CN1256777C - 氮化镓系发光二极管的结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种氮化镓系发光二极管的结构及其制造方法。首先，提供一基板，然后，形成一氮化镓系半导体叠层于基板上，此氮化镓系半导体叠层由下至上依序堆叠有一N型氮化镓系接触层、一发光堆叠层及一P型氮化镓系接触层。接着，形成一数字穿透层于P型氮化镓系接触层上，再以干蚀刻法向下依序蚀刻数字穿透层、P型氮化镓系接触层、发光堆叠层、N型氮化镓系接触层并终止于N型氮化镓系接触层内，以形成一N-金属(N-Metal)形成区。接下来，分别形成一第一欧姆接触电极于P型氮化镓系接触层上以作为P型欧姆接触用，一第二欧姆接触电极于N-金属形成区之上以作为N型欧姆接触用。最后，同时在第一欧姆接触电极及第二欧姆接触电极上分别各形成一焊接垫。

Description

氮化镓系发光二极管的结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管的结构及其制造方法，特别是一种氮化镓系发光二极管或其它宽能隙材料的发光二极管欧姆接触的结构及其制造方法。

背景技术

如图1所示，传统氮化镓(GaN)系发光二极管的结构，大致上包含有：(1)基板1；(2)形成在基板之上的缓冲层2(buffer layer)；(3)形成在缓冲层2之上的N型氮化镓系层3；(4)形成在N型氮化镓系层3之上的发光堆叠层4；及(5)形成在发光堆叠层4之上的P型氮化镓系层5；其形成的方法如下：

<1>如图2A所示，利用感应耦合电浆离子蚀刻(Inductively CoupledPlasma-Reactive Ion Etching，ICP-RIE)干式蚀刻技术，向下蚀刻通过P型氮化镓系层5，发光堆叠层4，然后到达N型氮化镓系层3，形成深约10000埃(A)的N-金属(N-Metal)形成区6；

<2>如图2B所示，在P型氮化镓系层5之上，形成可以当作P型欧姆接触用，且又具有透明特性的透明导电层7(Transparent Conductive Layer，TCL)；

<3>如图2c所示，在N-金属形成区6之上，形成可以当作N型欧姆接触用N-金属8；及

<4>如图2D所示，同时在透明导电层和N-金属之上，形成具有直径约100μm(微米)的焊接垫9；按照上述的步骤就可以完成传统氮化镓系发光二极管。

在上述的制造方法中，透明导电层7、N-金属8和焊接垫9是利用电子枪气相蒸镀法所形成，当然也可以使用其它方法，如热阻式气相蒸镀法或溅镀式气相蒸镀法。透明导电层7所使用的材料为镍/金(Ni/Au)(约50埃/50埃)，当然也可以使用其它材料，如镍铬/金(NiCr/Au)或镍/金铍(Ni/AuBe)。N-金属8所使用的材料为钛/铝(Ti/Al)(约150埃/1500埃)，当然也可以使用其它材料，如钛/铝/钛/金(Ti/Al/Ti/Au)(约150埃/1500埃/2000埃/1000埃)或钛/铝/镍/金(Ti/Al/Ni/Au)(约150埃/1500埃/2000埃/1000埃)。焊接垫9所使用的材料为钛/金(约150埃/20000埃)，当然也可以使用其它材料，如钛/铝/钛/金(约150埃/1500埃/2000埃/10000埃)或钛/铝/铂/金(约150埃/1500埃/2000埃/10000埃)。

但是，根据上述的传统氮化镓系发光二极管结构及其欧姆接触的制造方法会有一个问题，由于透明导电层7所使用的材料为镍/金，其本身对可见光的透光性很差，除非要镀得非常薄(约50埃)才能勉强有透光的特性(透光率约70％)，但是此时的导电性并不理想。在这种情形下，传统氮化镓系发光二极管的操作电压(Vf)和亮度(Iv)会无法有效提升。

