CN100585888C - Ⅲ-氮化物基顶发射型光发射装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氮化物基顶发射型光发射装置及其制造方法。该光发射装置包括n-氮化物基包层、p-氮化物基包层、氮化物基有源层、以及多p-欧姆接触层。该多p-欧姆接触层包括至少一对欧姆改性层-透明导电层。该欧姆改性层包括多晶氮化物层或非晶氮化物层，其使氮(N)与铝(Al)、铟(In)和镓(Ga)中的至少一种化合。该欧姆改性层以微滴或薄膜的形式制备。孔或点形成在该多晶氮化物层或该非晶氮化物层上，从而提供该多p-欧姆接触层以光子晶体效应。该光发射装置表现出良好的电流-电压特性和较高的透光率。

Description

Ⅲ-氮化物基顶发射型光发射装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种氮化物基顶发射型光发射装置和该装置的制造方法。更特别地，本发明涉及一种具有大面积和大容量的氮化物基顶发射型光发射装置及其制造方法，其中欧姆改性层(ohmic modification layer)置于p-氮化物包层(cladding layer)和透明导电层之间，从而改善该氮化物基顶发射型光发射装置的光电特性如外量子效率(EQE)。
背景技术
III-氮化物基(III-nitride-based)的半导体用于光敏半导体领域的直接型(direct-type)半导体材料，其具有最宽带隙。这种III-氮化物基半导体被用于制造能够发光的高效光发射装置，其在介于黄色波段和紫外波段范围之间具有宽的波段。然而，虽然几年来在不同的工业领域作出了不同的努力以提供具有大面积、大容量和高亮度的光发射装置，然而，这种努力却由于以下与材料和技术有关的基本困难而最终失败。
首先，提供一种适合于生长具有高质量的氮化物基半导体存在困难。
第二，生长包括大量的铟(In)或铝(Al)的InGaN层和AlGaN层存在困难。
第三，生长具有较高空穴载流子密度的p-氮化物基半导体存在困难。
第四，形成高质量的适于n-氮化物基半导体和p-氮化物基半导体的欧姆接触电极(＝欧姆接触层)存在困难。
尽管存在上述源于材料和技术的难点，在1993年后期，Nichia chemicals(日本公司)还是在世界上首次通过使用氮化物基半导体开发出了一种蓝光发射装置。近来，开发出一种与荧光体耦合的包括高亮度蓝/绿光发射装置的白光发射装置。这种白光发射装置事实上被用于各种照明工业领域。
考虑到例如使用高质量的氮化物基半导体的发光二极管(LED)或激光二极管(LD)的光发射装置的性能，形成在半导体和电极之间的欧姆接触的特性是非常重要的因素。
根据从氮化物基有源层(active layer)产生的光的发射方向，氮化物基LED被区分为顶发射型LED和倒装片(flip-chip)型LED。就顶发射型LED而言，其已经被广泛使用，从氮化物基有源层产生的光通过与p-氮化物基包层接触的p-欧姆接触层发射到外部。因此，为了获得具有高质量的氮化物基顶发射型LED，高质量的p-欧姆接触层是必要的。这种氮化物基顶发射型LED一定具有90％或以上的较高的透光率，以及尽可能低的非接触(non-contac)欧姆电阻值。也就是说，为了制造大容量、大面积以及高亮度的下一代氮化物基顶发射型LED，良好的欧姆接触特性本质上是必不可少的以便同时地在横向上进行电流扩布并且在垂直方向上执行电流注入，使得由于低空穴密度引起的p-氮化物基包层的高表面电阻值能够得到补偿。此外，必须提供具有较高透光率的透明p-欧姆接触电极以用于当从氮化物基有源层产生的光通过p型欧姆接触层输出到外部时最小化光吸收。
