專利名稱：氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，特別涉及一種具有較佳歐姆接觸層的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
氮化鎵系發(fā)光二極管裝置的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，該傳統(tǒng)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)10包含一襯底11、一氮化鎵緩沖層12、一n型氮化鎵層13、一氮化銦鎵發(fā)光層14、一p型氮化鎵層15、一p型氮化鎵接觸層16(12至16的層膜在此稱作外延結(jié)構(gòu))及一透明導(dǎo)電層(transparent conductive layer)17；此外，一p型金屬電極18位于該透明導(dǎo)電層17之上，而一n型金屬電極19則位于該n型氮化鎵層13之上。
根據(jù)公知技術(shù)所知，p型氮化鎵歐姆接觸層16的傳導(dǎo)性相當(dāng)?shù)停娏魅菀妆痪窒拊谠揚(yáng)型金屬電極18之下。所以，為了將電流有效地分散以達(dá)到均勻發(fā)光，必須先將一透明導(dǎo)電層17制作于該p型氮化鎵歐姆接觸層16之上且布滿整個(gè)發(fā)光區(qū)域，而為了提高透光性，此透明導(dǎo)電層17必須相當(dāng)薄。其中，傳統(tǒng)所用的透明導(dǎo)電層可由如鎳/金所組成，但為了增加光的提取(lightextracting)效率，可于發(fā)光二極管表面形成粗糙化結(jié)構(gòu)。此時(shí)，若使用薄的鎳/金為透明導(dǎo)電層，其電流橫向散布效果不均勻，特別容易有局部發(fā)光的現(xiàn)象產(chǎn)生且導(dǎo)致工作電壓的上升(圖4A與圖4B所示的鎳/金透光導(dǎo)電層與粗糙表面的組合與I-V曲線)。
公知的氧化銦錫(Indium Tin Oxide)簡稱為ITO，不但為一種能隙(Energybandgap)介于2.9～3.8電子伏特的高能隙材料，在可見光范圍，其穿透率可達(dá)95％以上，且其為一種高傳導(dǎo)率的n型高導(dǎo)電性的材料，此氧化銦錫(ITO)的折射系數(shù)介于1.7～2.2，根據(jù)斯涅耳定理(Snell’s law)及抗反射原理，由于多層氮化鎵外延結(jié)構(gòu)的折射系數(shù)(n＝2.4)而封裝用的樹脂封蓋材料的折射系數(shù)(n＝1.5)的分布，若能加入一折射系數(shù)n～1.9的中間介質(zhì)，于封裝后則可減少光的反射進(jìn)而增加光的提取(light extracting)效率，故此材料極適合用作發(fā)光二極管的窗口層。
近年來，雖已有以氧化銦錫(ITO)作為透明導(dǎo)電層的技術(shù)被提出，如臺(tái)灣專利公告號(hào)461126所述的氮化銦鎵發(fā)光二極管，如圖2所示，該二極管結(jié)構(gòu)20具有一襯底21、一氮化鎵緩沖層22、一n型氮化鎵層23、一氮化銦鎵有源層24、一p型氮化鎵層25、一p型接觸層26、一透明導(dǎo)電氧化層27、一p型電極28及一n型電極29；其中，雖然透明導(dǎo)電氧化層27為適于光出射的氧化銦錫，然而于該二極管結(jié)構(gòu)中，其下方的p型接觸層表面若為較平坦的鎵極化(Ga-polarization)面，則不易與氧化銦錫形成良好的歐姆接觸，故兩者間的接觸阻抗高且歐姆接觸特性不佳，故發(fā)光二極管的工作電壓也難以下降。
鑒于上述歐姆接觸特性不佳及工作電壓高的缺點(diǎn)，一種提高氧化銦錫層與p型氮化鎵系層間的歐姆接觸特性的結(jié)構(gòu)具有提出的必要。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為一種具較佳歐姆接觸層的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中的主要目的為透光導(dǎo)電氧化層形成于一具有表面粗糙化層(textured layer)的氮化鎵接觸層上，并以該粗糙化層作為與該透光導(dǎo)電氧化層的歐姆接觸層，該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)包括有一襯底；接于該一襯底的上方的一半導(dǎo)體堆棧層，由下而上包含一n型氮化鎵系層、一發(fā)光層、一p型氮化鎵系層；一粗糙化層，位于該p型氮化鎵系層的上方；位于該粗糙化層上方的一導(dǎo)電透光氧化層，并與該粗糙化層形成歐姆接觸；一第一電極，與該半導(dǎo)體堆棧層中的n型氮化鎵系層電性耦合；及一第二電極，與該導(dǎo)電透光氧化層電性耦合。
根據(jù)上述構(gòu)想，該粗糙化層可為n型、p型摻雜或雙摻雜型的氮化鎵系層。
根據(jù)上述構(gòu)想，該透光導(dǎo)電氧化物層可為一氧化銦、氧化錫或氧化銦錫。
根據(jù)上述構(gòu)想，該發(fā)光層為一含銦組成的氮化鎵系層。
根據(jù)上述構(gòu)想，該粗糙化層為一氮極化表面層。
借此，能有效地降低接觸阻抗及工作電壓，同時(shí)以該粗糙化層中斷光導(dǎo)效應(yīng)，增加光提取效率，進(jìn)而提高外部量子效率。


圖1為常用技術(shù)氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為常用技術(shù)氮化銦鎵發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖；圖4A所示為常用技術(shù)中鎳/金透光導(dǎo)電層與粗糙表面的組合產(chǎn)生局部發(fā)光圖；圖4B所示為常用技術(shù)中鎳/金透光導(dǎo)電層與粗糙表面的組合的I-V曲線圖；圖5A所示為本發(fā)明中氧化銦錫透光導(dǎo)電層與粗糙表面的組合無局部發(fā)光圖；圖5B所示為本發(fā)明中氧化銦錫透光導(dǎo)電層與粗糙表面的組合的I-V曲線圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下10 發(fā)光二極管結(jié)構(gòu) 11 襯底12 氮化鎵緩沖層13 n型氮化鎵層14 氮化銦發(fā)光層15 p型氮化鎵層16 p型氮化鎵接觸層 17 透明導(dǎo)電層18 p型金屬電極 19 n型金屬電極20 二極管結(jié)構(gòu) 21 襯底22 氮化鎵緩沖層23 n型氮化嫁層24 氮化銦鎵有源層 25 p型氮化鎵層26 p型接觸層 27 透明導(dǎo)電氧化層28 p型電極 29 n型電極30 發(fā)光二極管 31 襯底31’緩沖層 32 n型氮化鎵系層33 發(fā)光層 34 p型氮化鎵系層35 p型接觸層 36 粗糙化層37 窗口層 38 第一電極
39 第二電極具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖3，其為本實(shí)用新型的一較佳氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)實(shí)施例。如圖所示，本實(shí)用新型的氮化鎵系發(fā)光二極管30結(jié)構(gòu)為一襯底31、一n型氮化鎵系層32、一發(fā)光層33、一p型氮化鎵系層34、一p型接觸層35、一粗糙化層(textured layer)36、一窗口層37、第一電極38以及第二電極39，其中襯底31上方還可包含一緩沖層31’。
其中本發(fā)明揭示的結(jié)構(gòu)如一接于該襯底31上方的半導(dǎo)體堆棧層，包括由下而上的n型氮化鎵系層32、發(fā)光層33、p型氮化鎵系層34等，此外該粗糙化層36位于p型氮化鎵系層34與p型接觸層35的上方。而作為窗口層(window layer)37為位于該粗糙化層36上方的導(dǎo)電透光氧化層，與該粗糙化層形成歐姆接觸。設(shè)置該第一電極38，其與該半導(dǎo)體堆棧層中的n型氮化鎵系層電性耦合，而第二電極39則與該導(dǎo)電透光氧化層電性耦合。
該襯底31可為一藍(lán)寶石、氧化鎵、氧化鋰鎵、氧化鋰鋁、尖晶石、碳化硅、砷化鎵或硅基材。該n型氮化鎵系層32為一n型摻雜的氮化鎵、氮化鋁銦鎵或氮化銦鎵層。該p型氮化鎵系層34為一p型摻雜的氮化鎵、氮化鋁銦鎵或氮化銦鎵層。該發(fā)光層33為一含銦的氮化物化合物半導(dǎo)體。該窗口層37為一導(dǎo)電透光氧化層，可為一氧化銦、氧化錫或氧化銦錫。
