專利名稱：電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管及其制備方法
電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管及其制備方法涉及一種新型 的LED器件結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景目前，普通發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)如圖l所示上電極10為直徑為80-100nm、 厚度約3000A以上的圓形金屬層，從該電極注入電流，產(chǎn)生的光子從LED的這 一面發(fā)射出來(lái)；下電極20為L(zhǎng)ED器件的整個(gè)表面大小，厚度約3000 A以上的 金屬層，這種結(jié)構(gòu)的LED存在的主要問(wèn)題是從上電極10注入的電流通過(guò)電流 擴(kuò)展層100的橫向擴(kuò)展而流經(jīng)有源區(qū)200輻射復(fù)合產(chǎn)生光子，由于目前的外延生 長(zhǎng)技術(shù)難以獲得高摻雜、厚度較厚的電流擴(kuò)展層，導(dǎo)致電流擴(kuò)展層的橫向電流擴(kuò) 展能力不強(qiáng)，因此，從上電極10注入的電流絕大部分匯集在上電極10的正下方， 例如對(duì)于正面出光的芯片尺寸為30(Hun *300^1111的AlGalnP系紅光LED， MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)外延生長(zhǎng)8pm的GaP電流 擴(kuò)展層，若上電極10的直徑為lOOpm，經(jīng)計(jì)算可知上電極IO正下方的電流占 總注入電流的40%以上。上電極10正下方這部分電流在有源區(qū)200輻射復(fù)合產(chǎn) 生的光子由于被上電極10的阻擋或吸收，不但不能發(fā)射到體外，而且在體內(nèi)被 吸收并產(chǎn)生大量的熱，嚴(yán)重影響LED性能的進(jìn)一步提高，因此，對(duì)于此種結(jié)構(gòu) 的LED，存在發(fā)光效率低、光功率較小、熱特性差等問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，人們提出的辦法是:在上電極10的正下方制備電流阻擋層120， 減小上電極10正下方的電流比例，電流阻擋層的制備方法與結(jié)構(gòu)很多，圖2、 圖3列舉了幾種制備電流阻擋層的結(jié)構(gòu)和方法。圖2所示的結(jié)構(gòu)是通過(guò)二次外延 的方法實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)光刻等工藝制備好電流阻擋層120之后，再外延生長(zhǎng)電流擴(kuò) 展層100并在其上方制備上電極10，該工藝復(fù)雜，成本高、成品率低。圖3所 示的結(jié)構(gòu)是在電流擴(kuò)展層IOO和接觸層102所構(gòu)成的厚電流擴(kuò)展層上進(jìn)行離子注 入或擴(kuò)散形成阻擋層120，此方法中的電流阻擋層120的厚度很難精確控制，其 下方仍存有電流擴(kuò)展，因而不能阻擋電流在電極IO下方的匯聚，且厚電流擴(kuò)展 層(8-50nm)和離子注入及擴(kuò)散工藝復(fù)雜，成本高。以上提到的2種器件結(jié)構(gòu)均只提到了在上電極10的壓焊點(diǎn)正下方制備電流 阻擋層120，實(shí)際上，對(duì)于大部分器件來(lái)說(shuō)，特別是大功率的器件，其上電極10
的形狀不僅僅是壓焊點(diǎn)的圓形，而是可以有很復(fù)雜的形狀來(lái)增加電流的擴(kuò)展，稱 之為圖形電極，圖4、圖5列舉了幾種常見(jiàn)的LED上電極10的形狀。上電極IO 正下方依然會(huì)匯集部分電流，甚至大于壓焊點(diǎn)下方匯集的電流(視圖形電極的面 積與壓焊點(diǎn)面積的比例)，這部分電流在有源區(qū)200產(chǎn)生的光子仍然會(huì)被上電極 IO的阻擋或吸收而變成大量的熱，造成器件光效低、亮度低、熱特性差等問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管及 其制備方法，其基本結(jié)構(gòu)如圖7所示，它是在發(fā)光二極管的上電極正下方引入電 流阻擋層結(jié)構(gòu)，而且電流阻擋層的分布與上電極相對(duì)應(yīng)，使得注入電流在上電極 10正下方以外的有源區(qū)200輻射復(fù)合發(fā)光，產(chǎn)生的光子避免上電極10的阻擋或 吸收，而且電流阻擋層120是通過(guò)后工藝實(shí)現(xiàn)的，可操作性強(qiáng)，該結(jié)構(gòu)最適合 于大功率LED的制備，提高了出光效率，減少了熱的產(chǎn)生，避免了大功率LED 采取的復(fù)雜的散熱措施，也大大降低了散熱成本。