CN101027790A - 顶部发光的发光二极管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种顶部发光氮化物基发光装置，该发光装置具有依次叠置于其上的n－型覆层、活性层和p－型覆层，并且所述发光装置包括在所述p－型覆层上形成的界面改性层和在所述界面改性层上形成的透明导电薄膜层，该透明导电薄膜层由透明导电材料组成；以及所述发光装置的制备方法。根据本发明的顶部发光氮化物基发光装置及其制备方法，提供了下述优点，例如改善了与p－型覆层的欧姆接触，增加了引线结合效率和发光装置的封装良品率，由于低的接触电阻率和优良的电流－电压特性而能够改善发光效率和装置寿命。

Description

顶部发光的发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种顶部发光氮化物基发光装置及其制备方法。更具体地说，本发明涉及一种具有改善了的欧姆特性和发光效率的顶部发光氮化物基发光装置及其制备方法。

背景技术

目前，透明导电薄膜被用于多个领域中的多种应用中，所述领域包括光电子学、显示器和能源工业。

在发光装置领域，现在全世界正在积极地开发能够实现平稳的空穴注入和高效率的发光功能的透明导电欧姆电极结构。

目前，透明导电氧化物(TCO)和透明导电氮化物(TCN)是被探索和研究的最活跃的透明导电薄膜材料。

透明导电氧化物(TCO)包括，例如，氧化铟(In₂O₃)、二氧化锡(SnO₂)、氧化锌(ZnO)和氧化铟锡(ITO)。透明导电氮化物(TCN)包括，例如，氮化钛(TiN)。

但是，这些材料显示出相对的高薄层电阻值和反射率以及相对的低的功函数。因此，单独使用这些材料时，难以将这些材料应用于顶部发光氮化镓基发光装置的p-型透明欧姆电极。

评述一下与使用以上列举的薄膜材料有关的具体问题：

首先，由于以上提到的透明导电薄膜具有接近约100Ω/单位面积的高薄层电阻值，在通过物理气相沉积(PVD)方法例如溅射、电子束或热蒸镀来形成薄膜时，如此大的电阻特性导致难以实现在发光装置水平方向(平行于层-层界面)上的电流扩布，也难以进行在垂直方向上的平稳的空穴注入，因此使得具有大面积和高容量的高亮度发光装置难以实现。

第二，由于以上提到的透明导电薄膜对由氮化镓基发光二极管发出的光具有高得反射率和吸收率，所以由它形成的二极管的发光效率是低的。

第三，透明导电薄膜例如氧化铟锡(ITO)和氮化钛(TiN)具有相对低的功函数，因此难以通过与p-型氮化镓的直接接触形成欧姆接触。

最后，当它们用作与氮化镓基半导体直接欧姆接触的电极时，由于在薄膜形成的过程中在氮化镓层的表面产生了氧化镓(Ga₂O₃)，所以透明导电氧化物(TCO)难以形成高质量的欧姆接触电极，所述氧化镓是一种绝缘材料，它的形成是由于镓(Ga)是一种强氧化剂的事实。

同时，发光装置大体分为顶部发光的发光二极管(TLED)和倒装芯片发光二极管(FCLED)。

目前，配置广泛使用的顶部发光的发光二极管从而通过与p-型覆层接触的欧姆接触层来发光。然而，为了实现高亮度的顶部发光二极管，需要质量好的电流扩布层以补偿具有低空穴浓度的p-型覆层的高薄层电阻值。因此，通过形成具有低薄层电阻值和高透光率的电流扩布薄膜层作为欧姆接触层来提供平稳的空穴注入和电流扩布以及优良的发光功能是必要的。

至今已知的顶部发光的发光二极管，广泛使用在p-型覆层上依次形成了镍(Ni)层和金(Au)层的欧姆接触层。

已知镍-金欧姆接触层具有约10^-3-10^-4Ω□的优异的接触电阻率并且当在氧气(O₂)环境中退火时是半透明的。

当在约500-600℃的温度下在氧气(O₂)环境中退火时，这些传统的欧姆接触层会在构成p-型覆层的氮化镓与作为欧姆接触层的镍层之间的界面，在岛形的金层之间及其上部形成氧化镍(NiO)，即一种p-型半导体氧化物，这导致了肖特基势垒高度(SBH)的降低并且因此p-型覆层的表面周围容易供给起支配作用的载流子空穴。

此外，很清楚地，在p-型覆层上形成镍-金层结构后的退火过程除去了Mg-H金属间络合物，因此导致在p-型覆层表面的有效载流子浓度通过再生过程而超过10¹⁸，所述再生过程增加了氮化镓表面上镁掺杂剂的浓度，这随后引起p-型覆层与含有氧化镍的欧姆接触层之间隧道的反向，由此提供了显示低接触电阻率的欧姆导电性。

