[发明专利]具有复合透明导电层的发光二极管及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201310201452.1 申请日: 2013-05-27
公开(公告)号: CN103325913B 公开(公告)日: 2017-06-09
发明(设计)人: 刘洪刚;郭浩 申请(专利权)人: 江苏晶瑞半导体有限公司
主分类号: H01L33/42 分类号: H01L33/42
代理公司: 北京瑞恒信达知识产权代理事务所(普通合伙)11382 代理人: 苗青盛,王凤华
地址: 213314 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 具有 复合 透明 导电 发光二极管 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)及其制备方法,尤其涉及一种具有提高发光二极管光提取效率的复合透明导电层的发光二极管及其制备方法。

背景技术

以三族氮化物半导体材料(GaN、AlN、InN及其合金)为基础的蓝绿光发光二极管具有体积小、寿命长、效率高等优点,目前已经广泛应用于通用照明、交通指示、户外全色显示、LCD背光源、家用电器指示灯等领域。

在LED结构中,GaN发光材料的折射率为2.4左右,而透明导电层(通常为氧化铟锡,ITO)的折射率1.9-2.0、透明钝化层与封装材料(例如环氧树脂、硅胶等)的折射率约为1.5,LED出光通路上各层材料折射率的不匹配,使得LED上表面的出光的临界角θc=arcsin(1.5/2.4)=37°,这将导致LED内部产生严重的全反射,大部分不能逃逸出来的光子(超过50%)被束缚在LED内部并且最终被衬底与外延层中的缺陷吸收掉。

为了抑制LED内部的全反射以提高光取出效率,早期采用湿法化学腐蚀P型GaN上形成粗化表面的方法在工业界得到了广泛应用(参见中国专利CN101964386A、中国专利CN101471413A)。但是湿法粗化工艺依赖于GaN材料的缺陷密度,随着GaN外延材料质量的不断提高,湿法粗化工艺对取光效率的改善效果也越来越有限,而且会带来电流分布不均匀等问题。

最近发展起来的干法刻蚀P型GaN形成粗化表面的方法(参见中国专利CN101656285A)虽然粗化工艺的可控性与均匀性得到了提高,但是等离子体刻 蚀引起的P型GaN损伤以及对Mg杂质的钝化作用,使发光二极管的反向漏电以及正向开启电压的性能大幅度退化。因此,急需开发一种不需要在P型GaN表面进行粗化的新方法以提高GaN LED芯片的取光效率。

为了解决上述问题,目前已经开发出具有复合透明导电层的发光二极管以提高光提取效率。参见中国专利CN 102255028 B,该技术文献公开了一种具有复合透明导电膜层的发光二极管,该复合透明导电膜层为钛/氧化锌或氧化钛/氧化锌复合透明导电膜,其中氧化钛层覆盖在P型氮化镓层上,氧化锌层覆盖在氧化钛层上。虽然这种发光二极管能够提高光提取效率,但不能有效地消除P型氮化镓层与透明导电层界面处的全反射。

发明内容

为了解决上述问题,本发明提供一种具有掺杂氧化钛与氧化铟锡组成的复合透明导电层的发光二极管及其制备方法。本发明的复合透明导电层,一方面可以保护P型GaN层不受损伤,另一方面能有效消除三族氮化物与透明导电层界面处的全反射,大幅度提高发光器件的光提取效率。

根据本发明,所述发光二极管包括三族氮化物外延层、复合透明导电层、透明钝化层以及金属电极,其中复合透明导电层位于三族氮化物外延层与透明钝化层之间,上述复合透明导电层由高价金属原子掺杂的氧化钛层(TiO2:Mx+)与氧化铟锡层(ITO,In2O3:Sn)组成,掺杂氧化钛层形成于三族氮化物外延层上,氧化铟锡层覆盖在掺杂氧化钛层上并与所述掺杂氧化钛层形成凸凹镶嵌的复合多层结构,氧化钛层和氧化铟锡层在空间上呈周期性排列,从而形成二维光子晶体结构,并且透明钝化层107为具有1.7的折射率以及200纳米的厚度的氮氧化硅钝化层。

进一步地,所述三族氮化物外延层包括:衬底;N型三族氮化物半导体层,所述N型三族氮化物半导体层形成于衬底上;三族氮化物半导体多量子阱层, 所述多量子阱层形成于N型三族氮化物半导体层上;和P型三族氮化物半导体层,所述P型三族氮化物半导体层形成于三族氮化物半导体多量子阱层上。

优选地,P型三族氮化物半导体层包括InGaN应变层或者InGaN/GaN应变超晶格层,使得P型三族氮化物半导体层与形成于其上的复合透明导电层形成欧姆接触。

根据本发明的一个方面,掺杂氧化钛层具有无序岛状结构。

掺杂氧化钛层的无序岛状结构包括为球形、半球形、椭球形、锥形、柱形中的任意一种的几何形状,并且所述几何形状的尺寸在0.05*λ至1*λ之间,其中λ为发光二极管的主波长。

优选地,掺杂氧化钛层中掺杂的高价金属原子包括铌、钽、钼、钨中的至少一种以及它们的任意组合,所述高价金属原子的价态为+5或者+6。

掺杂氧化钛层的折射率与三族氮化物外延层的折射率相近。

优选地,掺杂氧化钛层为锐钛矿型晶体结构。

晶格常数在100纳米至1微米之间。

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