于p型接觸層35與窗口層37之間設(shè)置的該粗糙化層(textured layer)36的存在除了可增加光的提取(light extracting)效率及因粗糙面而光出射量大并中斷光導(dǎo)效應(yīng)外，其表面狀態(tài)(surface state)于外延成長過程中可以刻意控制成一氮極化表面，其已描述于臺(tái)灣專利申請(qǐng)案92136888中，借此降低窗口層37與該第二導(dǎo)電型氮化鎵系層34間的接觸電阻而成為一優(yōu)異歐姆接觸層，并降低該二極管的工作電壓(如第圖5A與圖5B所示氧化銦錫透光導(dǎo)電層與織狀表面的組合與I-V曲線)。
相對(duì)于圖4A所示公知技術(shù)中因其電流橫向散布效果不均勻，致使鎳/金透光導(dǎo)電層與織狀表面的組合產(chǎn)生第二電極周圍電流散布不均勻的局部發(fā)光40現(xiàn)象，本實(shí)用新型如圖5A所示，使用透光導(dǎo)電氧化層取代鎳/金透光導(dǎo)電層并與織狀表面組合，其第二電極周圍沒有產(chǎn)生局部發(fā)光的現(xiàn)象。此外，該粗糙化層36也可為n型、p型摻雜或雙摻雜型的氮化鎵系層。
以上所述實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可于閱讀過上述實(shí)施例的說明后推衍出各種不同實(shí)施例，但這些實(shí)施例皆屬于本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于包括一襯底；一半導(dǎo)體堆棧層，接于該襯底的上方，由下而上包含一n型氮化鎵系層、一發(fā)光層、一p型氮化鎵系層；一粗糙化層，位于該p型氮化鎵系層的上方；一導(dǎo)電透光氧化層，位于該粗糙化層上方，并與該粗糙化層形成歐姆接觸；一第一電極，與該半導(dǎo)體堆棧層中的n型氮化鎵系層電性耦合；及一第二電極，與該導(dǎo)電透光氧化層電性耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管，其特征在于該粗糙化層可為n型、p型摻雜或雙摻雜型的氮化鎵系層。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管，其特征在于該透光導(dǎo)電氧化物層可為一氧化銦、氧化錫或氧化銦錫。
4.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管，其特征在于該發(fā)光層為一含銦的氮化鎵系層。
5.如權(quán)利要求1項(xiàng)所述的氮化鎵系發(fā)光二極管，其特征在于該粗糙化層為一氮極化表面層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包含一襯底；一半導(dǎo)體堆棧層，接于該襯底的上方，由下而上包含一n型氮化鎵系層、一發(fā)光層、一p型氮化鎵系層；一粗糙化層，位于該p型氮化鎵系層的上方；一導(dǎo)電透光氧化層，位于該粗糙化層上方，并與該粗糙化層形成歐姆接觸；一第一電極，與該半導(dǎo)體堆棧層中的n型氮化鎵系層電性耦合；及一第二電極，與該導(dǎo)電透光氧化層電性耦合。該透光導(dǎo)電氧化層形成于一具有表面粗糙化層的氮化鎵接觸層上，作為一窗口層，并以該粗糙化層作為與該透光導(dǎo)電氧化層的歐姆接觸層，能有效地降低接觸阻抗及工作電壓，同時(shí)以該粗糙化層中斷光導(dǎo)效應(yīng)，增加光提取效率，進(jìn)而提高外部量子效率。
文檔編號(hào)H01L33/22GK2760762SQ20042003644
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2004年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月8日
發(fā)明者洪詳竣, 賴穆人, 黃振斌, 詹其峰, 江振福 申請(qǐng)人:炬鑫科技股份有限公司