CN1485930A - 具有低阻层的发光二极管结构 - Google Patents

Abstract

一种二极管结构，其包括于p型与/或n型区域的低阻层结构，可降低p型与/或n型区域的等效电阻，以降低元件操作电压，提升功率。

Description

具有低阻层的发光二极管结构

技术领域

本发明是关于一种半导体元件，特别是关于一种应用于低电洞移动率的二极管元件上，可降低其等效电阻，本发明特别适用于宽能系材料如氮化镓二极管元件等的应用。

背景技术

典型的光电元件由于磊晶技术的发展，常于基板上依序成长n型区域，发光区域，p型区域，并于n型及p型区域中制作电极接触区，由于电子移动率比电洞移动率为高，且电洞的有效掺杂量一般比电子为低，亦即于相同厚度与结构下，p型电阻均高于n型电阻，一般解决方法皆将p型形成长薄，且将其成长于结构的最上方，以降低电阻。然于发光二极管的应用上，为增加发光效率，透明电极乃是一相当重要选择，于氮化镓发光二极管上，常以Ni/Au蒸镀于其p区域上，以热处理使其透明化，以增加穿透率，至于一般常用透明导电氧化物材料，氧化铟锡(indium tinoxide，ITO)，虽然与n型氮化镓可形成欧姆接触，于p型氮化镓上，则由于功函数问题，导致无法形成良好的欧姆接触，因而无法直接应用于氮化镓元件，而一般的作法，可于ITO与p型氮化镓间增加一间接层(interlayer)，以调整介面参数如功函数等，以使其形成欧姆接触，降低接触电阻，然而这种作法由于增加该间接层，影响元件的透光率与操作性，且于高温长时操作下，此间接层的稳定性亦是问题。

因此，有以p型向下的结构，成长的发光二极管结构，而于最上层的n型区域与ITO接触以形成良好的欧姆特性，然于此法，其下的p型区域则由于前述特性，导致电阻相当高，因而限制此结构发展。

图1为公知技艺传统的氮化镓二极管磊晶结构示意图，包括：一基板101；一氮化镓化合物半导体低温缓冲层103；一无掺杂型氮化镓化合物半导体层105；一n型氮化镓化合物半导体层107；一氮化镓化合物半导体发光活性层(active layer)109；一p型氮化镓化合物半导体111，经由元件制程技术，制作n电极113与p层透明电极115与p电极117。

于ITO电极应用上，为了改善上述p型区域与ITO无法形成良好欧姆接触的问题，可以p型向下的结构来解决，如图2所示。包括：一基板201；一氮化镓化合物半导体低温缓冲层205；一无掺杂型氮化镓化合物半导体层205；一p型氮化镓化合物半导体层207；一氮化镓化合物半导体发光活性层(active layer)209；一n型氮化镓化合物半导体211。经由元件制程技术，制作n型透明电极ITO 213与n层电极215与p型电极217等。于此状况下，虽可解决n型氮化镓化合物半导体层211的ITO接触问题，然却使p型氮化镓化合物半导体层207产生了较大的电阻，因而限制了用途，虽然，可以改变厚度的方法来降低电阻，然而改善有限，因此，如何有效的降低n型氮化镓化合物半导体层211的电阻，乃成为p型向下结构的主要课题，本发明即在提出一种穿隧层结构，利用穿隧效应来解决二极管高电阻问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种结构，透过该结构可使二极管元件的等效导电率增加，且不必改变磊晶厚度。

本发明在该架构位于二极管磊晶结构中的p层中，加入一导电性较佳的n层，并于p与n层之间，加入一穿隧层，此低阻层由高浓度的p型与n型材质，或/且以不同的异质结构所组成。于偏压下，电流或电子流透过电极经由偏压/穿隧效应越过此低阻层，到达容易导电的n层，于n层或介面层移动至发光层下方，再经由崩溃/穿隧效应进入p层区域中，再进入发光区与电子结合成光子。

也就是说，本发明提供一种具有低阻层的发光二极管结构，该结构包括位于p或n层区域之一的低阻层；其中该低阻层是藉由利用载子经由穿隧效应、崩溃效应、或诸如此类的效应，以降低该磊晶结构的电阻或操作电压。该p/n介面的厚度介于10埃(A)到2000埃(A)之间。

该低阻层是p/n型氮化铝铟镓半导体层的超晶格结构(In_x1Ga_y1Al_(1-x1-y1)N∶MgZnSi/In_x2Ga_y2Al_(1-x2-y2)N∶MgZnSi，(0≤x1，y1≤1，0≤x2，y2≤1，0≤x1+y1≤1，0≤x2+y2≤1)所构成，其厚度组合是介于10到500埃(A)之间或10到500埃(A)之间，对数在3至100对之间，总厚度约在210至100000埃(A)之间。

