[实用新型]具有场板结构的发光二极管器件

说明书

本实用新型为一种具有场板结构的发光二极管器件。该器件主体为沿着外延生长方向依次包括衬底、缓冲层、N‑型半导体传输层、多量子阱层、P‑型电流阻挡层、P‑型半导体传输层、P‑型重掺杂半导体传输层、场板结构层、电流扩展层和P‑型欧姆电极；所述的N‑型半导体传输层部分暴露，暴露的N‑型半导体传输层上分布有N‑型欧姆电极；其中，场板结构层位于P‑型重掺杂半导体传输层和电流扩展层之间，并嵌于电流扩展层；所使用的绝缘体材料为非掺杂的SiO2、Al2O3、Si3N4、AlN、LiF、金刚石或PMMA。本实用新型中具有场板结构的发光二极管器件，制作工艺简单，易于操作，可重复性强，生产成本低。

技术领域

本实用新型涉及发光二极管半导体技术领域，具体地说是一种具有场板结构的发光二极管器件。

背景技术

在上世纪50年代，随着锗、硅材料作为第一代半导体的出现，以集成电路为核心的微电子工业开始逐渐发展起来，此类材料被广泛应用于集成电路中。进入90年代以后，第二代半导体砷化镓、磷化铟等具有高迁移率的半导体材料逐渐出现，使得有线通讯技术迅速发展。随后在本世纪初，碳化硅，氮化镓等具有宽禁带的第三代半导体材料也相继问世，随着半导体器件制备技术的不断进步，氮化物LED发光二极管技术相应地取得了充分的发展，在通讯照明，国防军事，杀菌消毒等领域都有着广阔的应用前景。

目前，氮化物LED发光二极管技术亟待解决的主要问题是高电流下的效率衰退。相关研究机构发现造成这种现象的原因主要有较低的空穴注入率、载流子的离域以及俄歇复合等原因。如前所提到的原因均是基于载流子在多量子阱(MQWs)中的垂直分布。然而面内(水平方向)的载流子分布不均匀，即电流拥挤现象对器件造成的影响同样值得关注。有关研究发现，空穴具有相较于电子更重的有效质量，因此空穴的迁移率则会较低，加之P-型材料层的电阻率较高，使空穴更容易在P-型欧姆电极边缘发生拥挤。由此造成LED发光二极管局部高电流浓度区域的辐射复合率降低，由此使得LED的效率下降十分严重，同时局部的高温区域会严重影响器件的性能和使用寿命。因此提高空穴的电流扩展对改善LED器件的性能和提高其使用寿命具有重要的意义。研究人员为提高载流子的横向扩展而改造了LED的器件结构，比如采用放置于多量子阱和P-型材料层之间的超晶格结构来增加空穴垂直方向的势垒，从而提高了空穴在水平方向的电流扩展，提高了器件的外量子效率[Yi-Jung Liu,Chih-Hung Yen,et al.On a GaN-Based Light-Emitting Diode With a p-GaN/i-InGaNSuperlattice Structure,IEEE Electron Device Lett.30,1149(2009).]；另外，提出一种具有图形化二氧化硅电流阻挡层结构的LED，这种LED增强了器件的电流扩展效应，同时使图形化的圆柱作为光散射中心，使光有更大的概率能够射出器件，提高了器件性能[Jae-Seong Park,Young Hoon Sung,et al.Use of a patterned current blocking layer toenhance the light output power of InGaN-based light-emitting diodes,Opt.Express 25,17556-17561(2017).]。上述两种结构虽然在一定程度上提高了电流的横向扩展效应，使器件性能得到了一定的提升，但无论是超晶格型的空穴垂直势垒层，还是利用具有图形化二氧化硅电流阻挡层结构，它们的结构均较为复杂，对于生长工艺的要求过高，一般的工业生产水平较难达到两种器件所提出的标准。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供具有场板结构的发光二极管器件。该器件通过在电流扩展层之中嵌入场板结构，利用场板结构能够分担电场的特点，使得P-型欧姆电极边缘部位原本存在的较高的电场得以削弱，从而减弱了该部位的电流拥挤现象，使整个器件内部的载流子得到更好的横向扩展，从而增强了发光二极管工作时的性能，提高了发光二极管的效率。另外，由于横向电流分布的更加均匀，这样就缓解了发光二极管的局部高温现象，延长了器件的使用寿命。