专利名称：一种具有高光提取窗口的垂直结构型发光二极管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体光电子器件领域，具体涉及一种具有低接触电阻、高光提取窗口层的垂直结构型氮化镓GaN基发光二极管。
背景技术：
氮化镓GaN、氧化锌ZnO以其优异性能在节能、高效、寿命长等优势光源LED方面有着不可替代的作用。常规结构的氮化镓GaN基LED目前已经取得了很大的进展，但仍存在一些关键问题没有解决。问题一如附图I所示，PN两个电极在同侧，电流积聚效应明显，会发现电流都集中在电极的下面，由于电极本身的阻挡，使得电极下面发出的光被电极本身吸收或者被电极反射出去，严重导致了出光效率的降低，同时也会导致电压变高的问题。
问题二 如附图2所示，传统的LED由于窗口层薄，有源区产生的光大部分通过上表面发射出去，由于窗口层薄，侧面的出光很少，使得光提取效率变低。目前为了解决上述两个问题，国内外均提出了各种各样的解决方案。例如，针对电流集聚效应的问题，有人提出了在附图I的P电极下面增加电流阻挡层的方法。如图3所示，增加的电流阻挡层能够使得电极下面没有电流流过，其有源区不会产生光子，也不存在电极阻挡光子的现象，同时也使得电流发生了扩展。但是在N区电流仍然存在很大的电流积聚，使得发光二极管的工作电压升高。对于提高侧向出光的研究，有人提出通过增加窗口层厚度或者改变窗口层的几何形状来提高侧向出光率，从而获得较高的光提取效率。但由于窗口层的增加使得串联电阻也增加，从而增加了发光二极管的工作电压。因此，这些研究都只是有效地解决了单一的问题，在应用中受到一定的限制。
实用新型内容本实用新型的目的在于实用新型一种具有低接触电阻、高光提取窗口层的垂直结构型氮化镓GaN基发光二极管，以达到同时解决上述的两个问题的目的，从而使氮化镓GaN基发光二极管同时具有低工作电压和高光提取效率的特点。本实用新型采用的技术方案如下—种具有高光提取窗口的垂直结构型发光二极管包括上侧电极、高光提取的窗口层结构、接触层、上侧限制层、多量子阱有源区、下侧电极、以及下侧限制层；上侧电极、高光提取的窗口层结构、上侧限制层、多量子阱有源区、下侧限制层、接触层、下侧电极自上而下依次垂直连接；所述的高光提取的窗口层结构由半导体窗口层与接触层垂直连接构成；所述的高光提取的窗口层结构中的半导体窗口层与上侧电极垂直连接，所述的高光提取的窗口层结构中的接触层与上侧限制层垂直连接；多量子阱有源区两侧的上侧电极与下侧电极的极性不同；多量子阱有源区一侧的上侧电极的极性、高光提取的窗口层结构的极性以及上侧限制层的极性相同，多量子阱有源区另一侧的下侧限制层的极性、接触层的极性以及下侧电极的极性相同。所述的高光提取的窗口层结构中的半导体窗口层所用的材料是透明导电的材料。[0007]所述的高光提取的窗口层结构中的半导体窗口层的厚度大于或等于1000A。上述半导体窗口层可以是N型氧化锌N-ZnO、N型磷化镓N-GaP等，半导体窗口层可以是倒梯形形状，可以是柱体形状等；所述的接触层可以是铟镓氮InGaN半导体层、超晶格结构，或者氮化镓GaN半导体层等。所述垂直结构型氮化镓GaN基发光二极管，可以是剥离蓝宝石衬底后形成，也可以是在导电衬底上处延生长而成。如图4所示，本实用新型因为采用的是垂直的结构，电流扩展以后，会使得电压有很明显的降低。此外，在本实用新型中采用厚的半导体窗口层，因此在发光时可以使得侧面出光增强，从而提闻光提取效率。
