CN101807650B - 具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管及其制作工艺 - Google Patents
具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管及其制作工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管及其制作工艺，先在衬底上长外延层，然后镀分布布拉格反射层，再通过光罩作业，蚀刻掉部分的分布布拉格反射层，制作导电层和P、N电极，最后清洗分割，即得氮化镓基高亮度发光二极管。本发明设有的分布布拉格反射层，不但可以充分地把光反射出来，防止光被电极吸收，还可以使电流均匀地扩散，起到双重提升光输出效率的作用。
Description
技术领域
本发明涉及氮化镓基发光二极管，尤其是一种具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管及其制作工艺。
背景技术
目前，蓝绿光LED使用的都是基于GaN的III-V族化合物半导体材料；由于GaN基LED外延片的P-GaN层空穴浓度小，且P型层厚度要小于0.3μm，绝大部分发光从P型层透出，而P型层不可避免地对光有吸收作用，导致LED芯片外量子效率不高，大大降低了LED的发光效率。采用ITO层作为电流扩展层的透射率较高，但导致LED电压要高一些，寿命也受到影响。另外，在外加电压下，由于存在电流扩散不均匀，一些区域电流密度很大，影响LED寿命。总之，在外部量子效率方面，现有的GaN基LED还是显得不足，一方面与电流非均匀分布有关，另一方面则是与当光发射至电极会被电极本身所吸收有关。
为此，改善LED发光效率的研究较为活跃，主要技术有采用图形衬底技术、分布电流阻隔层(也称电流阻挡层)、分布布拉格反射层(英文为Distributed Bragg Reflector，简称DBR)结构、透明衬底、表面粗化、光子晶体技术等。其中采用分布电流阻隔层提高LED发光效率，目前一般常见的做法是在P电极底下镀绝缘材料，如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)等(参见文献C Huh，J M Lee，D J Kim，et al.Improvement in light-outputefficiency of InGaN/GaN multiple-quantum well light-emitting diodes bycurrent blocking layer[J].J.Appl.Phys.，2002，92(5)：2248-2250)。但由于电极材料为金属，当光从多重量子阱发出来，到达电极时仍会有约10％的光损失。
专利申请号为200910037641.3的发明专利申请公开了一种具有电流阻挡层的发光二极管，包括衬底，形成于衬底的正面上的N型半导体材料层，形成于N型半导体材料层上的发光层，形成于发光层上的P型半导体材料层，形成于P型半导体材料层上的透明电极层，形成于透明电极层上的阳极金属电极焊线层和形成于N型半导体材料层上阴极金属电极焊线层，形成于阳极金属电极焊线层、阴极金属电极焊线层上的焊线，在透明电极层与P型半导体材料层之间，阳极金属电极焊线层下方对应的局部位置上，形成有电流阻挡层；该发明利用电流阻挡层减少晶片电极下方的电流积聚，减少电极对光的吸收，但由于该电流阻挡层未能充分地把光反射出来，使得出光效率提高受限。
发明内容
为解决上述发光二极管的所存在的问题，本发明旨在提供一种具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管及其制作工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管，包括一衬底；外延层形成于该衬底上，其中外延层由P型电极接触、发光区、N型电极接触构成；分布布拉格反射层形成于外延层上；导电层形成于外延层与分布布拉格反射层上；P电极形成于导电层上；N电极形成于N型电极接触上；其特征在于：呈单一块状连续分布的分布布拉格反射层位于P电极正下方，且分布布拉格反射层图案面积大于P电极的图案面积且小于P型电极接触的图案面积，所述分布布拉格反射层用于充分地把原本会被P电极部分吸收的光反射出来，防止光被遮光电极吸收，并充当电流阻隔层，使电流均匀地扩散，对光输出效率具有双重提升的作用。
具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管的制作工艺，其步骤如下：
1)先在衬底上生长外延层；
2)在上述外延层镀分布布拉格反射层；
3)用光刻胶在分布布拉格反射层上制备掩模图形；
4)通过蚀刻，将光刻胶掩模的图形转移到分布布拉格反射层上；
5)清洗衬底，去除残留的光刻胶；
6)在上述外延层与分布布拉格反射层上制作导电层；
7)通过光罩、蚀刻工艺制作P、N电极；
8)清洗并分割，即得氮化镓基发光二极管；
其特征在于：步骤4)使得分布布拉格反射层呈单一块状连续分布并位于后续P电极的正下方，且分布布拉格反射层图案面积大于P电极的图案面积，所述分布布拉格反射层用于充分地把原本会被P电极部分吸收的光反射出来，防止光被遮光电极吸收，并充当电流阻隔层，使电流均匀地扩散，对光输出效率具有双重提升的作用。
本发明中，衬底材料为蓝宝石或碳化硅；分布布拉格反射层由交替的高折射率和低折射率材料层组成；分布布拉格反射层的高折射率层材料选自TiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、Ta2O5、ZrO2或前述的任意组合之一；分布布拉格反射层的低折射率层材料选自SiO2、Al2O3或前述的任意组合之一；分布布拉格反射层的层数是至少两层；分布布拉格反射层的图案形状为矩形、圆形或多边形；导电层材料选自Ni/Au、Ni/ITO、ITO或前述的任意组合之一。