然而，使用镍-金结构形式的半透明欧姆接触层的顶部发光的发光二极管含有抑制透光率的金(Au)，因此其发光效率低，由此限制了下一代大容量、高亮度发光装置的实现。

此外，虽然正在进行倒装芯片发光二极管结构的研究与开发，所述倒装芯片发光二极管结构应用p-型反射欧姆电极并通过透明蓝宝石衬底发光，从而增加了光的发光效率，但由于缺少电学、机械和热学上稳定的p-型反射欧姆电极，仍难以实现高质量的倒装芯片发光二极管。

为了克服这些顶部发光和倒装芯片发光二极管所显示的局限性，各种文献都报导了对透明导电氧化物例如ITO的使用的研究[IEEEPTL，Y.C.Lin等人，第14卷，1668页；和IEEE PTL，Shyi-Ming Pan等人，第15卷，646页]，其中完全排除了金(Au)，从而具有优于通常用作p-型欧姆接触层的半透明镍(氧化物)-金层结构的透光率。最近，Semicond.Sci.Technol.，C S Chang等人，18(2003)，L21中报导了通过使用ITO欧姆接触层，实现了与传统的镍-金结构相比表现出较为改善了的输出功率的顶部发光的发光二极管。然而，虽然这些欧姆接触层的结构能够提高发光装置的发光效率，但仍存在与相对高的操作电压有关的问题，因此在将其应用于具有大面积和高容量的高亮度发光装置时仍存在许多局限性。另一方面，美国专利No.6,287,947公开了一种通过与氧化铟锡(ITO)一起使用氧化的薄镍-金或镍-银结构来制备具有改善了的透光率和电学特性的发光二极管的方法。然而，上述美国专利提出的方法也具有缺点例如形成欧姆接触电极的复杂的过程，以及由过渡金属形成的欧姆电极的高薄层电阻，所述过渡金属包括镍金属或元素周期表中II族元素的氧化物，因此难以实现高效率的发光装置。

此外，氧化了的包括镍在内的过渡金属显示出透光率降低的缺点。

开发如上讨论的具有优异电学和光学性质的高质量p-型欧姆电极存在许多困难，这些困难的潜在原因可以总结如下：

1.p-型氮化镓的低空穴浓度以及因此超过10⁴Ω/单位面积的高薄层电阻值。

2.由于与p-型氮化镓相比缺少具有相对高功函数的高度透明电极材料，而在p-型氮化镓与电极之间的界面形成了高的肖特基势垒高度和宽度，由此导致在垂直方向上难以进行平稳的空穴注入。

3.在大多数材料中电学性质与光学性质之间的互反(reciprocal)关系，以及由此，一般地具有高透光率的透明电极具有高薄层电阻值，从而导致在水平方向上电流扩布的急剧下降。

4.由于在p-型氮化镓上部透明导电薄膜层的直接沉积的过程中，在氮化镓层表面上产生了绝缘的氧化镓(Ga₂O₃)，导致发光装置电学特性的劣化。

发明内容

技术问题

因此，本发明已经考虑到上述问题，并且本发明的目的是通过应用具有热稳定性和高可靠性的高质量欧姆接触电极来提供一种具有优异电学特性的顶部发光氮化物基发光装置及其制备方法。

技术方案

为了达到上述目的，根据本发明第一个实施方式的顶部发光氮化物基发光装置在n-型覆层与p-型覆层之间具有活性层，并且所述发光装置包括在p-型覆层上形成的界面改性层；和在界面改性层上形成的由透明导电材料组成的至少一个透明导电薄膜层。

根据本发明第二个实施方式的顶部发光氮化物基发光装置进一步包括在界面改性层与透明导电薄膜层之间所形成的插入金属层。

根据本发明第三个和第四个实施方式的在n-型覆层与p-型覆层之间具有活性层的顶部发光氮化物基发光装置包括多欧姆接触层，所属多欧姆接触层包括界面改性层和至少一个透明导电薄膜层，它们作为叠置重复单元叠置在所述p-型覆层上。

为了达到上述目的，根据本发明，在n-型覆层与p-型覆层之间具有活性层的顶部发光氮化物基发光装置的制备方法包括：

a)在发光结构的p-型覆层上形成界面改性层，所述发光结构包含依次叠置在衬底上的n-型覆层、活性层和p-型覆层；

b)在所述界面改性层上形成由透明导电材料组成的至少一个透明导电薄膜层；和

c)将所得到的结构退火。

优选地，所述方法可以进一步包括在透明导电薄膜层形成之前在界面改性层上形成插入金属层。

此外，根据本发明的顶部发光氮化物基发光装置的另一个制备方法，所述发光装置在n-型覆层与p-型覆层之间具有活性层，所述制备方法包括：

a)在发光结构的p-型覆层上通过叠置作为叠置重复单元的界面改性层和至少一个透明导电薄膜层以形成多欧姆接触层，所述发光结构包括依次叠置在衬底上的n-型覆层、活性层和p-型覆层；和

b)将所得到的结构退火。

有益效果

如上所述，根据本发明的顶部发光氮化物基发光装置及其制备方法，提供了下述优点，例如改善了与p-型覆层的欧姆接触特性，导致引线结合效率和发光装置封装良品率的增加，由于低的接触电阻率和优良的电流-电压特性而能够改善发光效率和装置寿命。

