CN1306624C - 选择性生长的发光二极管结构 - Google Patents
选择性生长的发光二极管结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1306624C CN1306624C CNB031501060A CN03150106A CN1306624C CN 1306624 C CN1306624 C CN 1306624C CN B031501060 A CNB031501060 A CN B031501060A CN 03150106 A CN03150106 A CN 03150106A CN 1306624 C CN1306624 C CN 1306624C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gallium nitride
- type
- nitride layer
- emitting diode
- light emitting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种选择性生长的发光二极管结构，是在基片表面首先生长一层氧化层，将氧化层制作图案后，直接利用横向生长技术，选择性地在氧化层上生成缓冲层，之后在缓冲层上依次生长n型氮化镓层、主动层及p型氮化镓层，并制作电极完成发光二极管结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管元件的结构，特别是涉及一种以横向生长技术生成氮化镓磊晶层的发光二极管结构。
背景技术
已经公知：应用在发光二极管(LED)或激光二极管(LD)等发光结构的氮化镓是化合物半导体，通常通过在蓝宝石(sapphire)基片上生长成长而完成，然而氮化镓与蓝宝石基片的晶格失配(lattice mismatch)约为16％，因而在蓝宝石基片上成长的化合物半导体氮化镓的缺陷密度约为109个/cm2，因此影响了发光装置的可靠性和性能。
基于上述问题，中国台北专利第501289号揭示了一种横向过生长(ELO)磊晶法，其主要是对因晶格失配所引起的纵向差排(垂直基片的方向)，通过横向过生长的技术，将垂直方向传播的差排导引到横向方向，藉以改善垂直方向的缺陷密度。
此外，由于蓝宝石基片和化合物半导体氮化镓具有很高的硬度，所以在将完成晶片制造过程的发光装置切割成晶粒时，难以借助钻石切割刀切割出形状良好的晶粒。而必须将晶片研磨到只剩下约85微米的厚度，而且还要在晶片制造过中加入隔离(isolation)工序，以帮助提高切割成品率。因此在公知技术中，依然存在需要额外使用隔离工序，以帮助提高切割成品率的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是克服现有技术中存在的问题，提供一种利用横向生长技术制作的氮化镓发光结构。
本发明的又一目的是通过横向生长技术，使发光二极管结构成长的制作过程简化，并使本发明因此具有比公知技术的寄生电容值低，并获得明显提升的发光效率。
本发明主要技术内容是，在磊晶生长的发光二极管结构生长中，缓冲层于形成图案的二氧化硅层表面上，不需额外使用隔离工序，直接利用生长气体与蚀刻气体的混合比变化，进行横向生长，生成所要求的符合于图案的缓冲层。
本发明的第1项内容是一种选择性生长的发光二极管结构，其特征在于，包含：
基片，该基片不具导电性；
氧化层，沉积在该基片上，经图案制作后，形成多数个不相邻独立区块，该多数个区块具有各自的横向宽度，且该多数个区块相互间具有间隙，该横向宽度区分为大宽度与小宽度，该大宽度在30微米以上，该小宽度在5微米以下，该间隙介于8到12微米间，该氧化层的成份为二氧化硅化合物；
缓冲层，以横向生长技术，在该多数个具小宽度的横向宽度而不相邻独立区块的氧化层上沉积形成后，连接成一体，其材料主要为氮化镓系列III-V族化合物；
n型氮化镓层，形成在该缓冲层上；
主动层，形成在该n型氮化镓层上，以氮化镓系列III-V族化合物为主要成份；
p型氮化镓层，形成在该主动层上；
n型欧姆接触电极，形成在n型电极形成区上，该n型电极形成区位于该n型氮化镓层上，该n型电极形成区是通过蚀刻该p型氮化镓层、该主动层及该n型氮化镓层后，使该n型氮化镓层曝露后所得，金属钛/铝(Ti/Al)沉积在该n型氮化镓层表面，形成该n型欧姆接触电极；
p型欧姆接触电极，形成在该p型氮化镓层上，其材料为镍/金铍(Ni/AuBe)，该p型欧姆接触电极的厚度介于50至200埃()间；及
多数个焊接垫(pads)，形成在该p型欧姆接触电极与该n型欧姆接触电极上，该焊接垫是一堆叠层，该堆叠层由5层金属钛/铂/铝/钛/金(Ti/Pt/Al/Ti/Au)叠加形成，该焊接垫的厚度介于3微米到1微米(μm)间。
本发明的第2项内容是在第1项所述的选择性成长的发光二极管结构中，该横向生长技术是调整氢气(H2)、氨气(NH3)及三甲基镓(TrimethylGallium，TMG)的比例。
本发明的第3项内容是在第1项所述的选择性生长的发光二极管结构中，该焊接垫的厚度为2微米(μm)。
本发明的第4项内容是在第1项所述的选择性生长的发光二极管结构中，该p型欧姆接触电极的厚度为100埃()。
本发明的第5项内容是在第1项所述的选择性生长的发光二极管结构中，该间隙值为10微米(μm)。
本发明的第6项内容是在第1项所述的选择性生长的发光二极管结构中，该n型氮化镓层的材料是硅掺杂的氮化镓系列III-V族化合物。
本发明的第7项内容是在第1项所述的选择性生长的发光二极管结构中，该p型氮化镓层的材料是镁掺杂的氮化镓系列III-V族化合物。
本发明的有益效果是使发光二极管结构成长的制作过程简化，而且比公知技术的寄生电容值低，并获得了明显提升的发光效率。