该结构进一步包括下层电极其是位于p型氮化铝铟镓半导体层、低阻层结构、或n型氮化铝铟镓半导体层上。

为了让本发明的目的及优点更能显而益见，以下将由详细描述中的具体实施例并配合附图说明。

附图说明

图1是一公知技艺传统的n向下的氮化镓发光二极管结构示意图。

图2是一n向下的氮化镓发光二极管结构示意图。

图3是一结构示意图，说明本发明实施例一的氮化镓发光二极管磊晶结构。

图4为一说明实施例二的氮化镓二极管磊晶结构示意图。

图5为一说明实施例二的氮化镓二极管磊晶结构示意图。图中

101  基板

103  氮化镓化合物半导体低温缓冲层

105  无掺杂型氮化镓化合物半导体层

107  n型氮化镓化合物半导体层

109  氮化镓化合物半导体发光活性层

111  p型氮化镓化合物半导体

113  n电极

115  p层透明电极

117  p电极

201  基板

203  氮化镓化合物半导体低温缓冲层

205  无掺杂型氮化镓化合物半导体层

207  p型氮化镓化合物半导体层

209  氮化镓化合物半导体发光活性层

211  n型氮化镓化合物半导体层

213  n型透明电极ITO

301  基板

303  氮化镓化合物半导体缓冲层

305  n或无掺杂型氮化镓化合物半导体层

307  n型氮化镓化合物半导体层

309  低阻层

311  重掺杂的p型氮化镓化合物半导体层

313  p型氮化镓化合物半导体层

315  发光层

317  n型氮化镓化合物半导体层

319  重掺杂n型氮化镓化合物半导体层

321  ITO透明电极

323  金属接触层

325  p型接触层

401  基板

403  氮化镓化合物半导体缓冲层

405  n或无掺杂型氮化镓化合物半导体层

407  n型氮化镓化合物半导体层

409  低阻层

411  重掺杂p型氮化镓化合物半导体层

413  p型氮化镓化合物半导体层

415  发光层

417  n型氮化镓化合物半导体层

419  重掺杂的n型氮化镓化合物半导体层

421  ITO透明电极层

423  金属接触层

425  接触层

501  基板

503  氮化镓化合物半导体缓冲层

505  n型或无掺杂型氮化镓化合物半导体层

507  n型氮化镓化合物半导体层

509  低阻层

511  重掺杂的p型氮化镓化合物半导体层

513  p型氮化镓化合物半导体层

515  发光层

517  n型氮化镓化合物半导体层

519  重掺杂n型氮化镓化合物半导体层

521  ITO透明电极

523  金属接触层

525  ITO透明电极

527  接触层

具体实施方式

本发明将于文后利用具体实施例且参考相关附图说明，文内的氮化镓化合物半导体是利用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)或分子束磊晶法(MBE)或其它磊晶技术制作。本发明所述的n型氮化镓化合物半导体的n型掺杂杂质可为：硅(Si)、锗(Ge)或其它具相同功能的元素。本发明所述的p型氮化镓化合物半导体的p型掺杂杂质可为：镁(Mg)、锌(Zn)、铍(Be)或其它具相同功能的元素。

低阻层乃是利用载子经由如穿隧效应，或崩溃效应等，以降低电阻，或操作电压的一种结构，实质结构如高浓度(＞＝7×1017cm-3)的p/n介面，或p+GaN/n+GaN(10～2000埃)；为p/n型氮化铝铟镓半导体层/p/n型氮化铝铟镓半导体层的超晶格结构(In_x1Ga_y1Al_(1-x1-y1)N∶MgZnSi/In_x2Ga_y2Al_(1-x2-y2)N∶MgZnSi，(0≤x1，y1≤1，0≤x2，y2≤1，0≤x1+y1≤1，0≤x2+y2≤1)所构成，其厚度组合为10～500/10～500埃(A)，对数介于3至100之间，总厚度约在60至100000埃(A)之间。

(实施例一)

图3为一说明实施例一的氮化镓二极管磊晶结构示意图，包括：一基板301，材质例如为一氧化铝(Al₂O₃，sapphire)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、硅(Si)、锗(Ge)、硅锗(SiGe)等；一氮化镓化合物半导体缓冲层303，形成于基板301表面上，为非晶质(amorphous)组织，厚度约为50～500埃(A)；一n或无掺杂型氮化镓化合物半导体层305，厚度约为1～10微米(μm)。一n型氮化镓化合物半导体层307，厚度约为0.5～2微米(μm)，一前述的低阻层309，结构、成分、厚度等均如前述。一重掺杂的p型氮化镓化合物半导体层311，厚度约为500埃(A)～4微米(μm)，一p型氮化镓化合物半导体层313，一发光层315，一n型氮化镓化合物半导体层317，一重掺杂n型氮化镓化合物半导体层319形成于n型氮化镓化合物半导体层317表面上，厚度约为500埃(A)～2微米(μm)，以形成良好的欧姆接触；接触层亦可为单层或多层的低能系材料如氮化铟镓In_xGa_(1-x)N(0＜＝x＜＝1)。于磊晶完毕后，使用镀膜、微影(photolithography)、热处理及蚀刻制程，在p型氮化镓化合物半导体层311上制作平台，并制作ITO透明电极321于n层半导体319之上，制作321层的金属接触层323于321层之上，制作p型接触层325于311层上。