因此，为了要克服上述的缺陷，我们需要发展一种新的结构以解决上述问题。

发明内容

针对上述传统氮化镓系发光二极管的问题，本发明的主要目的是提供一种具有数字穿透层的氮化镓系发光二极管的结构及其制造方法。

本发明的另一目的是提供一种降低氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)层与P型氮化镓系接触层间电阻的方法，藉由一可在其内进行载子穿透的数字穿透层，使上述氧化铟锡层与P型氮化镓系接触层成为欧姆接触的状态，以降低二者间的电阻。

本发明的再一目的是提供一种可在其内进行载子穿透的材料。

在本发明中，是以一种对可见光具有优良透光性的氧化铟锡材料取代镍/金当作透明导电层7。但是因为这种氧化铟锡材料与P型氮化镓系材料之间并非欧姆接触，所以必须在二者之间加入一数字穿透层(DigitalTransparent layer)10，如图4所示，其是利用载子的穿透效应，使成为欧姆接触，以降低二者之间的电阻。

根据上述的目的，本发明提供了一种具有数字穿透层的氮化镓系发光二极管的结构及其制造方法。一种氮化镓系发光二极管的结构，其特征是包括一基板；一氮化镓系半导体叠层，形成于该基板上，该氮化镓系半导体叠层具有一第一上表面与一第二上表面，其中，该第一上表面与该不导电基板间的距离大于该第二上表面与该基板间的距离；一数字穿透层，形成在该氮化镓系半导体叠层的第一上表面上，其对于波长介于380毫微米(nm)到560毫微米间的光线具有大于80％的穿透率，且于其内可利用载子穿透效应以进行载子穿透，该数字穿透层是一种厚度从10埃增到90埃的多层AlxInyGa1-x-yNzP1-z材料层和另一厚度从90埃减到10埃的多层AlpInqGa1-p-qNrP1-r材料层交替堆叠而成，且0＜x、y、z、p、q、r＜1，导电性可以为P型、N型或I型；一第一欧姆接触电极，形成于该数字穿透层上用以作为P型欧姆接触用；及一第二欧姆接触电极，形成于该第二上表面上用以作为N型欧姆接触用。另一种氮化镓系发光二极管的结构，其特征是包含：一基板；一缓冲层，形成在该基板上；一N型氮化镓系接触层，形成在该缓冲层上；一发光堆叠层，形成在该N型氮化镓系接触层上；一P型氮化镓系接触层，形成在该发光堆叠层上；一数字穿透层，形成在P型氮化镓系接触层上，其对于波长介于380毫微米到560毫微米间的光线具有大于80％的穿透率，且于其内可利用载子穿透效应以进行载子穿透，该数字穿透层是一种厚度从10埃增到90埃的多层AlxInyGa1-x-yNzP1-z材料层和另一厚度从90埃减到10埃的多层AlpInqGa1-p-qNrP1-r材料层交替堆叠而成，且0＜x、y、z、p、q、r＜1，导电性可以为P型，N型，或I型；一第一欧姆接触电极，形成于该数字穿透层上用以作为P型欧姆接触用；及一第二欧姆接触电极，形成于该N型氮化镓系接触层上用以作为N型欧姆接触用。

其制造方法是，首先，提供一基板，然后，形成一氮化镓系半导体叠层于基板上，此氮化镓系半导体叠层由下至上依序堆叠有一N型氮化镓系接触层、一发光堆叠层及一P型氮化镓系接触层。接着，形成一数字穿透层于P型氮化镓系接触层上，再以干蚀刻法向下依序蚀刻数字穿透层、P型氮化镓系接触层、发光堆叠层、N型氮化镓系接触层并终止于N型氮化镓系接触层内，以形成一N型金属形成区，该数字穿透层是一种厚度从10埃增到90埃的多层AlxInyGa1-x-yNzP1-z材料层和另一厚度从90埃减到10埃的多层AlpInqGa1-p-qNrP1-r材料层交替堆叠而成，且0＜x、y、z、p、q、r＜1，导电性可以为P型、N型或I型。接下来，分别形成一第一欧姆接触电极于该数字穿透层上以作为P型欧姆接触用，一第二欧姆接触电极于N-金属形成区之上以作为N型欧姆接触用。最后，同时在第一欧姆接触电极及第二欧姆接触电极上分别各形成一焊接垫。