附图说明
图1是根据本发明实施例的一种选择性生长的发光二极管结构氧化层示意图。
图2是根据本发明实施例的一种选择性生长的发光二极管结构缓冲层、n型氮化镓层、主动层及p型氮化镓层示意图。
图3是根据本发明实施例的一种选择性生长的发光二极管结构蚀刻部份p型氮化镓层、主动层及n型氮化镓层的示意图。
图4是根据本发明实施例的一种选择性生长的发光二极管结构p型欧姆接触电极的示意图。
图5是根据本发明实施例的一种选择性生长的发光二极管结构焊接垫的示意图。
图6是根据本发明实施例的一种选择性生长的发光二极管结构发光效率与公知技术的比较图。
图中
1 基片 2 氧化层
20 独立区块 22 独立区块
a 间隙 b 横向宽度
c 横向宽度 3 缓冲层
4 n型氮化镓层 5 主动层
6 p型氮化镓层 7 n型欧姆接触电极
8 p型欧姆接触电极 9 焊接垫
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加明显，以下通过详细描述具体实施例并配合附图进行说明。
图1是根据本发明实施例的一种选择性生长的发光二极管结构氧化层示意图。将基片1置于金属有机化学汽相沉积(MOCVD)系统中，基片1可以是蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、偏铝酸锂(LiAlO2)、镓酸锂(LiGaO2)和氮化铝(AlN)其中的一种材料。在920℃水蒸气中，沉积二氧化硅化合物薄膜作为氧化层2后，制作二氧化硅薄膜的图案，形成多数个不相邻独立区块20、22，多数个区块20、22相互间具有间隙a，且区块20、22具有各自的横向宽度b、c，横向宽度b、c可区分为大宽度与小宽度，大宽度的横向宽度b在30微米以上，小宽度的横向宽度c在5微米以下，间隙a介于8到12微米间，优选值为10微米。
图2是根据本发明实施例的一种选择性生长的发光二极管结构缓冲层、n型氮化镓层、主动层及p型氮化镓层示意图。横向生长技术(lateralgrowth)，是使优选的选择性生长的氮化镓(GaN)系列化合物利用气体混合物在低压下成长，调整氢气(H2)、氨气(NH3)及三甲基镓(TrimethylGallium，TMG)的比例，其特殊混合比例的变化能够影响选择比，而蚀刻掉任何刚在氧化层2表面成长的小块氮化镓。如在氧化层2中，独立区块20的横向宽度b因宽度较小，因此在多数个具小宽度的横向宽度b且不相邻的独立区块20的氧化层2上沉积形成后连接成一体，这样就能成长氮化镓系列化合物的缓冲层3。而在多数个具有大宽度的横向宽度c且不相邻的独立区块22的氧化层2上，因区块22表面的成核受横向成长技术的抑制，所以不能形成氮化镓系列化合物的缓冲层3。之后在缓冲层3上依次生长n型氮化镓层4、主动层5及p型氮化镓层6。n型氮化镓层4的材料是硅掺杂的氮化镓系列III-V族化合物，主动层5是以氮化镓系列III-V族化合物为主要成份，p型氮化镓层6的材料是镁掺杂的氮化镓系列III-V族化合物。
图3是根据本发明实施例的一种选择性生长的发光二极管结构蚀刻部份p型氮化镓层、主动层及n型氮化镓层的示意图。在图2中的p型氮化镓层6形成后，通过干式蚀刻技术，蚀刻一部份p型氮化镓层6、主动层5及n型氮化镓层4，以便在n型氮化镓层4形成外曝区域，在该外曝区域表面沉积金属钛/铝(Ti/Al)，制作形成n型欧姆接触电极7。
图4是根据本发明实施例的一种选择性生长的发光二极管结构p型欧姆接触电极的示意图。p型欧姆接触电极8被形成于p型氮化镓层6上，为促使发光二极管结构维持良好的发光效率，通常将p型欧姆接触电极8做得很薄，是沉积金属镍/金铍(Ni/AuBe)而成，p型欧姆接触电极8的厚度介于50至200埃()间，优选值为100埃()。
图5是根据本发明实施例的一种选择性生长的发光二极管结构焊接垫的示意图。多数个焊接垫(pads)9，形成在n型欧姆接触电极7与p型欧姆接触电极8上，以便与导电线形成电连接，焊接垫9是一堆叠层，该堆叠层由5层金属钛/铂/铝/钛/金(Ti/Pt/Al/Ti/Au)叠加形成，厚度介于3微米到1微米(μm)间，优选厚度为2微米(μm)。按照上述步骤制作完成本发明的晶粒结构。
图6是根据本发明实施例的一种选择性生长的发光二极管结构发光效率与公知技术的比较图。在变化注入电流(单位：毫安培)强度下，描绘其在相对应的光输出功率(单位：au)，再将所描绘的点相连成线，可看出本发明实施例均比公知技术的发光效率优良。
虽然以上以优选实施例揭示了本发明，但这些实施例并非用以限定本发明，任何本技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神与范围内，应当能够作各种变更与改进，而所作的各种变更与改进仍然不脱离本发明申请所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种选择性生长的发光二极管结构，其特征在于，包含：
基片，该基片不具导电性；
氧化层，沉积在该基片上，经图案制作后，形成多数个不相邻独立区块，该多数个区块具有各自的横向宽度，且该多数个区块相互间具有间隙，该横向宽度区分为大宽度与小宽度，该大宽度在30微米以上，该小宽度在5微米以下，该间隙介于8到12微米间，该氧化层的成份为二氧化硅化合物；
缓冲层，以横向成长技术，在该多数个具小宽度的横向宽度而不相邻独立区块的氧化层上沉积形成后，连接成一体，其材料主要为氮化镓系列III-V族化合物；
n型氮化镓层，形成在该缓冲层上；
主动层，形成在该n型氮化镓层上，以氮化镓系列III-V族化合物为主要成份；
p型氮化镓层，形成在该主动层上；