如图1所示，使用氮化物基半导体的顶发射型LED，在现有技术中其通常是公知的，包括可通过在p-氮化物包层上层叠薄镍(Ni)或例如金(Au)或铟锡氧化物(ITO)的厚透明导电层而获得的p-欧姆接触层，然后在氧(O2)气氛中或在氮(N2)气氛中使p-氮化物包层退火。特别地，当包括半透明的镍-金(Ni-Au)并具有大约为10-3cm2到10-4cm2的低非接触电阻值的欧姆接触层在约500℃的温度经历退火工艺时，作为p-半导体氧化物的氧化镍(NiO)以岛(island)的形式分布在p-氮化物基包层和镍-金欧姆接触层之间的界面表面上。此外，具有良好传导率的金(Au)颗粒被嵌入到岛状氧化镍(NiO)中，从而形成一种微结构。这种微结构可以减少形成在p-氮化物包层和镍-金欧姆接触层之间的肖特基势垒的高度和宽度，在n-氮化物包层中提供空穴载流子，并且分布具有良好传导率的金(Au)，从而得到良好的电流扩布性能(spreading performance)。然而，因为使用镍-金(Ni-Au)构成的p-欧姆接触层的氮化物基顶发射型LED包括减少透光率的金(Au)，该氮化物基顶发射型LED表现出较低的EQE(外量子效率)，所以该氮化物基顶发射型LED不适于具有大容量、大面积和高亮度的下一代LED。
为此，另一种提供不使用半透明Ni-Au层的p-欧姆接触层的方法已经被提出。依照这种方法，通过在p-氮化物基包层上直接沉积包括诸如本领域公知的作为用于高透明欧姆接触电极的材料的铟(In)，锡(Sn)或锌(Zn)的厚的透明导电材料的透明导电氧化物层、以及包括如钛(Ti)或钽(Ta)的过渡金属的透明导电氮化物层而获得p-欧姆接触层。然而，虽然通过上述方法制造的欧姆电极可以改善透光率，但是降低了欧姆电极与p-氮化物基包层之间界面特性，所以该欧姆电极不适于顶发射型氮化物基LED。
各种文献(例如，IEEE PTL，Y.C.Lin等，第14卷，第1668页以及IEEEPTL，Shyi-Ming Pan等，第15卷，第646页)公开了一种通过使用p-欧姆接触层具有高电和热稳定性并表现出大EQE的氮化物基顶发射型LED，其通过将具有高导电性的透明导电氧化物层与例如镍(Ni)或钌(Ru)的金属结合，而不使用如金(Au)或铂(Pt)的贵重金属，使得该p-欧姆接触层比传统镍-金(Ni-Au)电极的p-欧姆接触层具有更高的透光率。最近，Semicond.Sci.Technol.公开了一篇关于氮化物基顶发射型LED的文献，其使用铟锡氧化物(ITO)的透明层作为p-欧姆接触层并且比使用传统镍-金(Ni-Au)欧姆电极的传统LED表现出更高的输出功率。然而，虽然使用ITO透明层的p-欧姆接触层可以使LED的EQE达到最大，但是当氮化物基LED工作时会产生大量的热量，因为p-欧姆接触层具有比较高的非接触欧姆电阻值，所以上述p-欧姆接触层不适合用于具有大面积、大容量和高亮度的氮化物基LED。为了改善LED的电特性，该电特性可能由于ITO电极而降低，LumiLedsLighting公司(美国)通过将铟锡氧化物(ITO)与薄的镍-金(Ni-Au)或者薄的镍-银(Ni-Ag)结合在一起(美国专利No.6,287,947，授予Michael J.Ludowise等)而开发出一种具有更高透光率以及优良电特性的LED。然而上述专利公开的LED需要复杂的工艺来形成p-欧姆接触层并使用金(Au)或银(Ag)，所以这种LED不适于具有大容量、大面积和高亮度的氮化物基LED。
近来，已经开发出一种新的具有高品质p-欧姆接触层的氮化物基顶发射型LED。依照上述氮化物基顶发射型LED，在p-氮化物基包层和透明导电氧化物电极如ITO电极之间的界面表面上提供新的大小为100纳米或更小的透明毫微颗粒以改善电特性。
此外，各种专利文献和出版物公开了与制造氮化物基LED相关的技术。例如，如图2所示，为了直接使用高透明导电层(ITO层或TiN层)作为p-欧姆接触层，在p-氮化物基包层的顶面上重复生长超晶格结构之后，将透明导电层(ITO层或TiN层)沉积到包括+-InGaN/n-GaN、n+-GaN/n-InGaN或n+-InGaN/n-InGaN的超晶格结构上。然后，高质量的n-欧姆接触通过退火工艺而形成，并且执行隧道结工艺(tunneling junction process)，从而获得具有高质量的氮化物基LED。
依照另一种技术，如图3所示，具有窄带隙的半导体层如具有1018/cm3或以上的高空穴密度的p+-AlInGaN、GaN、(Al)GaAs、GaP或者AlGaP从p-氮化物基包层的上表面生长并且将透明导电层沉积在该半导体层上。在这种状态下，执行退火工艺使得p-欧姆接触层可通过隧道效应而形成。
