CN108461597A - 一种发光二极管电极装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发光二极管电极装置，该发光二极管电极装置包括N电极、N型半导体导电层、发光层、P型半导体导电层和P电极；N电极、N型半导体导电层、发光层、P型半导体导电层和P电极依次接触；其中N电极包括N电极电流扩展层和N电极欧姆接触金属层，N电极电流扩展层与N型半导体导电层直接接触；其中P电极包括P电极电流扩展层和P电极欧姆接触金属层，P电极电流扩展层与P型半导体导电层直接接触。本发明有利于提高器件的电光转换效率，方法简单，制造成本低。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种发光二极管电极装置。
背景技术
近年来，材料制备和器件制造技术的进步，使发光二极管(LED)的发光效率得到了极大提高。与传统的白炽灯和荧光灯相比，LED具有节能、环保以及寿命长等优点。因此，LED广泛应用于各种照明和显示。
为减少电极挡光，LED电极在芯片上面积占比通常设计得尽可能小。但这样使电极之间间隔较大，使电流无法在电极间均匀分布。为使电流扩展更为均匀。
目前，LED器件的横向扩展往往不好，原因在于电极之间的水平间隔为半导体薄膜厚度的数十倍，导致电流在在纵向上，已经到达器件的有源区时，横向仍远未达到均匀的程度。因此，改善电流扩展的措施旨在减少电流横向扩展的电阻，或增加电流纵向流动的电阻。现有技术通过在外延结构中增加n-GaN/u-GaN(不掺杂GaN，电阻大))的交叠结构，其原理都是在半导体材料内部实现电流扩展层的改善，外延结构厚度需要增加较大，生长成本增加较多。另外，增加的体电阻较大，器件的工作电压升高较多。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发光二极管电极装置，该电极装置在金属电极和半导体的界面改善电流扩展，金属与半导体界面的电导性易于调控，仅需很薄的一层金属，就可以实现电流扩展的显著改善，且器件电压的升高幅度较小。
本发明通过以下技术方案实现：
一种发光二极管电极装置，该发光二极管电极装置包括N电极、N型半导体导电层、发光层、P型半导体导电层和P电极；所述N电极、N型半导体导电层、发光层、P型半导体导电层和P电极依次接触；
所述N电极包括N电极电流扩展层和N电极欧姆接触金属层，N电极电流扩展层与 N型半导体导电层直接接触；
所述P电极包括P电极电流扩展层和P电极欧姆接触金属层，P电极电流扩展层与P型半导体导电层直接接触。
其中，N电极电流扩展层和P电极电流扩展层厚度为0.01nm-100nm。
其中，N型半导体导电层为N型AlxGayIn1-x-yAszP1-z或N型AlxGayIn1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1, 0≤z≤1；发光层为AlxGayIn1-x-yP或者AlxGayIn1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1；P型半导体导电层为P 型AlxGayIn1-x-yPzAs1-z或P型AlxGayIn1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1,0≤z≤1。
其中，与N型AlxGayIn1-x-yN接触的N电极电流扩展层材料为金属材料；与P型AlxGayIn1-x-yN接触的P电极电流扩展层材料为金属材料。
其中，与N型AlxGayIn1-x-yN接触的N电极电流扩展层材料为化合物；与P型AlxGayIn1-x-yN接触的P电极电流扩展层材料为化合物。
其中，与N型AlxGayIn1-x-yAszP1-z接触的N电极电流扩展层材料为金属材料；与P型AlxGayIn1-x-yPzAs1-z接触的P电极电流扩展层材料为金属材料。
其中，与N型AlxGayIn1-x-yAszP1-z接触的N电极电流扩展层材料为化合物；与P型AlxGayIn1-x-yPzAs1-z接触的P电极电流扩展层材料为化合物。
其中，N型半导体导电层采用N-GaN结构；发光层采用InGaN/GaN多量子阱结构；P型半导体导电层采用P-GaN结构。
其中，P电极电流扩展层的材料为Ni与O形成的化合物，所述P电极欧姆接触层为金属材料Ag。
其中，N电极电流扩展层的材料为Ag，所述N电极欧姆接触金属层材料为Al或Cr。
本发明的有益效果在于：
1.将半导体发光二极管的电流扩展，置于金属电极内完成。由于金属导电性能优越，本发明的电流扩展效果好，器件的工作电压升高较少，有利于提高器件的电光转换效率。
2.本发明改善电流扩展，仅需简单选择一薄层电流扩展金属，以及对金属作简单处理。方法简单，制造成本低。
附图说明
图1是本发明一种发光二极管电极装置的一种结构示意图；