附图说明

本发明的上述和其它目的、特点和其它优点将通过以下结合附图的详细说明而被更加清楚地理解，其中：

图1是根据本发明第一个实施方式的发光装置的截面图；

图2是根据本发明第二个实施方式的发光装置的截面图；

图3是根据本发明第三个实施方式的发光装置的截面图；

图4是根据本发明第四个实施方式的发光装置的截面图；

图5是显示了对具有依次叠置其上的掺杂铜的氧化铟和ITO的p-型电极结构所测定的电流-电压特性结果的曲线；

图6是显示了对应用p-型电极结构的发光装置所测定的电流-电压特性结果的曲线，所述p-型电极结构具有依次叠置其上的掺杂铜的氧化铟和ITO；

图7是显示了对具有依次叠置其上的p-型LaNiO₃和ITO的p-型电极结构所测定的电流-电压特性结果的曲线；

图8是显示了对应用p-型电极结构的发光装置所测定的电流-电压特性结果的曲线，所述p-型电极结构具有依次叠置其上的p-型LaNiO₃和ITO；

图9是显示了对具有依次叠置其上的铟和ITO的p-型电极结构所测定的电流-电压特性结果的曲线；

图10是显示了对应用p-型电极结构的发光装置所测定的电流-电压特性结果的曲线，所述p-型电极结构具有依次叠置其上的铟和ITO；

图11是显示了对具有依次叠置其上的添加3.5％银的锡合金和ITO的p-型电极结构所测定的电流-电压特性结果的曲线；和

图12是显示了对应用p-型电极结构的发光装置所测定的电流-电压特性结果的曲线，所述p-型电极结构具有依次叠置其上的添加3.5％银的锡合金和ITO。

具体实施方式

以下将参照附图更加详细地描述根据本发明优选实施方式的顶部发光氮化物基发光装置。

图1显示了根据本发明第一个实施方式的顶部发光氮化物基发光装置的截面图。

现在参照图1，顶部发光氮化物基发光装置是由下述结构形成的，所述结构包括依次叠置其上的衬底110、缓冲层120、n-型覆层130、活性层140、p-型覆层150、界面改性层160和透明导电薄膜层170。参考标记180和190分别代表p-型电极极板和n-型电极极板。

此外，叠置在p-型覆层150上的界面改性层160和透明导电薄膜层170相当于多欧姆接触层，即p-型电极结构。

衬底110优选由选自蓝宝石(Al₂O₃)、金刚砂(SiC)、硅(Si)和砷化镓(GaAs)的任意一种材料形成。

可以省略缓冲层120。

从缓冲层120到p-型覆层150的各层是以选自由通式：Al_xIn_yGa_zN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤x+y+z≤1)代表的III族氮化物基化合物中的任一化合物为基础形成的。n-型覆层130和p-型覆层150含有加入其中的相应的掺杂剂。

可以配置活性层140从而使其具有各种已知结构例如单层或MQW层。

例如，当应用氮化镓基化合物半导体时，缓冲层120由GaN形成，n-型覆层130通过向GaN中加入n-型掺杂剂例如Si、Ge、Se和Te而形成，活性层140由InGaN/GaN MQW或AlGaN/GaN MQW形成，以及p-型覆层150通过向GaN中加入p-型掺杂剂例如Mg、Zn、Ca、Sr和Ba而形成。

可以在n-型覆层130与n-型电极极板190之间插入n-型欧姆接触层(未示出)，并且各种已知结构例如具有依次叠置其上的钛(Ti)和铝(Al)的层结构等可用作n-型欧姆接触层。

作为p-型电极极板180，可以应用具有依次叠置其上的镍(Ni)/金(Au)或银(Ag)金/(Au)的层结构。

可以通过使用电子束蒸镀器、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体激光沉积(PLD)或双型(dual-type)热蒸镀器溅射等来形成各层。

在界面改性层160上形成透明导电薄膜层170。

透明导电氧化物(TCO)或透明导电氮化物(TCN)可以用作透明导电薄膜层170的材料。

作为透明导电氧化物，可以应用由选自铟(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)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、钯(Pd)、铂(Pt)和镧(La)中的至少一种成分与氧组合的材料。

