[發明專利]一種具有高光提取窗口的垂直結構型發光二極管

無效

• 申請號: 201110425171.5
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102447027A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 朱彥旭;劉建朋;李翠輕;曹偉偉;丁艷
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

發明領域

本發明涉及半導體光電子器件領域，具體涉及一種具有低接觸電阻、高光提取窗口層的垂直結構型GaN基發光二極管。

背景技術

GaN、ZnO以其優異性能在節能、高效、壽命長等優勢光源LED方面有著不可替代的作用。常規結構的GaN基LED目前已經取得了很大的進展，但仍存在一些關鍵問題沒有解決。問題一：如附圖1所示，PN兩個電極在同側，電流積聚效應明顯，會發現電流都集中在電極的下面，由于電極本身的阻擋，使得電極下面發出的光被電極本身吸收或者被電極反射出去，嚴重導致了出光效率的降低，同時也會導致電壓變高的問題。問題二：如附圖2所示，傳統的LED由于窗口層薄，有源區產生的光大部分通過上表面發射出去，由于窗口層薄，側面的出光很少，使得光提取效率變低。

目前為了解決上述兩個問題，國內外均提出了各種各樣的解決方案。例如，針對電流集聚效應的問題，有人提出了在附圖1的P電極下面增加電流阻擋層的方法。如圖3所示，增加的電流阻擋層能夠使得電極下面沒有電流流過，其有源區不會產生光子，也不存在電極阻擋光子的現象，同時也使得電流發生了擴展。但是在N區電流仍然存在很大的電流積聚，使得發光二極管的工作電壓升高。對于提高側向出光的研究，有人提出通過增加窗口層厚度或者改變窗口層的幾何形狀來提高側向出光率，從而獲得較高的光提取效率。但由于窗口層的增加使得串聯電阻也增加，從而增加了發光二級管的工作電壓。因此，這些研究都只是有效地解決了單一的問題，在應用中受到一定的限制。

發明內容

本發明的目的在于發明一種具有低接觸電阻、高光提取窗口層的垂直結構型GaN基發光二極管，以達到同時解決上述的兩個問題的目的，從而使GaN基發光二極管同時具有低工作電壓和高光提取效率的特點。本發明采用的技術方案如下：

一種具有高光提取窗口的垂直結構型發光二極管包括電極，高光提取的窗口層結構，接觸層，限制層，多量子阱有源區；電極，高光提取的窗口層結構，限制層，多量子阱有源區，限制層，接觸層，電極自上而下依次垂直連接；多量子阱有源區兩側的電極極性不同；多量子阱有源區一側的電極，高光提取的窗口層結構以及限制層的極性相同，多量子阱有源區另一側的限制層，接觸層以及電極的極性相同。

高光提取的窗口層結構由半導體窗口層與接觸層垂直連接構成；所述發光二級管中的電極與所述的高光提取的窗口結構中的半導體窗口層垂直連接，所述的高光提取的窗口結構中的接觸層與所述發光二級管中的限制層垂直連接。

半導體窗口層所用的材料是透明導電的材料。

半導體窗口層的厚度大于或等于

上述半導體窗口層可以是N-ZnO、N-GaP等，半導體窗口層可以是倒梯形形狀，可以是柱體形狀等；所述的接觸層可以是InGaN半導體層、超晶格結構SPS，或者GaN半導體層等。所述垂直結構型GaN基發光二極管，可以是剝離藍寶石襯底后形成，也可以是在導電襯底上處延生長而成。

如圖4所示，本發明因為采用的是垂直的結構，電流擴展以后，會使得電壓有很明顯的降低。此外，在本發明中采用厚的半導體窗口層，因此在發光時可以使得側面出光增強，從而提高光提取效率。

附圖說明：

附圖1為常規的GaN基發光二極管電流集聚效應示意圖

11N電極

12P電極

13薄的窗口層

14P型GaN半導體層

15量子阱有源區

16N型GaN半導體層

17藍寶石襯底

圖中箭頭所表示的是電流的方向，疏密程度表示電流密度。

附圖2為常規薄窗口層GaN基發光二極管出光示意圖

21薄的窗口層

22P型GaN半導體層

23量子阱有源區

24N型GaN半導體層

25藍寶石襯底

圖中的圓錐表示光從上表面出去的區域。

附圖3為增加電流阻擋層的常規的GaN基發光二極管示意圖

31P電極

32N電極

33薄的窗口層

34電流限制層

35P型GaN半導體層

36量子阱有源區

37N型GaN半導體層

38藍寶石襯底

附圖4實施例一的垂直結構型發光二極管示意圖

41N電極

42半導體窗口層

43N型接觸層