本发明专利技术提供一种发光二极管(LED)及其制备方法。该LED包括：导电n型区(2)，所述导电n型区(2)形成在基板(1)上；有源区(3)，所述有源区(3)形成在所述n型区(2)上；第一p型区(4)，所述第一p型区(4)形成在所述有源区(3)上；多个纳米结构体(5)，所述多个纳米结构体(5)形成在所述第一p型区(4)上以进行从所述有源区(3)的光提取，所述纳米结构体(5)具有小于500nm的直径；第二p型区(6)，所述第二p型区(6)再生长在所述第一p型区(4)上以形成与所述纳米结构体(5)结合的非平面表面；以及p型电极(7)，所述p型电极(7)形成在所述非平面表面上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发光二极管(LED)器件及其制备方法，并且具体地，涉及为了更高的光提取效率和更低的P电极欧姆接触电阻，带有周期性纳米结构体和再生长P型区以增加接触面积的LED器件结构。
技术介绍
高品质氮化镓系晶体生长的兴起已经导致在一般照明和背光照明应用中的使用发光二极管(LED)代替常规光源如白炽灯泡、卤素灯泡、冷阴极荧光灯(CCFL)和紧凑型荧光灯(CFL)越来越流行。对于这些应用，典型地使用在 450nm发射的氮化铟镓系蓝色LED芯片激发磷光体层以产生白光。尽管在过去10年里已经在优化氮化镓生长和器件结构方面实现了快速进步，但是P电极欧姆接触电阻和光提取效率(LEE)仍是限制这些器件性能的主要障碍。归因于氮化镓的宽带隙性(3. 4eV)和低空穴迁移性(μ H lOcmVVs)，降低p电极接触电阻固有地困难。接触电阻依赖于金属电极与半导体界面之间的接触质量，并且也依赖于接触面积。对于小LED芯片制造商来说，P电极接触电阻尤其有问题，因为LED芯片尺寸典型地仅有 200x600 μ m,并且高的接触电阻是器件插头效率的主要限制。由于氮化镓(η 2. 5)与空气之间的高折射率反差，大部分在有源区中产生的光被限制于并被波导于半导体层内，从而不能逸出至空气中。结果，被波导的光最終被吸收，导致差的LEE。对于常规平面LED芯片光提取效率典型地仅为 25-30%。已经使用多种方法増加LEE，例如表面粗糙化、光子晶体、芯片反转、芯片修整和图案化蓝宝石基板。作为提取部件使用图案化蓝宝石基板是用于提高常规蓝色LED芯片中的LEE的一般方法，它带来 60%的LEE值(Yamada等，日本应用物理杂志(Japanese Journal of AppliedPhysics)，第41卷，L1431-1433，(2002))。然而，图案化蓝宝石基板上的生长并不容易，并且在较大晶片(例如，6英寸)上均匀性尤其成为问题。通常，优选将提取部件放置得尽可能离有源区近，以获得最佳的LEE。Matioli等采用嵌入式空气隙光子晶体结构，并且在未包封时获得 73%的提取效率而在包封时获得94%的提取效率。Horng 等报道了使用粗糙化ITO层以增加LEE，但将提取部件远离( 500nm)有源区设置，从而降低了光提取效率。此外，粗糙化表面在大規模生产中通常难以控制。如US 5，955，749 (J. Joannopoulos 等，1999 年 9 月21 日出版)所述，图 I 是介电常数ニ维周期性变化的结构体512的示意图，其用于增加LEE。在以上给出的实例中，在P型GaAs 506层中通过蚀刻形成周期性结构体512以增加LEE。尽管该结构体带来增加的LEE，但是归因于由干法刻蚀过程引起的对P层的蚀刻损坏，它也导致横向电流散布电阻和 P电极欧姆接触电阻增加。图2 是US 2010/0059779Al(D.Chen 等，2010年 3 月 11 日出版)中描述的 LED 器件结构体的实施方案。介电层602被嵌入到有源区108附近区域内，以增加LEE。P型层610再生长于嵌入的介电层602上方以将表面平面化。尽管用该结构体可以增加LEE，但是因为P电极接触面积与常规平面LED相同，P接触电阻将保持为高。图3 显示在 US 2008/0279242A1 (D. Bour, 2008 年 11 月 13 日出版)中公开的 LED器件结构体50。使用再生长方法将SiO2结构体58嵌入至pGaN区59中。