此外，透明导电氮化物包括那些具有低薄层电阻和高透光率并且至少含有钛(Ti)和氮(N)的氮化物。例如，可以提到氮化钛(TiN)或氮氧化钛(Ti-N-O)。

为了改善电学特性，可以向透明导电氧化物或透明导电氮化物中加入元素周期表中的至少一种金属元素作为掺杂剂。

优选地，加入到透明导电氧化物或透明导电氮化物中的掺杂剂的比例在0.001-20wt％的范围内。此处，wt％是指加入的材料之间的重量比。

通过考虑由发光装置的用途所决定的功函数和薄层电阻，来选择透明导电薄膜层170的材料。

为了具有适当的透光率和导电性，透明导电薄膜层170的厚度优选在1nm-1,000nm的范围内。

这种透明导电薄膜层170优选是单层或由两层或更多层组成的多层的形式。图4显示了它的一个例子。

界面改性层160用于改善p-型覆层150与透明导电薄膜层170之间的欧姆接触。

作为界面改性层160，其所使用的材料具有导电性，并在小于800℃的温度下在各种气体环境例如氧气、氮气和氩气中退火时，能够容易地分解为导电纳米相氧化物颗粒，或者能够形成透明导电薄膜层，并且同时所述材料能够减少薄薄地形成于p-型覆层150上部的自然氧化物层，即氧化镓(Ga₂O₃)，或者将氧化镓层转变为导电氧化物层。

用于界面改性层160的满足上述条件的材料可以选自如下的各种材料：

1)选自铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镁(Mg)、银(Ag)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)、铂(Pt)、镍(Ni)和钯(Pd)中的任一种元素，含有选自上述元素的至少一种的合金，以及它们的固溶体。

1-1)用于界面改性层的材料优选由上述元素中的铟、加入有添加元素并含有铟作为主要成分的合金和它们的固溶体中的任意一种所形成。此处，加入到铟中作为用于改性金属层的材料的添加元素包括选自锡(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)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、钯(Pd)、铂(Pt)和镧(La)中的至少一种。所加入的添加元素相对于铟的比例并不是特别限定的，但是优选在0.001-50wt％的范围内。

1-2)用于界面改性层的材料还优选由上述元素中的锡、加入有添加元素并含有锡作为主要成分的合金和它们的固溶体中的任意一种所形成。此处，加入到锡中作为用于改性金属层的材料的添加元素包括选自铟(In)、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)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、钯(Pd)、铂(Pt)和镧(La)中的至少一种。所加入的添加元素相对于锡的比例并不是特别限定的，但是优选在0.001-50wt％的范围内。

2)p-型透明导电氧化物

对于界面改性层160，其使用的材料能够提供10¹⁵-10¹⁸/cm³的p-型透明导电氧化物的空穴浓度，所述p-型透明导电氧化物形成在p-型覆层150的上部，这样能够减少在p-型覆层150与界面改性层160之间形成的肖特基势垒的高度和宽度。

2-1)作为p-型透明导电氧化物的例子，优选二元或三元氧化物，二元或三元氧化物由选自包括镁(Mg)、锌(Zn)和铍(Be)的II族元素中的至少一种元素所形成。

2-2)作为p-型氧化物的例子，优选选自Ag₂O、CuAlO₂、SrCu₂O₂、LaMnO₃、LaNiO₃和In_xO_1-x的任意一种氧化物。

可以向p-型氧化物中适当地加入p-型掺杂剂，这样能够控制p-型透明导电氧化物的浓度和功函数，并且同时能够降低肖特基势垒的高度和宽度。

此外，除了以上提到的p-型透明导电氧化物外，还可以应用下述材料，该材料能够提供值为10¹⁵-10¹⁷/cm³的透明导电纳米相粒子或薄膜层的电子浓度，所述纳米相粒子或薄膜层形成于p-型覆层150上部，这样能够降低在p-型覆层150与界面改性层160之间形成的肖特基势垒的高度和宽度。

2-3)在以上提到的材料中，优选铟基氧化物、锡基氧化物或锌基氧化物。

在铟基氧化物的情况下，优选地向主要成分氧化铟(In₂O₃)中加入能够调节氧化铟(In₂O₃)的浓度和功函数并且同时能够降低肖特基势垒的高度和宽度的添加元素。作为添加元素，可以提到选自镓(Ga)、镁(Mg)、铍(Be)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和镧(La)中的至少一种成分。

在锡基氧化物的情况下，优选地向氧化锡中进一步加入能够调节氧化锡的浓度和功函数并且同时能够降低肖特基势垒的高度和宽度的添加元素。作为添加元素，可以提到选自锌(Zn)、镓(Ga)、镁(Mg)、铍(Be)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和镧(La)中的至少一种成分。

