CN100336235C - 氮化镓系发光二极管结构 - Google Patents

氮化镓系发光二极管结构 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了利用晶格常数匹配技术制作的氮化镓系发光二极管结构。当采用氮化铝铟(AlxIn1-xN)为覆盖层材料时，可达成其晶格常数与氮化镓(GaN)材料相匹配的目的，避免因磊晶成长时，产生的应力过大进而造成磊晶不良的特性。并且，p型覆盖层使用氮化铝铟(AlxIn1-xN)材料，因其能隙较氮化镓(GaN)材料大，可防止电子溢流，从而增加电子电动对在发光层结合的机率，并且可有效对光子作局限，最后，因为氮化铝铟(AlxIn1-xN)覆盖层的成长温度低，故可保护氮化铟镓(InGaN)活性发光层，最终能提高发光效率。

Description

氮化镓系发光二极管结构
技术领域
本发明涉及一种氮化镓系发光二极管结构，特别是由p型覆盖层的氮化铝铟(AlxIn1-xN)材料达成晶格常数与氮化镓(GaN)材料相匹配目的，以避免磊晶不良的特性。
背景技术
现有技术中的氮化铟镓(InGaN)/氮化镓(GaN)多重量子井发光二极管(MQW LEDs)结构，是以p型氮化铝镓(AlGaN)为覆盖层(cladding layer)，包覆并保护氮化铟镓
Figure C20041007392800051
活性发光层。然而，实际操作上的观察发现，其存在许多缺点，现列举最严重的两种如下：首先，由于其晶格常数与氮化铟镓/氮化镓多重量子井结构差距甚大，非常容易因为压电场效应(piezo-electrical field effect)造成机械应力过大，进而影响磊晶本身的发光特性，甚至破坏磊晶本身。其次，覆盖层氮化铝镓(AlGaN)须在1000℃以上成长才可得到较佳的磊晶特性，而活性发光层氮化铟镓(InGaN)/氮化镓(GaN)多重量子井成长温度约700摄氏度到850摄氏度，因此，当活性发光层稍后温度升高到1000℃以上时，会使其本身低温成长的多重量子井结构易遭破坏，从而影响该发光二极管(MQW LEDs)结构的发光效率。
发明内容
有鉴于上述问题，本发明揭示利用晶格常数相匹配的技术，制作氮化镓系发光二极管结构，相较于现有技术制作氮化镓系发光二极管结构的缺点，获得多种改进。
图1显示III族氮化物(III-nitride)材料应用在发光二极管上的晶格匹配线。由于其III族氮化物具有宽能隙的特性(Eg(AlN)＝6.3eV；Eg(GaN)＝3.4eV；Eg(InN)＝0.7eV)，波长涵盖范围从紫外光到红光，氮化镓(GaN)的晶格常数a0为3.18埃，由图1可以阐明本发明的技术思想。
本发明的目的在于，采用氮化铝铟(AlxIn1-xN)材料时，可达成其晶格常数与氮化镓(GaN)材料相匹配目的，避免因磊晶成长时，产生的应力过大进而造成磊晶不良的特性。再者，图1也清楚表明本发明的另一目的，因为氮化铝铟(AlxIn1-xN)材料的能隙较氮化镓(GaN)材料大，若作为p型覆盖层可防止电子溢流(overflow)，从而增加电子电动对在发光层结合的机率，具良好电特性，并且以氮化铝铟(AlxIn1-xN)作为p型覆盖层时，因其具有宽能隙特性，所以可有效对光子作局限(confinement)，最终能提升发光效率。本发明的第三目的，是氮化铝铟(AlxIn1-xN)覆盖层成长温度比已知技术p型氮化铝镓(AlGaN)覆盖层的成长温度低，故可保护氮化铟镓(InGaN)活性发光层，从而提升组件的发光效率。
为了更清楚地说明本发明的目的及优点，以下将由具体实施例并配合图式进行详细描述。
附图说明
图1显示III族氮化物(III-nitride)材料应用在发光二极管上的晶格匹配线。
图2是根据本发明氮化镓系发光二极管结构的第一实施例。