(实施例二)

图4为一说明实施例二的氮化镓二极管磊晶结构示意图，包括：一基板401，材质例如为一氧化铝(Al₂O₃，sapphire)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、硅(Si)、锗(Ge)、硅锗(SiGe)等；一氮化镓化合物半导体缓冲层403，形成于基板401表面上，为非晶质(amorphous)组织，厚度约为50～500埃(A)；一n或无掺杂型氮化镓化合物半导体层405，厚度约为1～10微米(μm)。一n型氮化镓化合物半导体层407，厚度约为0.5～2微米(μm)，一前述的低阻层409，结构、成分、厚度等均如前述。一重掺杂的p型氮化镓化合物半导体层411，厚度约为500埃(A)～4微米(μm)，一p型氮化镓化合物半导体层413，一发光层415，一n型氮化镓化合物半导体层417，一重掺杂的n型氮化镓化合物半导体层419形成于n型氮化镓化合物半导体层417表面上，厚度约为500埃(A)～2微米(μm)，以形成良好的欧姆接触；接触层亦可为单层或多层的低能系材料如氮化铟镓In_xGa_(1-x)N(0＜＝x＜＝1)。于磊晶完毕后，使用镀膜、微影(photolithography)、热处理及蚀刻制程，在低阻层409上制作平台，并制作ITO透明电极层421于n层半导体419之上，制作ITO透明电极层421的金属接触层423于ITO透明电极层421之上，制作接触层425于低阻层上。

(实施例三)

图5为一说明实施例二的氮化镓二极管磊晶结构示意图，包括：一基板501，材质例如为一氧化铝(Al₂O₃，sapphire)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、硅(Si)、锗(Ge)、硅锗(SiGe)等；一氮化镓化合物半导体缓冲层503，形成于基板501表面上，为非晶质(amorphous)组织，厚度约为50～500埃(A)；一n型或无掺杂型氮化镓化合物半导体层505，厚度约为1～10微米(μm)。一n型氮化镓化合物半导体层507，厚度约为0.5～2微米(μm)，一前述的低阻层509，结构、成分、厚度等均如前述。一重掺杂的p型氮化镓化合物半导体层511，厚度约为500埃(A)～4微米(μm)，一p型氮化镓化合物半导体层513，一发光层515，一n型氮化镓化合物半导体层517，一重掺杂n型氮化镓化合物半导体层519形成于n型氮化镓化合物半导体层517表面上，厚度约为500埃(A)～2微米(μm)，以形成良好的欧姆接触；接触层亦可为单层或多层的低能系材料如氮化铟镓InxGa(1-x)N(0＜＝x＜＝1)，于磊晶完毕后，使用镀膜、微影photolithography)、热处理及蚀刻制程，在n型氮化镓化合物半导体层507上制作平台，并制作ITO透明电极521与525分别于重掺杂n型氮化镓化合物半导体层519与n型氮化镓化合物半导体层507上，制作ITO透明电极521的金属接触层523于ITO透明电极521之上，制作接触层527于525层上。

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为准。

Claims (6)

1.一种具有低阻层的发光二极管结构，其特征是该结构包括位于p或n层区域之一的低阻层；其中该低阻层是藉由利用载子经由穿隧效应、崩溃效应，以降低该磊晶结构的电阻或操作电压。

2.如权利要求1所述的结构，其中该低阻层是为高浓度的p/n介面。

3.如权利要求2所述的结构，其中该高浓度的p/n介面，浓度至少为7×10¹⁷个/立方公分(/cm^-3)。

4.如权利要求2所述的结构，其中该p/n介面的厚度介于10埃(A)到2000埃(A)之间。

5.如权利要求1所述的结构，其中该低阻层是p/n型氮化铝铟镓半导体层的超晶格结构(In_x1Ga_y1Al_(1-x1-y1)N∶MgZnSi/In_x2Ga_y2Al_(1-x2-y2)N∶MgZnSi，(0≤x1，y1≤1，0≤x2，y2≤1，0≤x1+y1≤1，0≤x2+y2≤1)所构成，其厚度组合是介于10到500埃(A)之间或10到500埃(A)之间，对数在3至100对之间，总厚度约在210至100000埃(A)之间。

6.如权利要求1所述的结构，其进一步包括下层电极其是位于p型氮化铝铟镓半导体层、低阻层结构、或n型氮化铝铟镓半导体层上。

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