[發(fā)明專利]分布式布拉格反射與小面積金屬接觸復(fù)合三維電極

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210319019.3
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN102820398A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 康俊勇;高娜;楊旭;李金釵;李書平
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: H01L33/38
• 分類號: H01L33/38;H01L33/40
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森;曾權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電極，尤其是涉及一種適用于發(fā)光二極管（LED）的分布式布拉格反射與小面積金屬接觸復(fù)合三維電極。

背景技術(shù)

當(dāng)前，面對全球不可再生資源瀕臨枯竭的現(xiàn)狀，節(jié)約能源已成為21世紀(jì)的核心課題。照明在世界能源總消耗中舉足輕重，因此，新一代節(jié)能光源的研究受到了越來越多的關(guān)注。發(fā)光二極管（LED）作為新型高效的固態(tài)光源，具有長壽命、節(jié)能環(huán)保、色彩豐富等顯著優(yōu)點(diǎn)，成為了繼白熾燈和熒光燈之后的理想的第三代光源。近年來，隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷發(fā)展，大功率發(fā)光二極管在交通、照明、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。

然而，對于大功率發(fā)光二極管而言，其金屬電極與半導(dǎo)體基底的接觸面積也相應(yīng)增大，這使得部分LED發(fā)出的光被電極所遮擋并吸收，造成光輸出功率嚴(yán)重?fù)p失，從而制約了LED出光效率的進(jìn)一步提高。于是，人們針對LED出光效率低的問題，從器件結(jié)構(gòu)方面提出了具體的解決方案，如制作倒裝芯片結(jié)構(gòu)、陣列結(jié)構(gòu)電極等（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.）。在倒裝芯片結(jié)構(gòu)中，利用藍(lán)寶石襯底面為出光窗口，從而減少電極對光的遮擋，使得發(fā)光效率有所提高；但其以犧牲藍(lán)寶石一側(cè)電流擴(kuò)展均勻性和另一側(cè)GaN面的出射光為代價。在陣列電極結(jié)構(gòu)中，通過合理設(shè)計陣列分布，可以有效地減少金屬與半導(dǎo)體基底的相對接觸面積，改善電流擴(kuò)展的均勻性，但是GaN面對光的吸收仍然嚴(yán)重。

因此，如何提高大功率發(fā)光二極管的出光效率，并改善其橫向電流擴(kuò)展的均勻性，已成為現(xiàn)今發(fā)光二極管研究領(lǐng)域內(nèi)亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種可抑制發(fā)光二極管金屬電極吸收光較強(qiáng)的負(fù)面效應(yīng)，改善發(fā)光二極管橫向電流擴(kuò)展均勻性的分布式布拉格反射與小面積金屬接觸復(fù)合三維電極。

本發(fā)明設(shè)有分布式布拉格反射（DBR）結(jié)構(gòu)、小面積金屬歐姆接觸陣列和半導(dǎo)體基底；所述分布式布拉格反射（DBR）結(jié)構(gòu)設(shè)在半導(dǎo)體基底上，所述分布式布拉格反射（DBR）結(jié)構(gòu)為多層介質(zhì)，所述多層介質(zhì)由至少1層高折射率介質(zhì)層和至少1層低折射率介質(zhì)層交替組成的膜堆；所述小面積金屬歐姆接觸陣列與分布式布拉格反射（DBR）結(jié)構(gòu)復(fù)合并貫穿分布式布拉格反射（DBR）結(jié)構(gòu)再與半導(dǎo)體基底歐姆接觸并形成復(fù)合三維電極。

所述多層介質(zhì)可設(shè)有20個周期的GaN/AlN多層介質(zhì)膜和10個周期的HfO₂/SiO₂多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，可測得該DBR結(jié)構(gòu)的反射率高達(dá)98%。

所述小面積金屬歐姆接觸陣列可通過沉積一層金屬薄膜彼此互連，金屬薄膜與電極陣列緊密接觸，有助于電流的均勻擴(kuò)散，改善器件的性能。所述金屬薄膜可采用Au膜或Ag膜等。

本發(fā)明為分布式布拉格反射與小面積金屬接觸復(fù)合三維電極，即分布式布拉格反射（DBR）結(jié)構(gòu)與小面積金屬歐姆接觸陣列復(fù)合成的半導(dǎo)體光電子器件的三維電極。

所述多層膜堆的每層材料的光學(xué)厚度為LED有源區(qū)發(fā)光波長的四分之一，從而形成了針對LED發(fā)光波段的高反射鏡，能夠?qū)⑸湎蛉S電極的光反射回去，進(jìn)而最大限度地消除金屬擴(kuò)展層對光的吸收。

分布式布拉格反射（DBR）結(jié)構(gòu)的主要特性在于其設(shè)計波長的最高反射率和反射帶寬。反射率會隨著薄膜周期數(shù)的增加而增大，理論上能夠接近100%；而反射帶寬則取決于不同材料的折射率差值，差值越大帶寬越寬，此外薄膜周期數(shù)增加也會使得反射帶帶邊更為陡峭。最常應(yīng)用于GaN基藍(lán)光LED和深紫外LED的DBR結(jié)構(gòu)是GaN/AlN、Al_xGa_1-xN/AlN或者HfO₂/SiO₂材料。本發(fā)明生長20個周期的GaN/AlN多層膜和10個周期的HfO₂/SiO₂多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，可測得該DBR結(jié)構(gòu)的反射率高達(dá)98%。