在锌基氧化物的情况下，优选地向氧化锌中进一步加入能够调节氧化锌的浓度和功函数并且同时能够降低肖特基势垒的高度和宽度的添加元素。作为可以加入的添加元素，可以提到选自铟(In)、锡(Sn)、镓(Ga)、镁(Mg)、铍(Be)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(RH)、钌(Ru)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和镧(La)中的至少一种成分。

在这方面，所加入的添加元素相对于以上提到的主要成分的比例并不是特别限定的，但是优选在0.001-50wt％的范围内。此处，M％是指所加入的材料之间的重量比。

由以上提到的材料组成的界面改性层160优选以0.1nm-100nm的厚度形成，在此厚度下在退火时，界面改性层160能够很容易地分解为导电纳米相氧化物或者能够形成薄膜层，载流子的量子隧道能够通过所述纳米相氧化物或薄膜层起效。

图2显示了根据本发明第二个实施方式的顶部发光氮化物基发光装置的截面图。对于与在先前显示的图中具有相同功能的元素，以下相似的数字是指相似的元素。

现在参照图2，顶部发光的发光装置是由下述结构形成的，所述结构包括依次叠置其上的衬底110、缓冲层120、n-型覆层130、活性层140、p-型覆层150、界面改性层160、插入金属层165和透明导电薄膜层170。

此处，界面改性层160、插入金属层165和透明导电薄膜层170对应于多欧姆接触层。

插入金属层165形成于界面改性层160与透明导电薄膜层170之间。

插入金属层165优选由在退火时容易转化为透明导电氧化物并且同时能够调节改性金属层160或透明导电薄膜层170的电学或光学特性的金属组成，所述透明导电薄膜层170在随后的步骤中形成于改性金属层160上。

优选地，插入金属层165由选自锌(Zn)、铟(In)、锡(Sn)、镍(Ni)、镁(Mg)、镓(Ga)、铜(Cu)、铍(Be)、铱(Ir)、钌(Ru)和钼(Mo)中的至少一种成分形成。

当然，插入金属层165可以由使用以上列举材料的多个层形成。

优选地，插入金属层165以1nm-100nm的厚度形成。

这种发光装置是通过使用先前说明的材料和沉积方法在发光结构的p-型覆层150上依次沉积来形成界面改性层160、插入金属层165和透明导电薄膜层170，并将所得的p-型电极结构进行退火而构成的，所述发光结构包括依次叠置在衬底上的n-型覆层130、活性层140和p-型覆层150。

以下，参照图1和2描述具有根据本发明第一个和第二个实施方式结构的发光装置的制备方法。

首先，在衬底110上依次叠置缓冲层120、n-型覆层130、活性层140和p-型覆层150。

其次，为了确保n-型电极极板190的形成空间，部分蚀刻从p-型覆层150至n-型覆层130的区域以形成MESA结构。

接着，当应用图1的结构时，在p-型覆层150上依次形成界面改性层160和透明导电薄膜层170；并且在应用图2结构时，在p-型覆层150上依次形成界面改性层160、插入金属层165(如果必要的话)和透明导电薄膜层170。

通过使用已知的沉积方法例如电子束蒸镀、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体激光沉积(PLD)或双型热蒸镀器溅射等依次形成界面改性层160/透明导电薄膜层170或者界面改性层160/插入金属层165/透明导电薄膜层170。

沉积温度为20℃-1500℃，并且蒸镀器的内压为大气压至10^-12托。在p-型覆层150上形成界面改性层160/透明导电薄膜层170或者界面改性层160/插入金属层165/透明导电薄膜层170后，所得发光结构优选在真空或合适的气体环境中退火。

在100℃-800℃的温度下于反应器内进行退火10秒钟至3小时。作为在退火时引入到反应器的气体，可以应用选自氮气、氩气、氦气、氧气、氢气和空气中的至少一种气体。

图3显示了根据本发明第三个实施方式的顶部发光的发光装置的截面图。对于与在先前显示的图中具有相同功能的元素，以下相似的数字是指相似的元素。

现在参照图3，顶部发光装置是由下述结构形成的，所述结构包括依次叠置其上的衬底210、缓冲层220、n-型覆层230、活性层240、p-型覆层250和多欧姆接触层260。参考标记280和290分别代表p-型电极极板和n-型电极极板。

以下，将对多欧姆接触层260进行说明。

多欧姆接触层260是通过重复叠置作为叠置单元的改性金属层260a/透明导电薄膜层260b形成的。图3显示了这种重复叠置结构的例子。

现在参照图3，多欧姆接触层260由下述结构形成，所述结构包括依次叠置其上的第一改性金属层260a/第一透明导电薄膜层260b/第二改性金属层260c/第二透明导电薄膜层260d。