图3是根据本发明氮化镓系发光二极管结构的第二实施例。
图4是根据本发明氮化镓系发光二极管结构的第三实施例。
图5是根据本发明氮化镓系发光二极管结构的第四实施例。
图中
11  基板               12   缓冲层
13  n型氮化镓层        14   活性发光层
15  p型覆盖层          16   接触层
17  电极层             21   基板
22  缓冲层             23   n型氮化镓层
24  活性发光层         25   p型覆盖层
26  接触层             27   电极层
31  基板               32   缓冲层
33  n型氮化镓层        34   活性发光层
35  双重覆盖层         36   接触层
37  电极层             351  第一覆盖层
352  第二覆盖层    41   基板
42   缓冲层        43   n型氮化镓层
44   活性发光层    45   双重覆盖层
46   接触层        47   电极层
451  第一覆盖层    452  第二覆盖层
具体实施方式
图2是根据本发明氮化镓系发光二极管结构的第一实施例。
本发明氮化镓系发光二极管结构的第一实施例，其包含：基板11，缓冲层(buffer layer)12，n型氮化镓(GaN)层13，活性发光层14，p型覆盖层15，及接触层16。
基板11，其材质为氧化铝单晶(Sapphire)。位于基板11上的缓冲层(buffer layer)12，其材质是氮化铝镓铟(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1。n型氮化镓(GaN)层13位于缓冲层12上。位于n型氮化镓(GaN)层13上的活性发光层14，其材质为氮化铟镓(InGaN)。位于活性发光层14上的p型覆盖层15，其材质为镁掺杂(Mg-doped)氮化铝铟(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1。p型覆盖层15的厚度介于50埃到3000埃。p型覆盖层15的成长温度介于600摄氏度到1200摄氏度。
位于p型覆盖层15上的接触层16，其材质是镁掺杂(Mg-doped)p型氮化镓(GaN)。
本发明氮化镓系发光二极管结构的第一实施例，进一步地可包含一电极层17，位于接触层16或n型氮化镓(GaN)层13上。
图3是根据本发明氮化镓系发光二极管结构的第二实施例。
本发明氮化镓系发光二极管结构的第二实施例，其包含：基板21，缓冲层(buffer layer)22，n型氮化镓(GaN)层23，活性发光层24，p型覆盖层(cladding layer)25及接触层26。
基板21，其材质为氧化铝单晶(Sapphire)。位于基板21上的缓冲层(buffer layer)22，其材质是氮化铝镓铟(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1。n型氮化镓(GaN)层23位于缓冲层22上。位于n型氮化镓(GaN)层23上的活性发光层24，其材质是氮化铟镓(InGaN)。p型覆盖层(claddinglayer)25位于活性发光层24上，p型覆盖层25的材质系镁(Mg)和镓(Ga)共同掺杂氮化铝铟(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1。p型覆盖层(cladding layer)25厚度介于50埃到3000埃，成长温度介于600摄氏度到1200摄氏度。
本发明氮化镓系发光二极管结构的第二实施例，进一步地可包含一电极层27，位于接触层26或n型氮化镓(GaN)层23上。