n型欧姆接触电极，形成在n型电极形成区上，该n型电极形成区位于该n型氮化镓层上，该n型电极形成区是通过蚀刻该p型氮化镓层、该主动层及该n型氮化镓层后，使该n型氮化镓层曝露后所得，金属钛/铝(Ti/Al)沉积在该n型氮化镓层表面，形成该n型欧姆接触电极；
p型欧姆接触电极，形成在该p型氮化镓层上，其材料为镍/金铍(Ni/AuBe)，该p型欧姆接触电极的厚度介于50至200埃()间；及
多数个焊接垫(pads)，形成在该p型欧姆接触电极与该n型欧姆接触电极上，该焊接垫是一堆叠层，该堆叠层由5层金属钛/铂/铝/钛/金(Ti/Pt/Al/Ti/Au)叠加形成，该焊接垫的厚度介于3微米到1微米(μm)间。
2.根据权利要求1所述的选择性生长的发光二极管结构，其特征在于，该横向生长技术是调整氢气(H2)、氨气(NH3)及三甲基镓(TrimethylGallium，TMG)的比例。
3.根据权利要求1所述的选择性成长的发光二极管结构，其特征在于，该焊接垫的厚度为2微米(μm)。
4.根据权利要求1所述的选择性生长的发光二极管结构，其特征在于，该p型欧姆接触电极的厚度为100埃()。
5.根据权利要求1所述的选择性生长的发光二极管结构，其特征在于，该间隙值为10微米(μm)。
6.根据权利要求1所述的选择性生长的发光二极管结构，其特征在于，该n型氮化镓层的材料是硅掺杂的氮化镓系列III-V族化合物。
7.根据权利要求1所述的选择性生长的发光二极管结构，其特征在于，该p型氮化镓层的材料是镁掺杂的氮化镓系列III-V族化合物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB031501060A CN1306624C (zh) | 2003-07-16 | 2003-07-16 | 选择性生长的发光二极管结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB031501060A CN1306624C (zh) | 2003-07-16 | 2003-07-16 | 选择性生长的发光二极管结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1571175A CN1571175A (zh) | 2005-01-26 |
| CN1306624C true CN1306624C (zh) | 2007-03-21 |
Family
ID=34472619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB031501060A Expired - Lifetime CN1306624C (zh) | 2003-07-16 | 2003-07-16 | 选择性生长的发光二极管结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1306624C (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100372138C (zh) * | 2005-07-13 | 2008-02-27 | 晶能光电（江西）有限公司 | 在硅衬底上制备铟镓铝氮材料的方法 |
| CN101877377B (zh) * | 2009-04-30 | 2011-12-14 | 比亚迪股份有限公司 | 一种分立发光二极管的外延片及其制造方法 |
| CN101937958B (zh) * | 2010-08-23 | 2012-09-19 | 安徽三安光电有限公司 | 高光提取效率氮化镓基发光二极管的制备方法 |
| TW201222872A (en) * | 2010-10-26 | 2012-06-01 | Univ California | Limiting strain relaxation in III-nitride heterostructures by substrate and epitaxial layer patterning |
| CN102354699B (zh) * | 2011-09-30 | 2016-05-25 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 高压氮化物led器件及其制造方法 |
| CN104638068B (zh) | 2013-11-07 | 2018-08-24 | 上海蓝光科技有限公司 | 一种用于ⅲ-ⅴ族氮化物生长的衬底结构及其制备方法 |
| EP3065237B1 (en) * | 2015-03-06 | 2020-05-06 | Caliopa NV | A temperature insensitive laser |
| CN111903022A (zh) * | 2019-01-31 | 2020-11-06 | 华为技术有限公司 | 一种半导体激光装置及其制造方法和设备 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1343013A (zh) * | 2000-09-13 | 2002-04-03 | 晶元光电股份有限公司 | 白色发光二极管 |
| CN1353465A (zh) * | 2000-11-03 | 2002-06-12 | 晶元光电股份有限公司 | 氮化铟镓发光二极管 |
-
2003
- 2003-07-16 CN CNB031501060A patent/CN1306624C/zh not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1343013A (zh) * | 2000-09-13 | 2002-04-03 | 晶元光电股份有限公司 | 白色发光二极管 |