本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)如圖7所示，其組成部分包括包括有從上往下依次縱向?qū)盈B生長(zhǎng)的上電極IO、電流擴(kuò)展層IOO、上限制層300、有源區(qū)200、下限制層400、緩沖層500、襯底600、下電極20，還包括有位于上電極下方的電流阻擋層120，本發(fā)明特征在于在上電極與電流擴(kuò)展層之間設(shè)置有導(dǎo)電光增透層101，并且電流阻擋層的分布與上電極相對(duì)應(yīng)。本發(fā)明中電流阻擋層120的形狀與上電極IO形狀相同，尺寸也可以大于，等于或小于上電極的尺寸。本發(fā)明中電流阻擋層120設(shè)置在導(dǎo)電光增透層101或電流擴(kuò)展層100或上限制層300或有源區(qū)200里面，或相鄰的兩層、三層、四層的里面。本發(fā)明中導(dǎo)電光增透層101的上面也可設(shè)置能夠?qū)馄鸬皆鐾缸饔玫慕Y(jié)構(gòu) 層，該結(jié)構(gòu)層可以是附上一層增透膜103、也可在導(dǎo)電光增透層101上表面或增 透膜上表面處理形成粗糙化結(jié)構(gòu)層。本發(fā)明的電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管的制備方法，制備工藝步驟如下(1 )在GaAs等能夠與AlGalnP匹配的材料形成的n-型襯底600上,用MOVCD 方法依次外延生長(zhǎng)緩沖層500，下限制層400，有源區(qū)200，上限制層300， 電流擴(kuò)展層100，得到AlGalnP發(fā)光二極管的外延片； (2) 再通過(guò)后工藝的辦法制備電流阻擋層120，具體為首先將外延片進(jìn)行 清洗，甩膠并光刻出要做阻擋層的區(qū)域，該區(qū)域與上電極10—致，利用離子 注入的辦法在該區(qū)域上限制層300和有源區(qū)200里面注入能起阻擋層作用的離 子，形成電流阻擋層120，去膠并清洗，然后蒸鍍上一層ITO導(dǎo)電透光材料；(3) 接下來(lái)，用蒸發(fā)的辦法在ITO表面蒸發(fā)一層AuZnAu金屬層，并光刻出 上電極10，將襯底600減薄，然后在減薄的這一面蒸發(fā)一層AuGeNi形成下電 極20，完成了上、下電極的制作，再將做好的外延片解理成管芯，壓焊在管 座上，LED器件制備完畢。本發(fā)明中導(dǎo)電光增透層101選用能導(dǎo)電、能透光又能對(duì)光起到增透作用的材 料，所用的材料也可以是ITO (氧化銦錫)，導(dǎo)電樹脂。本發(fā)明中LED的電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)在于由 于電流阻擋層120的存在，注入電流自然的流到電流阻擋層120以外的有源區(qū)， 使得上電極10正下方無(wú)電流不發(fā)光，起到了全部阻擋的作用；導(dǎo)電光增透層的 作用為 一是由于材料折射率與厚度的設(shè)計(jì)，使得對(duì)體內(nèi)產(chǎn)生的光子起到增透的 作用，更多的光子能夠發(fā)射到體外，而且增加了電流的擴(kuò)展，這樣一來(lái)，大大降低了電流擴(kuò)展層100的厚度；該結(jié)構(gòu)的制備是通過(guò)后工藝實(shí)現(xiàn)的，降低了外延生長(zhǎng)的厚度與難度，工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，與一般的壓焊點(diǎn)下方的電流阻擋層相比，該阻擋結(jié)構(gòu)能夠真正起到全部阻擋的作用，從而提高LED的發(fā)光強(qiáng)度和熱特性，尤其適合與制備大功率的LED。 本發(fā)明的主要特點(diǎn)1) LED的電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)可以有效地甚至完全 地阻止上電極正下方的電流流動(dòng)，而在其他無(wú)電極區(qū)域?qū)?yīng)的正下方的有源區(qū) 輻射復(fù)合發(fā)光，產(chǎn)生的光子避免了電極的阻擋或吸收，從而提高了LED的光提 取效率和發(fā)光強(qiáng)度。2) 避免了上電極正下方電流的匯聚，減少了體內(nèi)產(chǎn)生的大量光子無(wú)法 發(fā)射到體外而在器件內(nèi)部變成大量的熱，因此，提高了LED的飽和電流和熱特 性，使得器件更有利于在大電流下工作。3) 電流阻擋層結(jié)構(gòu)是通過(guò)后工藝實(shí)現(xiàn)的，工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)。4) 減少了外延生長(zhǎng)的厚度，降低了生長(zhǎng)的難度。