本发明的有益效果是：采用在P电极下方镀分布布拉格反射层制作GaN基高亮度LED，不但可以充分地把光反射出来，防止光被电极吸收，还可以充当电流阻隔层，使电流均匀地扩散，对提升光输出效率的起到双重作用，大大简化GaN基高亮度LED的制作工艺流程、发光效率得以提高、生产成本得以降低。
附图说明
图1～图4为本发明氮化镓基高亮度发光二极管制造过程的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管的制作工艺，其步骤如下：
如图1所示，首先在蓝宝石衬底1上生长InGaN外延层5，其中外延层主要由N型GaN层2、发光区3和P型GaN层4组成；
如图2所示，在上述外延层P型GaN层4上镀分布布拉格反射层6，再用光刻胶7在分布布拉格反射层上制备圆形状的掩模图形，其中分布布拉格反射层6由交替的八层高折射率Ti3O5材料和低折射率的SiO2材料组成；
如图3所示，再通过光罩、蚀刻，将光刻胶7掩模的圆形状图形转移到分布布拉格反射层6上，清洗衬底，去除残留的光刻胶；
如图4所示，在所述外延层P型GaN层4与分布布拉格反射层6上制作ITO透明导电层8，最后通过光罩、蚀刻工艺制作P电极9和N电极10，清洗并分割，即得GaN基高亮度LED。
依上述工艺制备的具有DBR的GaN基高亮度LED，如图4所示，最底层为蓝宝石衬底1；InGaN外延层5，形成于该衬底上，其中外延层由N型GaN层2、发光区3和P型GaN层4组成；分布布拉格反射层6，形成于外延层5上ITO透明导电层8，形成于含分布布拉格反射层6的N型GaN层4上；P电极9，形成于导电层8上；N电极10，形成于N型GaN层2上；矩形状的分布布拉格反射层6位于P电极9正下方，分布布拉格反射层6的图案面积大于P电极9的图案面积、小于P型GaN层4的图案面积。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。
Claims (9)
1.具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管，包括一衬底；外延层形成于该衬底上，其中外延层由P型电极接触、发光区、N型电极接触构成；分布布拉格反射层形成于外延层上；导电层形成于外延层与分布布拉格反射层上；P电极形成于导电层上；N电极形成于N型电极接触上；其特征在于：呈单一块状连续分布的分布布拉格反射层位于P电极正下方，且分布布拉格反射层图案面积大于P电极的图案面积且小于P型电极接触的图案面积，所述分布布拉格反射层用于充分地把原本会被P电极部分吸收的光反射出来，防止光被遮光电极吸收，并充当电流阻隔层，使电流均匀地扩散，对光输出效率具有双重提升的作用。
2.具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管的制作工艺，其步骤如下：
1)先在衬底上生长外延层；
2)在上述外延层镀分布布拉格反射层；
3)用光刻胶在分布布拉格反射层上制备掩模图形；
4)通过蚀刻，将光刻胶掩模的图形转移到分布布拉格反射层上；
5)清洗衬底，去除残留的光刻胶；
6)在上述外延层与分布布拉格反射层上制作导电层；
7)通过光罩、蚀刻工艺制作P、N电极；
8)清洗并分割，即得氮化镓基发光二极管；
其特征在于：步骤4)使得分布布拉格反射层呈单一块状连续分布并位于后续P电极的正下方，且分布布拉格反射层图案面积大于P电极的图案面积，所述分布布拉格反射层用于充分地把原本会被P电极部分吸收的光反射出来，防止光被遮光电极吸收，并充当电流阻隔层，使电流均匀地扩散，对光输出效率具有双重提升的作用。
3.如权利要求2所述的具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管的制作工艺，其特征在于：衬底材料为蓝宝石或碳化硅。
4.如权利要求2所述的具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管的制作工艺，其特征在于：分布布拉格反射层由交替的高折射率和低折射率材料层组成。
5.如权利要求4所述的具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管的制作工艺，其特征在于：分布布拉格反射层的高折射率层材料选自TiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、Ta2O5、ZrO2或前述的任意组合之一。
6.如权利要求4所述的具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管的制作工艺，其特征在于：分布布拉格反射层的低折射率层材料选自SiO2、Al2O3或前述的任意组合之一。
7.如权利要求4、5或6所述的具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管的制作工艺，其特征在于：分布布拉格反射层的层数是至少两层。
8.如权利要求4、5或6所述的具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管的制作工艺，其特征在于：分布布拉格反射层的图案形状为圆形或多边形。
9.如权利要求2所述的具有分布布拉格反射层的氮化镓基高亮度发光二极管的制作工艺，其特征在于：导电层材料选自Ni/Au、Ni/ITO、ITO或前述的任意组合之一。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |