CN114335269A - P-欧姆接触结构和使用该p-欧姆接触结构的发光器件 - Google Patents

P-欧姆接触结构和使用该p-欧姆接触结构的发光器件 Download PDF

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Abstract

一种发光二极管，包括：n型结构、p型结构以及夹在n型结构和p型结构之间的有源区；形成在p型结构上的p‑接触层；以及形成在p‑接触层上的厚度在0.2‑100nm范围内的P‑欧姆接触，其中，p‑欧姆接触包括一层或多层金属氧化物。

Description

P-欧姆接触结构和使用该P-欧姆接触结构的发光器件
技术领域
本公开一般涉及半导体发光和/或检测技术，并且更具体地涉及一种p-欧姆接触结构和使用该p-欧姆接触结构的发光二极管或光电探测器。
背景技术
氮化合物半导体(诸如，InN、GaN、AlN)以及其取决于合金组分的三元和四元合金，可实现范围从410nm到大约200nm的紫外线(UV)发射。这些包括UVA(400-315nm)、UVB(315-280nm)和部分UVC(280-200nm)发射。UVA发射正在引领固化行业的革命，而UVB发射和UVC发射由于其杀菌效果正期待着在食品、水和表面消毒业务中普遍采用。与传统的UV光源(诸如，水银灯)相比，由氮化合物制成的UV光发射器具有固有的优点。通常，氮化物UV发射器是坚固的、紧凑的、光谱可调的和环保的。它们提供高UV光强度和剂量，有助于对水、空气、食品和物体表面进行理想的消毒/灭菌处理。进一步地，氮化物UV光发射器的光输出可以以高达几百兆赫的高频进行调制，有希望成为物联网、隐秘通信和生物化学检测的创新光源。
UV发光二极管(LED)包括n型AlGaN结构、p型AlGaN结构和发光结构，该发光结构通常由夹在n型AlGaN结构和p型AlGaN结构之间的AlGaN多量子阱(MQW)制成。AlGaN结构可以由AlGaN层构成，或由许多AlGaN层共同作用来提供更好的功能，诸如，改善材料质量、电导率和/或载波限制。AlGaN材料中受体的深层性质使得p型AlGaN结构具有高电阻性，而且不适合p型欧姆接触形成，因此，按照惯例在p-AlGaN结构的顶部形成厚(通常超过100nm厚)p型GaN层，以作为UV LED的p-接触层。传统UV LED的p接触金属方案包括沉积在p型GaN层上的镍(Ni)层和随后的金(Au)覆盖层。由于GaN具有365nm的UV传输截止边缘，厚p-GaN层几乎吸收了所有UVB和UVC光子。如果有任何剩余的光子，则将进一步被Ni/Au p-接触吸收。这样，传统UV LED具有低效率，通常具有小于5％的电光功率转换效率(PCE)。
如美国专利10,276,746中所公开的，利用AlGaN材料的巨大极化场，可以在设计的AlGaN层的表面中形成并限制二维空穴气体(2DHG)。这种设计的AlGaN层可以作为空穴供给者和p-接触层，从而实现UV透明的UV LED外延结构。UV反射p-接触金属方案希望将由这种UV透明的UV LED外延结构提供的光提取和功率转换效率最大化。
发明内容
本公开的一个方面提供一种发光二极管，包括：
n型结构、UV透明的p型结构以及夹在n型结构和UV透明p型结构之间的有源区；
UV透明的p-接触层，其形成在UV透明的p型结构上；以及
厚度在0.2-100nm范围内的P-欧姆接触，其形成在p-接触层上，其中，p-欧姆接触包括一层或多层金属氧化物。
本公开的另一个方面提供一种发光二极管，包括：
n型结构、p型结构以及夹在n型结构和p型结构之间的有源区；
p-接触层，其形成在p型结构上；以及
在p-接触层上的p-欧姆接触，其中，p-欧姆接触是通过在p-接触层上依次沉积一层或多层金属并且氧化该一层或多层金属而形成的。
本公开的另一个方面提供一种发光二极管，包括：
n型结构、p型结构以及夹在n型结构和p型结构之间的有源区；
p-接触层，其形成在p型结构上；以及
p-欧姆接触，其形成在p-接触层上，其中，p-欧姆接触包括相互扩散的两种或两种以上类型的金属，其中，至少一种类型的金属扩散穿过p-欧姆接触的整个厚度，并且氧渗透穿过p-欧姆接触的整个厚度。
附图说明
包括在本发明中的附图提供对本发明的进一步的理解并且构成本申请的一部分，附图图示了本发明的实施例并且与说明书一起用于解释本发明的原理。图中相同的附图标记始终指代相同的元件，并且层可以指与相同的功能相关联的一组层。
图1示出了根据本发明的实施例的UV LED外延层状结构。
图2示出了根据本发明的另一个实施例的UV LED外延层状结构。
图3A绘出了根据本发明的实施例的具有和没有金属氧化物p-欧姆接触的两个UVCLED芯片的电流-电压(IV)曲线。
图3B绘出了根据本发明的实施例的具有和没有金属氧化物p-欧姆接触的两个UVCLED芯片的发射功率和波长。
图4A绘出了根据本发明的实施例的具有和没有金属氧化物p-欧姆接触的两个UVCLED芯片的电流-电压(IV)曲线。
图4B绘出了根据本发明的实施例的具有和没有金属氧化物p-欧姆接触的UVC LED芯片的发射功率和波长。
图5A绘出了根据本发明的实施例的UVC LED芯片的电流-电压(IV)曲线。
图5B绘出了根据本发明的实施例的UVC LED芯片的发射功率和波长。
图6绘出了图3A和图3B中所使用的LED的金属氧化物p-欧姆接触的SIMS元素深度轮廓。
图7绘出了图4A和图4B中所使用的LED的金属氧化物p-欧姆接触的SIMS元素深度轮廓。
图8绘出了65nm厚Al反射器的反射率曲线。
图9绘出了根据本发明的一个方面的各种反射器的归一化反射率曲线(相对于图8所示的65nm厚Al反射器反射率曲线)。
图10示出了根据本发明的实施例的UV光电探测器外延层结构。
具体实施方式