5) 引入LED的電流阻擋層的分布與電極對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)，重要優(yōu)點(diǎn)是電 流損耗小，亮度高，光效高；制作工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好；尤其適合于大功率器 件的制備。


圖l:普通發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意2: 二次外延制備電流阻擋層的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意3:離子注入或擴(kuò)散工藝制備電流阻擋層的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意4:電極圖形示意圖-1圖5:電極圖形示意圖-2圖6:帶有導(dǎo)電光增透層的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意7:電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)剖面8:電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)立體圖以上圖1至圖8中10為上電極，IOO為電流擴(kuò)展層，IOI為導(dǎo)電光增透層， 102為接觸層，103為增透膜，300為上限制層，200為有源區(qū)，400為下限制層， 500為緩沖層，600為襯底，120為電流阻擋層，20為下電極。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)通過(guò)以下實(shí)施例給予說(shuō)明。實(shí)施例l如圖7所示，以AlGalnP LED為例。該器件由以下各部分組成上電極 10，導(dǎo)電光增透層IOI，電流擴(kuò)展層IOO,上限制層300，有源區(qū)200，下限制 層400，緩沖層500，襯底600，下電極20，電流阻擋層120位于上限制層300和有源區(qū)200的里面；其制備過(guò)程和方法如下1. 在GaAs等能夠與AlGalnP匹配的材料形成的n-型襯底600上，用 MOVCD方法依次外延生長(zhǎng)緩沖層500，下限制層400，有源區(qū)200 ，上限制 層300,電流擴(kuò)展層IOO，這樣就得到了 AlGalnP發(fā)光二極管的外延片；2. 再通過(guò)后工藝的辦法首先將外延片進(jìn)行清洗，甩膠并光刻出要做阻擋 層的區(qū)域，該區(qū)域與上電極10—致，利用離子注入的辦法在該區(qū)域上限制層 300和有源區(qū)200里面注入能起阻擋層作用的離子，形成電流阻擋層120，去 膠并清洗，然后蒸鍍上一層ITO導(dǎo)電透光材料；3. 接下來(lái)，用蒸發(fā)的辦法在ITO表面蒸發(fā)一層AuZnAu金屬層，并光刻
出上電極IO，電極形狀如圖4或圖5所示，將襯底600減薄至約10(Him，然 后在減薄的這一面蒸發(fā)一層AuGeNi形成下電極20，完成了上、下電極的制作， 器件結(jié)構(gòu)剖面圖如圖7所示，立體圖如圖8所示；將做好的外延片解理成 lmmxmm的管芯，壓焊在管座上，LED器件制備完畢。實(shí)施例2本發(fā)明中電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管，如圖7所示，其中1、 本發(fā)明中上電極10的形狀可以是圓形、星形、條形、插指形等其他形狀，壓焊點(diǎn)直徑可以是100pm， 80pm或其它的尺寸。2、 電流阻擋層120的材料可以是本征半導(dǎo)體、不導(dǎo)電樹脂、不摻雜非晶Si, SkNy 和SixOy等絕緣材料，也可以是與導(dǎo)電光增透層101導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電材料；3、 有源區(qū)200結(jié)構(gòu)為p-n結(jié)，或p-i-n結(jié)，或雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，或單量子阱結(jié)構(gòu)，或多量子阱結(jié)構(gòu)，超晶格結(jié)構(gòu)或量子點(diǎn)發(fā)光結(jié)構(gòu)，或多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)；4、 本發(fā)明的電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管中電流阻擋層120的分布與上電極10對(duì)應(yīng)的這種結(jié)構(gòu)，可以引入正裝、倒裝、共振腔等LED的 結(jié)構(gòu)中。