CN212542467U

CN212542467U - 一种高亮度led

Info

Publication number: CN212542467U
Application number: CN202021000926.8U
Authority: CN
Inventors: 张宇; 韩琳
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2030-06-03

Abstract

本实用新型公开了一种高亮度LED，包括衬底，所述衬底上依次生长有缓冲层、轻掺杂和重掺杂氮化物交替层、MQW有源层、p型半导体层，所述轻掺杂和重掺杂氮化物交替层上表面的裸露部分设有n电极，所述p型半导体层上设有p电极；所述轻掺杂和重掺杂氮化物交替层为轻掺杂氮化物层和重掺杂氮化物层分别通过电化学腐蚀形成的交替堆叠的低孔洞率多孔氮化物层与高孔洞率多孔氮化物层。本实用新型所公开的高亮度LED在降低成本的同时，还能提高发光效率，可重复性高，利于实际应用。

Description

一种高亮度LED

技术领域

本实用新型涉及LED技术领域，特别涉及一种高亮度LED。

背景技术

由于三族氮化物宽禁带半导体材料和器件在照明、显示、通讯和医疗等光电子和电力电子领域的应用更加广泛，作为第三代半导体代表的氮化物宽禁带半导体材料和器件成为世界各国争相抢占的新一代领域。LED由于具有体积小、成本低、单色性好、高效率等特点，在照明、显示和光通讯领域的应用前景广阔，已成为新一代电子信息技术-光电子领域研究的热点。

LED的主要研究工作集中在提高其发光效率，降低成本上。采用简单的生长和制备工艺来提高LED的发光效率是一种非常有效的提高LED性能，降低成本的手段。一种方法是通过在LED发光层下方外延或制备高反射层使从背面损失的光反射回来进行利用，从而提高LED的发光强度。

目前，采用的技术有通过外延生长AlGaN/GaN或AlInN/GaN反射结构；也有通过衬底移除和研磨抛光技术，采用介质反射层或金属反射层结构。通过外延生长技术制备的器件，往往需要很长的生长时间，或者由于晶格不匹配引起的应力导致DBR开裂；增加外延成本的同时增加了工艺难度；通过激光剥离、金属键合以及机械抛光工艺制备光电器件则不但由于衬底抛光减薄工艺非常难以控制，同时也增加了工艺成本。

所以，目前为止由于缺乏通过简单工艺制备有效的高亮度LED，使高亮度LED制备工艺复杂成本较高，而且难以控制。因此很有必要研制一种生长和制备工艺简单，成本低的技术实现高亮度LED的制备，克服制约其应用的瓶颈。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高亮度LED，以达到降低成本的同时，提高发光效率的目的。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种高亮度LED，包括衬底，所述衬底上依次生长有缓冲层、轻掺杂和重掺杂氮化物交替层、MQW有源层、p型半导体层，所述轻掺杂和重掺杂氮化物交替层上表面的裸露部分设有n电极，所述p型半导体层上设有p电极；所述轻掺杂和重掺杂氮化物交替层为轻掺杂氮化物层和重掺杂氮化物层分别通过电化学腐蚀形成的交替堆叠的低孔洞率多孔氮化物层与高孔洞率多孔氮化物层。

上述方案中，所述低孔洞率多孔氮化物层与高孔洞率多孔氮化物层交替堆叠形成反射结构，交替结构的对数大于等于1。

上述方案中，所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或玻璃；所述缓冲层的材料为AlN、GaN、AlGaN中的一种或几种组合。

上述方案中，所述轻掺杂氮化物层和重掺杂氮化物层的掺杂剂为硅或锗，重掺杂氮化物层的掺杂浓度为5×10¹⁸～2×10²⁰cm^-3，轻掺杂氮化物层的掺杂浓度为1×10¹⁸～5×10¹⁸cm^-3。

上述方案中，所述n电极和p电极均为金属电极，选自Ti、Al、Ni、Au、Cr金属之一或者任意组合。

上述方案中，所述p型半导体层为掺镁的AlGaN、AlInN、AlInGaN或GaN，掺镁的掺杂浓度为2×10¹⁸～1×10²⁰cm^-3。

上述方案中，所述MQW有源层为InGaN、AlGaN、AlGaInN或GaN。

上述方案中，所述轻掺杂氮化物层和重掺杂氮化物层的氮化物指的是GaN、InGaN、AlGaN、AlInN或AlInGaN。

一种高亮度LED的制备方法，包括如下步骤：

(1)在衬底上表面依次生长缓冲层、轻掺杂和重掺杂氮化物交替层，在轻掺杂和重掺氮化物杂交替层上表面依次生长MQW有源层和p型半导体层；

(2)通过光刻、干法刻蚀和清洗工艺形成LED图形，并裸漏出部分轻掺杂和重掺杂氮化物交替层；

(3)采用选择性电化学腐蚀的方法对轻掺杂和重掺杂氮化物交替层进行腐蚀，分别形成交替堆叠的低孔洞率多孔氮化物层与高孔洞率多孔氮化物层，该结构为多孔导电反射结构；

(4)在裸漏出的轻掺杂和重掺杂氮化物交替层上表面制备n电极，在p型半导体层上表面制备p电极。

通过上述技术方案，本实用新型提供的一种高亮度LED具有如下有益效果：

1、本实用新型的高亮度LED结构简单，外延工艺时间大大缩短，成本低，可重复性高，利于实际应用。

2、在轻掺杂和重掺杂氮化物交替层上制作n电极，直接将轻掺杂和重掺杂氮化物交替层作为n型导电层，可简化LED的结构；同时，将轻掺杂和重掺杂氮化物交替层制备成交替堆叠的低孔洞率多孔氮化物层与高孔洞率多孔氮化物层，采用多孔氮化物结构作为高反射率的反射结构使MQW有源区发出的光直接发射后通过高反射率多孔结构反射出来，减少了LED反射光的光程差，有效提高了LED的发光效率，亮度提高。

