CN101752478A - 一种改善电流扩展效率的发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改善发光二极管电流扩展效率的发光二极管及其制备方法，该发光二极管包括衬底、N型电流扩展层、多量子阱有源发光区、P型电流扩展层、透明导电层、P电极及N电极，其中，所述的P型电流扩展层内形成有一电流阻挡区，该电流阻挡区内设置有电流阻挡层；所述的方法是通过离子植入或二次外延的方式在P型电流扩展层内形成电流阻挡层，本发明所述的电流阻挡层，它能使P型电极注入的电流横向扩展到电极下方以外的有源发光区，使P电极下方无电流，不发光，增加了发光效率，减少了焦耳热的产生，提高了器件的热性能、寿命及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，尤其是涉及一种电流扩展效率得到有效改善的发光二极管及其制备方法。
背景技术
发光二级管(LED)是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的固体发光器件，具有工作寿命长、发光效率高、无污染、重量轻，体积小等优点，目前，LED发展突飞猛进，已广泛应用于户内外显示、汽车灯、景观照明、液晶背光及通用照明等领域。
目前，普通发光二极管芯片结构如图1所示，主要包括：P电极6、N电极7、P型电流扩展层4、有源区3、N型电流扩展层2、透明导电层5、衬底1。从图中可以看出，电流主要集中在电极正下方的有源区部分区域，即所谓的电流拥挤效应，横向扩展比较小，电流分布很不均匀。同时，在此区域电流密度最大，自然发光强度最大；但此区域出射的光绝大部分会被正上方的不透明电极所遮挡，这将导致LED发光、发热不均匀，使用寿命下降等问题。
为了解决LED的上述问题，国内外均提出了各种各样的解决方案。例如，在P型电流扩展层和P型电极之间镀一层绝缘介质用作电流阻挡层8’，结构如图2所示，这样能够减少电极正下方的电流比例。但是从图中可以看出，由于电流阻挡层和有源发光区之间还有P型电流扩展层，所以，电流仍然会从绕过电流阻挡层到P型电极正下方，同样会使电极正下方发光而被正上方的不透明电极所吸收，产生大量热量，影响LED的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种改善电流扩展效率的发光二极管，该发光二极管热性能、寿命和可靠性高。
本发明还提供改善电流扩展效率发光二极管的制备方法，该方法工艺简单，可实现批量化生产。
本发明还提供另一种改善电流扩展效率发光二极管的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种改善发光二极管电流扩展效率的方法，所述的发光二极管包括层状结构外延片，该外延片包括衬底、N型电流扩展层、有源发光区、P型电流扩展层、透明导电层、P电极及N电极，所述的P型电流扩展层内设置有电流阻挡层。
本发明还提供一种改善电流扩展效率发光二极管的制备方法，其中：所述的电流阻挡层包括下列方法形成：
(1)将生长好的外延片在P型电流扩展层上沉积一层SiO2层；
(2)通过蚀刻出窗口区，露出P型电流扩展层；
(3)通过离子植入方式在P型电流扩展层植入与P型电流扩展层掺杂电性相反的N型掺杂离子而形成电流阻挡层。
本发明还提供一种改善电流扩展效率发光二极管的制备方法，其中：所述的电流阻挡层包括下列方法形成：
所述的P电极下方还包括一N型电流阻挡区，所述的电流阻挡层包括下列方法形成：
(1)把衬底放入MOCVD反应腔进行外延生长，依次生长N型电流扩展层、有源发光区和N型电流阻挡区，取出外延片，通过光刻或蚀刻方法将来P电极正下方位置的N型电流阻挡区留下，蚀刻掉N型电流阻挡区的其余部分；
(2)将蚀刻后的外延片清洗干净后，再把外延片放入MOCVD反应腔进行二次外延，继续生长P型电流扩展层，这样就在P电极的正下方形成了N型电流阻挡层。
与现有技术相比，本发明通过在P型电流扩展层内植入电流阻挡层或者通过二次外延的方法形成电流阻挡层，它能使P型电极注入的电流横向扩展到电极下方以外的有源发光区，电极下方无电流，不发光，增加了发光效率，减少了焦耳热的产生，提高了器件的热性能、寿命及可靠性。
附图说明
图1是现有技术中的发光二极管的外延片截面结构示意图；
图2是现有技术中经过改进后的发光二极管的外延片截面结构示意图；
图3是本发明实施例的发光二极管的外延片截面结构示意图；
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图3所示，提供一种改善电流扩展效率的发光二极管，该发光二极管包括有外延片，所述外延片包括衬底1、N型电流扩展层2、有源发光区3、P型电流扩展层4、透明导电层5、P电极6及N电极7，所述的P型电流扩展层4内形成有一电流阻挡区，该电流阻挡区内设置有电流阻挡层8，该电流阻挡层8设置于P型电极6正下方的P型电流扩展层4下半部分。由于在LED中，P电极正下方的电流密度很大，该部分电流产生的大量光子不但不能发射到体外，反而由于P电极的遮挡、反射、吸收或在体内吸收，最后在体内变成焦耳热，发热、升温，限制了器件性能的提高及LED的应用。本发明实施例在LED的处延片结构中设置有电流阻挡层8，大大减少了注入电流在体内的损耗和无效光子的产生，也减少了热的产生，保证了LED热特性和可靠性，提高了LED的寿命。
本发明实施例提供一种改善电流扩展效率发光二极管的制备方法，所述的电流阻挡层8是通过下列步骤制得：