附图I为常规的氮化镓GaN基发光二极管电流集聚效应示意图IlN 电极12P 电极13薄的窗口层14P型氮化镓GaN半导体层15量子阱有源区16N型氮化镓GaN半导体层17蓝宝石衬底图中箭头所表示的是电流的方向，疏密程度表示电流密度。附图2为常规薄窗口层氮化镓GaN基发光二极管出光示意图21薄的窗口层22P型氮化镓GaN半导体层23量子阱有源区24N型氮化镓GaN半导体层25蓝宝石衬底图中的圆锥表不光从上表面出去的区域。附图3为增加电流阻挡层的常规的氮化镓GaN基发光二极管示意图3IP 电极32N 电极33薄的窗口层34电流限制层35P型氮化镓GaN半导体层36量子阱有源区37N型氮化镓GaN半导体层38蓝宝石衬底附图4实施例一的垂直结构型发光二极管示意图4IN 电极42半导体窗口层43N型接触层[0039]44N型氮化镓GaN半导体限制层45多量子阱有源区46P型氮化镓GaN半导体限制层47P型氮化镓GaN接触层48P 电极箭头表示出光的方向附图5实施例二的垂直结构型发光二极管示意图5IP 电极 52半导体窗口层53P型接触层54P型氮化镓GaN半导体限制层55多量子阱有源区56N型氮化镓GaN半导体限制层57N型氮化镓GaN接触层58N 电极
具体实施方案实施例I :如附图4所示，垂直结构型发光二极管的结构为N电极，N型半导体窗口层，N型接触层，N型氮化镓GaN半导体限制层，多量子阱有源区，P型氮化镓GaN半导体限制层、P型氮化镓GaN接触层和P电极自上而下依次垂直连接。以下对图例进行说明N电极为上侧电极，N型半导体窗口层和N型接触层垂直连接构成高光提取的窗口层结构，其中N型半导体窗口层为高光提取的窗口层结构中的半导体窗口层、N型接触层为高光提取的窗口层结构中的接触层，N型氮化镓GaN半导体限制层为上侧限制层、P型氮化镓GaN半导体限制层为下侧限制层、P型氮化镓GaN接触层为接触层、P电极为下侧电极。其中N型半导体窗口层是N型氧化锌ZnO或者磷化镓GaP等透明导电的物质，半导体窗口层的厚度为ιοοοΑ 或者大于mooA，本实施例中半导体窗口层的形状是倒梯形，也可以是圆柱形，或者立方体；N型接触层是N型铟镓氮InGaN半导体层或者超晶格结构SPS ；其制备过程的方法如下I.激光剥离技术(LLO)或磨抛刻蚀去掉衬底，使得LED变成垂直的结构；2.在去掉蓝宝石衬的氮化镓GaN外延片上外延一层N型接触层，N型接触层可以是N型铟镓氮InGaN半导体层或者超晶格结构SPS ；3.将去掉蓝宝石衬底的氮化镓GaN外延片和N型半导体窗口层(其厚度为ΙΟΟΟΑ)的表面进行清洗处理；4.将去掉蓝宝石衬底的氮化镓GaN外延片和N型半导体窗口层在甲醇中接触结合，放入键合夹具压紧；5.对半导体窗口层和去掉蓝宝石衬底的氮化镓GaN外延片施加压力，半导体窗口层和去掉蓝宝石衬底的氮化镓GaN外延片连同夹具一起在氮气N2环境中退火；[0065]6.制备P电极7.腐蚀N型半导体窗口层为倒梯形的形状8.沉积氧化铟锡ITO作为N电极的电流扩展层，制备N电极。实施例2 如附图5所示，垂直结构型发光二极管的结构为P电极，P型半导体窗口层，P型接触层，P型氮化镓GaN半导体限制层，多量子阱有源区，N型氮化镓GaN半导体限制层、N型氮化镓GaN接触层和N电极自上而下依次垂直连接。