[发明专利]分布式布拉格反射与小面积金属接触复合三维电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极，尤其是涉及一种适用于发光二极管（LED）的分布式布拉格反射与小面积金属接触复合三维电极。

背景技术

当前，面对全球不可再生资源濒临枯竭的现状，节约能源已成为21世纪的核心课题。照明在世界能源总消耗中举足轻重，因此，新一代节能光源的研究受到了越来越多的关注。发光二极管（LED）作为新型高效的固态光源，具有长寿命、节能环保、色彩丰富等显著优点，成为了继白炽灯和荧光灯之后的理想的第三代光源。近年来，随着半导体制造技术的不断发展，大功率发光二极管在交通、照明、军事等领域的应用日益广泛。

然而，对于大功率发光二极管而言，其金属电极与半导体基底的接触面积也相应增大，这使得部分LED发出的光被电极所遮挡并吸收，造成光输出功率严重损失，从而制约了LED出光效率的进一步提高。于是，人们针对LED出光效率低的问题，从器件结构方面提出了具体的解决方案，如制作倒装芯片结构、阵列结构电极等（1、Chih-Feng Lu et.al.，“InGaN/GaN quantum well interconnected microdisk light emitting diodes”,Applied Physics Letters,77(2000)3236；2、Chih-Feng Lu et.al.,“Reduction in the efficiency droop effect of a light-emitting diode through surface plasmon coupling”,Applied Physics Letters,96(2010)261104.）。在倒装芯片结构中，利用蓝宝石衬底面为出光窗口，从而减少电极对光的遮挡，使得发光效率有所提高；但其以牺牲蓝宝石一侧电流扩展均匀性和另一侧GaN面的出射光为代价。在阵列电极结构中，通过合理设计阵列分布，可以有效地减少金属与半导体基底的相对接触面积，改善电流扩展的均匀性，但是GaN面对光的吸收仍然严重。

因此，如何提高大功率发光二极管的出光效率，并改善其横向电流扩展的均匀性，已成为现今发光二极管研究领域内亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种可抑制发光二极管金属电极吸收光较强的负面效应，改善发光二极管横向电流扩展均匀性的分布式布拉格反射与小面积金属接触复合三维电极。

本发明设有分布式布拉格反射（DBR）结构、小面积金属欧姆接触阵列和半导体基底；所述分布式布拉格反射（DBR）结构设在半导体基底上，所述分布式布拉格反射（DBR）结构为多层介质，所述多层介质由至少1层高折射率介质层和至少1层低折射率介质层交替组成的膜堆；所述小面积金属欧姆接触阵列与分布式布拉格反射（DBR）结构复合并贯穿分布式布拉格反射（DBR）结构再与半导体基底欧姆接触并形成复合三维电极。

所述多层介质可设有20个周期的GaN/AlN多层介质膜和10个周期的HfO₂/SiO₂多层介质膜结构，可测得该DBR结构的反射率高达98%。

所述小面积金属欧姆接触阵列可通过沉积一层金属薄膜彼此互连，金属薄膜与电极阵列紧密接触，有助于电流的均匀扩散，改善器件的性能。所述金属薄膜可采用Au膜或Ag膜等。

本发明为分布式布拉格反射与小面积金属接触复合三维电极，即分布式布拉格反射（DBR）结构与小面积金属欧姆接触阵列复合成的半导体光电子器件的三维电极。

所述多层膜堆的每层材料的光学厚度为LED有源区发光波长的四分之一，从而形成了针对LED发光波段的高反射镜，能够将射向三维电极的光反射回去，进而最大限度地消除金属扩展层对光的吸收。

分布式布拉格反射（DBR）结构的主要特性在于其设计波长的最高反射率和反射带宽。反射率会随着薄膜周期数的增加而增大，理论上能够接近100%；而反射带宽则取决于不同材料的折射率差值，差值越大带宽越宽，此外薄膜周期数增加也会使得反射带带边更为陡峭。最常应用于GaN基蓝光LED和深紫外LED的DBR结构是GaN/AlN、Al_xGa_1-xN/AlN或者HfO₂/SiO₂材料。本发明生长20个周期的GaN/AlN多层膜和10个周期的HfO₂/SiO₂多层介质膜结构，可测得该DBR结构的反射率高达98%。