图2是本发明一种发光二极管电极装置的另一种结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明。
本发明提供的一种发光二极管电极装置，用于改善电流扩展。具体地，该发光二极管电极装置包括N电极、N型半导体导电层、发光层、P型半导体导电层和P电极；上述N 电极、N型半导体导电层、发光层、P型半导体导电层和P电极依次接触。
其中，N电极包括N电极电流扩展层和N电极欧姆接触金属层，N电极电流扩展层与N型半导体导电层直接接触，P电极包括P电极电流扩展层和P电极欧姆接触金属层，P 电极电流扩展层与P型半导体导电层直接接触。
本发明的发光二极管电极装置包括两部分：电流扩展层和欧姆接触层。其中电流扩展层与半导体材料直接接触。电流扩展层与半导体材料为非欧姆接触，厚度较薄，电流扩展层之上是欧姆接触层。
下面结合图1、2对本发明作进一步说明。本发明包括N电极101，N型半导体导电层201，发光层301，P型半导体导电层401和P电极501。
N电极101包括N电极电流扩展层1011和N电极欧姆接触金属层1012，N电极电流扩展层1011与N型半导体导电层201直接接触，P电极501包括P电极欧姆接触金属层 5012，P电极欧姆接触金属层5012与P型半导体导电层401直接接触(图1)；或N电极 101包括N电极欧姆接触金属层1012，N电极欧姆接触金属层1012与N型半导体导电层 201直接接触，P电极501由P电极电流扩展层5011和P电极欧姆接触金属层5012构成， P电极电流扩展层5011与P型半导体导电层401直接接触(图2)。
N电极电流扩展层1011和P电极电流扩展层5011厚度为0.01nm-100nm。
N型半导体导电层201为N型AlxGayIn1-x-yAszP1-z或N型AlxGayIn1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1, 0≤z≤1；发光层为AlxGayIn1-x-yP或者AlxGayIn1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1；P型半导体导电层401 为P型AlxGayIn1-x-yPzAs1-z或P型AlxGayIn1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1,0≤z≤1。其中，x、y、z为实数，表示组分的百分比。
与N型AlxGayIn1-x-yN接触的N电极电流扩展层材料1011为金属，包括：Ag、Au、 Be、C、Co、Cu、Fe、Ge、Ir、Ni、Os、Pd、Pt、Re、Rh、Ru、Sb、Se和Te中的一种或多种；与P型AlxGayIn1-x-yN接触的P电极电流扩展层材料5011为金属，包括：Ag、Al、As、B、Ba、Be、Bi、Ca、Cd、Ce、Cr、Cs、Cu、Fe、Gd、Ge、Hf、In、K、La、Li、 Lu、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Nd、Pb、Rb、Re、Rh、Ru、Sb、Sc、Sm、Sn、Sr、Ta、 Tb、Te、Th、Ti、Tl、U、V、W、Y、Zn、Zr中的一种或多种。
与N型AlxGayIn1-x-yN接触的N电极电流扩展层材料1011为化合物，包括，Ti与N， O，F，P，S以及F六种元素形成的一种或多种化合物，Al与N，O，F，P，S以及F六种元素形成的一种或多种化合物；与P型AlxGayIn1-x-yN接触的P电极电流扩展层材料5011 为化合物，包括：Au与N，O，F，P，S以及F六种元素形成的一种或多种化合物,Ni与 N，O，F，P，S以及F六种元素中的一种或多种形成的化合物，Pt与N，O，F，P，S以及F六种元素形成的一种或多种化合物。
与N型AlxGayIn1-x-yAszP1-z接触的N电极电流扩展层材料1011包含：Ag、As、Au、B、Ba、Be、Bi、C、Ca、Cd、Ce、Co、Cs、Cu、Eu、Fe、Ga、Gd、Ge、Hf、Hg、In、Ir、 K、La、Li、Lu、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Nd、Ni、Os、Pb、Pd、Pt、Rb、Re、Rh、Ru、 Sb、Sc、Se、Si、Sm、Sn、Sr、Ta、Tb、Te、Th、Tl、U、V、W、Y、Zn、Zr中的一种或多种；与P型AlxGayIn1-x-yPzAs1-z接触的P电极电流扩展层材料5011包含：Ag、Al、As、 B、Ba、Be、Bi、C、Ca、Cd、Ce、Co、Cr、Cs、Cu、Eu、Fe、Ga、Gd、Ge、Hf、Hg、 In、Ir、K、La、Li、Lu、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Nd、Ni、Os、Pb、Pd、Pt、Rb、Re、 Rh、Ru、Sb、Sc、Se、Si、Sm、Sn、Sr、Ta、Tb、Te、Th、Ti、Tl、U、V、W、Y、Zn、 Zr中的一种或多种。
