[发明专利]一种具有电流阻挡层的发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有电流阻挡层的发光二极管及其制备方法，属于光电技术领域。

背景技术

GaN材料利用其大的禁带宽度制作的蓝色、绿色、紫外发光器件和光探测器件，具有极大地发展空间和广阔的应用市场。GaN基蓝绿光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。虽然GaN基LED已经产业化，但芯片出光效率低的问题仍没得到很好解决。

其中，影响晶片出光效率的因素主要有以下几方面：

1.晶片PN结的量子结构缺陷，导致部分量子复合为非辐射复合；

2.晶片上必须安装供电流通过的电极，而电极一般由不透光的金属材料制成，影响了部分光线的出射；

3.由光的传播理论，根据折射定律，当入射角大于arc sin(n₁/n₂)时，将发生全反射，光线将不会射出晶片而消耗在晶片内部。(n₁、n₂为材料折射率)。

目前主要的解决出光效率问题的方法如下：

1.改变晶片的几何形状，以改变光线的出射角度来增加光线的射出；

2.采用芯片倒装技术(Flip Chip)；

3.在衬底层上增加反射镜，如金属镜反射、分布式布拉格反射镜(DBR)、ODR介质膜，让光线直接在表面射出，提高发光效率。

电极一般由不透光金属材料制成，直径约70-90μm，在芯片发光面上占据了很大一部分面积，这样使得电极正下方的电流密度非常大，从而大部分光产生于电极下面，加之金属电极对光的吸收、阻挡，严重影响了LED芯片的发光效率，为此业界通常采用引入电流阻挡层的方法来改变电极下的电流积聚。常见的电流阻挡层由一层SiO₂薄膜或者一层接触势垒高的金属构成，如中国专利CN101510580提供了一种具有电流阻挡层的发光二极管制作方法，在透明电极与P型半导体材料层之间，阳极金属焊线层下方的局部位置上，形成有电流阻挡层，利用电流阻挡层减少晶片电极下方的电流积聚，减少电极对光的吸收，此种阻挡层存在以下缺点：1、完全阻挡了电流向焊盘下发光区的注入，不能有效利用电极下的发光区；2、此种电流阻挡层不能有效反射射向电极的光，导致部分光被金属电极吸收。

中国专利CN101969089A提供了一种具有电流阻挡层的发光二极管制作方法，包括：在蓝宝石衬底上形成氮化镓基发光外延层，在外延层上定义电流阻止区，并在阻止区的非掺杂氮化镓基外延层上镀一层金属层做掩膜覆盖整个电流阻止区。采用电化学蚀刻方式将电流阻止区之外的非掺杂氮化镓基外延层去除，并去除掩膜。在P型氮化镓基外延层和非掺杂外延层上制作透明导电层，并在电流阻止区范围内的导电层上制作P电极。

CN 201349018提供了一种电流阻挡层分布于上电极对应的发光二级管制作方法，包括：电流阻挡层的形状与上电极形状相同，位于上电极的正下方，并且电流阻挡层设置在导电增透层或电流扩展层或上限值层或有源区里面，或相邻的两层、三层、四层的里面。

CN201699049U提供了一种双电流阻挡层电流输运结构的薄膜型发光二级管，包括：在上电极下方以及转移衬底上方分别制备上电流阻挡层和下电流阻挡层，且上电流阻挡层和下电流阻挡层在层叠方向的位置相对应，这避免了注入电流产生的光子被电极阻挡和吸收，大大提高了有效电流的比列，同时也增加了电流效率，减少了热的产生。

根据现有公开报道，电流阻挡层能有效扩展电流，提高发光二极管的发光效率。但通常的电流阻挡层只能避免电流进入P区后在电极下方对应区域积聚，忽视了降低电极吸光、提升电极下方对应区域的量子阱发光效率，这些也能有效提升光效，从而改变常规电流阻挡层存在的不足。

发明内容

本发明针对现有GaN基发光二极管外量子效率仍然不高、电极正下方局部位置电流扩展积聚，电极吸光及散热不好等问题，提出一种具有电流阻挡层的发光二极管，本发明还提出一种所述发光二极管的制备方法。

发明概述

本发明涉及一种具有电流阻挡层的发光二极管，所述的电流阻挡层是通过在P电极正下方对应位置生长一层具有反射作用的电流阻挡层，在电流阻挡层内制作圆柱形空洞，并在空洞内填充导电材料，这样能够有效增强LED的发光效率，提高其可靠性。该电流阻挡层既能有效反射发光区射向电极底部位置的光线，又能改善电流积聚、降低芯片散热不良的状况，所述的导电材料为圆柱形ITO导电材料，能避免在电极下方对应位置完全不导电现象的发生，提高发光区发光效率。

名词解释：