然而，由于以下和材料以及技术相关的基本困难，当前被用于形成p-欧姆接触层的上述技术不适于具有大容量、大面积以及高亮度的氮化物基LED。
首先，因为具有大容量、大面积以及高亮度的LED是通过使用包括外延的氮化物基半导体的超晶格结构经过隧道结工艺制造的，在其操作期间LED产生大量的热量，从而导致严重的电压降并缩短该LED的寿命。
第二，因为具有晶粒尺寸小于p-氮化物基包层的晶粒尺寸的单晶p+包层提供在p-氮化物基包层上从而形成p-欧姆接触层，从氮化物基有源层产生的具有短波长的光通过p欧姆接触电极被吸收，因而EQE降低。
换句话说，因为上述传统技术在p-氮化物基包层和透明的p-欧姆接触层之间插入具有薄厚度的单晶超晶格结构或具有窄带隙的第二p+包层之后通过引起隧道效应来形成p-欧姆接触层，因而在较高操作电压下工作时通过上述传统的技术制造的氮化物基顶发射型LED表现出低EQE。因此，上述传统的技术不适于具有大容量、大面积和高亮度的下一代氮化物基顶发射型LED。
发明内容
本发明提供一种高质量的具有大容量、大面积以及高亮度的氮化物基顶发射型光发射装置。
本发明还提供一种通过形成具有较高透光率、低表面电阻以及低非接触电阻值的p型多欧姆接触层来制造该装置的方法。
在本发明的一方面，一种氮化物基顶发射型光发射装置包括：n-氮化物基包层；p-氮化物基包层；置于该n-氮化物基包层和该p-氮化物基包层之间的多量子阱氮化物基有源层；和层叠在该p-氮化物基包层上的多p-欧姆接触层。该多p-欧姆接触层包括至少一对欧姆改性层-透明导电层。该欧姆改性层不是以氮化物基外延层的形式制备，而是以使氮(N)与铝(Al)、铟(In)和镓(Ga)中至少一种化合的多晶氮化物层或非晶氮化物层的形式制备。另外，该欧姆改性层可以以包括铝(Al)、铟(In)和镓(Ga)中的至少一种而不使用氮(N)的微滴、纳米点或薄膜的形式制备。
根据本发明示例性实施例，在形成多p-欧姆接触层的过程中，在该透明导电层沉积之前，具有微小尺寸的孔或点形成在氮化物基非晶层上或者氮化物基多晶层上而不是氮化物基外延层上，从而允许该多p-欧姆接触层具有光子晶体效应。
优选地，该欧姆改性层是III-氮化物基多晶层或III-氮化物基非晶层，其在700℃或更低的温度下形成。此外，欧姆改性层可以以包括铝(Al)、铟(In)和镓(Ga)中的至少一种而不使用氮(N)的微滴、纳米点或薄膜的形式制备。在这种情况下，当在500℃或更高温度下执行退火工艺时，为了形成该多p-欧姆接触层，在欧姆改性层和形成其上的透明导电层之间的界面表面促进化学反应从而可改善欧姆接触特性，由此形成适于高质量的p-欧姆接触层的新的透明导电层。
优选地，用作电流扩补层的透明导电层包括包括透明导电氧化物层或过渡金属氮化物。特别地，该透明导电氧化物层通过将氧(O)与铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镓(Ga)、镉(Cd)、镁(Mg)、铍(Be)、银(Ag)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、铂(Pt)、钯(Pd)、铝(Al)和镧(La)中的至少一种化合而获得。
该过渡金属氮化物是透明导电化合物，其通过将氮(N)与钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、钒(V)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、铪(Hf)、铼(Re)或钼(Mo)化合而得到。
优选地，该欧姆改性层的厚度在0.1纳米到100纳米之间的范围。
另外，该用作电流扩布层的透明导电层的厚度在1纳米到1000纳米之间的范围。
根据本发明的另一实施例，在形成该多p-欧姆接触层过程中，使用具有光子晶体效应的电极结构从而最大化从p-欧姆接触层发出的光的量。该具有光子晶体效应的电极结构可以通过调整包括经电化学、物理或化学方法的10μm或更小尺寸的孔、点或棒的形式的多晶氮化物或非晶氮化物的欧姆改性层而获得，然后在欧姆改性层上沉积透明导电层作为电流扩布层。
在本发明的另一个方面，一种制造氮化物基顶发射型光发射装置的方法包括：