图4是根据本发明氮化镓系发光二极管结构的第三实施例。
本发明氮化镓系发光二极管结构的第三实施例，其包含：基板31，缓冲层(buffer layer)32，n型氮化镓(GaN)层33，活性发光层34，双重覆盖层(double cladding layer)35，及接触层36。
基板31，其材质是氧化铝单晶(Sapphire)。位于基板31上的缓冲层(buffer layer)32，其材质是氮化铝镓铟(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1。n型氮化镓(GaN)层33位于缓冲层32上。位于n型氮化镓(GaN)层33上的活性发光层34，其材质是氮化铟镓(InGaN)。位于活性发光层34上的双重覆盖层(double cladding layer)35，其包含：第一覆盖层(firstcladding layer)351，及第二覆盖层(second cladding layer)352。位于活性发光层34上的第一覆盖层(first cladding layer)351，其材质是镁(Mg)和镓(Ga)共同掺杂氮化铝铟(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1。第一覆盖层351厚度介于50埃()到3000埃()间，且成长温度介于600摄氏度到1200摄氏度之间。位于第一覆盖层351上的第二覆盖层(second claddinglayer)352，其材质是镁(Mg)掺杂氮化铝铟(Al1-zInzN)，其中0≤Z＜1。第二覆盖层352厚度介于50埃()到3000埃()间，且成长温度介于600摄氏度到1200摄氏度之间。
位于双重覆盖层35上的接触层36，其材质是镁掺杂(Mg-doped)p型氮化镓(GaN)。
本发明氮化镓系发光二极管结构的第三实施例，进一步地可包含一电极层37，位于接触层36或n型氮化镓(GaN)层33上。
图5是根据本发明氮化镓系发光二极管结构的第四实施例。
本发明氮化镓系发光二极管结构的第四实施例，其包含：基板41，缓冲层42，n型氮化镓(GaN)层43，活性发光层44，双重覆盖层45，及接触层46。
基板41，其材质是氧化铝单晶。位于基板41上的缓冲层42，其材质系氮化铝镓铟(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1。n型氮化镓(GaN)层43位于缓冲层42上。位于n型氮化镓(GaN)层43的活性发光层44，其材质为氮化铟镓(InGaN)。位于活性发光层44上的双重覆盖层45，其包含：第一覆盖层451与第二覆盖层452。位于活性发光层44上的第一覆盖层451，其材质是镁(Mg)掺杂p型氮化铝铟(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1。第一覆盖层451厚度介于50()到3000()之间，且成长温度介于600摄氏度到1200摄氏度之间。位于第一覆盖层451上的第二覆盖层452，其材质系镁(Mg)和镓(Ga)共同掺杂氮化铝铟(Al1-zInzN)，其中0≤Z＜1。第二覆盖层452厚度介于50()到3000()间，且成长温度介于600摄氏度到1200摄氏度间。
位于双重覆盖层45上的接触层，其材质是镁(Mg)掺杂氮化铝铟(Al1-xInxN)p型氮化镓(GaN)，其中0≤X＜1。
本发明氮化镓系发光二极管结构的第四实施例，进一步地可包含一电极层47，位于接触层46或n型氮化镓(GaN)层43上。
本文以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围，任何其它凡不脱离本发明所揭示的精神而完成的改变或修饰，均应属本发明的申请专利范围。

Claims (16)

1.一种氮化镓系发光二极管结构，其包含：
基板，其材质是氧化铝单晶；
缓冲层，其材质是氮化铝镓铟Al1-x-yGaxInyN，其中0≤X＜1，0≤Y＜1且位于该基板上；
n型氮化镓层位于该缓冲层上；
活性发光层，其材质是氮化铟镓，位于该n型氮化镓层上；
p型覆盖层，其材质是镁掺杂氮化铝铟Al1-xInxN，其中0≤X＜1且位于该活性发光层上；及
接触层，其材质是镁掺杂p型氮化镓，位于该p型覆盖层上。
2.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该p型覆盖层的厚度介于50埃到3000埃。
3.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该p型覆盖层的成长温度介于600摄氏度到1200摄氏度。
4.如权利要求1所述的发光二极管结构，进一步地包含一电极层，其位于该接触层或该n型氮化镓层上。
5.一种氮化镓系发光二极管结构，其包含：
基板，其材质是氧化铝单晶；
缓冲层，其材质是氮化铝镓铟Al1-x-yGaxInyN，其中0≤X＜1，0≤Y＜1，且位于该基板上；
n型氮化镓层位于该缓冲层上；
活性发光层，其材质是氮化铟镓，位于该n型氮化镓层上；
p型覆盖层位于该活性发光层上，该p型覆盖层的材质是镁和镓共同掺杂氮化铝铟Al1-xInxN，其中0≤X＜1；及
接触层，其材质是镁掺杂p型氮化镓，位于该p型覆盖层上。
6.如权利要求5所述的发光二极管结构，其中该p型覆盖层厚度介于50埃到3000埃。
7.如权利要求5所述的发光二极管结构，其中该p型覆盖层成长温度介于600摄氏度到1200摄氏度。
8.如权利要求5所述的发光二极管结构，进一步地包含一电极层，其位于该接触层或该n型氮化镓层上。
9.一种氮化镓系发光二极管结构，其包含：
基板，其材质是氧化铝单晶；
缓冲层，其材质是氮化铝镓铟Al1-x-yGaxInyN，其中0≤X＜1，0≤Y＜1，且位于该基板上；
n型氮化镓层位于该缓冲层上；
活性发光层，其材质是氮化铟镓，位于该n型氮化镓层上；
双重覆盖层，位于该活性发光层上，其包含：
第一覆盖层，其材质是镁和镓共同掺杂氮化铝铟Al1-xInxN，其中0≤X＜1，位于该活性发光层上；及
第二覆盖层，其材质是镁掺杂氮化铝铟Al1-zInzN，其中0≤Z＜1，位于该第一覆盖层上；及
接触层，其材质是镁掺杂p型氮化镓，位于该双重覆盖层上。
10.如权利要求9所述的发光二极管结构，该第一覆盖层厚度介于50埃到3000埃之间，且成长温度介于600摄氏度到1200摄氏度之间。
11.如权利要求9所述的发光二极管结构，该第二覆盖层厚度介于50埃到3000埃之间，且成长温度介于600摄氏度到1200摄氏度之间。
12.如权利要求9所述的发光二极管结构，进一步地包含一电极层，其位于该接触层或该n型氮化镓层上。
13.一种氮化镓系发光二极管结构，其包含：
基板，其材质是氧化铝单晶；
缓冲层，其材质是氮化铝镓铟Al1-x-yGaxInyN，其中0≤X＜1，0≤Y＜1，且位于该基板上；
n型氮化镓层位于该缓冲层上；
活性发光层，其材质是氮化铟镓，位于该n型氮化镓层上；
双重覆盖层，位于该活性发光层上，其包含：
第一覆盖层，其材质是镁掺杂p型氮化铝铟Al1-xInxN，其中0≤X＜1，且位于该活性发光层上；及
第二覆盖层，其材质是镁和镓共同掺杂氮化铝铟Al1-zInzN，其中0≤Z＜1，且位于该第一覆盖层上；及
接触层，其材质是镁掺杂氮化铝铟Al1-xInxNp型氮化镓，其中0≤X＜1，位于该双重覆盖层上。
14.如权利要求13所述的发光二极管结构，该第一覆盖层厚度介于50埃到3000埃之间，且成长温度介于600摄氏度到1200摄氏度之间。
15.如权利要求13所述的发光二极管结构，该第二覆盖层厚度介于50埃到3000埃之间，且成长温度介于600摄氏度到1200摄氏度之间。
16.如权利要求13所述的发光二极管结构，进一步地包含一电极层，其位于该接触层或该n型氮化镓层上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101527341B (zh) * 2008-03-07 2013-04-24 展晶科技(深圳)有限公司 三族氮化合物半导体发光二极管

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1289152A (zh) * 1999-09-20 2001-03-28 晶元光电股份有限公司 发光二极管
US6420733B2 (en) * 1996-09-08 2002-07-16 Toyoda Gosei Co., Ltd. Semiconductor light-emitting device and manufacturing method thereof
US6657234B1 (en) * 1999-06-07 2003-12-02 Nichia Corporation Nitride semiconductor device
JP2004006957A (ja) * 1999-02-05 2004-01-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光半導体装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6420733B2 (en) * 1996-09-08 2002-07-16 Toyoda Gosei Co., Ltd. Semiconductor light-emitting device and manufacturing method thereof
JP2004006957A (ja) * 1999-02-05 2004-01-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光半導体装置
US6657234B1 (en) * 1999-06-07 2003-12-02 Nichia Corporation Nitride semiconductor device
CN1289152A (zh) * 1999-09-20 2001-03-28 晶元光电股份有限公司 发光二极管

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