具有均匀电极电场分布的发光二极管制造技术

本实用新型专利技术为一种具有均匀电极电场分布的发光二极管。该二极管沿着外延生长方向依次包括：衬底、缓冲层、N‑型半导体传输层、多量子阱层、P‑型半导体传输层、P‑型重掺杂半导体传输层、电流扩展层；所述的N‑型半导体传输层部分暴露，暴露的N‑型半导体传输层上分布有N‑型欧姆电极；电流扩展层上分布有绝缘体层，绝缘体层上覆盖有P‑型欧姆电极；所述的绝缘层上图形化分布有大小相同的孔洞；所述的P‑型欧姆电极分为两部分，下部分布有与绝缘层上的孔洞匹配的柱状图形化电极，上部为整体层状结构，覆盖在绝缘层上。本实用新型专利技术的结构改善了电极电场分布，并解决了电极电场分布均匀之后进而改善电流拥挤问题。

Light Emitting Diodes with Uniform Electrode Field Distribution

The utility model relates to a light emitting diode with uniform electric field distribution of electrodes. The diode along the epitaxy growth direction includes: substrate, buffer layer, N type semiconductor transmission layer, multi-quantum well layer, P type semiconductor transmission layer, P type heavily doped semiconductor transmission layer and current spreading layer; the N type semiconductor transmission layer is partially exposed, and the exposed N type semiconductor transmission layer is distributed with N type ohmic electrodes; and the current spreading layer is absolutely distributed. The edge layer is covered with P_type ohmic electrodes; the graphical distribution of holes on the insulating layer is the same size; the P_type ohmic electrodes are divided into two parts, the lower part is covered with a columnar graphical electrodes matching the holes on the insulating layer, and the upper part is an integral layer structure, covering the insulating layer. The structure of the utility model improves the electric field distribution of the electrode, and solves the problem of current congestion after the electric field distribution of the electrode is uniform.