第一改性金属层260a和第一透明导电薄膜层260b可以根据在本发明第一个和第二个实施方式中对改性金属层160和透明导电薄膜层170所描述的方法形成。

在退火时，由第一透明导电薄膜层260b或由将在随后步骤中形成的第二透明导电薄膜层260d向第二改性金属层260c提供氧，所述第二改性金属层260c将形成透明导电氧化物薄膜层，并且同时，第二改性金属层260c进一步增加了第一和第二透明导电薄膜层260b和260d的载流子浓度。

为了降低薄层电阻，用于第二改性金属层260c的材料可以与第一改性金属层260a的成分相同或不同。

优选地，第一和第二改性金属层260a和260c分别地以0.1nm-100nm的厚度形成，在该厚度范围内在退火时这些层可以容易地分解并氧化为导电纳米相粒子。

此外，第一透明导电薄膜层260b和第二透明导电薄膜层260d也可以由上面提到的材料形成，但是为了降低薄层电阻，第一透明导电薄膜层260b的成分可以与第二透明导电薄膜层260d的成分相同或不同。

如上所述，第一透明导电薄膜层260b和第二透明导电薄膜层260d也独立地以1nm-1000nm的厚度形成。

这种发光装置是通过使用先前说明的材料和沉积方法在发光结构的p-型覆层250上依次沉积第一界面改性层260a、第一透明导电薄膜层260b、第二界面改性层260c和第二透明导电薄膜层260d来形成多欧姆接触层260，并将所得的结构进行退火而构成的，所述发光结构包括依次叠置在衬底210上的n-型覆层230、活性层240和p-型覆层250。

同时，图4显示了应用另一个多欧姆接触层的发光装置作为本发明的第四个实施方式。对于与在先前显示的图中具有相同功能的元素，以下相似的数字是指相似的元素。

现在参照图4，多欧姆接触层260由下述结构形成，所述结构包括依次叠置其上的第一改性金属层260a/第一透明导电薄膜层260b/第二透明导电薄膜层260d。此处，叠置重复单元是第一改性金属层260a/第一透明导电薄膜层260b/第二透明导电薄膜层260d。

在具有这种结构的多欧姆接触层260中，可以使用如前所述的材料和方法来形成第一改性金属层260a/第一透明导电薄膜层260b/第二透明导电薄膜层260d。

以下，参照图3和4来描述具有根据本发明第三个和第四个实施方式结构的发光装置的制备方法。

首先，在衬底210上依次沉积缓冲层220、n-型覆层230、活性层240和p-型覆层250，由此形成发光结构。

其次，为确保n-型电极极板290的形成空间，部分蚀刻从p-型覆层250至n-型覆层230的层以形成MESA结构。

接着，在发光结构的p-型覆层250上形成多欧姆接触层260。组成多欧姆接触层260的各层可以通过使用已知的沉积方法例如电子束蒸镀、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体激光沉积(PLD)、双型热蒸镀器溅射来形成。

此外，用于依次形成多欧姆接触层260的各层的沉积温度为20℃-1500℃，并且蒸镀器的内压为大气压至10^-12托。

优选地，在多欧姆接触层260形成后进行退火步骤。

在100℃-800℃的温度下于反应器内在真空或合适的气体环境中进行退火10秒钟至3小时。

作为在退火时引入到反应器的气体，可以应用选自氮气、氩气、氦气、氧气、氢气和空气中的至少一种气体。

图5显示了下述p-型电极结构的电流-电压特性的测定结果，所述p-型电极结构是通过在p-型覆层150上形成3nm厚的界面改性层160和透明导电薄膜层170，接着在600℃退火而制备的，所述界面改性层160是通过向氧化铟(In_xO_1-x)中加入10wt％的铜(Cu)形成的，并且在所述透明导电薄膜层170中以200nm的厚度沉积ITO。

图5中的各曲线代表了在不同距离(分别为4、8和12微米)测定的结果，所述距离为如上制备的p-型电极结构的欧姆电极之间的距离。这些结果显示电流-电压关系符合欧姆定律。也就是说，从图5中可以看到，退过火的p-型电极结构显示出线性电流-电压特性，由此代表欧姆接触，而非肖特基接触。

图6显示了应用了下述p-型电极结构的发光装置的电流-电压特性测定结果，所述p-型电极结构是通过在发光结构的p-型覆层150上形成3nm厚的界面改性层160和透明导电薄膜层170，接着在600℃退火而制备的，所述界面改性层160是通过向氧化铟(In_xO_1-x)中加入10wt％的铜(Cu)形成的，并且在所述透明导电薄膜层170中以200nm的厚度沉积ITO。