| CN1353465A (zh) * | 2000-11-03 | 2002-06-12 | 晶元光电股份有限公司 | 氮化铟镓发光二极管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1571175A (zh) | 2005-01-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6635901B2 (en) | Semiconductor device including an InGaAIN layer | |
| CN1249820C (zh) | 氮化物半导体器件及其制造方法 | |
| KR101067823B1 (ko) | 자외선 발광 디바이스 및 이를 제조하기 위한 방법 | |
| US8148712B2 (en) | Group III nitride compound semiconductor stacked structure | |
| KR101077078B1 (ko) | 질화 갈륨계 화합물 반도체 발광소자 | |
| US8536615B1 (en) | Semiconductor device structures with modulated and delta doping and related methods | |
| US8664687B2 (en) | Nitride semiconductor light-emitting device and process for producing the same | |
| US20110140083A1 (en) | Semiconductor Device Structures with Modulated Doping and Related Methods | |
| JPH10321911A (ja) | 単結晶シリコン上に化合物半導体のエピタキシヤル層を製造する方法及びそれにより製造された発光ダイオード | |
| JPH05343741A (ja) | 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法 | |
| US7935955B2 (en) | Group III nitride semiconductor multilayer structure | |
| KR20050106356A (ko) | 반도체 발광소자 및 그 제조 방법, 집적형 반도체 발광장치 및 그 제조 방법, 화상 표시장치 및 그 제조 방법과조명 장치 및 그 제조 방법 | |
| KR20060019614A (ko) | Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자 | |
| CN1340215A (zh) | 氮化半导体器件及其制造方法 | |
| JP2001203385A (ja) | 窒化物半導体発光ダイオード | |
| US20070243414A1 (en) | Positive Electrode Structure and Gallium Nitride-Based Compound Semiconductor Light-Emitting Device | |
| CN1306624C (zh) | 选择性生长的发光二极管结构 | |
| US7063997B2 (en) | Process for producing nitride semiconductor light-emitting device | |
| JP4743989B2 (ja) | 半導体素子およびその製造方法ならびに半導体基板の製造方法 | |
| CN101276864A (zh) | 发光元件 | |
| JP2008226868A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物化合物半導体積層構造体 | |
| KR100814920B1 (ko) | 수직구조 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법 | |
| JP3728305B2 (ja) | 選択成長を応用した発光ダイオード装置 | |
| JP2005252086A (ja) | 半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子、集積型半導体発光装置の製造方法、集積型半導体発光装置、画像表示装置の製造方法、画像表示装置、照明装置の製造方法および照明装置 | |
| KR100793443B1 (ko) | 질화물계 화합물 반도체용 기판 구조체 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20091218 Address after: Taoyuan County of Taiwan Province Co-patentee after: LUMENS Limited by Share Ltd. Patentee after: FORMOSA EPITAXY INCORPORATION Address before: Taoyuan County of Taiwan Province Patentee before: Formosa Epitaxy Incorporation |
|
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20070321 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |