專利名稱：高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氮化鎵基發(fā)光二極管，尤其是一種高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管及其制 備方法。
背景技術：
目前，藍綠光LED使用的都是基于GaN的III-V族化合物半導體材料；由于GaN 基LED外延片的P-GaN層空穴濃度小，且P型層厚度要小于0. 3 y m，絕大部分發(fā)光從P型 層透出，而P型層不可避免地對光有吸收作用，導致LED芯片外量子效率不高，大大降低了 LED的發(fā)光效率。采用IT0層作為電流擴展層的透射率較高，但導致LED電壓要高一些，壽 命也受到影響。另外，在外加電壓下，由于存在電流擴散不均勻，一些區(qū)域電流密度很大，影 響LED壽命?？傊?，在外部量子效率方面，現(xiàn)有的GaN基LED還是顯得不足，一方面與電流 非均勻分布有關，另一方面則是與當光發(fā)射至電極會被電極本身所吸收有關。為此，改善LED發(fā)光效率的研究較為活躍，主要技術有采用圖形襯底技術、分布電 流阻隔層(也稱電流阻擋層)、分布布拉格反射層(英文為DistributedBragg Reflector, 簡稱DBR)結(jié)構(gòu)、透明襯底、表面粗化、光子晶體技術等。其中采用分布電流阻隔層提高 LED發(fā)光效率，目前一般常見的做法是在P電極底下鍍絕緣材料，如二氧化硅(Si02)、氮化 娃(Si3N4)等(參見文獻 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)；但由于電極材料為金屬，當 光從多重量子阱發(fā)出來，到達電極時仍會有約10%的光損失。中國發(fā)明專利申請(CN101510580A)公開了一種具有電流阻擋層的發(fā)光二極管， 包括襯底，形成于襯底的正面上的N型半導體材料層，形成于N型半導體材料層上的發(fā)光 層，形成于發(fā)光層上的P型半導體材料層，形成于P型半導體材料層上的透明電極層，形成 于透明電極層上的陽極金屬電極焊線層和形成于N型半導體材料層上陰極金屬電極焊線 層，形成于陽極金屬電極焊線層、陰極金屬電極焊線層上的焊線，在透明電極層與P型半導 體材料層之間，陽極金屬電極焊線層下方對應的局部位置上，形成有電流阻擋層；該發(fā)明利 用電流阻擋層減少晶片電極下方的電流積聚，減少電極對光的吸收，但由于該電流阻擋層 未能充分地把光反射出來，使得出光效率提高受限。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述發(fā)光二極管的所存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種高亮度氮化鎵基發(fā) 光二極管及其制備方法。本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案是高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征 在于在襯底上外延一由N型GaN層、發(fā)光層、P型GaN層構(gòu)成的外延層；第一分布布拉格反 射層，形成于外延層第一區(qū)域上；第二分布布拉格反射層，形成于外延層第二區(qū)域上；導電 層形成于第一分布布拉格反射層上且覆蓋于外延層第一區(qū)域；P電極形成于導電層上；N電極形成于第二分布布拉格反射層上且覆蓋至N型GaN層上；其中第一分布布拉格反射層位 于P電極正下方，且第一分布布拉格反射層圖案面積大于或者等于P電極的圖案面積。上述高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管的制備方法，其步驟是1)先在襯底上依次生長由N型GaN層、發(fā)光層和P型GaN層構(gòu)成的外延層；2)在上述P型GaN層上鍍有分布布拉格反射層；3)用光刻膠在分布布拉格反射層上制備掩模圖形；4)采用蝕刻工藝，將光刻膠掩模的圖形轉(zhuǎn)移到分布布拉格反射層上；5)清洗襯底，去除殘留的光刻膠，將分布布拉格反射層劃分為第一分布布拉格反 射層和第二分布布拉格反射層，第一分布布拉格反射層所在的區(qū)域稱為外延層第一區(qū)域， 第二分布布拉格反射層所在的區(qū)域稱為外延層第二區(qū)域；6)在第一分布布拉格反射層上制作導電層并覆蓋于外延層第一區(qū)域；7)對外延層第二區(qū)域內(nèi)的第二分布布拉格反射層周圍進行非等向性刻蝕至N型 GaN 層；8)在導電層上制作P電極；9)在外延層第二區(qū)域內(nèi)的第二分布布拉格反射層上制作N電極并覆蓋至N型GaN 層；10)清洗并分割，即得高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管。