通过反复将至少一对欧姆改性层-透明导电层层叠在光发射结构的p-氮化物基包层上形成多p-欧姆接触层，其中n-氮化物基包层、多量子阱氮化物基有源层以及该p-氮化物基包层顺序地层叠在基板上；以及
将该多p-欧姆接触层退火。
优选地，该欧姆改性层包括III-氮化物基多晶层或III-氮化物基非晶层，其在700℃或更低的温度形成。此外，欧姆改性层可以以包括铝(Al)、铟(In)和镓(Ga)中的至少一种而不使用氮(N)的微滴、纳米点或薄膜的形式制备。
依照本发明的示范实施例，将镁(Mg)、锌(Zn)、铍(Be)、锶(Sr)或硅(Si)加入到欧姆改性层以改善该欧姆改性层的电和化学性能。
优选地，将掺杂剂添加到作为电流扩布层的透明导电层以调整该透明导电层的电特性。
此处，将元素周期表中被归类为金属的至少一种元素用作掺杂剂。
此外，可将该欧姆改性层或该透明导电层通过CVD(化学气相淀积)或PVD(物理汽相淀积)沉积，例如金属有机化合物的化学气相淀积(MOCVD)、等离子体增强汽相淀积(MOCVD)、热或电子束蒸镀、溅射、脉冲激光沉积或等离子体激光沉积(PLD)。
在室温到800℃之间的温度范围内执行3秒至3小时的退火工艺。
此外，该退火工艺在氮气(N2)、氩(Ar)、氦(He)、氧气(O2)、氢气(H2)、空气或真空环境下在配备有该电极结构的反应器中执行。
附图说明
当连同附图一起考虑时参考以下详细说明，本发明的上述及其他优点将变得显而易见，其中：
图1是剖视图，示出一种传统的氮化物基顶发射型光发射装置，该装置配置以包括镍-金(Ni-Au)层或厚透明导电层的p-欧姆接触层，所述Ni-Au层或厚透明导电层被单独地提供或者选择性地与金属层结合；
图2是剖视图，示出另一种传统的氮化物基顶发射型光发射装置，其包括通过将超晶格结构与透明导电层结合而获得的p-欧姆接触层；
图3是剖视图，示出又一传统的氮化物基顶发射型光发射装置，其配置以包括透明导电层的p-欧姆接触层；
图4是剖视图，示出依照本发明的第一实施例的包括多p-欧姆接触层的顶发射型光发射装置；
图5是剖视图，示出依照本发明的第二实施例的包括多p-欧姆接触层的顶发射型光发射装置；
图6是剖视图，示出依照本发明的第三实施例的包括多p-欧姆接触层的顶发射型光发射装置；
图7是剖视图，示出依照本发明的第四实施例包括多p-欧姆接触层的顶发射型光发射装置；
图8剖视图，示出是依照本发明的第五实施例示出包括多p-欧姆接触层的顶发射型光发射装置；并且
图9是剖视图，示出依照本发明的第六实施例包括多p-欧姆接触层的顶发射型光发射装置。
具体实施方式
以下，参考附图描述一种氮化物基顶发射型光发射装置及其制造方法。
图1是一剖视图，示出一种传统的氮化物基顶发射型光发射装置，其可从日本的Nichia Chemicals公司得到。
参考图1，该传统的氮化物基顶发射型光发射装置包括基板110。氮化物基缓冲层120、n-氮化物基包层130、多量子阱氮化物基有源层140、p-氮化物基包层150以及p-欧姆接触层160顺序地形成在该基板110上。附图标记170和180分别代表p型电极垫(pad)和n型电极垫。
该p-欧姆接触层160配置以p-欧姆接触电极或诸如铟锡氧化物(ITO)层的透明导电氧化物层，所述p-欧姆接触电极包括具有良好欧姆接触特性的薄的半透明镍-金(Ni-Au)电极。然而，虽然使用半透明镍-金(Ni-Au)的p-欧姆接触电极具有良好的电欧姆接触特性，但是它表现为低透光率，使得当从多量子阱氮化物基有源层140产生的光被射出到外部时，大量的光在p-欧姆接触电极中被吸收。因此，该光发射装置表现为低EQE。同时，ITO电极表现出良好的透光率，使得该光发射装置的EQE可被改善。然而，ITO电极在p-氮化物基包层150上形成引起较大的电压降的肖特基型接触而不是欧姆接触，因此不易实现电流注入。因此，如果将ITO电极用作p-欧姆接触电极，则不能获得具有大容量、大面积和高亮度的氮化物基光发射装置。
图2剖视图，示出另一种传统的氮化物基顶发射型光发射装置，其可以从台湾、日本和美国的各公司和研究所获得。该另一种传统的氮化物基顶发射型光发射装置包括p-欧姆接触层260，该p-欧姆接触层260由诸如铟锡氧化物(ITO)层260b的透明导电氧化物层和诸如In-Al-Ga-N层的超晶格层260a组成。