本发明的目的及诸多优点将藉由下列具体实施例的详细说明，及参照附图，而被完全的揭示。

附图说明

图1为传统氮化镓系发光二极管的结构；

图2A到图2D为具有图1结构的传统氮化镓系发光二极管的制造方法；

图3为根据本发明的氮化镓系发光二极管的结构；

图4为根据本发明的数字穿透层的横截面图；

图5A到图5D为根据本发明的氮化镓系发光二极管的制造方法；

图6为镍/金层和氧化铟锡层对波长(nm)的关系图；

图7为分别根据传统氮化镓系发光二极管的结构和本发明的氮化镓系发光二极管的结构的电流-电压特性曲线图；及

图8为分别根据传统氮化镓系发光二极管的结构和本发明的氮化镓系发光二极管的结构的亮度-电流特性曲线图。

图中

1  基板                              20  缓冲层

2  缓冲层                            30  N型氮化镓系层

3  N型氮化镓系层                     40  发光堆叠层

4  发光堆叠层                        50  P型氮化镓系层

5  P型氮化镓系层                     60  N-金属形成区

6  N-金属形成区                      70  透明导电层

7  透明导电层                        80  N-金属

8  N-金属                            90  焊接垫

9  焊接垫                            100 数字穿透层

10 基板                              110 氧化铟锡层

具体实施方式

本发明的一些实施例会详细描述如下，其中，组件的不同部份并没有依照实际尺寸绘制。某些尺度与其它部份相关的尺度比被夸张的表示以提供更清楚的描述以帮助熟悉此技艺的相关人士了解本发明。

如图3所示，首先，提供一基板10，并利用有机金属化学气相磊晶法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy)、气相磊晶法(Vapor Phase Epitaxy，VPE)或液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy，LPE)在此基板10上形成一缓冲层20，本发明中较佳的形成方法为有机金属化学气相磊晶法，再以和上述相同的方法依序在缓冲层20上形成一N型氮化镓系层30，在N型氮化镓系层30上形成一发光堆叠层40，在发光堆叠层40上形成一P型氮化镓系层50，及在P型氮化镓系层50上形成一数字穿透层100。其中，数字穿透层100的横截面图如图4中所示。在图4中，数字穿透层100由二种厚度渐增(10埃到90埃)/渐减(90埃到10埃)的材料AlxInyGa1-x-yNzP1-z/AlpInqGa1-p-qNrP1-r所堆叠而成，其中，0＜[x、y、z、p、q、r]＜1，导电性可以为P型，N型，或I型。

接着，再以干蚀刻法向下依序蚀刻数字穿透层100、P型氮化镓系层50、发光堆叠层40、N型氮化镓系层30并终止于N型氮化镓系层30，形成深约10000埃的N-金属形成区60，本发明中较佳的干蚀刻法为感应耦合电浆离子蚀刻法，如图5A所示。

然后，利用热阻式气相蒸镀法、溅镀式气相蒸镀法或电子枪气相蒸镀法在P型氮化镓系层50之上，形成可以当作P型欧姆接触用，且又具有透明特性的氧化铟锡层110，亦即第一欧姆接触电极，本发明中较佳的方法为溅镀式气相蒸镀法，氧化铟锡层110的厚度范围约从100埃到20000埃，其中以1000埃到4000埃为较佳如图5B所示。

然后，利用上述所述的各种方法在N-金属形成区60上形成可以当作N型欧姆接触用N-金属80，亦即第二欧姆接触电极，本发明中较佳的方法为电子枪气相蒸镀法，N-金属80所使用的材料为钛/铝(约150埃/1500埃)，当然也可以使用其它材料，如钛/铝/钛/金(约150埃/1500埃/2000埃/1000埃)或钛/铝/镍/金(约150埃/1500埃/2000埃/1000埃)，如图5C所示。该第一欧姆接触电极与该基板间的距离大于该第二欧姆接触电极与该基板间的距离。

最后，利用上述所述的各种方法的其中一种，同时在氧化铟锡层110和N-金属80上形成具有直径约100微米的焊接垫90，本发明中较佳的方法为电子枪气相蒸镀法，焊接垫90所使用的材料为钛/金(约150埃/20000埃)，当然也可以使用其它材料，如钛/铝/钛/金(150埃/1500埃/2000埃/10000埃)或钛/铝/铂/金(约150埃/1500埃/2000埃/10000埃)，如图5D所示，藉此，就可以完成本发明的氮化镓系发光二极管。

图6为镍/金层和氧化铟锡层对波长的关系图，其中镍/金层在波长500毫微米(nm)处有最大值73％，而氧化铟锡层在波长500毫微米处有最大值93％，明显地，氧化铟锡层对可见光具有较优的透光性。

此外，图7为分别根据传统氮化镓系发光二极管的结构和本发明的氮化镓系发光二极管的结构的电流-电压特性曲线图；及图8为分别根据传统氮化镓系发光二极管的结构和本发明的氮化镓系发光二极管的结构的亮度-电流特性曲线图。由上述图中所示，根据本发明的结构与传统的结构所制造出的组件的电特性相差无几，但是，亮度却有提升约20％，证明了本发明相较于公知技术确实具有明显的进步。

虽然本发明已以一具体实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (21)

1.一种氮化镓系发光二极管的结构，其特征是包括

一基板；

一氮化镓系半导体叠层，形成于该基板上，该氮化镓系半导体叠层具有一第一上表面与一第二上表面，其中，该第一上表面与该基板间的距离大于该第二上表面与该基板间的距离；

一数字穿透层，形成在该氮化镓系半导体叠层的第一上表面上，其对于波长介于380毫微米到560毫微米间的光线具有大于80％的穿透率，且于其内可利用载子穿透效应以进行载子穿透，该数字穿透层是一种厚度从10埃增到90埃的多层AlxInyGa1-x-yNzP1-z材料层和另一厚度从90埃减到10埃的多层AlpInqGa1-p-qNrP1-r材料层交替堆叠而成，且0＜x、y、z、p、q、r＜1，导电性可以为P型、N型或I型；

一第一欧姆接触电极，形成于该数字穿透层上用以作为P型欧姆接触用；及

一第二欧姆接触电极，形成于该第二上表面上用以作为N型欧姆接触用。

2.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的结构，其中，该氮化镓系半导体叠层包括一N型氮化镓系接触层、一发光堆叠层及一P型氮化镓系接触层。

3.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的结构，其中，形成该第一欧姆接触电极的材料可为氧化铟锡。

4.如权利要求3所述的氮化镓系发光二极管的结构，其中，该第一欧姆接触电极的厚度范围从100埃到20000埃。

5.一种氮化镓系发光二极管的结构，其特征是包含：

一基板；

一缓冲层，形成在该基板上；

一N型氮化镓系接触层，形成在该缓冲层上；

一发光堆叠层，形成在该N型氮化镓系接触层上；

一P型氮化镓系接触层，形成在该发光堆叠层上；

一数字穿透层，形成在P型氮化镓系接触层上，其对于波长介于380毫微米到560毫微米间的光线具有大于80％的穿透率，且于其内可利用载子穿透效应以进行载子穿透，该数字穿透层是一种厚度从10埃增到90埃的多层AlxInyGa1-x-yNzP1-z材料层和另一厚度从90埃减到10埃的多层AlpInqGa1-p-qNrP1-r材料层交替堆叠而成，且0＜x、y、z、p、q、r＜1，导电性可以为P型、N型或I型；

