[发明专利]一种具有高光提取窗口的垂直结构型发光二极管

说明书

发明领域

本发明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GaN基发光二极管。

背景技术

GaN、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1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1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，从而增加了发光二级管的工作电压。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。

发明内容

本发明的目的在于发明一种具有低接触电阻、高光提取窗口层的垂直结构型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。本发明采用的技术方案如下：

一种具有高光提取窗口的垂直结构型发光二极管包括电极，高光提取的窗口层结构，接触层，限制层，多量子阱有源区；电极，高光提取的窗口层结构，限制层，多量子阱有源区，限制层，接触层，电极自上而下依次垂直连接；多量子阱有源区两侧的电极极性不同；多量子阱有源区一侧的电极，高光提取的窗口层结构以及限制层的极性相同，多量子阱有源区另一侧的限制层，接触层以及电极的极性相同。

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；所述发光二级管中的电极与所述的高光提取的窗口结构中的半导体窗口层垂直连接，所述的高光提取的窗口结构中的接触层与所述发光二级管中的限制层垂直连接。

半导体窗口层所用的材料是透明导电的材料。

半导体窗口层的厚度大于或等于

上述半导体窗口层可以是N-ZnO、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InGaN半导体层、超晶格结构SPS，或者GaN半导体层等。所述垂直结构型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，本发明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，在本发明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，从而提高光提取效率。

附图说明：

附图1为常规的GaN基发光二极管电流集聚效应示意图

11N电极

12P电极

13薄的窗口层

14P型GaN半导体层

15量子阱有源区

16N型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GaN基发光二极管出光示意图

21薄的窗口层

22P型GaN半导体层

23量子阱有源区

24N型GaN半导体层

25蓝宝石衬底

图中的圆锥表示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GaN基发光二极管示意图

31P电极

32N电极

33薄的窗口层

34电流限制层

35P型GaN半导体层

36量子阱有源区

37N型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

41N电极

42半导体窗口层

43N型接触层