在用作电流扩布层的ITO层260b沉积在p-氮化物基包层250上之前，In(Al)GaN和Al(In)GaN组成薄的单晶双层被重复地沉积在p-氮化物基包层250上，从而形成超晶格层260a。
图3是示出又一种传统的氮化物基顶发射型光发射装置的剖视图，其由台湾的Epistar公司提供。参考图3，在将透明导电氧化物层360b沉积在p-氮化物基包层350上之前，具有更高空穴密度的第二p+包层360a沉积在p-氮化物基包层350上，从而代替包括半透明的镍-金(Ni-Au)的欧姆接触电极，透明导电氧化物层360b例如充当电流扩布层的的ITO层被用作p-欧姆接触层360。该具有较高密度5×1018/cm3的第二p+包层360a包括由Al-In-Ga-N、Al-In-Ga-As或Al-In-Ga-P构成的单晶外延层。
图4是剖视图，示出依照本发明的第一实施例包括多p-欧姆接触层的顶发射型光发射装置。该多p-欧姆接触层由欧姆改性层460a和透明导电层460b组成。该欧姆改性层460a不包含给予n-氮化物基半导体特性或p-氮化物基半导体特性的n型掺杂剂(硅(Si)、锗(Ge)或IV族元素)或p型掺杂剂(锰(Mg)、锌(Zn)、铍(Be)等)，并包括通过将氮(N)与铝(Al)、铟(In)以及镓(Ga)中的至少一种结合而获得的多晶氮化物或非晶氮化物。该欧姆改性层460a可以包括通过将氮(N)与铝(Al)、铟(In)以及镓(Ga)中的至少一种结合而获得的多晶氮化物或非晶氮化物，将n型掺杂剂(硅(Si)、锗(Ge)or IV族元素)增加到其中。代替具有较高空穴密度并包括p型掺杂剂(锰(Mg)、锌(Zn)、铍(Be)等)的氮化物基外延层，具有比该p-氮化物基包层450低的空穴密度的多晶p-氮化物层或非晶p-氮化物层可作为欧姆改性层460a。此外，欧姆改性层460a可以用包括铝(Al)、铟(In)和镓(Ga)中的至少一种而不使用氮(N)的微滴或薄膜的形式制备。
用作电流扩布层460b的透明导电层包括透明导电氧化物或过渡金属氮化物。特别地，透明导电氧化物可通过将氧(O)与铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镓(Ga)、镉(Cd)、镁(Mg)、铍(Be)、银(Ag)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、铂(Pt)、钯(Pd)、铝(Al)和镧(La)中的至少一种化合而获得。
过渡金属氮化物是一种透明的导电化合物，其通过将氮(N)与钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、钒(V)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、铪(Hf)、铼(Re)或钼(Mo)化合而得到。
优选地，欧姆改性层460a的厚度在0.1纳米和100纳米之间的范围。
此外，用作电流扩布层的透明导电层460b的厚度在1纳米到1000纳米之间的范围。
依照本发明，在形成该多p-欧姆接触层(multiple p-ohmic contact layer)工艺中，具有该光子晶体效应(photonic crystal effect)的电极结构被使用从而最大化从p-欧姆接触层发出的光的量。通过调整包括经电化学、物理或化学方法的10μm或更小的尺寸的孔(pore)、点(dot)或棒(rod)形式的多晶氮化物或非晶氮化物的欧姆改性层460a，然后将用作电流扩布层的透明导电层460b沉积在欧姆改性层460a上，可获得该具有光子晶体效应的电极结构。
用于提供光子晶体效应的现有技术在形成孔或点的过程中会对p-氮化物基包层或欧姆接触层施加不良影响，从而使该氮化物基光发射装置的电和光学特性退化。
优选地，用于提供具有光子晶体效应的欧姆改性层460a的电化学、物理、化学方法包括用于形成光子晶体(photonic crystal)的电子束(e-beam)光刻工艺、使用阳极氧化铝的工艺、使用激光的光栅(grating)工艺、使用通过各种方法获得的塑模(mold)的压印工艺(stamping process)、使用通过各种模板(stencil)技术获得的孔点掩模(shadow mask)的工艺、或使用特定有机物质和激光的表面浮凸光栅(surface relief grating)的方法。