一第一欧姆接触电极，形成于该数字穿透层上用以作为P型欧姆接触用；及

一第二欧姆接触电极，形成于该N型氮化镓系接触层上用以作为N型欧姆接触用。

6.如权利要求5所述的氮化镓系发光二极管的结构，其中，形成该第一欧姆接触电极的材料可为氧化铟锡。

7.如权利要求6所述的氮化镓系发光二极管的结构，其中，该第一欧姆接触电极的厚度范围从100埃到20000埃。

8.如权利要求7所述的氮化镓系发光二极管的结构，其中，该第一欧姆接触电极与该基板间的距离大于该第二欧姆接触电极与该基板间的距离。

9.一种氮化镓系发光二极管的制造方法，该方法包括：

提供一基材；

形成一氮化镓系半导体叠层于该基板上，其中，该氮化镓系半导体叠层由下至上依序堆叠有一N型氮化镓系接触层、一发光堆叠层及一P型氮化镓系接触层；

形成一数字穿透层于该P型氮化镓系接触层上；以干蚀刻法向下依序蚀刻该数字穿透层、该P型氮化镓系接触层，该发光堆叠层、该N型氮化镓系接触层并终止于该N型氮化镓系接触层内，以形成一N型金属形成区，该数字穿透层是一种厚度从10埃增到90埃的多层AlxInyGa1-x-yNzP1-z材料层和另一厚度从90埃减到10埃的多层AlpInqGa1-p-qNrP1-r材料层交替堆叠而成，且0＜x、y、z、p、q、r＜1，导电性可以为P型、N型或I型；

形成一第一欧姆接触电极于该数字穿透层上以作为P型欧姆接触用；

形成一第二欧姆接触电极于该N型金属形成区之上以作为N型欧姆接触用；及

同时在该第一欧姆接触电极及该第二欧姆接触电极上分别各形成一焊接垫。

10.如权利要求9所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其中，形成该数字穿透层的方法是选自有机金属化学气相磊晶法、分子束磊晶法、气相磊晶法和液相磊晶法中的一种。

11.如权利要求10所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其中，该数字穿透层的材料是选自一材质，该材质对于波长介于380毫微米到560毫微米间的光线具有大于80％的穿透率，且于其内可利用载子穿透效应以进行载子穿透。

12.如权利要求9所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其中，该干蚀刻法可为感应耦合电浆离子蚀刻法。

13.如权利要求12所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其中，以感应耦合电浆离子蚀刻法所形成的该N型金属形成区深度约10000埃。

14.如权利要求9所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其中，形成该第一欧姆接触电极的材料可为氧化铟锡。

15.如权利要求14所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其中，该第一欧姆接触层是利用溅镀式气相蒸镀法所形成。

16.如权利要求9所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其中，该第一欧姆接触电极的厚度范围从100埃到20000埃。

17.如权利要求9所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其中，形成该第二欧姆接触电极的材料是选自钛/铝、钛/铝/钛/金及钛/铝/镍/金中的一种。

18.如权利要求17所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其中，该钛/铝的厚度为150埃/1500埃、该钛/铝/钛/金的厚度为150埃/1500埃/2000埃/1000埃及该钛/铝/镍/金的厚度为150埃/1500埃/2000埃/1000埃。

19.如权利要求9所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其中，该氮化镓系半导体叠层更包括有一缓冲层，该缓冲层是介于该基材与该N型氮化镓系接触层间。

20.如权利要求9所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其中，该焊接垫的材料是选自钛/金、钛/铝/钛/金及钛/铝/铂/金中的一种。

21.如权利要求20所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其中，该钛/金的厚度为150埃/20000埃、该钛/铝/钛/金的厚度为150埃/1500埃/2000埃/10000埃及该钛/铝/铂/金的厚度为150埃/1500埃/2000埃/10000埃。

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