[發(fā)明專利]具有復(fù)合透明導(dǎo)電層的發(fā)光二極管及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310201452.1
• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN103325913B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉洪剛;郭浩
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇晶瑞半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H01L33/42
• 分類號: H01L33/42
• 代理公司: 北京瑞恒信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11382
• 代理人: 苗青盛,王鳳華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)及其制備方法，尤其涉及一種具有提高發(fā)光二極管光提取效率的復(fù)合透明導(dǎo)電層的發(fā)光二極管及其制備方法。

背景技術(shù)

以三族氮化物半導(dǎo)體材料(GaN、AlN、InN及其合金)為基礎(chǔ)的藍(lán)綠光發(fā)光二極管具有體積小、壽命長、效率高等優(yōu)點，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通用照明、交通指示、戶外全色顯示、LCD背光源、家用電器指示燈等領(lǐng)域。

在LED結(jié)構(gòu)中，GaN發(fā)光材料的折射率為2.4左右，而透明導(dǎo)電層(通常為氧化銦錫，ITO)的折射率1.9-2.0、透明鈍化層與封裝材料(例如環(huán)氧樹脂、硅膠等)的折射率約為1.5，LED出光通路上各層材料折射率的不匹配，使得LED上表面的出光的臨界角θ_c＝arcsin(1.5/2.4)＝37°，這將導(dǎo)致LED內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重的全反射，大部分不能逃逸出來的光子(超過50％)被束縛在LED內(nèi)部并且最終被襯底與外延層中的缺陷吸收掉。

為了抑制LED內(nèi)部的全反射以提高光取出效率，早期采用濕法化學(xué)腐蝕P型GaN上形成粗化表面的方法在工業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用(參見中國專利CN101964386A、中國專利CN101471413A)。但是濕法粗化工藝依賴于GaN材料的缺陷密度，隨著GaN外延材料質(zhì)量的不斷提高，濕法粗化工藝對取光效率的改善效果也越來越有限，而且會帶來電流分布不均勻等問題。

最近發(fā)展起來的干法刻蝕P型GaN形成粗化表面的方法(參見中國專利CN101656285A)雖然粗化工藝的可控性與均勻性得到了提高，但是等離子體刻 蝕引起的P型GaN損傷以及對Mg雜質(zhì)的鈍化作用，使發(fā)光二極管的反向漏電以及正向開啟電壓的性能大幅度退化。因此，急需開發(fā)一種不需要在P型GaN表面進(jìn)行粗化的新方法以提高GaN LED芯片的取光效率。

為了解決上述問題，目前已經(jīng)開發(fā)出具有復(fù)合透明導(dǎo)電層的發(fā)光二極管以提高光提取效率。參見中國專利CN 102255028 B，該技術(shù)文獻(xiàn)公開了一種具有復(fù)合透明導(dǎo)電膜層的發(fā)光二極管，該復(fù)合透明導(dǎo)電膜層為鈦/氧化鋅或氧化鈦/氧化鋅復(fù)合透明導(dǎo)電膜，其中氧化鈦層覆蓋在P型氮化鎵層上，氧化鋅層覆蓋在氧化鈦層上。雖然這種發(fā)光二極管能夠提高光提取效率，但不能有效地消除P型氮化鎵層與透明導(dǎo)電層界面處的全反射。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種具有摻雜氧化鈦與氧化銦錫組成的復(fù)合透明導(dǎo)電層的發(fā)光二極管及其制備方法。本發(fā)明的復(fù)合透明導(dǎo)電層，一方面可以保護(hù)P型GaN層不受損傷，另一方面能有效消除三族氮化物與透明導(dǎo)電層界面處的全反射，大幅度提高發(fā)光器件的光提取效率。

根據(jù)本發(fā)明，所述發(fā)光二極管包括三族氮化物外延層、復(fù)合透明導(dǎo)電層、透明鈍化層以及金屬電極，其中復(fù)合透明導(dǎo)電層位于三族氮化物外延層與透明鈍化層之間，上述復(fù)合透明導(dǎo)電層由高價金屬原子摻雜的氧化鈦層(TiO2:M^x+)與氧化銦錫層(ITO，In₂O₃:Sn)組成，摻雜氧化鈦層形成于三族氮化物外延層上，氧化銦錫層覆蓋在摻雜氧化鈦層上并與所述摻雜氧化鈦層形成凸凹鑲嵌的復(fù)合多層結(jié)構(gòu)，氧化鈦層和氧化銦錫層在空間上呈周期性排列，從而形成二維光子晶體結(jié)構(gòu)，并且透明鈍化層107為具有1.7的折射率以及200納米的厚度的氮氧化硅鈍化層。

進(jìn)一步地，所述三族氮化物外延層包括：襯底；N型三族氮化物半導(dǎo)體層，所述N型三族氮化物半導(dǎo)體層形成于襯底上；三族氮化物半導(dǎo)體多量子阱層， 所述多量子阱層形成于N型三族氮化物半導(dǎo)體層上；和P型三族氮化物半導(dǎo)體層，所述P型三族氮化物半導(dǎo)體層形成于三族氮化物半導(dǎo)體多量子阱層上。

優(yōu)選地，P型三族氮化物半導(dǎo)體層包括InGaN應(yīng)變層或者InGaN/GaN應(yīng)變超晶格層，使得P型三族氮化物半導(dǎo)體層與形成于其上的復(fù)合透明導(dǎo)電層形成歐姆接觸。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，摻雜氧化鈦層具有無序島狀結(jié)構(gòu)。

摻雜氧化鈦層的無序島狀結(jié)構(gòu)包括為球形、半球形、橢球形、錐形、柱形中的任意一種的幾何形狀，并且所述幾何形狀的尺寸在0.05*λ至1*λ之間，其中λ為發(fā)光二極管的主波長。

優(yōu)選地，摻雜氧化鈦層中摻雜的高價金屬原子包括鈮、鉭、鉬、鎢中的至少一種以及它們的任意組合，所述高價金屬原子的價態(tài)為+5或者+6。

摻雜氧化鈦層的折射率與三族氮化物外延層的折射率相近。

優(yōu)選地，摻雜氧化鈦層為銳鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)。

晶格常數(shù)在100納米至1微米之間。