参考示出本发明的第一实施例的图4，该氮化物基顶发射型光发射装置包括基板410。氮化物基缓冲层420、n-氮化物基包层430、多量子阱氮化物基有源层440、p-氮化物基包层450、以及p-欧姆接触层460顺序形成在基板410上。附图标记470和480分别代表p型电极垫和n型电极垫。
该基板410包括一种蓝宝石基板。基板410、氮化物基缓冲层420、n-氮化物基包层430、多量子阱氮化物基有源层440、以及p-氮化物基包层450形成光发射结构。此外，p-欧姆接触层460做为p-欧姆电极结构，其包括顺序地沉积在p-氮化物基包层450上的欧姆改性层460a和透明导电层460b。
基板410包括绝缘材料，比如蓝宝石(Al2O3)。
可以将氮化物基缓冲层420省略。
氮化物基缓冲层420、n-氮化物基包层430、多量子阱氮化物基有源层440以及p-氮化物基包层450中的每一层主要包括从表示为AlxInyGazN(其中x、y和z是整数)的III-氮化物基化合物中选出的化合物。此外，掺杂剂加到n-氮化物基包层430和p-氮化物基包层450中。
多量子阱氮化物基有源层440可以以单层或多量子阱(MQW)层的形式制备，现有技术中是公知的。
如果将GaN基化合物用于制造氮化物基光发射装置，氮化物基缓冲层420通过使用GaN形成，n-氮化物基包层430通过向GaN加入n-掺杂剂如硅(Si)、锗(Ge)、硒(Se)、或碲(Te)而形成，氮化物基有源层440以InGaN/GaNMQW或AlGaN/GaN MQW的形式来制备，并且p-氮化物基包层450通过向GaN添加p-掺杂剂如镁(Mg)、锌(Zn)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)或铍(Be)而形成。
可将n-欧姆接触层(未示出)插入在n-氮化物基包层430和n型电极垫480之间。n-欧姆接触层可以具有现有技术中公知的各种结构，例如铝/钛(Al/Ti)层。
p型电极垫470具有堆叠层结构，例如镍/金(Ni/Au)层或银/金(Ag/Au)层。
上述层可以通过传统的沉积方法形成，例如电子束(E-beam)或热蒸镀、使用激光的PVD(物理汽相淀积或脉冲激光沉积)、MOCVD(金属有机化学气相淀积)、PLD(等离子激光沉积)、双型(dual-type)热蒸镀或溅射。
多p-欧姆接触层460是p-欧姆电极结构，其包括形成在p-氮化物基包层450上的欧姆改性层460a和电流扩布层460b。
当欧姆改性层460a在5000℃或以上温度经历退火工艺时，该欧姆改性层460a被分解成透明的导电颗粒或具有新的透明的导电相，使得该欧姆改性层460a可以容易地与电流扩布层460b的成分结合从而容易地形成p-欧姆接触，其中该电流扩布层460b形成在欧姆改性层460a上。
多p-欧姆接触层460可以通过传统的沉积方法形成，例如电子束或热蒸镀、使用激光的PVD(物理汽相淀积或脉冲激光沉积)、MOCVD(金属有机化学气相淀积)、PLD(等离子体激光沉积)、双型热蒸镀或溅射。
此外，多p-欧姆接触层460在20℃至1500℃之间的温度范围在具有从大气压到10-12托(torr)之间的压力的蒸发器(evaporator)内沉积。
优选地，在形成了多p-欧姆接触层460之后执行退火工艺。
在真空环境或各种气体环境下在1000℃和8000℃之间的温度范围执行该退火工艺3秒到3小时。
在该退火工艺期间，可以将氮(N2)、氩(Ar)、氦(He)、氧(O2)、氢(H2)和空气中的至少一种注入到反应器中。
图5是示出依照本发明的第二实施例的顶发射型光发射装置的剖视图，除基板510之外，其与依照本发明的第一实施例的顶发射型光发射装置基本相同。
也就是说，该依照本发明第二实施例的顶发射型光发射装置具有包括导电材料例如硅(Si)、SiC、GaAs、ZnO或MgZnO而不是绝缘材料如蓝宝石的基板510。
