專利名稱：具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鎵基發(fā)光二極管，特別一種具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光
二極管。
背景技術(shù)：
目前氮化鎵(GaN)基發(fā)光二極管(LED)已廣泛應(yīng)用于手機按鍵、指示、顯示、背光 源以及照明等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片采用的是雙電極水平式分布的正裝結(jié) 構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)是在發(fā)光外延層之上制作一透明電極作為歐姆接觸層和電流擴展層；然后， 在透明電極上面布置金屬電極(P電極)用于焊線。然而，金屬電極的存在會造成有源層中 發(fā)出的光被遮擋和吸收，從而降低發(fā)光二極管芯片的出光效率。為了避免上述問題，必須抑制或者減少金屬電極下方有源層載流子輸運及其復合 發(fā)光?，F(xiàn)有技術(shù)的解決方案之一是在芯片結(jié)構(gòu)中引入一電流阻擋結(jié)構(gòu)，例如在透明電極與 P型氮化鎵基外延層之間插入一絕緣層，并且使得絕緣層區(qū)域在芯片軸向上包含P電極區(qū) 域。如附圖1所示，采用現(xiàn)有技術(shù)的具有電流阻擋結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管，包括藍寶 石襯底100、緩沖層101、n-GaN層102、多量子阱有源層103、ρ-GaN層104、ITO層(透明電 極》00、絕緣層201、ρ電極210和η電極220。其中，最底層為藍寶石襯底100 ；緩沖層101 形成于藍寶石襯底100之上；n-GaN層102形成于緩沖層101之上；多量子阱有源層103形 成于n-GaN層102之上；ρ-GaN層104形成于多量子阱有源層103之上；SiO2層201形成于 P-GaN層104的部分區(qū)域之上；ITO層200形成于p_GaN層104的另一部分區(qū)域以及SiO2層 201之上；ρ電極210形成于ITO層200之上，且ρ電極210在軸向上包含于SiO2層201 之內(nèi)；η電極220形成于n-GaN層102之上。上述現(xiàn)有電流阻擋結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管可通過抑制ρ電極210下方有源層 103中的電流注入和發(fā)光，有效地解決金屬電極的吸光問題。然而，該結(jié)構(gòu)會使得電流注入 和復合發(fā)光大部分集中于SiA層201外圍局部區(qū)域，而SiO2層(電流阻擋結(jié)構(gòu))的位置通 常處于芯片中央?yún)^(qū)域，也就是該結(jié)構(gòu)會使得電流注入和發(fā)光集中于芯片靠近中央的局部區(qū) 域。附圖2定性地描述了現(xiàn)有技術(shù)具有電流阻擋結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管的電流分布狀 況。就出光而言，芯片的出光面包括正面、背面和側(cè)面，側(cè)面出光占據(jù)一定的出光比例，而對 于光子來說，其所發(fā)自的有源層位置不同，對應(yīng)的側(cè)面出光概率就不同，芯片中靠近中央的 局部區(qū)域，因光子在內(nèi)部多次反射過程中被吸收的概率較高，導致側(cè)面出光的概率降低；而 芯片中遠離中央的外環(huán)區(qū)域，光子從側(cè)面取出的概率較高。所以依照現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的具有 電流阻擋結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管，因其中電流的分布較多的集中于芯片靠近中央的局 部區(qū)域從而導致側(cè)面出光概率降低，最終影響發(fā)光二極管的取光效率。

發(fā)明內(nèi)容
為提高上述具有電流阻擋結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管的取光效率，本發(fā)明旨在提 出一種具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。
