CN101494266A - 氮化镓基发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的氮化镓基发光二极管，包括蓝宝石衬底、缓冲层、n型GaN基外延层、有源层、p型GaN基外延层、黏附层、ITO层、p电极和n电极，其中，最底层为蓝宝石衬底；缓冲层形成于蓝宝石衬底之上；n型GaN基外延层形成于缓冲层之上；有源层形成于n型GaN基外延层之上，其材料为氮化铟镓；p型GaN基外延层形成于有源层之上；铟镓氧化物层为黏附层形成于p型GaN基外延层之上，p电极形成于ITO层之上，n电极形成于n型GaN基外延层之上。通过在ITO与p型GaN基外延层之间引入铟镓氧化物层，以解决ITO与p型GaN基外延层黏附性差的问题，提高氮化镓基发光二极管的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，特别是一种氮化镓基发光二极管。
背景技术
目前氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)已经广泛应用于手机按键、指示、显示、背光源以及照明等领域；随着各类应用对GaN基LED器件亮度需求的提高，现有技术通常以透明导电氧化物(TCO)取代早期的半透明的Ni/Au作为p型GaN基外延层的透明接触层，以提高发光效率。铟锡氧化物(ITO)是到目前为止在GaN基LED中应用最为广泛的TCO，其中以美国专利US6078064为采用现有技术的典型代表。
如图1为采用现有技术的一种氮化镓基发光二极管结构，包括：蓝宝石衬底10、缓冲层11、n-GaN层12、多量子阱有源层13、p-GaN层14、ITO层15、p电极17和n电极16。其中，最底层为蓝宝石衬底10；缓冲层11形成于蓝宝石衬底10之上，其材料为氮化铝镓铟；n-GaN层12形成于缓冲层11之上；多量子阱有源层13形成于n-GaN层12之上，其材料为氮化铟镓；p-GaN层14形成于多量子阱有源层13之上；ITO层15形成于p-GaN层14之上，p电极17形成于ITO层15之上，以及n电极16形成于n-GaN层12之上。这种现有技术的氮化镓基发光二极管结构通过采用高透光率的ITO与p型GaN基外延层直接接触形成良好的电流扩展层，从而获得较高的取光效率。然而ITO与GaN基外延材料之间的黏附性较差，这给氮化镓基发光二极管在后续使用过程中带来隐患。例如，器件封装过程中，对p电极(焊盘)进行焊线作业时，存在较大的概率将ITO连同p电极拔起，造成电极脱落。为此，在批量生产过程中，通常对ITO进行“开孔处理”，即蚀刻ITO以露出外延层，且孔径略小于p电极，使得p电极除了与ITO接触之外，还能部分地与外延层接触，由于p电极与外延层之间的黏附性较佳，可以缓解电极脱落问题；然而上述处理仍未能彻底解决电极脱落问题，特别是器件封装过程中存在的应力以及使用过程中所采用的高温大电流的工作条件，LED的可靠性仍然较差。
发明内容
为解决ITO与p型GaN基外延层黏附性差的问题，提高氮化镓基发光二极管的可靠性，本发明旨在提供一种氮化镓基发光二极管。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：氮化镓基发光二极管，包括：
一蓝宝石衬底；
一缓冲层形成于蓝宝石衬底之上；
一n型GaN基外延层形成于缓冲层之上；
一有源层，其材料为氮化铟镓，形成于n型GaN基外延层之上；
一p型GaN基外延层形成于有源层之上；
一黏附层，其材料为铟、镓氧化物的混合物，该混合物形成于p型GaN基外延层之上；
一铟锡氧化物ITO层形成于黏附层之上；
一p电极，其材料包含Al或者Au，形成于ITO层之上；
一n电极，其材料包含Al或者Au，形成于n型GaN基外延层之上。
本发明中铟镓氧化物作为p型GaN基外延层和ITO层之间的黏附层，不同氧化物相互接合的黏附性比较可靠，因此铟镓氧化物可以作为ITO层较好的黏附层。在本发明中，铟镓氧化物层的形成方式包括了湿法氧化和热扩散，为了使黏附层与GaN基外延层的黏附力达到较强效果，首先采用湿法氧化，即通过在溶液中氧化GaN基外延层并在其表面生成一定厚度的镓氧化物层；同时因为镓氧化物具有较高的接触势垒(势垒电阻)，为了降低其接触势垒，采用高温熔合使得In通过热扩散进入镓氧化层并最终形成铟镓氧化物层，铟镓氧化物层为铟氧化物和镓氧化物的混合物；利用铟镓氧化物层与ITO层及GaN外延层的良好黏附性，即可以解决现有技术发光二极管中ITO层与GaN外延层黏附差的问题。为了使得铟镓氧化物层对于蓝、绿光和紫外光具有较高的穿透率，本发明的铟镓氧化物中铟的含量必须控制在5％以内，避免因铟镓氧化物的引入而降低取光效率。为了避免载流子无法隧穿铟镓氧化物层而注入有源区，铟镓氧化物层的厚度不能太厚，因此本发明中铟镓氧化物层的厚度必须控制在
(埃)以内，否则会形成肖特基接触并导致工作电压升高。为了使得铟镓氧化物能够起到良好黏附层作用的同时保持发光二极管的原有光电特性，本发明的铟镓氧化物层优选厚度为10埃～50埃。
本发明的有益效果在于：通过在ITO层与p型GaN基外延层之间引入一铟镓氧化物作为黏附层，以解决现有技术氮化镓基发光二极管中ITO层与p型GaN基外延层黏附性差的问题，同时，发光二极管的可靠性得到提高。
附图说明
图1是现有技术的氮化镓基发光二极管结构；
图2是根据本发明实施例的氮化镓基发光二极管结构。
图中：10：蓝宝石衬底 11：缓冲层
12：n-GaN层 13：多量子阱有源层
14：p-GaN层 15：ITO层
16：n电极 17：p电极
20：铟镓氧化物层
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如附图2所示的一种氮化镓基发光二极管结构，蓝宝石衬底10、缓冲层11、n-GaN层12、多量子阱有源层13、p-GaN层14、铟镓氧化物层20、ITO层15、p电极17和n电极16。
其中，最底层为蓝宝石衬底10；缓冲层11形成于蓝宝石衬底10之上，其材料可以采用氮化铝镓铟Al1-x-yGaxInyN(0≤x＜1，0≤y＜1)；n-GaN层12形成于缓冲层11之上；多量子阱有源层13形成于n-GaN层12之上，其材料为氮化铟镓(InGaN)；p-GaN层14形成于多量子阱有源层13之上；铟镓氧化物层20即铟氧化物和镓氧化物的混合物层形成于p-GaN层14之上，铟镓氧化物层20为黏附层；ITO层15形成于铟镓氧化物层20之上；p电极17形成于ITO层15之上，其材料为Cr/Pt/Au；n电极16形成于n-GaN层12之上，其材料为Cr/Pt/Au。
在上述结构中，铟镓氧化物层20(即铟氧化物和镓氧化物的混合物层)的生成过程包括湿法氧化和热扩散。首先，采用紫外光辅助湿法氧化p-GaN层的方式生成镓氧化物层，湿法氧化过程采用汞氙灯照射，在H2O2或者K2S2O8等氧化性溶液中进行，也可以直接在去离子水中进行；然后，通过高温熔合，使得ITO层15中的In通过热扩散进入镓氧化物层，并最终形成铟镓氧化物层20；铟镓氧化物层20的厚度为10埃～50埃，以保持发光二极管的原有光电特性。
本发明的氮化镓基发光二极管，由于ITO层15于氮化镓基发光二极管之上的黏附力得到增强，因此具有更高的可靠性；批量生产的结果表明，即使ITO不作“开孔处理”，在封装焊线作业过程中，无电极脱落问题产生，亦不影响二极管的光效，在实用化和产业方面，较现有技术更为优越。
Claims (4)
1.氮化镓基发光二极管，包括：
一蓝宝石衬底；
一缓冲层形成于蓝宝石衬底之上；
一n型GaN基外延层形成于缓冲层之上；
一有源层，其材料为氮化铟镓，形成于n型GaN基外延层之上；
一p型GaN基外延层形成于有源层之上；
一黏附层，其材料为铟镓氧化物的混合物，该混合物形成于p型GaN基外延层之上；
一铟锡氧化物ITO层形成于黏附层之上；
一p电极，其材料包含Al或者Au，形成于ITO层之上；
一n电极，其材料包含Al或者Au，形成于n型GaN基外延层之上。
2.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管，其特征在于：黏附层中铟的含量不高于5％，黏附层的厚度小于100
3.根据权利要求2所述的氮化镓基发光二极管，其特征在于：黏附层的厚度为10
～50
4.根据权利要求1、2或3所述的氮化镓基发光二极管，其特征在于：黏附层的形成方式包含湿法氧化和热扩散。
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