从图6中可以看到，在20mA的注入电流下获得了小于3.4伏的低操作电压。

图7显示了下述p-型电极结构的电流-电压特性的测定结果，所述p-型电极结构是通过在p-型覆层150上形成界面改性层160和透明导电薄膜层170，接着在600℃退火而制备的，在所述界面改性层160中以3nm的厚度沉积p-型LaNiO₃，并且在所述透明导电薄膜层170中以200nm的厚度沉积ITO。

图7中用不同符号标记的各曲线代表了在不同距离(分别为4和8微米)测定的结果，所述距离为如上制备的p-型电极结构的欧姆电极之间的距离。这些结果显示电流-电压关系符合欧姆定律。也就是说，从图7可以看到，退过火的p-型电极结构显示出代表欧姆接触的线性电流-电压特性。

图8显示了应用下述p-型电极结构的发光装置的电流-电压特性测定结果，所述p-型电极结构是通过在发光结构的p-型覆层150上形成界面改性层160和透明导电薄膜层170，接着在600℃退火而制备的，在所述界面改性层160中以3nm的厚度形成p-型LaNiO₃，并且在所述透明导电薄膜层170中以200nm的厚度沉积ITO。

从图8中可以看到，在20mA的注入电流下获得了小于3.4伏的低操作电压。

图9显示了下述p-型电极结构的电流-电压特性的测定结果，所述p-型电极结构是通过在p-型覆层250上形成界面改性层260a和透明导电薄膜层260b，接着在600℃退火而制备的，在所述界面改性层260a中以3nm的厚度沉积铟(In)，并且在所述透明导电薄膜层260b中以200nm的厚度沉积ITO。

图9中用不同符号标记的各曲线代表了在下述不同距离下(分别为4、8、12和16微米)测定的结果，所述距离为如上制备的p-型电极结构的欧姆电极之间的距离。这些结果显示电流-电压关系符合欧姆定律。也就是说，正如从图9可以看到的，根据本发明的p-型电极结构显示出代表欧姆接触的线性电流-电压特性。

图10显示了下述发光装置的电流-电压特性的测定结果，所述发光装置是通过在发光结构的p-型覆层250上形成作为p-型电极结构的第一界面改性层260a和第一透明导电薄膜层260b，接着在600℃退火而制备的，在所述第一界面改性层260a中以3nm的厚度沉积铟(In)，并且在所述第一透明导电薄膜层260b中以200nm的厚度沉积ITO。

从图10中可以看到，在20mA的注入电流下获得了小于3.4伏的低操作电压。

图11显示了下述p-型电极结构的电流-电压特性的测定结果，所述p-型电极结构是通过在p-型覆层250上形成3nm厚的改性金属层260a和透明导电薄膜层260b，接着在600℃退火而制备的，所述改性金属260a是通过向锡(Sn)中加入3.5wt％的银(Ag)而形成的，并且在所述透明导电薄膜层260b中以200nm的厚度沉积ITO。

图11中用不同符号标记的各曲线代表了在不同的距离测定的结果，所述距离为如上制备的p-型电极结构的欧姆电极之间的距离。这些结果显示电流-电压关系符合欧姆定律。也就是说，从图11可以看到，根据本发明的p-型电极结构显示出代表欧姆接触的线性电流-电压特性。

图12显示了下述发光装置的电流-电压特性的测定结果，所述发光装置是通过在发光结构的p-型覆层250上形成3nm厚的改性金属层260a和透明导电薄膜层260b，接着在600℃退火而制备的，所述改性金属层260a是通过向锡(Sn)中加入3.5wt％的银(Ag)而形成的，并且在所述透明导电薄膜层260b中以200nm的厚度沉积ITO。

从图12中可以看到，在20mA的注入电流下获得了小于3.4伏的低操作电压。

虽然出于示例性的目的公开了本发明的优选实施方式，但本领域的技术人员能够了解，可以进行各种改进、填加和替换而不背离如所附权利要求书中公开的本发明的范围和精神。

Claims (30)

1.一种顶部发光氮化物基发光装置，该发光装置在n-型覆层与p-型覆层之间具有活性层，并且所述发光装置包括：

在所述p-型覆层上形成的界面改性层；和

在所述界面改性层上形成的透明导电薄膜层，该透明导电薄膜层由透明导电材料组成。

2.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述透明导电薄膜层由透明导电氧化物和透明导电氮化物中的任一种形成。

3.如权利要求2所述的发光装置，其中，所述透明导电氧化物含有选自铟(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)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、钯(Pd)、铂(Pt)和镧(La)中的至少一种成分和氧。

4.如权利要求2所述的发光装置，其中，所述透明导电氮化物至少含有钛(Ti)和氮(N)。

5.如权利要求4所述的发光装置，其中，所述透明导电氮化物是氮化钛(TiN)或氮氧化钛(Ti-N-O)。

6.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述透明导电薄膜层以1nm-1000nm的厚度形成。

7.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层由选自铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镁(Mg)、银(Ag)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)、铂(Pt)、镍(Ni)和钯(Pd)中的任意一种元素、含有选自上述元素的至少一种元素的合金或它们的固溶体形成。