图6为示出依照本发明的第三实施例顶发射型光发射装置的剖视图。依照本发明的第三实施例，欧姆改性层660a包括多晶氮化物或非晶氮化物，其这样获得：将氮(N)与铝(Al)、铟(In)或镓(Ga)中的至少一种化合，同时向欧姆改性层660a中加入大量的II-族元素如用作p-氮化物基半导体的掺杂剂的镁(Mg)、锌(Zn)或铍(Be)使得可以形成合金或固溶体。
依照本发明第三实施例的顶发射型光发射装置的其余元件与依照本发明第一实施例的顶发射型光发射装置的相同。
图7是示出依照本发明的第四实施例的顶发射型光发射装置的剖视图，除基板710之外，其与依照本发明的第三实施例的顶发射型光发射装置相同。也就是说，该依照本发明第四实施例的顶发射型光发射装置具有包括导电材料例如硅(Si)、SiC、GaAs、ZnO或MgZnO而不是绝缘材料如蓝宝石的基板710。
图8是示出依照本发明的第五实施例的顶发射型光发射装置的剖视图，其中欧姆改性层860a以微滴(droplet)、纳米点(nano-dot)或薄膜的形式制备，其包括铝(Al)、铟(In)和镓(Ga)中的至少一种而不使用氮(N)和II-族元素例如用作p-氮化物基半导体的掺杂剂的镁(Mg)、锌(Zn)或铍(Be)。
根据本发明第五实施例的顶发射型光发射装置的其余元件与依照本发明的第三实施例的顶发射型光发射装置的相同。
图9是示出依照本发明的第六实施例的顶发射型光发射装置的剖视图，除基板910之外，其与依照本发明的第五实施例的顶发射型光发射装置相同。
也就是说，该依照第六实施例的顶发射型光发射装置具有包括导电材料例如硅(Si)、SiC、GaAs、ZnO或MgZnO而不是绝缘材料如蓝宝石的基板910。
如上所述，本发明通过将至少一对欧姆改性层-透明导电层沉积在p-氮化物基包层上而提供了具有光子晶体效应的多p-欧姆接触层。
依照该使用多p-欧姆接触层的氮化物基顶发射型光发射装置及其制造方法，在p-氮化物基包层和多p-欧姆接触层之间电特性即非接触欧姆接触特性得到了改善，从而该氮化物基顶发射型光发射装置表现出优良的电流-电压特性和较高的透光率。因此，可以获得具有大容量、大面积和高透光率的氮化物基顶发射型光发射装置。
虽然本发明的示范实施例已经作出描述，但是可以理解本发明不限于这些示范实施例，在如以下所要求保护的本发明的精神和范围内，本领域的技术人员可以作出各种变化和修改。
本申请要求于2005年8月19日提交的申请号为No.2005-75983的韩国专利申请的优先权，其内容在此全部引入作为参考。

Claims (14)

1.一种氮化物基顶发射型光发射装置包括：
n-氮化物基包层；
p-氮化物基包层；
置于该n-氮化物基包层和该p-氮化物基包层之间的氮化物基有源层；和
层叠在该p-氮化物基包层上的多p-欧姆接触层，其中该多p-欧姆接触层包括至少一对欧姆改性层-电流扩布层，该欧姆改性层不是氮化物基外延层，而是使氮(N)与铝(Al)、铟(In)和镓(Ga)中至少一种化合的多晶氮化物层或非晶氮化物层，并且当欧姆改性层经历退火工艺时该欧姆改性层具有新的相使得该欧姆改性层通过与层叠在该欧姆改性层上的该电流扩布层的化学反应容易地形成p-欧姆接触。
2.如权利要求1所述的氮化物基顶发射型光发射装置，其中作为形成该多p-欧姆接触层的透明导电层的该电流扩布层包括透明导电氧化物层或透明导电氮化物层，其中该透明导电氧化物层通过将氧(O)与铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镓(Ga)、镉(Cd)、镁(Mg)、铍(Be)、银(Ag)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、铂(Pt)、钯(Pd)、铝(Al)和镧(La)中的至少一种化合而获得，并且该透明导电氮化物层包括过渡金属氮化物，其通过将氮(N)与钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、钒(V)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、铪(Hf)、铼(Re)或钼(Mo)化合而得到。
