用新型一種具有低接觸電阻、高光提取窗口層的垂直結(jié)構(gòu)型氮化鎵GaN基發(fā)光二極管，以達(dá)到同時解決上述的兩個問題的目的，從而使氮化鎵GaN基發(fā)光二極管同時具有低工作電壓和高光提取效率的特點。本實用新型采用的技術(shù)方案如下—種具有高光提取窗口的垂直結(jié)構(gòu)型發(fā)光二極管包括上側(cè)電極、高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)、接觸層、上側(cè)限制層、多量子阱有源區(qū)、下側(cè)電極、以及下側(cè)限制層；上側(cè)電極、高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)、上側(cè)限制層、多量子阱有源區(qū)、下側(cè)限制層、接觸層、下側(cè)電極自上而下依次垂直連接；所述的高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體窗口層與接觸層垂直連接構(gòu)成；所述的高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體窗口層與上側(cè)電極垂直連接，所述的高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)中的接觸層與上側(cè)限制層垂直連接；多量子阱有源區(qū)兩側(cè)的上側(cè)電極與下側(cè)電極的極性不同；多量子阱有源區(qū)一側(cè)的上側(cè)電極的極性、高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)的極性以及上側(cè)限制層的極性相同，多量子阱有源區(qū)另一側(cè)的下側(cè)限制層的極性、接觸層的極性以及下側(cè)電極的極性相同。所述的高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體窗口層所用的材料是透明導(dǎo)電的材料。[0007]所述的高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體窗口層的厚度大于或等于1000A。上述半導(dǎo)體窗口層可以是N型氧化鋅N-ZnO、N型磷化鎵N-GaP等，半導(dǎo)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銦鎵氮InGaN半導(dǎo)體層、超晶格結(jié)構(gòu)，或者氮化鎵GaN半導(dǎo)體層等。所述垂直結(jié)構(gòu)型氮化鎵GaN基發(fā)光二極管，可以是剝離藍(lán)寶石襯底后形成，也可以是在導(dǎo)電襯底上處延生長而成。如圖4所示，本實用新型因為采用的是垂直的結(jié)構(gòu)，電流擴(kuò)展以后，會使得電壓有很明顯的降低。此外，在本實用新型中采用厚的半導(dǎo)體窗口層，因此在發(fā)光時可以使得側(cè)面出光增強(qiáng)，從而提聞光提取效率。

附圖I為常規(guī)的氮化鎵GaN基發(fā)光二極管電流集聚效應(yīng)示意圖IlN 電極12P 電極13薄的窗口層14P型氮化鎵GaN半導(dǎo)體層15量子阱有源區(qū)16N型氮化鎵GaN半導(dǎo)體層17藍(lán)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(guī)薄窗口層氮化鎵GaN基發(fā)光二極管出光示意圖21薄的窗口層22P型氮化鎵GaN半導(dǎo)體層23量子阱有源區(qū)24N型氮化鎵GaN半導(dǎo)體層25藍(lán)寶石襯底圖中的圓錐表不光從上表面出去的區(qū)域。附圖3為增加電流阻擋層的常規(guī)的氮化鎵GaN基發(fā)光二極管示意圖3IP 電極32N 電極33薄的窗口層34電流限制層35P型氮化鎵GaN半導(dǎo)體層36量子阱有源區(qū)37N型氮化鎵GaN半導(dǎo)體層38藍(lán)寶石襯底附圖4實施例一的垂直結(jié)構(gòu)型發(fā)光二極管示意圖4IN 電極42半導(dǎo)體窗口層43N型接觸層[0039]44N型氮化鎵GaN半導(dǎo)體限制層45多量子阱有源區(qū)46P型氮化鎵GaN半導(dǎo)體限制層47P型氮化鎵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(jié)構(gòu)型發(fā)光二極管示意圖5IP 電極 52半導(dǎo)體窗口層53P型接觸層54P型氮化鎵GaN半導(dǎo)體限制層55多量子阱有源區(qū)56N型氮化鎵GaN半導(dǎo)體限制層57N型氮化鎵GaN接觸層58N 電極
具體實施方案實施例I :如附圖4所示，垂直結(jié)構(gòu)型發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)為N電極，N型半導(dǎo)體窗口層，N型接觸層，N型氮化鎵GaN半導(dǎo)體限制層，多量子阱有源區(qū)，P型氮化鎵GaN半導(dǎo)體限制層、P型氮化鎵GaN接觸層和P電極自上而下依次垂直連接。以下對圖例進(jìn)行說明N電極為上側(cè)電極，N型半導(dǎo)體窗口層和N型接觸層垂直連接構(gòu)成高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)，其中N型半導(dǎo)體窗口層為高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體窗口層、N型接觸層為高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)中的接觸層，N型氮化鎵GaN半導(dǎo)體限制層為上側(cè)限制層、P型氮化鎵GaN半導(dǎo)體限制層為下側(cè)限制層、P型氮化鎵GaN接觸層為接觸層、P電極為下側(cè)電極。其中N型半導(dǎo)體窗口層是N型氧化鋅ZnO或者磷化鎵GaP等透明導(dǎo)電的物質(zhì)，半導(dǎo)體窗口層的厚度為ιοοοΑ 或者大于mooA，本實施例中半導(dǎo)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型銦鎵氮InGaN半導(dǎo)體層或者超晶格結(jié)構(gòu)SPS ；其制備過程的方法如下I.激光剝離技術(shù)(LLO)或磨拋刻蝕去掉襯底，使得LED變成垂直的結(jié)構(gòu)；2.在去掉藍(lán)寶石襯的氮化鎵GaN外延片上外延一層N型接觸層，N型接觸層可以是N型銦鎵氮InGaN半導(dǎo)體層或者超晶格結(jié)構(gòu)SPS ；3.將去掉藍(lán)寶石襯底的氮化鎵GaN外延片和N型半導(dǎo)體窗口層(其厚度為ΙΟΟΟΑ)的表面進(jìn)行清洗處理；4.將去掉藍(lán)寶石襯底的氮化鎵GaN外延片和N型半導(dǎo)體窗口層在甲醇中接觸結(jié)合，放入鍵合夾具壓緊；5.對半導(dǎo)體窗口層和去掉藍(lán)寶石襯底的氮化鎵GaN外延片施加壓力，半導(dǎo)體窗口層和去掉藍(lán)寶石襯底的氮化鎵GaN外延片連同夾具一起在氮氣N2環(huán)境中退火；[0065]6.制備P電極7.腐蝕N型半導(dǎo)體窗口層為倒梯形的形狀8.沉積氧化銦錫ITO作為N電極的電流擴(kuò)展層，制備N電極。實施例2 如附圖5所示，垂直結(jié)構(gòu)型發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)為P電極，P型半導(dǎo)體窗口層，P型接觸層，P型氮化鎵GaN半導(dǎo)體限制層，多量子阱有源區(qū)，N型氮化鎵GaN半導(dǎo)體限制層、N型氮化鎵GaN接觸層和N電極自上而下依次垂直連接。其中P型半導(dǎo)體窗口層和P型接觸層垂直連接構(gòu)成高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)。以下對圖例進(jìn)行說明P電極為上側(cè)電極，P型半導(dǎo)體窗口層和P型接觸層垂直連接構(gòu)成高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)，其中P型半導(dǎo)體窗口層為高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體窗口層、P型接觸層為高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)中的接觸層，P型氮化鎵GaN半導(dǎo)體限制層為上側(cè)限制層，N型氮化鎵GaN半導(dǎo)體限制層為下側(cè)限制層，N型氮化鎵GaN接觸層為接觸層、N電極為下側(cè)電極其中P型半導(dǎo)體窗口層可以是P型氧化鋅ZnO，或者P型磷化鎵GaP等透明導(dǎo)電的物質(zhì)，本實施例中半導(dǎo)體窗口層的厚度為1500A,也可以是大于ιοοοΑ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型氮化鎵GaN半導(dǎo)體層，或者超晶格·結(jié)構(gòu)SPS ；其制備過程的方法如下I.將藍(lán)寶石襯底的氮化鎵GaN外延片和半導(dǎo)體窗口層的表面進(jìn)行清洗處理；2.兩晶片在甲醇中接觸結(jié)合，放入鍵合夾具壓緊；3.對半導(dǎo)體窗口層/GaN晶片施加壓力，半導(dǎo)體窗口層/GaN晶片連同夾具一起在氮氣N2環(huán)境中退火；4.激光剝離(LLO)或磨拋刻蝕去掉襯底，使得LED變成垂直的結(jié)構(gòu)。5.腐蝕半導(dǎo)體窗口層為圓柱形的形狀，并且腐蝕半導(dǎo)體窗口層的厚度為1500 A;6.制備P電極；7.沉積氧化銦錫ITO作為N電極的電流擴(kuò)展層，制備N電極。
權(quán)利要求1.一種具有高光提取窗口的垂直結(jié)構(gòu)型發(fā)光二極管包括上側(cè)電極、高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)、接觸層、上側(cè)限制層、多量子阱有源區(qū)、下側(cè)電極、以及下側(cè)限制層；上側(cè)電極、高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)、上側(cè)限制層、多量子阱有源區(qū)、下側(cè)限制層、接觸層、下側(cè)電極自上而下依次垂直連接；所述的高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體窗口層與接觸層垂直連接構(gòu)成；所述的高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體窗口層與上側(cè)電極垂直連接，所述的高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)中的接觸層與上側(cè)限制層垂直連接；多量子阱有源區(qū)兩側(cè)的上側(cè)電極與下側(cè)電極的極性不同；多量子阱有源區(qū)一側(cè)的上側(cè)電極的極性、高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)的極性以及上側(cè)限制層的極性相同，多量子阱有源區(qū)另一側(cè)的下側(cè)限制層的極性、接觸層的極性以及下側(cè)電極的極性相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有高光提取窗口層的垂直結(jié)構(gòu)型發(fā)光二極管，其特征在于所述的高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體窗口層所用的材料是透明導(dǎo)電的材料。
3.如權(quán)利要求I所述的一種具有高光提取窗口層的垂直結(jié)構(gòu)型發(fā)光二極管，其特征應(yīng)在于所述的高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體窗口層的厚度大于或等于ιοοοΑ。
專利摘要本實用新型涉及半導(dǎo)體光電子器件領(lǐng)域，具體涉及一種具有高光提取窗口的垂直結(jié)構(gòu)型發(fā)光二極管。本實用新型包括上側(cè)電極，高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)，接觸層，上側(cè)半導(dǎo)體限制層，多量子阱有源區(qū)，下側(cè)電極，以及下側(cè)半導(dǎo)體限制層；上側(cè)電極，高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)，上側(cè)半導(dǎo)體限制層，多量子阱有源區(qū)，下側(cè)半導(dǎo)體限制層，接觸層，下側(cè)電極自上而下依次垂直連接；所述的高光提取的窗口層結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體窗口層與接觸層垂直連接構(gòu)成。本實用新型通過采用垂直結(jié)構(gòu)以及采用厚的半導(dǎo)體窗口層使GaN基發(fā)光二極管同時具有低工作電壓和高光提取效率的特點。
文檔編號H01L33/02GK202695520SQ20112053103
公開日2013年1月23日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者朱彥旭, 劉建朋, 李翠輕, 曹偉偉, 丁艷 申請人:北京工業(yè)大學(xué)