在整个说明书中，术语III族氮化物一般是指具有选自元素周期表的IIIA族的阳离子的金属氮化物。也就是说，III-氮化物包括AlN、GaN、InN以及其三元(AlGaN、InGaN、InAlN)和四元(AlInGaN)合金。在本说明书中，如果III族元素中有一个非常小，以致其存在不影响由这种材料制成的层的预期功能，则为了简单起见，可以将四元减小到三元。例如，如果四元AlInGaN中的In组分非常小(小于1％)，则为了简单起见，该四元AlInGaN可以表示为三元AlGaN。使用相同的逻辑，如果III族元素中有一个非常小，则为了简单起见，可以将三元减小到二元。例如，如果三元InGaN中的In组分非常小(小于1％)，则为了简单起见，该三元InGaN可以表示为二元GaN。III族氮化物还可以包括少量的过渡金属氮化物，诸如，TiN、ZrN、HfN，其摩尔分数不大于10％。例如，III-氮化物或氮化物可以包括AlxInyGazTi(1-x-y-z)N,AlxInyGazZr(1-x-y-z)N,AlxInyGazHf(1-x-y-z)N，其中，(1-x-y-z)≤10％。
众所周知，发光器件(诸如，发光二极管(LED)和激光二极管)通常采用含有量子阱有源区的层压结构、用于将电子注入有源区的n型III族氮化物结构和位于有源区的另一侧用于将空穴注入有源区的p型III族氮化物结构。
在图1中示出了根据本发明的实施例的UV LED结构的横截面示意图。该结构从UV透明的衬底10开始。衬底10可以选自蓝宝石、AlN、SiC等。在衬底10上形成模板20，该模板20可以由厚AlN层制成，例如，具有0.3μm至4.0μm的厚度。尽管在图1中没有示出，在模板20上可以形成诸如Al组分渐变AlGaN层或AlN/AlGaN超晶格组的应变管理结构。在模板20上形成有用于电子供应和n型欧姆接触形成的厚n-AlGaN结构30。结构30可以包括用于电流扩散的厚(2.0μm至5.0μm，诸如，3.0μm，n＝2.0×1018－5.0×1018cm-3)n型N-AlGaN层31、用于MQW有源区极化场屏蔽的重度n型掺杂的(0.2μm至0.8μm，诸如，0.60μm，n＝8×1018－2×1019cm-3)N+-AlGaN层33以及用于减少电流拥塞并将均匀电流注入后续AlbGa1-bN/AlwGa1-wN MQW有源区40中的轻度掺杂的N－-AlGaN层35(0.1μm至0.5μm，诸如，0.3μm，n＝2.5×1017－2×1018cm-3)。MQW 40是由n-AlbGa1-bN势垒和AlwGa1-wN势阱交替堆叠多次(例如，3次至8次)而制成。势垒厚度在8nm至16nm的范围内，并且势阱厚度为1.2nm至5.0nm。MQW 40的总厚度通常小于200nm，例如，为75nm、100nm或150nm。n-AlbGa1-bN势垒和AlwGa1-wN势阱可以分别具有在0.3-1.0和0.0-0.85的范围内的Al组分，并且势垒和势阱之间的Al组分差至少为0.15，以确保势垒-势阱带隙宽度差(ΔEg)至少为400meV，从而确保量子限制效应。在MQW 40之后是p型AlGaN结构50。结构50可以是具有均匀的或变化的Al-组分的p-AlGaN层或p-AlGaN超晶格结构或p-AlGaN MQW结构或作为空穴注入和电子阻挡层的p-AlGaN多层结构。结构50有足够的Al组分和调制，以允许足够的电子阻挡和空穴注入效率。进一步地，结构50在横向扩散空穴电流时也是有效的。在结构50的顶部形成空穴供给供给和p-接触层60(可以根据美国专利10,276,746来设计，该案的内容通过引用全部并入本申请)，以形成用于p型欧姆接触形成的表面空穴气体聚集。简单地说，p-接触层60是薄的(0.6nm至10nm)、应变的和重度掺杂受体的氮化物层(例如，掺杂镁、达到约1020cm-3或更高的浓度)。对于UVB/UVC LED(从200nm到315nm的发射)，p-接触层60优选为掺杂Mg的AlGaN层，该层具有大于0.7的Al组分或具有从0.7到1.0的Al组分。如果MQW有源区40发出较长波长的发射，例如，UVA发射(315nm至400nm)或可见光发射，则p-接触层60可以具有较少的Al组分。
P-接触层60的表面高密度2DHG可以与许多金属形成良好的欧姆接触，不仅与高功函数金属(如镍(Ni)、钨(W)、钼(Mo)、钯(Pd)、铂(Pt)、铱(Ir)、锇(Os)、铑(Rh)和金(Au))形成良好的欧姆接触，而且与一些低功函数金属(如UV反射的金属铝(Al)和可见光反射的银(Ag)和铟(In))形成良好的欧姆接触。在本说明书中，高功函数是指功函数大于5.0eV，并且低功函数是指功函数小于5.0eV。
可选地，参照图2，空穴供给和p-接触层60可以具有在其上形成的辅助p-接触层(APC)61。辅助p-接触层61是薄的(0.2nm至2nm厚)，由具有小的(例如，Al组分小于0.4)或甚至消失的Al组分的p型AlGaN制成，以向p-接触层60提供保护。辅助p-接触层61也将2DHG保持在表面附近。
参照图1和图2，蚀刻出台面以暴露N-AlGaN结构30，用于沉积n-欧姆接触81，该n-欧姆接触81可以由薄的金属层堆叠制成，诸如，由层厚分别为30-40/70-80/10-20/80-100nm的钛/铝/钛/金(Ti/Al/Ti/Au)制成，例如，35/75/15/90nm，或厚度分别为20/60/20/100nm的V/Al/V/Ag、V/Al/V/Au和V/Al/Ti/Au。如图1和图2所示，n-欧姆接触81优选形成在重度n型掺杂N+-AlGaN层33上。覆盖n-欧姆接触81的是由厚(2μm至10μm)金或金锡层制成的n-接触垫89。
参照图1和图2，分别在空穴供给和p-接触层60和/或辅助p-接触层61上形成p-欧姆接触71。根据本发明的实施例，p-欧姆接触71是含有氧元素(O)的金属接触。这意味着p-欧姆接触71包含金属和氧元素，然而，它不需要是完美的化学计量金属氧化物。根据本发明的实施例，在空穴供给和p-接触层60和/或辅助p-接触层61上形成的金属含氧p-欧姆接触71提供至少三个优点。第一个是提高接触稳定性。金属原子易受电场驱动扩散的影响。使用金属含氧p-欧姆接触可以大大减少金属原子场驱动扩散，从而提高接触稳定性。第二个是根据本发明的实施例的金属含氧p-欧姆接触71的形成使得能够在p型AlGaN结构50中共掺杂O和Mg。适当的O和Mg共掺杂可以降低Mg受体的活化能，可能是通过掺杂Mg的AlGaN层中大量的有害氢(H)原子的吸气效应实现的。第三个优点是，与金属p-欧姆接触相比，金属含氧p-欧姆接触可以减少光吸收损失。
在以下内容中，为了描述简单，p-欧姆接触71称为由金属氧化物制成，其中，金属阳离子可以选自镍(Ni)、铟(In)、锡(Sn)、铜(Cu)、铝(Al)、镓(Ga)、铬(Cr)、钼(Mo)、锶(Sr)、钪(Sc)、钇(Y)、锌(Zn)、铑(Rh)、铱(Ir)、钴(Co)、锇(Os)、钯(Pd)、铂(Pt)和钌(Ru)。
P-欧姆接触71可以通过在p-接触层60或辅助p-接触层61上热沉积或化学沉积一层或多层金属氧化物而形成。金属氧化物可以是二元氧化物，诸如，NiOx(NiO)、InOx(In2O3)、SnOx(SnO、SnO2)、RhOx(Rh2O3)、MoOx和IrOx等。这些二元氧化物不必是化学计量的。根据本发明的实施例，金属氧化物中可测量的氧水平可以从某些掺杂水平至化学计量水平，例如，从1019cm-3至化学计量水平，或从1020cm-3至化学计量水平，或从1021cm-3至化学计量水平。金属氧化物可以是三元氧化物，诸如，CuMOx(诸如，x＝2)，其中，金属M可以选自Al、Ga、In、Cr、Sr、Sc和Y，或可以是尖晶石型氧化物，ZnM2Ox(诸如，x＝4)，其中，M＝Rh、Ir或Co。可选地，金属氧化物具有P型电导率。
P-欧姆接触71可以包括选自上述金属氧化物的一层金属氧化物。金属氧化物层的厚度可以在0.2nm至100nm的范围内，诸如，1nm至20nm或2nm至10nm。
P-欧姆接触71可以包括两层金属氧化物，诸如，一层NiOx和一层InOy、一层InOx和一层RhOy、一层NiOx和一层MoOy、一层RhOx和一层MoOy、一层NiOx和一层RhOy等。例如，p-欧姆接触71可以包括第一金属氧化物层和在第一金属氧化物层上形成的第二金属氧化物层，选自以下对：
第一层NiOx和第二层MoOy、InOy或RhOz；第一层MoOx和第二层NiOy、InOy或RhOy；以及第一层InOx和第二层NiOy、MoOy或RhOy等。第一金属氧化物层的厚度可以是第一金属氧化物层和第二金属氧化物层的总厚度的0.1％至5％。此外，这些金属氧化物中可测量的氧水平可以从某些掺杂水平至化学计量水平，例如，从1019cm-3至化学计量水平。
P-欧姆接触71可以包括三层金属氧化物，诸如，按照第一金属氧化物层、第二金属氧化物层和第三金属氧化物层的顺序，其中，第一层面向p-接触层60或辅助p-接触层61，一层InOx、一层NiOy和一层AuOz；一层NiOx、一层RhOy和一层MoOz；一层NiOx、一层MoOy和一层RhOz；等等。第一金属氧化物层的厚度可以是三个金属氧化物层的总厚度的0.1％至5％，并且第二金属氧化物层的厚度与第三金属氧化物层的厚度之比可以在1至10的范围内。
P-欧姆接触71还可以通过氧化形成在p-接触层60或辅助p-接触层61上的(多个)金属层而形成，诸如，通过对(多个)各金属层进行氧等离子体处理或在含氧环境中对(多个)各金属层进行热退火。本公开中所使用的含氧环境是指环境或大气含有氧或水蒸气或与其他合适的气体(诸如，氮气、氧气、水蒸气、氩气等)混合的氧/水蒸气。
在一些实施例中，通过在p-接触层60或辅助p-接触层61上依次沉积一层或多层金属并且氧化该一层或多层金属(诸如，通过热退火或氧等离子体处理)，形成p-欧姆接触71。金属可以选自镍(Ni)、铟(In)、锡(Sn)、铜(Cu)、铝(Al)、镓(Ga)、铬(Cr)、钼(Mo)、锶(Sr)、钪(Sc)、钇(Y)、锌(Zn)、铑(Rh)、铱(Ir)、钴(Co)、锇(Os)、钯(Pd)、铂(Pt)和钌(Ru)、这些金属中的两种、三种或四种的混合物。
在一些实施例中，通过在p-接触层60或辅助p-接触层61上依次沉积两层金属并且氧化该两层金属，形成p-欧姆接触71，两层金属包括在p-接触层60或辅助p-接触层61上形成的第一层以及在第一层上形成的第二层，并且选自：
在p-接触层60或辅助p-接触层61上的Ni层和在Ni层上的Mo层、或在Ni层上的In层、或在Ni层上的Rh层；在p-接触层60或辅助p-接触层61上的Mo层和在Mo层上的Ni层、或在Mo层上的In层、或在Mo层上的Rh层；在p-接触层60或辅助p-接触层61上的In层和在In层上的Ni层、或在In上的Mo层、或在In层上的Rh层；在p-接触层60或辅助p-接触层61上的Rh层、在Rh层上的Mo层、或在Rh上的Ni层、或在Rh层上的Pd层。第一层的厚度可以在0.2nm至4nm的范围内(诸如，0.5nm至2nm)，并且第二层的厚度可以在2nm至100nm的范围内(诸如，2nm至20nm或5nm至10nm)。
在一些实施例中，通过在p-接触层60或辅助p-接触层61上依次沉积三层金属并且氧化该三层金属，形成p-欧姆接触71，三层金属包括在p-接触层60或辅助p-接触层61上形成的第一层、在第一层上形成的第二层和在第二层上形成的第三层，并且分别选自Ni、Rh、Mo、Pd、Ir、Os和Ru。第一层、第二层和第三层的厚度分别在0.2nm至100nm、1nm至100nm或1nm至100nm的范围内，或可选地在0.2nm至2nm、1nm至20nm和1nm至20nm的范围内。
在一些实施例中，在含氧环境中对一层或多层金属进行退火的过程中，氧也渗入p-接触层60和p型结构50中。
在通过氧化单一金属制成接触71的实施例中，可以通过电子束气相沉积以校准的沉积速率沉积单一金属层，诸如，Ni、In、Sn、Mo、Rh或Ir等。在通过氧化两种或两种以上的金属制成接触71的实施例中，可以以各自层厚依次沉积各金属，或可以以不同的沉积速率同时沉积不同的金属以获得不同金属的目标组分或混合比例。
当通过氧化相应的(多个)金属层(诸如，通过热退火或氧等离子体处理)形成p-欧姆接触71的金属氧化物时，由于金属原子的相互扩散，氧化(多个)金属层所形成的(多个)金属氧化物层在层间可能没有清晰的边界。例如，当通过沉积两层或两层以上的金属并且在含氧环境中对两个或两个以上的金属层进行退火来形成p-欧姆接触71时，在退火过程中，两层或两层以上的金属会跨越层间的边界相互扩散，并且甚至可能扩散穿过p-欧姆接触71的整个厚度，而氧会渗入金属层中。在这种情况下，初始金属层之间的边界变得模糊，并且每种金属和氧的浓度可以沿p-欧姆接触71的厚度变化。在一些实施例中，各金属和氧均扩散穿过p-欧姆接触71的整个厚度，并且每一种金属和氧的浓度沿p-欧姆接触71的整个厚度变化。
在一些实施例中，p-欧姆接触71包括两种或两种以上类型的金属，这些金属扩散到彼此的相中并且扩散穿过p-欧姆接触71的整个厚度，并且氧穿过其整个厚度渗入p-欧姆接触71中(例如，参见图6和图7)。P-欧姆接触71中可测量的氧水平可以从某些掺杂水平至化学计量水平，例如，从1019cm-3至化学计量水平，或从1020cm-3至化学计量水平，或从1021cm-3至化学计量水平。在p-欧姆接触71中，金属可以选自镍(Ni)、铟(In)、锡(Sn)、铜(Cu)、铝(Al)、镓(Ga)、铬(Cr)、钼(Mo)、锶(Sr)、钪(Sc)、钇(Y)、锌(Zn)、铑(Rh)、铱(Ir)、钴(Co)、锇(Os)、钯(Pd)、铂(Pt)和钌(Ru)。
在p-欧姆接触71含有两种类型的金属的情况下，两种类型的金属可以选自以下对：第一金属Ni和第二金属Mo、In或Rh；第一金属Mo和第二金属Ni、In或Rh；第一金属In和第二金属Ni、Mo或Rh。第一金属的摩尔分数是第一金属和第二金属的总摩尔数的0.1％至5％。
在p-欧姆接触含有三种类型的金属的情况下，三种类型的金属包括第一金属、第二金属和第三金属，并且可以选自Ni、Rh、Mo、Pd、Ir、Os和Ru。第一金属、第二金属和第三金属的摩尔分数分别在0.1％至5％、80％至90％和5％至19.9％的范围内。例如，第一金属可以是Ni，并且第二金属和第三金属可以分别是Rh和Mo，或者第一金属可以是Ni，并且第二金属和第三金属可以分别是Rh和Pd，等等。
在以上实施例中，氧可以渗入p-接触层60和p型结构50中。P-接触层60和p型结构50中的氧水平可以分别在1020cm-3至1021cm-3和1019cm-3至4.0×1020cm-3的范围内。
根据本发明的实施例，取决于退火环境和沉积在p-接触层60或辅助p-接触层61上的金属的热退火温度或氧化温度通常高于450℃，例如，在450℃至850℃或500℃至750℃的范围内。而且，取决于金属、金属膜厚度、退火温度和环境的热退火时间或氧化时间通常大于1分钟，例如，在1分钟至20分钟或2分钟至10分钟的范围内。
氧化过程可以通过诸如二次离子质谱法(SIMS)、能量色散X射线(EDX)和X射线光电子能谱分析(XPS)等分析技术来确定。SIMS是一种用于通过用聚焦的一次离子束对样品的表面进行溅射并且收集和分析喷射的二次离子来分析固体表面和薄膜的元素的技术。SIMS具有高检测灵敏度，可以检测低至1015cm-3的杂质水平，但是不适用于组分测定。EDX分析通常与透射电子显微镜(TEM)或扫描电子显微镜(SEM)结合，其中，电子束用于击中目标原子，并且从原子内壳击落电子，留下带正电荷的亚稳态原子。外壳电子将进行量子跃迁以填补内壳空缺，以X射线的形式释放势能。这种X射线的能量对特定的元素和跃迁是独特的，以致于EDX被广泛应用于识别元素。因此，EDX可以通过查看氧特征EDX峰来核实氧化过程。EDX具有相对较低的检测灵敏度，但是可以用于确定合金的组分。它可以用于检测组分在1％以上的元素。另一方面，XPS是基于光电效应，使用X射线从目标原子上击落电子。光电电子的动能可以用于识别元素及其化学状态。例如，氧特征XPS峰(O 1s)可以用于量化金属氧化过程。进一步地，每次氧化时，金属的内壳峰(诸如，3d峰)由于氧化增加其结合能而转移至更高的能量。XPS对膜表面化学变化非常敏感。
在p-欧姆接触71上形成有金属反射器层73，该金属反射器层73可以选自金属Al、Pd、Pt、Os、Rh、Ir、In、Mo和钨(W)。金属反射器层73优选地厚于10nm，优选地为50nm厚或100nm厚。可选地，金属反射器层73是UV反射的(例如，是UVC反射的)，以使光提取效率最大化。在一个实施例中，p-欧姆接触71具有0.2nm至100nm的厚度，并且金属反射器层73是厚度为90nm至110nm(例如，100nm)的Al层。在另一个实施例中，p-欧姆接触71具有0.2nm至2.0nm的厚度，并且金属反射器层73是75nm的Rd层。在另一个实施例中，p-欧姆接触71是具有0.2nm至10.0nm的厚度的金属氧化物，并且金属反射器层73是厚度为60nm至70nm(例如，65nm)的Rd层。在另一个实施例中，p-欧姆接触71具有0.2nm至15.0nm的厚度，并且金属反射器层73是厚度为70nm至80nm(例如，75nm)的Al层。在又一个实施例中，p-欧姆接触71具有0.2nm至6.0nm的厚度，并且金属反射器层73是厚度为65nm至75nm(例如，70nm)的Mo层。在又一个实施例中，p-欧姆接触71具有0.2nm至3.0nm的厚度，并且金属反射器层73是厚度为75nm至85nm(例如，80nm)的Pd层。
在金属反射器层73上形成有厚金属层作为p-接触垫79，该厚金属层可以由2μm至8μm金层或金锡层制成。
示例：
本公开中的三个UVC LED晶片(#306、#394、#415)是根据图1和图2中所示的外延结构使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)而制成的。使用C平面蓝宝石作为衬底10，其中，3.5μm厚的AlN作为AlN模板20。N-AlGaN层31由掺杂有水平为4.5×1018cm-3的Si的2.5μm厚的Al0.58Ga0.42N制成，并且与N-AlGaN层31组分相同的N+-AlGaN层33和N－-AlGaN层35分别是450nm和200nm厚，并且掺杂有8.5×1018cm-3和3.5×1017cm-3的Si。所使用的MQW 40为五对多量子阱，其中，势垒厚度和Al组分分别是11.0nm和55％，并且势阱厚度和Al组分分别是1.8nm和35％。进一步地，势垒掺杂有3.0×1018cm-3的Si，并且势阱未被掺杂。所使用的p-AlGaN结构50是8对AlGaN/AlGaN多量子阱结构，其中，势垒厚度和Al组分分别是8.0nm和68％，并且势阱厚度和Al组分分别是1.6nm和55％。空穴供给和p-接触层60直接形成在p-AlGaN结构50的最后一个量子阱上。
该三个晶片，即，晶片#306、#394、#415在空穴供给和p-接触层方面是不同的。晶片#306具有空穴供给和由1.2nm的掺杂Mg的AlN层制成的p-接触层60(参照图1)，而晶片#394和#415具有由1.5nm的掺杂Mg的Al082Ga018N制成的p-接触层60和附加的辅助p-接触层61，该辅助p-接触层61是0.8nm厚的掺杂Mg的GaN层(参照图2)。
使用标准的半导体光刻、蚀刻和金属化工艺将该三个晶片制成UVC LED芯片。具有各层厚为35/75/15/90nm的Ti/Al/Ti/Au多层用作n-欧姆接触(81)。晶片#306和#415用于比较Rh/Ni和RhOx/NiOy p-欧姆接触(71)，并且晶片#394用于比较Au/Ni/In和AuOx/NiOy/InOzp-欧姆接触(71)。为此，0.5nm Ni层随后98.5nm Rh层(Ni/Rh厚度比约为0.51％)沉积在晶片#306的p-接触层60上并且沉积在晶片#415的辅助p-接触层61上，并且50nm/50nm/50nmIn/Ni/Au(首先进行In沉积)金属堆叠沉积在晶片#394的辅助p-接触层61上。在p-金属沉积之后，金属p-欧姆接触和金属氧化物p-欧姆接触分别通过在纯氮环境中和在含氧环境中对晶片进行热退火而形成。
在图3A中分别示出了由晶片#415制成的具有金属(Rh/Ni)和金属氧化物(RhOx/NiOy)p-欧姆接触的代表性UVC LED芯片的电流-电压(IV)曲线。图3B比较了它们各自的发射功率和波长。如图所示，对于具有金属氧化物p-欧姆接触的UVC LED芯片，正向电压降低，并且发射功率增加。发射峰波长为266nm并且当电流从20mA增加到100mA时，发射峰波长蓝移至262nm。通过SIMS测量证实通过在含氧环境中对Rd/Ni膜进行退火而形成金属氧化物p-欧姆接触(71)。结果如图6所示，其中，针对图3A和图3B中所使用的LED的金属氧化物p-欧姆接触绘出了元素O、Ni和Rh的深度轮廓。如图所示，在热退火后，Ni扩散到Rh中并且与Rh很好地混合，具有两个组分峰，一个由于向外扩散和表面偏析而接近表面，另一个在与LED p型结构(辅助p-接触层61)接口的初始沉积位置。同样明显的是，由于非常薄的金属厚度(标称0.5nm)，所检测到的Ni的二次离子强度相对较低。这个非常薄的Ni层的至少一个功能是提高随后的厚Rh层的表面附着力。氧深度轮廓跟随Ni的趋势，甚至延伸到LED的p型结构中。这意味着，根据本发明的实施例的金属氧化物p-欧姆接触71的形成使得O和Mg能够在p型AlGaN结构50中共掺杂。适当的O和Mg共掺杂可以降低Mg受体的活化能并且提高p型掺杂效率，可能是通过掺杂Mg的AlGaN层中大量的有害氢H原子的吸气效应实现的。这样，如图3A、图3B和图6所示，显然形成了RhOx/NiOy p-欧姆接触并且优于Rh/Ni金属p-欧姆接触。
在图4A中分别示出了由晶片#394制成的具有Au/Ni/In和AuOx/NiOy/InOz p-欧姆接触的代表性UVC LED芯片的IV曲线。图4B比较了它们各自的发射功率和波长。如图所示，对于具有AuOx/NiOy/InOz p-欧姆接触的UVC LED芯片，开启电压降低，并且发射功率增加。发射峰波长为262nm并且当电流从20mA增加到100mA时，发射峰蓝移至258nm。通过SIMS测量证实通过在含氧环境中对Au/Ni/In膜进行退火而形成金属氧化物p-欧姆接触(71)。在图7中示出了图4A和图4B中所使用的LED的金属氧化物p-欧姆接触的SIMS元素深度轮廓。如图所示，在热退火后，金属间的扩散是显著的，因此，由SIMS测量的混合金属氧化物厚度变为约100nm，而非沉积时的150nm。In和Ni均扩散至Au中并且与Au很好地混合，每个都形成两个浓度峰，一个在表面周围，而另一个在初始膜沉积位置。氧深度轮廓跟随Ni和In的趋势，并且延伸到LED的p型结构中。这样，如图4A、图4B和图7所示，显然形成了AuOx/NiOy/InOz p-欧姆接触并且优于Au/Ni/In金属p-欧姆接触。
在图5A中示出了由晶片#306制成的具有RhOx/NiOy p-欧姆接触的代表性UVC LED芯片的IV曲线。在图5B中绘出了其发射功率和波长。如图所示，100mA时的正向电压是7.0V，具有晶片上芯片光学功率21mW。发射峰波长为260nm并且当电流从20mA增加到100mA时，发射峰波长蓝移到257nm。比较图3A、图3B、图5A和图5B，表明去除辅助p-接触层61增加了发射功率，而没有损失电压。