以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡 其它未脫離權(quán)利要求書范圍內(nèi)所進(jìn)行的各種改型和修改，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管，包括有從上往下依次縱向?qū)盈B生長(zhǎng)的上電極(10)、電流擴(kuò)展層(100)、上限制層(300)、有源區(qū)(200)、下限制層(400)、緩沖層(500)、襯底(600)、下電極(20)，還包括有位于上電極(10)的下方的電流阻擋層(120)，其特征在于在上電極(10)與電流擴(kuò)展層(120)之間設(shè)置有導(dǎo)電光增透層(101)，并且電流阻擋層的分布與上電極相對(duì)應(yīng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管，其特征在于 所述的電流阻擋層(120)設(shè)置在導(dǎo)電光增透層(101)或電流擴(kuò)展層(100)或上限制層(300) 或有源區(qū)(200)里面，或相鄰的兩層、三層、四層的里面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管，其特征在 于電流阻擋層(120)的形狀與上電極(10)形狀相同。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管，其特征在 于導(dǎo)電光增透層IOI的上面也可設(shè)置對(duì)光起到增透作用的結(jié)構(gòu)層，該結(jié)構(gòu)層可以是附上 一層增透膜(103)、也可在導(dǎo)電光增透層上表面或增透膜上表面處理形成粗糙化結(jié)構(gòu)層。
5、 電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于，制備工藝步 驟如下(1) 在GaAs等能夠與AlGalnP匹配的材料形成的n-型襯底(600)上，用MOVCD方 法依次外延生長(zhǎng)緩沖層(500)，下限制層(400 )，有源區(qū)(200 )，上限制層(300)， 電流擴(kuò)展層(100)，得到AlGalnP發(fā)光二極管的外延片；(2) 再通過(guò)后工藝的辦法制備電流阻擋層(120)，具體為首先將外延片進(jìn)行清洗，甩 膠并光刻出要做阻擋層的區(qū)域，該區(qū)域與上電極(10) —致，利用離子注入的辦法在該 區(qū)域上限制層(300)和有源區(qū)(200)里面注入能起阻擋層作用的離子，形成電流阻擋 層(120)，去膠并清洗，然后蒸鍍上一層ITO導(dǎo)電透光材料；(3) 接下來(lái)，用蒸發(fā)的辦法在ITO表面蒸發(fā)一層AuZnAu金屬層，并光刻出上電極(10)， 將襯底(600)減薄，然后在減薄的這一面蒸發(fā)一層AuGeNi形成下電極(20)，完成了上、 下電極的制作，再將做好的外延片解理成管芯，壓焊在管座上，LED器件制備完畢。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管的制備方法，其 特征在于導(dǎo)電光增透層(101)選用能導(dǎo)電、能透光又能對(duì)光起到增透作用的材料。
全文摘要
電流阻擋層的分布與上電極對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管及其制備方法，屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)包括上電極(10)、電流擴(kuò)展層(100)、上限制層(300)、有源區(qū)(200)、下限制層(400)、緩沖層(500)、襯底(600)、下電極(20)，還包括有位于上電極的正下方的電流阻擋層(120)，電流阻擋層的分布與上電極相對(duì)應(yīng)，在上電極與電流擴(kuò)展層之間設(shè)置有導(dǎo)電光增透層(101)；并且電流阻擋層設(shè)置在導(dǎo)電光增透層或電流擴(kuò)展層或上限制層或有源區(qū)里面，或相鄰的兩層、三層、四層的里面；其中電流阻擋層是通過(guò)后工藝實(shí)現(xiàn)的。與上電極對(duì)應(yīng)的電流阻擋層幾乎完全避免了無(wú)效電流產(chǎn)生的光及熱損耗，因此，提高了LED光提取效率，增加了發(fā)光強(qiáng)度，此結(jié)構(gòu)降低了熱的產(chǎn)生，尤其適合于大功率LED的制備。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101388431SQ20081022593
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者沈光地, 陳依新 申請(qǐng)人:沈光地