【技术实现步骤摘要】
具有均匀电极电场分布的发光二极管
本技术涉及发光二极管半导体
，具体地说是一种具有均匀电极电场分布的发光二极管器件。
技术介绍
宽禁带半导体材料(禁带宽度大于或等于2.3eV)被称为第三代半导体材料，主要包括SiC、GaN等。和第一代、第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度，更高的击穿电场、热导率和更大的电子漂移饱和速度的特点。这些特性让氮化物LED发光二极管近年来在蓝光、绿光和紫外波段的光电子器件方面得到了快速的发展，并在照明探测、医学光疗、杀菌消毒、化学催化等领域上均有广泛的应用。然而，尽管氮化物LED发光二极管的亮度在不断增加，但与传统的照明系统相比，其光输出功率和光电转换效率仍然很低。造成这个问题的其中一个重要原因是传统的P-型欧姆电极的设置：一方面，在传统的LED发光二极管结构中，P-型欧姆电极位于光路的中间，一部分通过的光会被P-型欧姆电极吸收而造成不可避免的光损失。另一方面，P-型欧姆电极的边缘电场比其内部电场小许多，电场的分布不均匀导致电极边缘积聚大量的空穴，使LED发光二极管局部区域具有高电流浓度，产生低辐射复合率和电流拥挤的问题，使LED发光二极管的效率大大降低，同时由于电流拥挤造成的局部高温区域会严重影响器件的性能和使用寿命。因此均匀的电极电场分布对改善LED发光二极管性能具有重要的意义。研究人员为改善电极电场分布的不均匀造成的电流拥挤而改造了LED发光二极管的器件结构，大都从电流的角度上进行改造，比如采用放置于电极正下方电流扩展层和P-型传输层之间的纳米SiO2电子阻挡层结构，SiO2结构改变了部分电流的流动路径，因此缓解了电流拥挤，提高了器件的输出功率(Chun-FuTsai,Yan-KuinSu,etal.ImprovementintheLightOutputPowerofGaN-BasedLight-EmittingDiodesbyNatural-ClusterSiliconDioxideNanoparticlesastheCurrent-BlockingLayer[J].IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS,VOL.21,NO.14,JULY15,(2009))；另外，提出一种钯材料的图形化P型欧姆接触结构的LED，钯嵌入在Al电极中，这种图形化结构减少了接触层的光吸收，同时电流在纳米钯之间流动，使电流更加均匀的注入的器件中，同时，部分光在图形化钯结构之间的区域传播将被Al电极反射回出光面，从而提高光输出和器件性能(N.Lobo,H.Rodriguez,etal.Enhancementoflightextractioninultravioletlight-emittingdiodesusingnanopixelcontactdesignwithAlreflector[J].APPLIEDPHYSICSLETTERS96,081109(2010))。上述两种结构虽然在一定程度上减缓了电流拥挤效应，但对于电极电场分布的影响并没有提及。对于第一种SiO2电子阻挡层结构，SiO2结构位于电流扩展层和P-型传输层之间来改善电流分布，此种结构对电极边缘电场改善没有明显作用；对于第二种采用钯材料的P极欧姆接触层结构，钯属于贵金属，金属嵌入在金属电极中对电极边缘电场改善没有效果，而且额外的贵金属材料也增加了制作成本。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：提供具有均匀电极电场分布的发光二极管器件，通过在金属电极底部嵌入绝缘体，使P型金属欧姆电极接触图形化，由于图形化的P型欧姆接触处金属电极之间的电场相互抵消，使得P-型欧姆电极边缘部位原本存在的较高电场得以削弱，从而减缓了该部位的电流拥挤现象；同时图形化欧姆接触电极也能增加光的散射效果，从而提高了发光二极管的发光效率。本技术的结构改善了电极电场分布，并解决了电极电场分布均匀之后进而改善电流拥挤问题，比当前技术中的两种器件结构上差异很大且性能上更胜一筹；另外，由于电流分布的更加均匀，有利于缓解发光二极管的局部高温现象，延长器件的使用寿命。本技术的技术方案是：一种具有均匀电极电场分布的发光二极管，该二极管沿着外延生长方向依次包括：衬底、缓冲层、N-型半导体传输层、多量子阱层、P-型半导体传输层、P-型重掺杂半导体传输层、电流扩展层；所述的N-型半导体传输层部分暴露，暴露的N-型半导体传输层上分布有N-型欧姆电极；电流扩展层上分布有绝缘体层，绝缘体层上覆盖有P-型欧姆电极；所述的绝缘层上图形化分布有孔洞；所述的P-型欧姆电极分为两部分，下部分布有与绝缘层上的孔洞匹配的柱状图形化电极，上部为整体层状结构，覆盖在绝缘层上；所述的绝缘层上的孔洞的图形化分布具体为中心对称、非中心对称或随机分布的不规则图形；孔洞所占面积为绝缘层面积的50～99％；绝缘层的边缘有孔洞，边缘孔洞的数量为全部孔洞数量的1～100％；所述的图形优选为圆形、圆弧形、圆环、椭圆形或者边缘圆滑的图形；所述的绝缘层上的孔洞的形状优选为圆形、椭圆形，相邻两个孔洞之间的间距为1～2000nm；所述的绝缘层上图形化分布有的孔洞优选为大小相同；所述的P-型欧姆电极的整体形状优选为圆形(投影形状与绝缘层相同，并覆盖其上)，整体的半径为10μm～150μm，上部整体层状部分的厚度为1～1000nm；所述的N-型半导体传输层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，其中，应保证各组分系数0≤x1≤1,0≤y1≤1，1≥1-x1-y1≥0，厚度为1～5μm；暴露部分面积所占整体的1％～20％；所述的衬底的材质为蓝宝石、SiC、Si、AlN、GaN或石英玻璃，厚度为50nm～10μm；所述的缓冲层的材质为Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，式中各元素的组分x2、y2和1-x2-y2均介于0和1之间，厚度为10～50nm；所述的多量子阱层的材质为Alx3Iny3Ga1-x3-y3N/Alx4Iny4Ga1-x4-y4N，式中各元素的组分x3、x4、y3、y4、1-x3-y3和1-x4-y4均介于0和1之间，量子垒Alx3Iny3Ga1-x3-y3N的厚度为5～50nm，量子阱Alx4Iny4Ga1-x4-y4N的厚度为1～15nm，且量子垒Alx3Iny3Ga1-x3-y3N的禁带宽度大于量子阱Alx4Iny4Ga1-x4-y4N的禁带宽度；所述的P-型半导体传输层的材质为Alx5Iny5Ga1-x5-y5N，式中各元素的组分x5、y5和1-x5-y5均介于0和1之间，厚度为50～500nm；所述的P-型重掺杂半导体传输层的材质为Alx7Iny7Ga1-x7-y7N，其中，应保证各组分系数0≤x7≤1,0≤y7≤1，1≥1-x7-y7≥0，材料掺杂为P型重掺杂，厚度为10～50nm；所述的电流扩展层的材质为ITO、Ni/Au、氧化锌、石墨烯、铝或金属纳米线，厚度为10～500nm；所述P型欧姆电极的材质为P-型欧姆电极Ni/Au、Cr/Au、Pt/Au或Ni/Al，厚度为1～3000nm；所述N型欧姆电极的材质为N-型欧姆电极Al/Au、Cr/Au或Ti/Al/Ti/Au，厚度为1～3000nm，其面积为N-型半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有均匀电极电场分布的发光二极管，其特征为该二极管沿着外延生长方向依次包括：衬底、缓冲层、N‑型半导体传输层、多量子阱层、P‑型半导体传输层、P‑型重掺杂半导体传输层、电流扩展层；所述的N‑型半导体传输层部分暴露，暴露的N‑型半导体传输层上分布有N‑型欧姆电极；电流扩展层上分布有绝缘体层，绝缘体层上覆盖有P‑型欧姆电极；所述的绝缘体层上图形化分布有孔洞；所述的P‑型欧姆电极分为两部分，下部分布有与绝缘体层上的孔洞匹配的柱状图形化电极，上部为整体层状结构，覆盖在绝缘体层上；所述的绝缘体层上的孔洞的图形化分布具体为中心对称、非中心对称或随机分布的不规则图形；孔洞所占面积为绝缘体层面积的50~99%；绝缘体层的边缘有孔洞，边缘孔洞的数量为全部孔洞数量的1~100%；所述的图形为圆形、圆弧形、圆环、椭圆形或者边缘圆滑的图形。