根据本发明的实施例的金属氧化物p-欧姆接触71可以具有一定的UV吸收系数，因此，其厚度可能影响p-欧姆接触71和金属反射器层73的组合反射器的有效反射率。在图8中示出了Al反射器的测量反射率曲线，该Al反射器由沉积在双面抛光蓝宝石衬底上的65nm厚的Al膜制成。如图所示，该Al反射器对于240nm至300nm的波长区域内的光具有约90％的反射率。在图9中示出了根据本发明的另一个方面的各种组合反射器的归一化反射率(归一化为图8所示的Al反射器反射率)曲线。这些组合反射器包括65nm厚Al反射器、65nm厚Rh反射器、0.5/98.5nm厚NiOx/RhOy反射器、0.5/10nm厚NiOx/RhOy和65nm Rh组合反射器以及0.5/10nm厚NiOx/RhOy和65nm Al组合反射器。如图所示，65nm厚Rh反射器具有60％至66％的归一化反射率，即，对于250nm至300nm的波长区域内的光具有54％至59.4％的反射率。0.5/10nm厚NiOx/RhOy和65nm Rh组合反射器具有与65nm厚Rh反射器非常相似(可忽视地更高)的反射率。同时，0.5/10nm厚NiOx/RhOy和65nm Al组合反射器在高于240nm的波长中具有与65nm厚Al反射器非常相似的反射率，即，具有约90％的反射率。0.5/98.5nm厚NiOx/RhOy反射器具有28.4％至30.6％的归一化光反射率，即，对于240nm至300nm的波长区域内的光具有25.6％至27.5％的反射率。
根据本发明的另一个方面，p-欧姆接触71与金属反射器层73一起形成组合反射器。因此，金属氧化物p-欧姆接触71的厚度可以是从0.2nm至100nm，诸如，从1nm至20nm或从2nm至10nm。
本公开已经使用了UV LED作为示例性实施例。需要注意的是，这些金属氧化物p-欧姆接触也可以用于其它光学器件，诸如，激光二极管和光电探测器。光电探测器和LED的主要区别在于它们的有源区。LED的有源区通常由MQW制成，以限制电子和空穴，从而提高辐射复合率，而光电探测器的有源区是吸收光(光子)的厚半导体层，用于生成光子诱导的电子和空穴，这些电子和空穴通过反向偏压分离到PN结以生成光电流用于光子检测。
在图10中示出了根据本发明的实施例的使用透明空穴供给和p-接触层60以及金属氧化物p-欧姆接触71的光电探测器的示意性层结构。如图所示，光电探测器可以形成在高质量的模板或窗口层20上，该模板或窗口层20又可以形成在衬底10上。对于日盲应用，衬底10可以是蓝宝石或AlN晶片，并且模板层20可以是AlN层或AlGaN层，其具有足够高的Al组分，以确保对光子吸收区(Phar)40’(光电探测器的有源区)的UV光透明度，该光子吸收区可以由厚度为100nm至500nm(诸如，200nm至300nm)的本征AlGaN制成。设置光子吸收区40’的厚度以便吸收足够的光子并且生成光电流。实际上，窗口层20的Al组分可以比光子吸收区40’的Al组分多至少20％或30％或50％大。例如，窗口层20的Al组分可以在0.6至1.0的范围内，而对于280nm和更短的波长检测，光子吸收区40’的Al组分是0.46。N-AlGaN结构30可以是对目标检测波长透明的掺杂Si的AlGaN层，其Al组分在0.5至0.7的范围内。对于280nm和更短波长的日盲检测，光子吸收区40’的本征AlGaN材料的目标Al组分不小于0.46(这里是通过假设GaN和AlN带隙能分别为3.42和6.2eV并且AlGaN带隙能的弯曲系数为-1来计算的)，例如，0.46至1.0或0.47至0.55。在光子吸收区40’上形成有p-AlGaN结构50，该p-AlGaN结构50可以是Al组分大于或等于N-AlGaN结构30的Al组分的p型AlGaN层。N-AlGaN结构30和p-AlGaN结构50也可以与其在图1和图2所示的UV LED结构中找到的对应物相同或相似。在p-AlGaN结构50上形成有是空穴供给和p-接触层60，随后是金属氧化物p-欧姆接触71和UV反射的p-金属层73，其上覆盖有厚的金属p-接触垫79。
本公开已经使用示例性实施例进行了描述。然而，应理解的是，本发明的范围并不限于所公开的实施例。相反，本公开旨在涵盖本领域技术人员在没有创造性劳动或无需过度试验就能得到的各种修改和类似布置或等同物。因此，应对权利要求的范围给予最广泛的解释，以便涵盖所有这些修改和相似的布置和等同物。

Claims (29)

1.一种发光二极管，包括：
n型结构、UV透明的p型结构以及夹在所述n型结构和所述UV透明的p型结构之间的有源区；
UV透明的p-接触层，其形成在所述UV透明的p型结构上；以及
厚度在0.2-100nm范围内的P-欧姆接触，其形成在所述p-接触层上，其中，所述p-欧姆接触包括一层或多层金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，所述金属氧化物中的金属选自镍(Ni)、铟(In)、锡(Sn)、铜(Cu)、铝(Al)、镓(Ga)、铬(Cr)、钼(Mo)、锶(Sr)、钪(Sc)、钇(Y)、锌(Zn)、铑(Rh)、铱(Ir)、钴(Co)、锇(Os)、钯(Pd)、铂(Pt)和钌(Ru)。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其中，所述金属氧化物为选自NiOx、InOx、SnOx、RhOx、MoOx和IrOx的二元氧化物；或为具有式CuMOx的三元氧化物，其中金属M选自Al、Ga、In、Cr、Sr、Sc和Y；或为具有式ZnM2Ox的尖晶石型氧化物，其中金属M选自Rh、Ir或Co；并且当所述p-欧姆接触包括一层以上的金属氧化物时，每层金属氧化物独立地选自所述二元氧化物、所述三元氧化物和所述尖晶石型氧化物。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其中，所述p-欧姆接触包括一层所述金属氧化物。