3、另外，由于多孔氮化物层是通过选择性电化学腐蚀技术刻蚀轻掺杂和重掺杂氮化物交替层形成的，不会增加额外的应力，并且通过优化多孔氮化物层的掺杂浓度和厚度使其具有很好的导电性，在降低制备工艺难度的同时也提高LED的光电性能。

4、本实用新型将n型导电层与反射层合为一层，有效简化了LED的结构，从而缩短了LED的外延工艺时间，有效降低了外延工艺成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例的一种高亮度LED的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的一种高亮度LED的制备方法流程图；

图3为高亮度LED的扫描电镜截面图；

图4为本实用新型具有多孔氮化物反射结构与现有的无多孔氮化物反射结构的LED发光图谱对比图；

图5为本实用新型具有多孔氮化物反射结构与现有的无多孔氮化物反射结构的LED光电特性对比图。

图中，1-衬底，2-缓冲层，3-轻掺杂和重掺杂氮化物交替层，4-MQW有源层，5-p型半导体层，6-n电极，7-p电极。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型提供了一种高亮度LED，如图1所示，包括衬底1，衬底1上依次生长有缓冲层2、轻掺杂和重掺杂氮化物交替层3、MQW有源层4、p型半导体层5，轻掺杂和重掺杂氮化物交替层3上表面的裸露部分设有n电极6，p型半导体层5上设有p电极7；如图3所示，轻掺杂和重掺杂氮化物交替层3为轻掺杂氮化物层和重掺杂氮化物层分别通过电化学腐蚀形成的交替堆叠的低孔洞率多孔氮化物层与高孔洞率多孔氮化物层。

本实施例中，低孔洞率多孔氮化物层与高孔洞率多孔氮化物层交替堆叠形成的反射结构，交替结构的对数等于5。

衬底1为蓝宝石、硅、碳化硅或玻璃；缓冲层2的材料为AlN、GaN、AlGaN中的一种或几种组合。

本实施例中，轻掺杂氮化物层和重掺杂氮化物层的掺杂剂为硅，重掺杂氮化物层的掺杂浓度为2×10¹⁹cm^-3，轻掺杂氮化物层的掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3。

n电极6和p电极7均为金属电极，选自Ti、Al、Ni、Au、Cr金属之一或者任意组合。

本实施例中，p型半导体层5为掺镁的AlGaN，掺镁的掺杂浓度为2×10¹⁹cm^-3。

MQW有源层4为InGaN或GaN。

本实施例中，轻掺杂氮化物层和重掺杂氮化物层的氮化物指的是GaN、InGaN、AlGaN、AlInN或AlInGaN。

本实用新型的一种高亮度LED的制备方法，如图2所示，包括如下步骤：

(1)在衬底1上表面依次生长缓冲层2、轻掺杂和重掺杂氮化物交替层3，在轻掺杂和重掺氮化物杂交替层3上表面依次生长MQW有源层4和p型半导体层5；

(2)通过光刻、干法刻蚀和清洗工艺形成LED图形，并裸漏出部分轻掺杂和重掺杂氮化物交替层3；

(3)采用选择性电化学腐蚀的方法对轻掺杂和重掺杂氮化物交替层3进行腐蚀，分别形成交替堆叠的低孔洞率多孔氮化物层与高孔洞率多孔氮化物层，该结构为多孔导电反射结构；

(4)在裸漏出的轻掺杂和重掺杂氮化物交替层3上表面制备n电极6，在p型半导体层5上表面制备p电极7。

从图4中可以看出，本实用新型具有多孔氮化物反射结构的LED，与现有的无多孔氮化物反射结构的LED相比，由于其交替堆叠的重掺杂氮化物层和轻掺杂氮化物层变为多孔氮化物反射层，发光强度提高了6倍。

从图5可以看出，通过电化学腐蚀所得的LED发光强度提高了150％，同时，电化学腐蚀形成多孔氮化物层后，LED的电特性几乎不变，说明LED的光电性能得到了很大提高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种高亮度LED，包括衬底，其特征在于，所述衬底上依次生长有缓冲层、轻掺杂和重掺杂氮化物交替层、MQW有源层、p型半导体层，所述轻掺杂和重掺杂氮化物交替层上表面的裸露部分设有n电极，所述p型半导体层上设有p电极；所述轻掺杂和重掺杂氮化物交替层为轻掺杂氮化物层和重掺杂氮化物层分别通过电化学腐蚀形成的交替堆叠的低孔洞率多孔氮化物层与高孔洞率多孔氮化物层。

2.根据权利要求1所述的一种高亮度LED，其特征在于，所述低孔洞率多孔氮化物层与高孔洞率多孔氮化物层交替堆叠形成反射结构，交替结构的对数大于等于1。

3.根据权利要求1所述的一种高亮度LED，其特征在于，所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或玻璃；所述缓冲层的材料为AlN、GaN、AlGaN中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种高亮度LED，其特征在于，所述n电极和p电极均为金属电极，选自Ti、Al、Ni、Au、Cr金属之一或者任意组合。

5.根据权利要求1所述的一种高亮度LED，其特征在于，所述MQW有源层为InGaN、AlGaN、AlGaInN或GaN。

6.根据权利要求1所述的一种高亮度LED，其特征在于，所述轻掺杂氮化物层和重掺杂氮化物层的氮化物指的是GaN、InGaN、AlGaN、AlInN或AlInGaN。