【技术特征摘要】
1.一种具有均匀电极电场分布的发光二极管，其特征为该二极管沿着外延生长方向依次包括：衬底、缓冲层、N-型半导体传输层、多量子阱层、P-型半导体传输层、P-型重掺杂半导体传输层、电流扩展层；所述的N-型半导体传输层部分暴露，暴露的N-型半导体传输层上分布有N-型欧姆电极；电流扩展层上分布有绝缘体层，绝缘体层上覆盖有P-型欧姆电极；所述的绝缘体层上图形化分布有孔洞；所述的P-型欧姆电极分为两部分，下部分布有与绝缘体层上的孔洞匹配的柱状图形化电极，上部为整体层状结构，覆盖在绝缘体层上；所述的绝缘体层上的孔洞的图形化分布具体为中心对称、非中心对称或随机分布的不规则图形；孔洞所占面积为绝缘体层面积的50~99%；绝缘体层的边缘有孔洞，边缘孔洞的数量为全部孔洞数量的1~100%；所述的图形为圆形、圆弧形、圆环、椭圆形或者边缘圆滑的图形。2.如权利要求1所述的具有均匀电极电场分布的发光二极管，其特征为所述的绝缘体层上的孔洞的形状为圆形、椭圆形，相邻两个孔洞之间的间距为1～2000nm。3.如权利要求1所述的具有均匀电极电场分布的发光二极管，其特征为所述的绝缘体层上图形化分布有的孔洞大小相同。4.如权利要求1所述的具有均匀电极电场分布的发光二极管，其特征为所述的P-型欧姆电极的整体形状为圆形，其投影形状与绝缘体层相同，并覆盖其上；整体的半径为10μm~150μm，上部整体层状部分的厚度为1~1000nm。5.如权利要求1所述的具有均匀电极电场分布的发光二极管，其特征为所述P-型欧姆电极的材质为Ni/Au、Cr/Au、Pt/Au或Ni/Al，厚度为1~3000nm。6.如权利要求1所述的具有均匀电极电场分布的发光二极管，其特征为所述N-型欧姆电极的材质为Al/Au、Cr/Au或Ti/Al/Ti/Au，厚度为1~3000nm，其面积为N-型半导体传输层暴露部分面积...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇辉，郑羽欣，车佳漭，张紫辉，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津,12