8.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层由铟、加入有添加元素并含有铟作为主要成分的合金或者它们的固溶体形成。

9.如权利要求8所述的发光装置，其中，加入到铟中作为用于所述界面改性层的材料的添加元素包括选自锡(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)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、钯(Pd)、铂(Pt)和镧(La)中的至少一种。

10.如权利要求9所述的发光装置，其中，所加入的添加元素相对于铟的比例在0.001-50wt％的范围内。

11.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层由锡、加入有添加元素并含有锡作为主要成分的合金或者它们的固溶体形成。

12.如权利要求11所述的发光装置，其中，加入到锡中作为用于所述界面改性层的材料的添加元素包括选自铟(In)、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)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、钯(Pd)、铂(Pt)和镧(La)中的至少一种。

13.如权利要求12所述的发光装置，其中，所加入的添加元素相对于锡的比例在0.001-50wt％的范围内。

14.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层由p-型透明导电氧化物形成。

15.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层含有二元或三元氧化物，所述二元或三元氧化物由选自包括镁(Mg)、锌(Zn)和铍(Be)的II族元素中的至少一种元素所形成。

16.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层含有选自Ag₂O、CuAlO₂、SrCu₂O₂、LaMnO₃、LaNiO₃和In_xO_1-x中的任意一种氧化物。

17.如权利要求15或16所述的发光装置，其中，所述界面改性层通过向所述氧化物中进一步加入p-型掺杂剂而形成。

18.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层是铟基氧化物、锡基氧化物或锌基氧化物。

19.如权利要求18所述的发光装置，其中，所述铟基氧化物含有氧化铟(In₂O₃)作为主要成分和选自镓(Ga)、镁(Mg)、铍(Be)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和镧(La)中的至少一种成分作为添加元素。

20.如权利要求18所述的发光装置，其中，所述锡基氧化物含有氧化锡(SnO₂)作为主要成分和选自锌(Zn)、镓(Ga)、镁(Mg)、铍(Be)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和镧(La)中的至少一种成分作为添加元素。

21.如权利要求18所述的发光装置，其中，所述锌基氧化物含有氧化锌(ZnO)作为主要成分和选自铟(In)、锡(Sn)、镓(Ga)、镁(Mg)、铍(Be)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和镧(La)中的至少一种成分作为添加元素。

22.如权利要求19-21任一项所述的发光装置，其中，所加入的添加元素相对于所述界面改性层的主要成分的比例在0.001-50wt％的范围内。

23.如权利要1所述的发光装置，其中，所述界面改性层以0.1nm-100nm的厚度形成。

24.如权利要求1所述的发光装置，其进一步包括：

在所述界面改性层与所述透明导电薄膜层之间所形成的插入金属层。

25.如权利要求24所述的发光装置，其中，所述插入金属层由选自锌(Zn)、铟(In)、锡(Sn)、镍(Ni)、镁(Mg)、镓(Ga)、铜(Cu)、铍(Be)、铱(Ir)、钌(Ru)和钼(Mo)中的至少一种成分形成。

26.如权利要求24所述的发光装置，其中，所述插入金属层以1nm-100nm的厚度形成。

27.一种顶部发光氮化物基发光装置，该发光装置在n-型覆层和p-型覆层之间具有活性层，并且所述发光装置包括：

包括界面改性层和至少一个透明导电薄膜层的多欧姆接触层，所述界面改性层和透明导电薄膜层作为叠置重复单元叠置在所述p-型覆层上。

28.一种顶部发光氮化物基发光装置的制备方法，所述发光装置在n-型覆层与p-型覆层之间具有活性层，所述制备方法包括：

a)在发光结构的p-型覆层上形成界面改性层，所述发光结构包括依次叠置在衬底上的n-型覆层、活性层和p-型覆层；

b)在所述界面改性层上形成至少一个层由透明导电材料组成的透明导电薄膜层；和

c)将所得结构退火。

29.如权利要求28所述的方法，该方法进一步包括：

在形成所述透明导电薄膜层之前，在所述界面改性层上形成插入金属层。

30.一种顶部发光氮化物基发光装置的制备方法，所述发光装置在n-型覆层与p-型覆层之间具有活性层，所述制备方法包括：

a)通过在发光结构的p-型覆层上叠置作为叠置重复单元的界面改性层和至少一个透明导电薄膜层以形成多欧姆接触层，所述发光结构包括依次叠置在衬底上的n-型覆层、活性层和p-型覆层；和

b)将所得结构退火。

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