将最終的器件结构体平面化。与之前的实例类似，因为电极接触面积与常规平面LED相同，P接触电阻将保持为高。图4是US 7，244，957B2 (N. Nakajo等，2007年7月17日出版)中公开的LED器件结构体300。通过经由ITO层蚀刻或通过图案化SiO2层在P表面上形成由GaN材料组成的 微米尺度的光投射区150，以增加光提取效率。电流散布可能成为微米尺度结构体带有的问题，并且将光提取部件放置地进ー步远离有源区，从而降低了其效率。图5是US 6，091, 085 (S. Lester, 2000年7月18日出版)中公开的LED器件的实施方案。使用常规光刻技术，作为增加光提取效率的方式，在图案化的SiO2层上再生长GaN以形成的光投射区24。 因此，在本领域中需要LED器件具有好的光提取效率，并且还需要改善P电极接触电阻。本专利技术的ー个目的是提供一种LED，其具有好的光提取效率，并且同时增加P电极接触面积，从而改善欧姆接触电阻。这两个特征对于实现高效率氮化物LED都是关键因素的。
技术实现思路
本专利技术提供一种带有良好光提取和用于降低接触电阻的増加的电极面积的LED器件结构体。本专利技术包括周期性纳米图案化表面上的再生长PGaN区。进行该再生长过程以使得表面不被平面化，从而产生P电极接触面积上的増加。本专利技术的ー个方面是关于由纳米结构体，优选在直径上小于500nm的纳米结构体组成的LED结构体。选择这些尺寸以使得电流散布可以在纳米结构体下方发生。如果电流散布不在纳米结构体下方发生，则有源LED面积显著减小，导致在特定驱动电流下电流密度増大，并且归因于氮化物蓝色LED中的‘效率下降’效应(參见，例如，应用物理通讯(Applied Physics Letters),第91卷，第18期，第183507页)而减小。之后在纳米结构体表面上进行再生长步骤，以使得表面不被平面化，而是允许形成间隙/空隙，从而增加对于P电极的表面接触面积。通过在本文中使用的“再生长的(regrown)”或“再生长(regrowth) ”,其意指p型区生长在其上已经形成纳米结构体的下方P型区上，同时优选仅部分地覆盖所述纳米结构体。在本专利技术的ー个方面中，再生长步骤通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)使用横向过生长技术如横向外延过生长(ELOG)进行。在本专利技术的另ー个方面中，再生长步骤通过分子束外延进行，并且该方法将引起在没有纳米结构体的区域上形成单晶材料，并在带有纳米结构体的区域上形成无定形材料。根据本专利技术的另ー个方面，作为使用等离子体效应增加光提取的方式，在周期性纳米结构体的顶部形成金属层如Ag、Al或Au。根据本专利技术的另ー个方面，提供ー种发光二极管(LED)，所述发光二极管(LED)包括导电η型区，所述导电η型区形成在基板上；有源区，所述有源区形成在所述η型区上；第一 P型区，所述第一 P型区形成在所述有源区上；多个纳米结构体，所述多个纳米结构体形成在所述第一 P型区上以进行从所述有源区的光提取，所述纳米结构体具有小于500nm的直径；第二 P型区，所述第二 P型区再生长在所述第一 P型区上，所述第二 P型区用于形成与所述纳米结构体结合的非平面表面；以及P型电极，所述P型电极形成在所述非平面表面上。根据本专利技术的另ー个方面，所述第二 P型区包括与所述纳米结构体邻接的升高的侧壁。根据另ー个方面，所述侧壁包括部分地延伸至所述纳米结构体的上表面上的横向过生长区。根据另ー个方面，所述纳米结构体的形状是正方形、圆形、三角形或它们的组合中 的至少ー种。根据再另ー个方面，所述LED还包括形成在每个所述纳米结构体上方以获得等离子体效应的金属层。根据再另ー个方面，所述纳米结构体具有小于400nm的直本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟新，阿利斯代尔·保罗·科德，瓦莱里·贝里曼博斯奎特，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：
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