CN111640836A - GaN基LED器件电极结构及LED器件 - Google Patents

GaN基LED器件电极结构及LED器件 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供了一种GaN基LED器件电极结构及LED器件。该GaN基LED器件电极结构，包括：一衬底；一氮化物异质结构层，其设置于所述衬底上；一自扩散接触电极结构层，其设置于所述氮化物异质结构层上；所述自扩散接触电极结构层为预设金属元素的氮化物材料形成，所述自扩散接触电极结构层中的预设金属元素的浓度大于预设值；一透明电极结构层，其设置于所述自扩散接触电极结构层上；一金属电极结构层，其设置于所述透明电极结构层上。本申请可以利用高浓度的金属元素降低p型氮化物的功函数，最终实现降低LED的p型电极的接触电阻，从而提高LED器件的光输出功率和可靠性。

Description

GaN基LED器件电极结构及LED器件
技术领域
本申请涉及LED发光技术领域，具体而言，涉及一种GaN基LED器件电极结构及LED器件。
背景技术
LED是一种半导体固体发光器件，其利用半导体P-N结作为发光结构，目前氮化镓被视为第三代半导体材料，具备InGaN/GaN有源区的氮化镓基发光二极管被视为当今最有潜力的发光源。目前GaN基蓝光LED外延结构一般包括衬底、缓冲层、第一半导体层、多量子阱发光层、最后势垒层、电子阻挡层和第二半导体层，多量子阱发光层一般为InGaN/GaN超晶格结构，电子阻挡层为P型AlGaN结构，但由于AlGaN材料的折射率较GaN与InGaN低，故在多量子阱发光层发出的光线容易在最后势垒层与电子阻挡层的界面处发生全反射，造成光输出功率交底。
针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种GaN基LED器件电极结构及LED器件，可以提高LED器件的光输出功率和可靠性。
第一方面，本申请实施例提供了一种GaN基LED器件电极结构，包括：
一衬底；
一氮化物异质结构层，其设置于所述衬底上；
一自扩散接触电极结构层，其设置于所述氮化物异质结构层上；所述自扩散接触电极结构层为预设金属元素的氮化物材料形成，所述自扩散接触电极结构层中的预设金属元素的浓度大于预设值；
一透明电极结构层，其设置于所述自扩散接触电极结构层上；
一金属电极结构层，其设置于所述透明电极结构层上。
可选地，在本申请实施例所述的GaN基LED器件电极结构中，所述预设金属元素为金属铟元素、金属镁元素、金属铝元素或者金属钙元素。
可选地，在本申请实施例所述的GaN基LED器件电极结构中，所述自扩散接触电极结构层的厚度为0.1nm至10nm。
可选地，在本申请实施例所述的GaN基LED器件电极结构中，所述氮化物异质结构层为p型掺杂III族氮化物层。
可选地，在本申请实施例所述的GaN基LED器件电极结构中，所述氮化物异质结构层为p型掺杂GaN层。
可选地，在本申请实施例所述的GaN基LED器件电极结构中，所述的自扩散接触电极结构层为利用高温退火的方式促使p型氮化物材料内的预设金属元素向上扩散形成。
可选地，在本申请实施例所述的GaN基LED器件电极结构中，所述金属电极结构层为蒸镀金属电极结构层。
可选地，在本申请实施例所述的GaN基LED器件电极结构中，所述氮化物异质结构层包括N型GaN层、量子阱层、P型GaN层；
所述N型GaN层设置于所述衬底上，所述量子阱层设置于所述N型GaN层上，所述P型GaN层设置于所述量子阱层上。
可选地，在本申请实施例所述的GaN基LED器件电极结构中，所述透明电极结构层为ITO电极结构层。
第二方面，本申请实施例还提供了一种LED器件，包括上述任一项所述的GaN基LED器件电极结构。
由上可知，本申请实施例提供的GaN基LED器件电极结构，通过形成一自扩散接触电极结构层，该自扩散接触电极结构层为预设金属元素的氮化物材料形成，所述自扩散接触电极结构层中的预设金属元素的浓度大于预设值；从而利用高浓度的金属元素降低p型氮化物的功函数，最终实现降低LED的p型电极的接触电阻，从而提高LED器件的光输出功率和可靠性。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的GaN基LED器件电极结构的一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参照图1，图1是本申请一些实施例中的一种GaN基LED器件电极结构的结构示意图。该GaN基LED器件电极结构包括：衬底10、氮化物异质结构层20、自扩散接触电极结构层30、透明电极结构层40以及金属电极结构层50。其中，该氮化物异质结构层20设置于所述衬底10上；该自扩散接触电极结构层30设置于所述氮化物异质结构层20上；所述自扩散接触电极结构层30为预设金属元素的氮化物材料形成，所述自扩散接触电极结构层30中的预设金属元素的浓度大于预设值；透明电极结构层40设置于所述自扩散接触电极结构层30上；金属电极结构层50设置于所述透明电极结构层40上。