本發(fā)明中，襯底材料為藍寶石或碳化硅；分布布拉格反射層由交替的高折射率和 低折射率材料層組成，分布布拉格反射層的高折射率層材料選自TiO、Ti02、Ti305、Ti203、 Ta205、Zr02或前述的任意組合之一，分布布拉格反射層的低折射率層材料選自Si02、Al203或 前述的組合之一，分布布拉格反射層的層數(shù)是兩層或兩層以上，分布布拉格反射層的圖案 形狀為矩形、圓形或多邊形；導電層材料選自Ni/Au、Ni/IT0、IT0或前述的任意組合之一。本發(fā)明的有益效果是在P電極和N電極下方設置分布布拉格反射層，不但可以充 分地把光反射出來，防止光被P電極和N電極吸收，還可充當電流阻隔層，使電流擴散更均 勻，對光輸出效率有雙重提升作用。


圖1 圖6為本發(fā)明高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管制造過程的截面示意圖；圖7為本發(fā)明圖2的俯視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。具有分布布拉格反射層的高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管的制備方法，其制備工藝步 驟如下如圖1所示，首先在藍寶石襯底1上依次生長由N型GaN層3、發(fā)光層4和P型GaN 層5構(gòu)成的InGaN外延層2，在P型GaN層5上鍍分布布拉格反射層6 ；如圖2和圖7所示，再用光刻膠在上述分布布拉格反射層6上制備圓形狀的掩模 圖形，其中分布布拉格反射層6由交替的八層高折射率Ti02材料和低折射率的Si02材料組 成；通過光罩、蝕刻工藝，將光刻膠掩模的圓形狀圖形轉(zhuǎn)移到第一分布布拉格反射層61和第二分布布拉格反射層62上，清洗襯底1，去除殘留的光刻膠；如圖7所示，第一分布布拉 格反射層61所在的區(qū)域稱為外延層第一區(qū)域63，第二分布布拉格反射層62所在的區(qū)域稱 為外延層第二區(qū)域64;如圖3所示，在分布布拉格反射層上61制作IT0透明導電層7覆蓋于外延層第一 區(qū)域63 ；如圖4所示，對外延層第二區(qū)域64內(nèi)的第二分布布拉格反射層62周圍部分進行 非等向性刻蝕至N型GaN層31 ；如圖5所示，通過光罩、蝕刻工藝，在IT0透明導電層7上制作P電極8 ；如圖6所示，通過光罩、蝕刻工藝，在外延層第二區(qū)域內(nèi)64的第二分布布拉格反射 層62上制作N電極9并覆蓋至N型GaN層31 ；清洗并分割，即得GaN基高亮度LED。依上述工藝制備的具有DBR的高亮度GaN基LED，如圖6所示，最底層為藍寶石襯 底1 ；InGaN外延層21形成于該襯底上，其中外延層21由N型GaN層31、發(fā)光層41和P型 GaN層51組成；第一分布布拉格反射層61形成于外延層第一區(qū)域63上；第二分布布拉格反 射層62形成于外延層第二區(qū)域64上；IT0透明導電層7形成于第一分布布拉格反射層61 上且覆蓋于外延層第一區(qū)域63 ；P電極8形成于IT0透明導電層7上；N電極9形成于第二 分布布拉格反射層62上且覆蓋至N型GaN層31上；其中第一分布布拉格反射層61位于P 電極8正下方，且第一分布布拉格反射層61圖案面積大于P電極8的圖案面積。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員， 在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同的技 術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于在襯底上外延一由N型GaN層、發(fā)光層、P型GaN層構(gòu)成的外延層；第一分布布拉格反射層，形成于外延層第一區(qū)域上；第二分布布拉格反射層，形成于外延層第二區(qū)域上；導電層形成于第一分布布拉格反射層上且覆蓋于外延層第一區(qū)域；P電極形成于導電層上；N電極形成于第二分布布拉格反射層上且覆蓋至N型GaN層上；其中第一分布布拉格反射層位于P電極正下方，且第一分布布拉格反射層圖案面積大于或者等于P電極的圖案面積。
2.高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管的制備方法，其步驟是1)先在襯底上依次生長由N型GaN層、發(fā)光層和P型GaN層構(gòu)成的外延層；2)在上述P型GaN層上鍍有分布布拉格反射層；3)用光刻膠在分布布拉格反射層上制備掩模圖形；4)采用蝕刻工藝，將光刻膠掩模的圖形轉(zhuǎn)移到分布布拉格反射層上；5)清洗襯底，去除殘留的光刻膠，將分布布拉格反射層劃分為第一分布布拉格反射層 和第二分布布拉格反射層，第一分布布拉格反射層所在的區(qū)域稱為外延層第一區(qū)域，第二 分布布拉格反射層所在的區(qū)域稱為外延層第二區(qū)域；6)在第一分布布拉格反射層上制作導電層并覆蓋于外延層第一區(qū)域；7)對外延層第二區(qū)域內(nèi)的第二分布布拉格反射層周圍進行非等向性刻蝕至N型GaN層；8)在導電層上制作P電極；9)在外延層第二區(qū)域內(nèi)的第二分布布拉格反射層上制作N電極并覆蓋至N型GaN層；10)清洗并分割，即得高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管。
3.如權(quán)利要求2所述的高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于襯底材 料為藍寶石或碳化硅。
4.如權(quán)利要求2所述的高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于分布布 拉格反射層由交替的高折射率和低折射率材料層組成。
5.如權(quán)利要求2所述的高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于分布布 拉格反射層的高折射率層材料選自TiO、Ti02、Ti305、Ti203、Ta205、Zr02或前述的任意組合之o
6.如權(quán)利要求2所述的高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于分布布 拉格反射層的低折射率層材料選自Si02、Al203或前述的組合之一。
7.如權(quán)利要求4、5或6所述的高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于 分布布拉格反射層的層數(shù)是兩層或兩層以上。
8.如權(quán)利要求4、5或6所述的高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于 分布布拉格反射層的圖案形狀為矩形、圓形或多邊形。
9.如權(quán)利要求2所述的高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于導電層 材料選自Ni/Au、Ni/ITO、IT0或前述的任意組合之一。
全文摘要
本發(fā)明公開的高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管及其制備方法，在襯底上外延一由N型GaN層、發(fā)光層、P型GaN層構(gòu)成的外延層；第一分布布拉格反射層，形成于外延層第一區(qū)域上；第二分布布拉格反射層，形成于外延層第二區(qū)域上；導電層形成于第一分布布拉格反射層上且覆蓋于外延層第一區(qū)域；P電極形成于導電層上；N電極形成于第二分布布拉格反射層上且覆蓋至N型GaN層上；其中第一分布布拉格反射層位于P電極正下方，且第一分布布拉格反射層圖案面積大于或者等于P電極的圖案面積；本發(fā)明設有分布布拉格反射層，不但可以充分地把光反射出來，防止光被電極吸收，還可使電流均勻地擴散，起到雙重提高光輸出效率的作用。
文檔編號H01L33/46GK101859859SQ20101017091
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月4日
發(fā)明者劉傳桂, 彭康偉, 林科闖, 林素慧, 鄭建森 申請人:廈門市三安光電科技有限公司