[发明专利]一种新型半导体发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体发光二极管。

背景技术

半导体发光二极管(Light Emitting Diode，以下简称LED)是一种半导体发光器件，利用氮化镓系列化合物发光材料，在正向电压下引起光子复合而发光。LED直接发出白色和各种彩光，其发光过程包括正向偏压下的载流子注入、复合辐射发光和光能的有效提取。

然而，目前主流的LED设计均采用N型和P型电极分处在LED左右两端的刻蚀台阶结构(Mesa-etch structure)，其电子注入和扩散受到限制，导致LED发光效率降低，发光亮度不均匀(如图1所示)。在高电流密度注入条件下，靠近N型电极的区域容易出现电流拥塞，导致局部温度过高甚至整个LED器件失效。

为解决电流拥塞问题，2008年固体物理现状通讯杂志(Physica StatusSolidi C)第6期里，德国厄姆大学的Hertkorn等人提出了一种新型外延层结构，使用氮化镓，氮化铝和氮化铝镓化合物半导体的超晶格结构(superlattice)，以及该结构特有的二维电子气聚集效应来增强N型层的横向电流扩散。但是，由于引入电阻率较大，不易掺杂的氮化铝外延层，该结构将增加LED装置的垂直方向电阻，增加正向电压并降低效率和可靠性。

发明内容

为了克服现有的LED器件的缺陷，本发明提供一种出光均匀、发光效率高、电极可靠的新型半导体发光二极管，解决了LED器件电流拥塞问题，同时解决了因LED的P型电极遮光效应引起的出光量减少和电极可靠性降低等问题。

本发明所采用的具体技术方案为：一种新型半导体发光二极管，包括依次复合的衬底、缓冲层、N型层、有源层、电子阻挡层、P型层，P型接触金属层，其中在P型接触金属层表面，向衬底方法通过刻蚀等方法至少形成一个槽深至N型层的凹槽，所述凹槽的四周侧壁设有绝缘层，还设有N型接触金属层，所述N型接触金属层通过绝缘层间隔复合在P型接触金属层表面，并随凹槽向N型层延伸至两者直接接触连接。

本发明通过刻蚀穿透P型层、电子阻挡层、有源层等，将N型层材料直接暴露于P型材料一侧，并在暴露区域覆盖N型接触金属和电极，从而增强N型层中的横向电流扩散，同时P型金属覆盖整个P型半导体层，LED从衬底表面出光。通过上述改进：本发明可大幅度缩短了电流在LED器件中的横向扩散距离，避免了电流拥塞引起的LED器件电流密度分布不均，使LED器件(特别是芯片面积大于1mm²的LED)出光更加均匀，且根除了P型电极的遮光效应。同时，避免了电流拥塞带来的局部热量集中导致的LED器件散热困难，发光效率和电极可靠性降低等问题。

此外，由于LED出光部分表面不再覆盖金属电极，为后续白光LED制程中的荧光粉(Phosphor)旋涂提供了方便，特别是可直接在衬底表面复合荧光粉层。

本发明中所述有源层包括至少一组由量子位障层和量子井层形成的组合。其中，所述位障层和量子井层的单层厚度在1纳米到100纳米之间。

作为对本发明的进一步研究，所述N型层厚度在100纳米到100微米之间；更进一步表示为所述N型层厚度优选为1微米到100微米之间。

所述电子阻挡层厚度在1纳米到500纳米之间。

所述P型层由氮化物系列化合物半导体制成，其厚度在10纳米至10微米之间。

所述凹槽底面剖面宽度在10纳米到10,000纳米之间。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是典型传统刻蚀台阶型LED结构。

图2是本发明的LED结构图。

其中，11为衬底；12.缓冲层；13.N型层；14.有源层；15.电子阻挡层；16为P型层；17.为荧光粉层；18为量子位障层；19为量子井层；201.N型接触金属层；202.N型厚电极；203.P型接触金属层；204.P型厚电极；205.绝缘层。

具体实施方式