具体地，该衬底10可以为金刚石衬底，例如，其可以为n型掺杂的C材料金刚石单晶衬底。该衬底10的厚度为200nm至1mm之间，例如可以为300nm或者500nm。当然，其并不限于此。其中，该衬底10的掺杂杂质包括磷元素、氮元素和硫元素，掺杂浓度为1010 cm-3至1020cm-3之间。
其中，该氮化物异质结构层20可以为p型掺杂III族氮化物层。例如，该氮化物异质结构层20可以为p型掺杂GaN层、p型掺杂AlN层或者p型掺杂MgN层。当然，其并不限于此，还可以采用其他的材料层。
在另一些实施例中，该氮化物异质结构层20可以包括N型GaN层、量子阱层、P型GaN层，所述N型GaN层设置于所述衬底10上，所述量子阱层设置于所述N型GaN层上，所述P型GaN层设置于所述量子阱层上。采用这种复合结构层可以进一步提高该LED器件的出光效率。
其中，该自扩散接触电极结构层30为利用高温退火的方式促使p型氮化物材料内的预设金属元素向上扩散形成。该预设金属元素为金属铟元素、金属镁元素、金属铝元素或者金属钙元素。例如，如果该氮化物异质结构层20可以为p型掺杂GaN层，则该预设金属元素则对应为金属钙元素。其中，该自扩散接触电极结构层30的厚度为0.1nm至10nm。例如，可以为0.5nm，也可以为8nm，其可以通过控制扩散时间或者扩散温度来控制该自扩散接触电极结构层30的厚度。在一些实施例中，该预设金属的浓度应当大于0.02%，小于或等于0.08%，当然，根据该预设金属的材料不同，该预设金属的浓度可以进行适应性的调整。该自扩散接触电极结构层30利用高浓度的金属降低p型氮化物的功函数，最终实现降低LED的p型电极的接触电阻，从而提高LED器件的光输出功率和可靠性。
其中，透明电极结构层40可以为ITO电极结构层，其可以采用物理气象沉淀法线形成ITO层，然后采用刻蚀工艺去除多余的ITO材料，从而形成所需要的ITO电极结构层。
其中，金属电极结构层50为蒸镀金属电极结构层。例如，其可以采用金属银材料进行蒸镀形成，该蒸镀金属电极结构层的厚度应该小于该透明电极结构层40的厚度。
由上可知，本申请实施例提供的GaN基LED器件电极结构，通过形成一自扩散接触电极结构层，该自扩散接触电极结构层为预设金属元素的氮化物材料形成，所述自扩散接触电极结构层中的预设金属元素的浓度大于预设值；从而利用高浓度的金属元素降低p型氮化物的功函数，最终实现降低LED的p型电极的接触电阻，从而提高LED器件的光输出功率和可靠性。
本申请实施例还提供了一种LED器件，包括上述任一项所述的GaN基LED器件电极结构。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种GaN基LED器件电极结构，其特征在于，包括：
一衬底；
一氮化物异质结构层，其设置于所述衬底上；
一自扩散接触电极结构层，其设置于所述氮化物异质结构层上；所述自扩散接触电极结构层为预设金属元素的氮化物材料形成，所述自扩散接触电极结构层中的预设金属元素的浓度大于预设值；
一透明电极结构层，其设置于所述自扩散接触电极结构层上；
一金属电极结构层，其设置于所述透明电极结构层上。
2.根据权利要求1所述的GaN基LED器件电极结构，其特征在于，所述预设金属元素为金属铟元素、金属镁元素、金属铝元素或者金属钙元素。
3.根据权利要求1所述的GaN基LED器件电极结构，其特征在于，所述自扩散接触电极结构层的厚度为0.1nm至10nm。
4.根据权利要求1所述的GaN基LED器件电极结构，其特征在于，所述氮化物异质结构层为p型掺杂III族氮化物层。
5.根据权利要求4所述的GaN基LED器件电极结构，其特征在于，所述氮化物异质结构层为p型掺杂GaN层。
6.根据权利要求4所述的GaN基LED器件电极结构，其特征在于，所述的自扩散接触电极结构层为利用高温退火的方式促使p型氮化物材料内的预设金属元素向上扩散形成。
7.根据权利要求1所述的GaN基LED器件电极结构，其特征在于，所述金属电极结构层为蒸镀金属电极结构层。
8.根据权利要求1所述的GaN基LED器件电极结构，其特征在于，所述氮化物异质结构层包括N型GaN层、量子阱层、P型GaN层；
所述N型GaN层设置于所述衬底上，所述量子阱层设置于所述N型GaN层上，所述P型GaN层设置于所述量子阱层上。
9.根据权利要求1所述的GaN基LED器件电极结构，其特征在于，所述透明电极结构层为ITO电极结构层。
10.一种LED器件，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的GaN基LED器件电极结构。
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