CN101859859A - 高亮度氮化镓基发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的高亮度氮化镓基发光二极管及其制备方法，在衬底上外延一由N型GaN层、发光层、P型GaN层构成的外延层；第一分布布拉格反射层，形成于外延层第一区域上；第二分布布拉格反射层，形成于外延层第二区域上；导电层形成于第一分布布拉格反射层上且覆盖于外延层第一区域；P电极形成于导电层上；N电极形成于第二分布布拉格反射层上且覆盖至N型GaN层上；其中第一分布布拉格反射层位于P电极正下方，且第一分布布拉格反射层图案面积大于或者等于P电极的图案面积；本发明设有分布布拉格反射层，不但可以充分地把光反射出来，防止光被电极吸收，还可使电流均匀地扩散，起到双重提高光输出效率的作用。
Description
技术领域
本发明涉及氮化镓基发光二极管，尤其是一种高亮度氮化镓基发光二极管及其制备方法。
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DistributedBragg 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 MLee，D J Kim，et al.Improvement in light-output efficiency of InGaN/GaNmultiple-quantum well light-emitting diodes by current 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。
中国发明专利申请(CN101510580A)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高亮度氮化镓基发光二极管及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：高亮度氮化镓基发光二极管，其特征在于：在衬底上外延一由N型GaN层、发光层、P型GaN层构成的外延层；第一分布布拉格反射层，形成于外延层第一区域上；第二分布布拉格反射层，形成于外延层第二区域上；导电层形成于第一分布布拉格反射层上且覆盖于外延层第一区域；P电极形成于导电层上；N电极形成于第二分布布拉格反射层上且覆盖至N型GaN层上；其中第一分布布拉格反射层位于P电极正下方，且第一分布布拉格反射层图案面积大于或者等于P电极的图案面积。
上述高亮度氮化镓基发光二极管的制备方法，其步骤是：
1)先在衬底上依次生长由N型GaN层、发光层和P型GaN层构成的外延层；
2)在上述P型GaN层上镀有分布布拉格反射层；
3)用光刻胶在分布布拉格反射层上制备掩模图形；
4)采用蚀刻工艺，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，将分布布拉格反射层划分为第一分布布拉格反射层和第二分布布拉格反射层，第一分布布拉格反射层所在的区域称为外延层第一区域，第二分布布拉格反射层所在的区域称为外延层第二区域；
6)在第一分布布拉格反射层上制作导电层并覆盖于外延层第一区域；
7)对外延层第二区域内的第二分布布拉格反射层周围进行非等向性刻蚀至N型GaN层；
8)在导电层上制作P电极；
9)在外延层第二区域内的第二分布布拉格反射层上制作N电极并覆盖至N型GaN层；
10)清洗并分割，即得高亮度氮化镓基发光二极管。
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或前述的组合之一，分布布拉格反射层的层数是两层或两层以上，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：在P电极和N电极下方设置分布布拉格反射层，不但可以充分地把光反射出来，防止光被P电极和N电极吸收，还可充当电流阻隔层，使电流扩散更均匀，对光输出效率有双重提升作用。
附图说明
图1～图6为本发明高亮度氮化镓基发光二极管制造过程的截面示意图；
图7为本发明图2的俯视图。
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高亮度氮化镓基发光二极管的制备方法，其制备工艺步骤如下：
如图1所示，首先在蓝宝石衬底1上依次生长由N型GaN层3、发光层4和P型GaN层5构成的InGaN外延层2，在P型GaN层5上镀分布布拉格反射层6；
如图2和图7所示，再用光刻胶在上述分布布拉格反射层6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TiO2材料和低折射率的SiO2材料组成；通过光罩、蚀刻工艺，将光刻胶掩模的圆形状图形转移到第一分布布拉格反射层61和第二分布布拉格反射层62上，清洗衬底1，去除残留的光刻胶；如图7所示，第一分布布拉格反射层61所在的区域称为外延层第一区域63，第二分布布拉格反射层62所在的区域称为外延层第二区域64；
如图3所示，在分布布拉格反射层上61制作ITO透明导电层7覆盖于外延层第一区域63；
如图4所示，对外延层第二区域64内的第二分布布拉格反射层62周围部分进行非等向性刻蚀至N型GaN层31；
如图5所示，通过光罩、蚀刻工艺，在ITO透明导电层7上制作P电极8；
如图6所示，通过光罩、蚀刻工艺，在外延层第二区域内64的第二分布布拉格反射层62上制作N电极9并覆盖至N型GaN层31；清洗并分割，即得GaN基高亮度LED。
依上述工艺制备的具有DBR的高亮度GaN基LED，如图6所示，最底层为蓝宝石衬底1；InGaN外延层21形成于该衬底上，其中外延层21由N型GaN层31、发光层41和P型GaN层51组成；第一分布布拉格反射层61形成于外延层第一区域63上；第二分布布拉格反射层62形成于外延层第二区域64上；ITO透明导电层7形成于第一分布布拉格反射层61上且覆盖于外延层第一区域63；P电极8形成于ITO透明导电层7上；N电极9形成于第二分布布拉格反射层62上且覆盖至N型GaN层31上；其中第一分布布拉格反射层61位于P电极8正下方，且第一分布布拉格反射层61图案面积大于P电极8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，本领域的普通技术人员，在不脱离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.高亮度氮化镓基发光二极管，其特征在于：在衬底上外延一由N型GaN层、发光层、P型GaN层构成的外延层；第一分布布拉格反射层，形成于外延层第一区域上；第二分布布拉格反射层，形成于外延层第二区域上；导电层形成于第一分布布拉格反射层上且覆盖于外延层第一区域；P电极形成于导电层上；N电极形成于第二分布布拉格反射层上且覆盖至N型GaN层上；其中第一分布布拉格反射层位于P电极正下方，且第一分布布拉格反射层图案面积大于或者等于P电极的图案面积。
2.高亮度氮化镓基发光二极管的制备方法，其步骤是：
1)先在衬底上依次生长由N型GaN层、发光层和P型GaN层构成的外延层；
2)在上述P型GaN层上镀有分布布拉格反射层；
3)用光刻胶在分布布拉格反射层上制备掩模图形；
4)采用蚀刻工艺，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，将分布布拉格反射层划分为第一分布布拉格反射层和第二分布布拉格反射层，第一分布布拉格反射层所在的区域称为外延层第一区域，第二分布布拉格反射层所在的区域称为外延层第二区域；
6)在第一分布布拉格反射层上制作导电层并覆盖于外延层第一区域；
7)对外延层第二区域内的第二分布布拉格反射层周围进行非等向性刻蚀至N型GaN层；
8)在导电层上制作P电极；
9)在外延层第二区域内的第二分布布拉格反射层上制作N电极并覆盖至N型GaN层；
10)清洗并分割，即得高亮度氮化镓基发光二极管。
3.如权利要求2所述的高亮度氮化镓基发光二极管的制备方法，其特征在于：衬底材料为蓝宝石或碳化硅。
4.如权利要求2所述的高亮度氮化镓基发光二极管的制备方法，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2所述的高亮度氮化镓基发光二极管的制备方法，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2所述的高亮度氮化镓基发光二极管的制备方法，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或前述的组合之一。
7.如权利要求4、5或6所述的高亮度氮化镓基发光二极管的制备方法，其特征在于：分布布拉格反射层的层数是两层或两层以上。
8.如权利要求4、5或6所述的高亮度氮化镓基发光二极管的制备方法，其特征在于：分布布拉格反射层的图案形状为矩形、圆形或多边形。
9.如权利要求2所述的高亮度氮化镓基发光二极管的制备方法，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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