為達上述目的，本發(fā)明提出一種具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其包括 藍寶石襯底；在藍寶石襯底之上依次層疊有由η型GaN基外延層、有源層和ρ型GaN基外 延層構(gòu)成的發(fā)光外延層；第一透明導電氧化物層形成于P型GaN基外延層之上；透明絕緣 層形成于第一透明導電氧化物層之上，并且透明絕緣層覆蓋區(qū)域相對于第一透明導電氧化 物層向內(nèi)縮進，并且內(nèi)縮尺度為1 50微米；第二透明導電氧化物層形成于透明絕緣層之 上，并且第二透明導電氧化物層覆蓋區(qū)域相對于透明絕緣層向外擴展且與第一透明導電氧 化物層形成電學連接；P電極形成于第二透明導電氧化物層之上；η電極形成于η型GaN基 外延層之上。所述的第一透明導電氧化物層選用氧化銦、氧化錫、氧化銦錫、氧化鋅中的至少一 種材料制備。所述的透明絕緣層選用氧化硅、氧化鈦、氮化硅、氧化鋁、氟化鎂、SOG、Polymer中 的至少一種材料制備。所述的透明絕緣層的制備材料為氮化硅；目前常用的透明導電氧化物層材料的折 射率一半在1.8 2.0，基于折射率匹配方面考慮，本發(fā)明優(yōu)先采用折射率最佳的氮化硅 (折射率約1. 9)材料制備透明絕緣層。所述的透明絕緣層相對于第一透明導電氧化物層的內(nèi)縮尺寸小于20微米。所述的ρ電極處于第二透明導電氧化物層的中央局部區(qū)域。本發(fā)明創(chuàng)新地采用了一 “透明導電氧化物層/透明絕緣層/透明導電氧化物層” 組合夾心式的電流阻擋結(jié)構(gòu)。第一透明導電氧化物層的作用在于與P型GaN基外延層形成 歐姆接觸；第二透明導電氧化物層的作用在于電學連接第一透明導電氧化物層和P電極； 透明絕緣層的作用在于隔離第一透明導電氧化物層與第二透明導電氧化物層，并限制電流 在第一透明導電氧化物層中的傳導路徑是從外向內(nèi)式的橫向傳輸。透明絕緣層相對于第一 透明導電氧化物層的內(nèi)縮，且內(nèi)縮尺度限制在1 50微米的小范圍內(nèi)，使得第一透明導電 氧化物層與第二透明導電氧化物層的接觸區(qū)域僅發(fā)生在芯片的外環(huán)1 50微米的小范圍 區(qū)域，所以電流首先從芯片外環(huán)區(qū)域的第一透明導電氧化物層注入發(fā)光層，而因為透明導 電氧化物層具有一定的橫向傳輸電阻，所以電流分布在發(fā)光外延層中的分布是由外向內(nèi)遞 減的，即越靠近芯片中央?yún)^(qū)域(與P電極位置對應(yīng))的電流密度越小，甚至可以趨于零，因此 本發(fā)明的電流阻擋結(jié)構(gòu)可以有效的避免P電極的遮光；同時，因電流更多地從芯片中的外 環(huán)區(qū)域注入有源層，使得芯片外環(huán)的有源層發(fā)出更多的光子，而外環(huán)區(qū)域的光子側(cè)面取出 概率較高，因此本發(fā)明具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管可以獲得更高的取光效率。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的具有電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)剖示圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的具有電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的電流分布示意圖。圖3是本發(fā)明實施例具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)剖示圖。圖4是本發(fā)明實施例具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的電流分布示意圖。圖1和圖2中附圖標識為100 藍寶石襯底；101 緩沖層；102 :n_GaN層；103 多 量子阱(MQff)有源層；104 :p-GaN 層；200 =ITOjs ；201 =SiO2 層；210 :n 電極；220 :p 電極。圖3和圖4中附圖標識為300 藍寶石襯底；301 緩沖層；302 :n_GaN層；303 多
4量子阱(MQff)有源層；304 =P-GaNjs ；300 第一 ITO層；401 =Si3N4層；402 第二 ITO層；410 P電極；420 :n電極。
具體實施例方式下面結(jié)合圖3、圖4和實施例對本發(fā)明進一步說明。如圖3所示的一種具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其包括 藍寶石襯底300、緩沖層301、n-GaN層302、多量子阱有源層303、p_GaN層304、第一 ITO層 400、Si3N4層401、第二 ITO層402、ρ電極410和η電極420。其中，最底層為藍寶石襯底 300 ；緩沖層301形成于藍寶石襯底300之上；n-GaN層302形成于緩沖層301之上；多量子 阱有源層303形成于n-GaN層302之上，其材料為氮化銦鎵(InGaN) ；ρ-GaN層304形成于 多量子阱有源層303之上；第一 ITO層400形成于p-GaN層304之上。本發(fā)明中采用“第一 ITO層400/ Si3N4層401/第二 ITO層402/”組合夾心式的 電流阻擋結(jié)構(gòu)，其中第一 ITO層400的作用在于與P-GaN層304形成歐姆接觸；第二 ITO 層402的作用在于電學連接第一 ITO層400和ρ電極410 ；透明絕緣層為Si3N4層401的作 用在于隔離第一 ITO層400與第第二 ITO層402，并限制電流在第一 ITO層400中的傳導路 徑是從外向內(nèi)式的橫向傳輸；尤其是=Si3N4層401作為透明絕緣層形成于第一 ITO層400 之上，并且Si3N4層401覆蓋第一 ITO層400的區(qū)域相對于第一 ITO層400作10微米的等 比例內(nèi)縮；第二 ITO層402形成于Si3N4層401之上，并且與因Si3N4層401內(nèi)縮而暴露出 的第一 ITO層400形成電學接觸；ρ電極410形成于第二 ITO層402的中央局部區(qū)域之上， 其材料為Cr/Pt/Au ；η電極420形成于n-GaN層302之上，其材料為Cr/Pt/Au。如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明制作的具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極 管，其電流注入的路徑依次為P電極410、第二 ITO層402、第一 ITO層400、p-GaN層304、 多量子阱(MQW)有源層303、n-GaN層302、η電極420，其中由于Si3N4層401的引入及其 “內(nèi)縮”的定位，使得第一 ITO層400中的電流傳輸方式被定義為“由外向內(nèi)，，橫向傳輸，而 因電流在ITO層中橫向傳輸具有一定的電阻，因此電流注入更多地分布于芯片的外環(huán)區(qū)域 并造成此區(qū)域的發(fā)光遠大于芯片中央?yún)^(qū)域，最后由于芯片外環(huán)區(qū)域的光子側(cè)面取出概率較 高，從而獲得更高的取光效率。
權(quán)利要求
1.具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其包括藍寶石襯底；在藍寶石襯底之上依次層疊有由η型GaN基外延層、有源層和ρ型GaN基外延層構(gòu)成 的發(fā)光外延層；第一透明導電氧化物層形成于P型GaN基外延層之上；透明絕緣層形成于第一透明導電氧化物層之上，并且透明絕緣層覆蓋區(qū)域相對于第一 透明導電氧化物層向內(nèi)縮進，并且內(nèi)縮尺度為1 50微米；第二透明導電氧化物層形成于透明絕緣層之上，并且第二透明導電氧化物層覆蓋區(qū)域 相對于透明絕緣層向外擴展且與第一透明導電氧化物層形成電學連接；P電極形成于第二透明導電氧化物層之上；η電極形成于η型GaN基外延層之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其特征在于所述 的第一透明導電氧化物層選用氧化銦、氧化錫、氧化銦錫、氧化鋅中的至少一種材料制備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其特征在于所述 的透明絕緣層選用氧化硅、氧化鈦、氮化硅、氧化鋁、氟化鎂、SOG、Polymer中的至少一種材 料制備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其特征在于所述 的透明絕緣層的制備材料為氮化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其特征在于所述 的透明絕緣層相對于第一透明導電氧化物層內(nèi)縮的尺寸小于20微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其特征在于所述 的第二透明導電氧化物層選用氧化銦、氧化錫、氧化銦錫、氧化鋅中的至少一種材料制備。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其特征在于所述 的P電極處于第二透明導電氧化物層的中央局部區(qū)域。
全文摘要
具有夾心式電流阻擋結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，包括藍寶石襯底及在其上外延有由n-GaN層、有源層和p-GaN層構(gòu)成的發(fā)光外延層；第一透明導電氧化物層形成于p-GaN之上；透明絕緣層定位于第一透明導電氧化物層上且相對其內(nèi)縮1～50微米；第二透明導電氧化物層覆蓋透明絕緣層并且相對其向外擴展與第一透明導電氧化物層電學連接；p電極與第二透明導電氧化物層連接；n電極與n-GaN層連接。透明絕緣層的“內(nèi)縮”定位，使第一透明導電氧化物層中的電流傳輸方式為“由外向內(nèi)”具有一定電阻的橫向傳輸，因此電流注入更多地分布于芯片的外環(huán)區(qū)域并使該區(qū)域的發(fā)光遠大于芯片中央?yún)^(qū)域，芯片外環(huán)區(qū)域的光子側(cè)面取出概率較高，取光效率得已提高。
文檔編號H01L33/14GK102074629SQ20101059065
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者吳志強, 林科闖, 潘群峰, 黃少華 申請人:廈門市三安光電科技有限公司