5.根据权利要求3所述的发光二极管，其中，所述p-欧姆接触包括两层金属氧化物，选自面向所述UV透明的p-接触层的NiOx层和在所述NiOx层上的MoOy层，面向所述UV透明的p-接触层的NiOx层和在所述NiOx层上的InOy层，面向所述UV透明的p-接触层的NiOx层和在所述NiOx层上的RhOz层，面向所述UV透明的p-接触层的RhOx层和在所述RhOx层上的MoOy层，面向所述UV透明的p-接触层的MoOx层和在所述MoOx层上的RhOy层，面向所述UV透明的p-接触层的InOx层和在所述InOx层上的NiOy层，面向所述UV透明的p-接触层的InOx层和在所述InOx层上的MoOy层，或面向所述UV透明的p-接触层的InOx层和在所述InOx层上的RhOy层，其中，所述两层金属氧化物中面向所述UV透明的p-接触层的所述金属氧化物层的厚度为所述两层金属氧化物的总厚度的0.1％-5％。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，所述p-欧姆接触的厚度在0.2-20nm或1-10nm的范围内。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，还包括形成在所述UV透明的p-接触层上的辅助p-接触层，其中，所述辅助p-接触层由Al组分在0-40％范围内并且厚度在0.2-2nm范围内的p型AlGaN制成。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，还包括形成在所述p-欧姆接触上的金属反射器层，其中，所述金属反射器层能够反射25％-95％的UV光。
9.根据权利要求8所述的发光二极管，其中，所述金属反射器层由选自Al、Pd、Pt、Os、Rh、Ir、In、Mo和W的金属制成，并且厚度在10-200nm范围内。
10.一种发光二极管，包括：
n型结构、p型结构以及夹在所述n型结构和所述p型结构之间的有源区；
p-接触层，其形成在所述p型结构上；以及
在所述p-接触层上的p-欧姆接触，其中，所述p-欧姆接触是通过在所述p-接触层上依次沉积一层或多层金属并且氧化所述一层或多层金属而形成的。
11.根据权利要求10所述的发光二极管，其中，所述金属选自镍(Ni)、铟(In)、锡(Sn)、铜(Cu)、铝(Al)、镓(Ga)、铬(Cr)、钼(Mo)、锶(Sr)、钪(Sc)、钇(Y)、锌(Zn)、铑(Rh)、铱(Ir)、钴(Co)、锇(Os)、钯(Pd)、铂(Pt)和钌(Ru)。
12.根据权利要求11所述的发光二极管，其中，氧化所述一层或多层金属是通过在含氧环境中在450-850℃范围的温度下对所述一层或多层金属退火1-20分钟而进行的。
13.根据权利要求12所述的发光二极管，其中，所述p-欧姆接触通过在所述p-接触层上依次沉积两层金属并氧化所述两层金属而形成，所述两层金属包括在所述p-接触层上形成的第一层和在所述第一层上形成的第二层，并且选自：
在所述p-接触层上的Ni层和在所述Ni层上的Mo层，或在所述Ni层上的In层，或在所述Ni层上的Rh层；
在所述p-接触层上的Mo层和在所述Mo层上的Ni层，或在所述Mo层上的In层，或在所述Mo层上的Rh层；
在所述p-接触层上的In层和在所述In层上的Ni层，或在所述In层上的Mo层，或在所述In层上的Rh层；
在所述p-接触层上的Rh层和在所述Rh层上的Mo层，或在所述Rh层上的Ni层，或在所述Rh层上的Pd层；
其中，所述第一层的厚度在0.2-2nm范围内，并且所述第二层的厚度在2-100nm范围内，可选地，在5-20nm范围内。
14.根据权利要求12所述的发光二极管，其中，所述p-欧姆接触通过在所述p-接触层上依次沉积三层金属并氧化所述三层金属而形成，所述三层金属包括在所述p-接触层上形成的第一层、在所述第一层上形成的第二层和在所述第二层上形成的第三层，并且分别选自Ni、Rh、Mo、Pd、Ir、Os和Ru；
其中，所述第一层的厚度、所述第二层的厚度和所述第三层的厚度分别在0.2-2nm、1-20nm和1-20nm范围内。
15.根据权利要求12所述的发光二极管，其中，在含氧环境中对所述一层或多层金属的退火过程中，氧渗入所述p-接触层和所述p型结构。
16.根据权利要求10所述的发光二极管，其中，所述p-欧姆接触的厚度在0.2-20nm或1-10nm的范围内。
17.根据权利要求10所述的发光二极管，还包括形成在所述p-接触层上的辅助p-接触层，其中，所述辅助p-接触层由Al组分在0-40％范围内并且厚度在0.2-2nm范围内的p型AlGaN制成。
18.根据权利要求10所述的发光二极管，还包括形成在所述p-欧姆接触上的金属反射器层，其中，所述金属反射器层能够反射25％-95％的UV光。
19.根据权利要求18所述的发光二极管，其中，所述金属反射器层由选自Al、Pd、Pt、Os、Rh、Ir、In、Mo和W的金属制成，并且厚度在10-200nm范围内的。
20.一种发光二极管，包括：
n型结构、p型结构以及夹在所述n型结构和所述p型结构之间的有源区；
p-接触层，其形成在所述p型结构上；以及
p-欧姆接触，其形成在所述p-接触层上，其中，所述p-欧姆接触包括相互扩散的两种或两种以上类型的金属，其中，至少一种类型的金属扩散穿过所述p-欧姆接触的整个厚度，并且氧渗透穿过所述p-欧姆接触的所述整个厚度。
21.根据权利要求20所述的发光二极管，其中，所述金属选自镍(Ni)、铟(In)、锡(Sn)、铜(Cu)、铝(Al)、镓(Ga)、铬(Cr)、钼(Mo)、锶(Sr)、钪(Sc)、钇(Y)、锌(Zn)、铑(Rh)、铱(Ir)、钴(Co)、锇(Os)、钯(Pd)、铂(Pt)和钌(Ru)。
22.根据权利要求21所述的发光二极管，其中，所述p-欧姆接触包括两种类型的金属，所述两种类型的金属包括第一金属和第二金属，并且选自以下对：
第一金属Ni和第二金属Mo、In或Rh；
第一金属Mo和第二金属Ni、In或Rh；
第一金属In和第二金属Ni、Mo或Rh；
其中，所述第一金属的摩尔分数是所述第一金属和所述第二金属的总摩尔数的0.1％-5％。
23.根据权利要求21所述的发光二极管，其中，所述p-欧姆接触包括三种类型的金属，所述三种类型的金属包括第一金属、第二金属和第三金属，并且选自Ni、Rh、Mo、Pd、Ir、Os和Ru；
其中，所述第一金属、所述第二金属和所述第三金属的摩尔分数分别在0.1％-5％、80％-90％和5％-19.9％的范围内。
24.根据权利要求20所述的发光二极管，其中，氧扩散穿过所述p-欧姆接触的整个厚度并且渗入所述p-接触层和所述p型结构。
25.根据权利要求20所述的发光二极管，其中，所述p-欧姆接触的厚度在0.2-20nm或1-10nm的范围内。
26.根据权利要求20所述的发光二极管，还包括形成在所述p-接触层上的辅助p-接触层，其中所述辅助p-接触层由Al组分在0-40％范围内并且厚度在0.2-2nm范围内的p型AlGaN制成。
27.根据权利要求20所述的发光二极管，还包括形成在所述p-欧姆接触上的金属反射器层，其中所述金属反射器层能够反射25％-95％的UV光。
28.根据权利要求27所述的发光二极管，其中，所述金属反射器层由选自Al、Pd、Pt、Os、Rh、Ir、In、Mo和W的金属制成，并且厚度在10-200nm范围内。
29.根据权利要求20所述的发光二极管，其中，所述p-欧姆接触中的氧水平在1020cm-3以上，可选地，在1021cm-3以上。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230163235A1 (en) * 2020-12-31 2023-05-25 Chongqing Konka Photoelectric Technology Research Insitute Co., Ltd. LED Epitaxial Structure and Manufacturing Method Therefor, Light Emitting Device and Display Panel
CN116130572A (zh) * 2023-04-18 2023-05-16 江西兆驰半导体有限公司 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1638165A (zh) * 2003-12-24 2005-07-13 三星电子株式会社 氮化物发光装置及其制备方法
US20080258174A1 (en) * 2005-12-16 2008-10-23 Seong Tae-Yeon Optical Device and Method of Fabricating the Same
US20100244084A1 (en) * 2009-03-24 2010-09-30 Song Hyun Don Light emitting device, light emitting device package and lighting system including the same
US20190115497A1 (en) * 2017-10-18 2019-04-18 Bolb Inc. Polarization electric field assisted hole supplier and p-type contact structure, light emitting device and photodetector using the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5628615B2 (ja) * 2010-09-27 2014-11-19 スタンレー電気株式会社 半導体発光装置およびその製造方法
US10804435B2 (en) * 2016-08-25 2020-10-13 Epistar Corporation Light-emitting device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1638165A (zh) * 2003-12-24 2005-07-13 三星电子株式会社 氮化物发光装置及其制备方法
US20080258174A1 (en) * 2005-12-16 2008-10-23 Seong Tae-Yeon Optical Device and Method of Fabricating the Same
US20100244084A1 (en) * 2009-03-24 2010-09-30 Song Hyun Don Light emitting device, light emitting device package and lighting system including the same
US20190115497A1 (en) * 2017-10-18 2019-04-18 Bolb Inc. Polarization electric field assisted hole supplier and p-type contact structure, light emitting device and photodetector using the same

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