(1)取现有技术中生长好的发光二极管外延片清洗并吹干后，在P型电流扩展层上面通过等离子体增强化学气相沉积系统(PECVD)沉积一层SiO2，光刻并腐蚀出窗口，P型电极所在位置需露出P型电流扩展层，而其他位置被SiO2层覆盖；之后把外延片放入离子植入机，把N型掺质离子精确植入到P型电极正下方的P型电流扩展层的下半部位，这样就形成了离子植入区电流阻挡层8；本发明实施例所述的电流扩展层内先形成有一电流阻挡区，所述电流阻挡层植入到该阻挡区内，该电流阻挡区内的N型掺质离子浓度为5×1017cm-3至5×1019cm-3，优选为5×1018cm-3。
(2)采用PECVD、反应离子蚀刻机(ICP)和高真空电子束蒸发台等设备，通过蚀刻、光刻、蒸镀、剥离等工艺，在P型电流扩展层上形成透明导电层和P电极，在刻蚀出来的N型电流扩展层上面形成导电薄层和N电极，这样就做成了发光二极管芯片。
本发明实施例所述的LED外延片结构，在P型电极6正下方的P型电流扩展层4下半部分设置与P型掺杂电性相反的N型掺杂离子，如硅离子，这样就在P型电极6的正下方，贴近多量子阱有源发光区3形成了N型电流阻挡层8。从而使得从P电极6注入的电流经过P型电流扩展层后，被电流阻挡层8阻挡，不能垂直向下运动，而是绕过电流阻挡层8横向扩展，电流自然地流向P电极以外的有源区，大大降低了P电极正下方的电流密度。
本发明实施例提供另一种改善电流扩展效率发光二极管的制备方法，所述的电流阻挡层8是通过下列步骤制得：
(1)把衬底放入金属有机物化学气相沉积机(MOCVD)反应腔进行外延生长，依次生长N型电流扩展层2、有源发光区3和N型电流阻挡区(图中未示出)，取出外延片，通过光刻、蚀刻等方法，仅把将来P电极6正下方位置的N型电流阻挡区留下，其余部分蚀刻干净；
(2)将蚀刻后的外延片清洗干净后，再把外延片放入金属有机物化学气相沉积机(MOCVD)反应腔进行二次外延，继续生长P型电流扩展层4，这样就在P型电极6的正下方，贴近有源发光区3形成了电流阻挡层8；
(3)采用PECVD、反应离子蚀刻机(ICP)和高真空电子束蒸发台等设备，通过蚀刻、光刻、蒸镀、剥离等工艺，在P型电流扩展层4上形成透明导电层5和P电极6，在刻蚀出来的N型电流扩展层2上面形成导电薄层和N电极7，这样就做成了发光二极管芯片。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种改善发光二极管电流扩展效率的方法，所述的发光二极管包括层状结构外延片，该外延片包括衬底、N型电流扩展层、有源发光区、P型电流扩展层、透明导电层、P电极及N电极，其特征在于：所述的P型电流扩展层内设置有电流阻挡层。
2.根据权利要求1所述的改善电流扩展效率的发光二极管，其特征在于：所述的电流阻挡层设置于P型电流扩展层的下半部分。
3.根据权利要求1或2所述的改善电流扩展效率的发光二极管，其特征在于：所述的电流阻挡层是在P电极的正下方。
4.根据权利要求1所述的改善电流扩展效率发光二极管的制备方法，其特征在于：所述的电流阻挡层包括下列方法形成：
(1)将生长好的外延片在P型电流扩展层上沉积一层SiO2层；
(2)通过蚀刻出窗口区，露出P型电流扩展层；
(3)通过离子植入方式在P型电流扩展层植入与P型电流扩展层掺杂电性相反的N型掺杂离子而形成电流阻挡层。
5.根据权利要求4所述的改善电流扩展效率发光二极管的制备方法，其特征在于：所述的N型掺杂离子包括硅离子。
6.根据权利要求5所述的改善电流扩展效率发光二极管的制备方法，其特征在于：所述的电流扩展层内形成有一电流阻挡区，所述电流阻挡层植入到该阻挡区内。
7.根据权利要求6所述的改善电流扩展效率发光二极管的制备方法，其特征在于：所述的电流阻挡区内的N型掺质离子浓度为5×1017cm-3至5×1019cm-3。
8.根据权利要求7所述的改善电流扩展效率发光二极管的制备方法，其特征在于：所述的电流阻挡区内的N型掺质离子浓度为5×1018cm-3。
9.根据权利要求1所述的改善电流扩展效率发光二极管的制备方法，其特征在于：所述的P电极下方还包括一N型电流阻挡区，所述的电流阻挡层包括下列方法形成：
(1)把衬底放入MOCVD反应腔进行外延生长，依次生长N型电流扩展层、有源发光区和N型电流阻挡区，取出外延片，通过光刻或蚀刻方法将来P电极正下方位置的N型电流阻挡区留下，蚀刻掉N型电流阻挡区的其余部分；
(2)将蚀刻后的外延片清洗干净后，再把外延片放入MOCVD反应腔进行二次外延，继续生长P型电流扩展层，这样就在P电极的正下方形成了N型电流阻挡层。
10.根据权利要求9所述的改善电流扩展效率发光二极管的制备方法，其特征在于：所述的电流阻挡层贴近有源发光区。
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|---|---|---|---|---|
| CN102290512A (zh) * | 2011-09-14 | 2011-12-21 | 冠铨（山东）光电科技有限公司 | 设有电流阻绝层的发光二极管及其制作方法 |
| CN103117344A (zh) * | 2013-02-05 | 2013-05-22 | 海迪科（南通）光电科技有限公司 | Led发光器件及其制备方法 |
| CN104134728A (zh) * | 2013-05-03 | 2014-11-05 | 上海蓝光科技有限公司 | 一种发光二极管的制造方法 |
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