与N型AlxGayIn1-x-yAszP1-z接触的N电极电流扩展层材料1011还包括：Ti与N，O， F，P，S以及F六种元素形成的一种或多种化合物，Al与N，O，F，P，S以及F六种元素形成的一种或多种化合物；与P型AlxGayIn1-x-yPzAs1-z接触的P电极电流扩展层材料5011 还包括：Au与N，O，F，P，S以及F六种元素形成的一种或多种化合物。
上述元素及化合物只是示例性的，对于其他可以作为相应材料的元素及化合物，本领域技术人员也可以将其应用其中，并不局限于此。
本发明通过增大N电极101与N型半导体导电层201和/或P电极501与P型半导体导电层401之间的欧姆接触电阻，即增大二极管的纵向电阻，从而加大电流纵向扩展难度，更有利于电流的横向扩展。
N型半导体导电层201采用N-GaN，发光层301采用InGaN/GaN多量子阱结构，P型半导体导电层401采用P-GaN。P电极501由P电极电流扩展层5011和P电极欧姆接触金属层5012两部分构成，P电极电流扩展层5011的材料为Ni与O形成的化合物，P电极欧姆接触层5012金属材料用Ag；在N电极101中，N电极电流扩展层1012的材料为Ag， N电极欧姆接触金属层1012与N型半导体导电层201直接接触，N电极欧姆接触金属层 1012材料用Al或Cr。
本发明通过调节金属-半导体界面，在这个界面上，一侧为金属，一侧为高掺的半导体，电流流动的横向电阻较小，因此，只要稍增加纵向电阻，即可使得电流扩展得到显著改善。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种发光二极管电极装置，其特征在于：所述发光二极管电极装置包括N电极、N型半导体导电层、发光层、P型半导体导电层和P电极；所述N电极、N型半导体导电层、发光层、P型半导体导电层和P电极依次接触；
所述N电极包括N电极电流扩展层和N电极欧姆接触金属层，N电极电流扩展层与N型半导体导电层直接接触；
所述P电极包括P电极电流扩展层和P电极欧姆接触金属层，P电极电流扩展层与P型半导体导电层直接接触。
2.根据权利要求1所述的发光二极管电极装置，其特征在于：所述的N电极电流扩展层和P电极电流扩展层厚度为0.01nm-100nm。
3.根据权利要求1所述的发光二极管电极装置，其特征在于：
所述N型半导体导电层为N型AlxGayIn1-x-yAszP1-z或N型AlxGayIn1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1,0≤z≤1；
所述发光层为AlxGayIn1-x-yP或者AlxGayIn1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1；
所述P型半导体导电层为P型AlxGayIn1-x-yPzAs1-z或P型AlxGayIn1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1,0≤z≤1。
4.根据权利要求3所述的发光二极管电极装置，其特征在于：
与所述N型AlxGayIn1-x-yN接触的N电极电流扩展层材料为金属材料；
与所述P型AlxGayIn1-x-yN接触的P电极电流扩展层材料为金属材料。
5.根据权利要求3所述的发光二极管电极装置，其特征在于：
与所述N型AlxGayIn1-x-yN接触的N电极电流扩展层材料为化合物；
与所述P型AlxGayIn1-x-yN接触的P电极电流扩展层材料为化合物。
6.根据权利要求3所述的发光二极管电极装置，其特征在于：
与所述N型AlxGayIn1-x-yAszP1-z接触的N电极电流扩展层材料为金属材料；
与所述P型AlxGayIn1-x-yPzAs1-z接触的P电极电流扩展层材料为金属材料。
7.根据权利要求3所述的发光二极管电极装置，其特征在于：
与所述N型AlxGayIn1-x-yAszP1-z接触的N电极电流扩展层材料为化合物；
与所述P型AlxGayIn1-x-yPzAs1-z接触的P电极电流扩展层材料为化合物。
8.根据权利要求1-7任一项所述的发光二极管电极装置，其特征在于，所述N型半导体导电层采用N-GaN结构；所述发光层采用InGaN/GaN多量子阱结构；所述P型半导体导电层采用P-GaN结构。
9.根据权利要求1-7任一项所述的发光二极管电极装置，其特征在于，所述P电极电流扩展层的材料为Ni与O形成的化合物，所述P电极欧姆接触层为金属材料Ag。
10.根据权利要求1-7任一项所述的发光二极管电极装置，其特征在于，所述N电极电流扩展层的材料为Ag，所述N电极欧姆接触金属层材料为Al或Cr。
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