3.如权利要求1所述的氮化物基顶发射型光发射装置，其中该欧姆改性层的厚度在0.1纳米到100纳米之间的范围并且该电流扩布层的厚度在1纳米到1000纳米之间的范围。
4.如权利要求1所述的氮化物基顶发射型光发射装置，其中该欧姆改性层置于该p-氮化物基包层和该电流扩布层之间，并且包括除氮化物基外延层之外的多晶氮化物层或非晶氮化物层，其中该多晶氮化物层或该非晶氮化物层包括IV-族元素或者II-族元素，从而改善该p-氮化物基包层和该电流扩布层之间的界面表面处的电特性。
5.如权利要求4所述的氮化物基顶发射型光发射装置，其中所述多晶氮化物层或所述非晶氮化物层包括硅(Si)、锗(Ge)、锰(Mn)、锌(Zn)或铍(Be)，从而改善该p-氮化物基包层和该电流扩布层之间的界面表面处的电特性。
6.如权利要求1所述的氮化物基顶发射型光发射装置，其中该欧姆改性层置于该p-氮化物基包层和该电流扩布层之间，并且其以包括铝(Al)、铟(In)和镓(Ga)中的至少一种而不使用氮(N)的微滴、纳米点或薄膜的形式制备，从而改善该p-氮化物基包层和该电流扩布层之间的界面表面处的电特性。
7.如权利要求6所述的氮化物基顶发射型光发射装置，其中该欧姆改性层以包括IV-族元素或者II-族元素的微滴、纳米点或薄膜的形式制备。
8.如权利要求7所述的氮化物基顶发射型光发射装置，其中该欧姆改性层以包括硅(Si)、锗(Ge)、锰(Mn)、锌(Zn)或铍(Be)的微滴、纳米点或薄膜的形式制备。
9.如权利要求1-8的任一项所述的氮化物基顶发射型光发射装置，其中在形成该多p-欧姆接触层的工艺期间，在沉积该电流扩布层之前，具有各种尺寸和形状的孔或点通过电化学方法、物理方法或化学法形成在该非晶氮化物基的层或该多晶氮化物基的层上，从而提供具有光子晶体效应的该多p-欧姆接触层。
10.一种制造氮化物基顶发射型光发射装置的方法，该方法包括：
通过反复将至少一对欧姆改性层-电流扩布层层叠在光发射结构的p-氮化物基包层上形成多p-欧姆接触层，其中n-氮化物基包层、氮化物基有源层以及该p-氮化物基包层顺序地层叠在基板上；以及
将该多p-欧姆接触层退火，
其中该欧姆改性层包括多晶氮化物层或非晶氮化物层，其是通过将氮(N)与铝(Al)、铟(In)和镓(Ga)中的至少一种化合而获得的薄膜或纳米点。
11.如权利要求10所述的方法，其中该欧姆改性层包括IV-族元素或者II-族元素，从而改善该p-氮化物基包层和该电流扩布层之间的界面表面处的电特性。
12.如权利要求11所述的方法，其中该欧姆改性层包括硅(Si)、锗(Ge)、锰(Mn)、锌(Zn)或铍(Be)，从而改善该p-氮化物基包层和该电流扩布层之间的界面表面处的电特性。
13.如权利要求10所述的方法，其中在该欧姆改性层沉积在该p-氮化物基包层上之后，该p-氮化物基包层的上表面被给予光子晶体效应从而改善外量子效率(EQE)。
14.如权利要求10所述的方法，其中该退火工艺在配备有该多p-欧姆接触层的反应器中在室温和800℃之间的温度范围在氮气(N2)、氩(Ar)、氦(He)、氧气(O2)、氢(H2)、空气或真空环境中执行3秒至3小时。
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Owner name: SAMSUNG MONITOR CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: SAMSUNG ELECTRONICS CO., LTD.

Effective date: 20121026

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Effective date of registration: 20121026

Address after: Gyeonggi Do, South Korea

Patentee after: Samsung Display Co., Ltd.

Address before: Gyeonggi Do, South Korea

Patentee before: Samsung Electronics Co., Ltd.