CN2760762Y - 氮化镓系发光二极管结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种氮化镓系发光二极管结构，包含一衬底；一半导体堆栈层，接于该衬底的上方，由下而上包含一n型氮化镓系层、一发光层、一p型氮化镓系层；一粗糙化层，位于该p型氮化镓系层的上方；一导电透光氧化层，位于该粗糙化层上方，并与该粗糙化层形成欧姆接触；一第一电极，与该半导体堆栈层中的n型氮化镓系层电性耦合；及一第二电极，与该导电透光氧化层电性耦合。该透光导电氧化层形成于一具有表面粗糙化层的氮化镓接触层上，作为一窗口层，并以该粗糙化层作为与该透光导电氧化层的欧姆接触层，能有效地降低接触阻抗及工作电压，同时以该粗糙化层中断光导效应，增加光提取效率，进而提高外部量子效率。

Description

氮化镓系发光二极管结构
技术领域
本实用新型涉及一种氮化镓系发光二极管结构，特别涉及一种具有较佳欧姆接触层的氮化镓系发光二极管结构。
背景技术
氮化镓系发光二极管装置的传统结构如图1所示，该传统发光二极管结构10包含一衬底11、一氮化镓缓冲层12、一n型氮化镓层13、一氮化铟镓发光层14、一p型氮化镓层15、一p型氮化镓接触层16(12至16的层膜在此称作外延结构)及一透明导电层(transparent conductive layer)17；此外，一p型金属电极18位于该透明导电层17之上，而一n型金属电极19则位于该n型氮化镓层13之上。
根据公知技术所知，p型氮化镓欧姆接触层16的传导性相当低，电流容易被局限在该P型金属电极18之下。所以，为了将电流有效地分散以达到均匀发光，必须先将一透明导电层17制作于该p型氮化镓欧姆接触层16之上且布满整个发光区域，而为了提高透光性，此透明导电层17必须相当薄。其中，传统所用的透明导电层可由如镍/金所组成，但为了增加光的提取(lightextracting)效率，可于发光二极管表面形成粗糙化结构。此时，若使用薄的镍/金为透明导电层，其电流横向散布效果不均匀，特别容易有局部发光的现象产生且导致工作电压的上升(图4A与图4B所示的镍/金透光导电层与粗糙表面的组合与I-V曲线)。
公知的氧化铟锡(Indium Tin Oxide)简称为ITO，不但为一种能隙(Energybandgap)介于2.9～3.8电子伏特的高能隙材料，在可见光范围，其穿透率可达95％以上，且其为一种高传导率的n型高导电性的材料，此氧化铟锡(ITO)的折射系数介于1.7～2.2，根据斯涅耳定理(Snell’s law)及抗反射原理，由于多层氮化镓外延结构的折射系数(n＝2.4)而封装用的树脂封盖材料的折射系数(n＝1.5)的分布，若能加入一折射系数n～1.9的中间介质，于封装后则可减少光的反射进而增加光的提取(light extracting)效率，故此材料极适合用作发光二极管的窗口层。
近年来，虽已有以氧化铟锡(ITO)作为透明导电层的技术被提出，如台湾专利公告号461126所述的氮化铟镓发光二极管，如图2所示，该二极管结构20具有一衬底21、一氮化镓缓冲层22、一n型氮化镓层23、一氮化铟镓有源层24、一p型氮化镓层25、一p型接触层26、一透明导电氧化层27、一p型电极28及一n型电极29；其中，虽然透明导电氧化层27为适于光出射的氧化铟锡，然而于该二极管结构中，其下方的p型接触层表面若为较平坦的镓极化(Ga-polarization)面，则不易与氧化铟锡形成良好的欧姆接触，故两者间的接触阻抗高且欧姆接触特性不佳，故发光二极管的工作电压也难以下降。
鉴于上述欧姆接触特性不佳及工作电压高的缺点，一种提高氧化铟锡层与p型氮化镓系层间的欧姆接触特性的结构具有提出的必要。
发明内容
本实用新型为一种具较佳欧姆接触层的氮化镓系发光二极管结构，其中的主要目的为透光导电氧化层形成于一具有表面粗糙化层(textured layer)的氮化镓接触层上，并以该粗糙化层作为与该透光导电氧化层的欧姆接触层，该发光二极管结构包括有：一衬底；接于该一衬底的上方的一半导体堆栈层，由下而上包含一n型氮化镓系层、一发光层、一p型氮化镓系层；一粗糙化层，位于该p型氮化镓系层的上方；位于该粗糙化层上方的一导电透光氧化层，并与该粗糙化层形成欧姆接触；一第一电极，与该半导体堆栈层中的n型氮化镓系层电性耦合；及一第二电极，与该导电透光氧化层电性耦合。
根据上述构想，该粗糙化层可为n型、p型掺杂或双掺杂型的氮化镓系层。
根据上述构想，该透光导电氧化物层可为一氧化铟、氧化锡或氧化铟锡。
根据上述构想，该发光层为一含铟组成的氮化镓系层。
根据上述构想，该粗糙化层为一氮极化表面层。
借此，能有效地降低接触阻抗及工作电压，同时以该粗糙化层中断光导效应，增加光提取效率，进而提高外部量子效率。
附图说明
图1为常用技术氮化镓系发光二极管结构示意图；
图2为常用技术氮化铟镓发光二极管结构示意图；