其中P型半导体窗口层和P型接触层垂直连接构成高光提取的窗口层结构。以下对图例进行说明P电极为上侧电极，P型半导体窗口层和P型接触层垂直连接构成高光提取的窗口层结构，其中P型半导体窗口层为高光提取的窗口层结构中的半导体窗口层、P型接触层为高光提取的窗口层结构中的接触层，P型氮化镓GaN半导体限制层为上侧限制层，N型氮化镓GaN半导体限制层为下侧限制层，N型氮化镓GaN接触层为接触层、N电极为下侧电极其中P型半导体窗口层可以是P型氧化锌ZnO，或者P型磷化镓GaP等透明导电的物质，本实施例中半导体窗口层的厚度为1500A,也可以是大于ιοοοΑ的其他值，其形状为圆柱形，也可以是倒梯形或者长方形。P型接触层是P型氮化镓GaN半导体层，或者超晶格·结构SPS ；其制备过程的方法如下I.将蓝宝石衬底的氮化镓GaN外延片和半导体窗口层的表面进行清洗处理；2.两晶片在甲醇中接触结合，放入键合夹具压紧；3.对半导体窗口层/GaN晶片施加压力，半导体窗口层/GaN晶片连同夹具一起在氮气N2环境中退火；4.激光剥离(LLO)或磨抛刻蚀去掉衬底，使得LED变成垂直的结构。5.腐蚀半导体窗口层为圆柱形的形状，并且腐蚀半导体窗口层的厚度为1500 A;6.制备P电极；7.沉积氧化铟锡ITO作为N电极的电流扩展层，制备N电极。
权利要求1.一种具有高光提取窗口的垂直结构型发光二极管包括上侧电极、高光提取的窗口层结构、接触层、上侧限制层、多量子阱有源区、下侧电极、以及下侧限制层；上侧电极、高光提取的窗口层结构、上侧限制层、多量子阱有源区、下侧限制层、接触层、下侧电极自上而下依次垂直连接；所述的高光提取的窗口层结构由半导体窗口层与接触层垂直连接构成；所述的高光提取的窗口层结构中的半导体窗口层与上侧电极垂直连接，所述的高光提取的窗口层结构中的接触层与上侧限制层垂直连接；多量子阱有源区两侧的上侧电极与下侧电极的极性不同；多量子阱有源区一侧的上侧电极的极性、高光提取的窗口层结构的极性以及上侧限制层的极性相同，多量子阱有源区另一侧的下侧限制层的极性、接触层的极性以及下侧电极的极性相同。
2.根据权利要求I所述的一种具有高光提取窗口层的垂直结构型发光二极管，其特征在于所述的高光提取的窗口层结构中的半导体窗口层所用的材料是透明导电的材料。
3.如权利要求I所述的一种具有高光提取窗口层的垂直结构型发光二极管，其特征应在于所述的高光提取的窗口层结构中的半导体窗口层的厚度大于或等于ιοοοΑ。
专利摘要本实用新型涉及半导体光电子器件领域，具体涉及一种具有高光提取窗口的垂直结构型发光二极管。本实用新型包括上侧电极，高光提取的窗口层结构，接触层，上侧半导体限制层，多量子阱有源区，下侧电极，以及下侧半导体限制层；上侧电极，高光提取的窗口层结构，上侧半导体限制层，多量子阱有源区，下侧半导体限制层，接触层，下侧电极自上而下依次垂直连接；所述的高光提取的窗口层结构由半导体窗口层与接触层垂直连接构成。本实用新型通过采用垂直结构以及采用厚的半导体窗口层使GaN基发光二极管同时具有低工作电压和高光提取效率的特点。
文档编号H01L33/02GK202695520SQ20112053103
公开日2013年1月23日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者朱彦旭, 刘建朋, 李翠轻, 曹伟伟, 丁艳 申请人:北京工业大学