图3为本发明氮化镓系发光二极管结构示意图；
图4A所示为常用技术中镍/金透光导电层与粗糙表面的组合产生局部发光图；
图4B所示为常用技术中镍/金透光导电层与粗糙表面的组合的I-V曲线图；
图5A所示为本发明中氧化铟锡透光导电层与粗糙表面的组合无局部发光图；
图5B所示为本发明中氧化铟锡透光导电层与粗糙表面的组合的I-V曲线图。
其中，附图标记说明如下：
10       发光二极管结构      11       衬底
12       氮化镓缓冲层        13       n型氮化镓层
14       氮化铟发光层        15       p型氮化镓层
16       p型氮化镓接触层     17       透明导电层
18       p型金属电极         19       n型金属电极
20       二极管结构          21       衬底
22       氮化镓缓冲层        23       n型氮化嫁层
24       氮化铟镓有源层      25       p型氮化镓层
26       p型接触层           27       透明导电氧化层
28       p型电极             29       n型电极
30       发光二极管          31       衬底
31’            缓冲层              32       n型氮化镓系层
33       发光层              34       p型氮化镓系层
35       p型接触层           36       粗糙化层
37       窗口层              38       第一电极
39       第二电极
具体实施方式
请参阅图3，其为本实用新型的一较佳氮化镓系发光二极管结构实施例。如图所示，本实用新型的氮化镓系发光二极管30结构为一衬底31、一n型氮化镓系层32、一发光层33、一p型氮化镓系层34、一p型接触层35、一粗糙化层(textured layer)36、一窗口层37、第一电极38以及第二电极39，其中衬底31上方还可包含一缓冲层31’。
其中本发明揭示的结构如一接于该衬底31上方的半导体堆栈层，包括由下而上的n型氮化镓系层32、发光层33、p型氮化镓系层34等，此外该粗糙化层36位于p型氮化镓系层34与p型接触层35的上方。而作为窗口层(window layer)37为位于该粗糙化层36上方的导电透光氧化层，与该粗糙化层形成欧姆接触。设置该第一电极38，其与该半导体堆栈层中的n型氮化镓系层电性耦合，而第二电极39则与该导电透光氧化层电性耦合。
该衬底31可为一蓝宝石、氧化镓、氧化锂镓、氧化锂铝、尖晶石、碳化硅、砷化镓或硅基材。该n型氮化镓系层32为一n型掺杂的氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓层。该p型氮化镓系层34为一p型掺杂的氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓层。该发光层33为一含铟的氮化物化合物半导体。该窗口层37为一导电透光氧化层，可为一氧化铟、氧化锡或氧化铟锡。
于p型接触层35与窗口层37之间设置的该粗糙化层(textured layer)36的存在除了可增加光的提取(light extracting)效率及因粗糙面而光出射量大并中断光导效应外，其表面状态(surface state)于外延成长过程中可以刻意控制成一氮极化表面，其已描述于台湾专利申请案92136888中，借此降低窗口层37与该第二导电型氮化镓系层34间的接触电阻而成为一优异欧姆接触层，并降低该二极管的工作电压(如第图5A与图5B所示氧化铟锡透光导电层与织状表面的组合与I-V曲线)。
相对于图4A所示公知技术中因其电流横向散布效果不均匀，致使镍/金透光导电层与织状表面的组合产生第二电极周围电流散布不均匀的局部发光40现象，本实用新型如图5A所示，使用透光导电氧化层取代镍/金透光导电层并与织状表面组合，其第二电极周围没有产生局部发光的现象。此外，该粗糙化层36也可为n型、p型掺杂或双掺杂型的氮化镓系层。
以上所述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，熟悉本领域的技术人员可于阅读过上述实施例的说明后推衍出各种不同实施例，但这些实施例皆属于本实用新型的范围内。

Claims (5)

1.一种氮化镓系发光二极管结构，其特征在于包括：
一衬底；
一半导体堆栈层，接于该衬底的上方，由下而上包含一n型氮化镓系层、一发光层、一p型氮化镓系层；
一粗糙化层，位于该p型氮化镓系层的上方；
一导电透光氧化层，位于该粗糙化层上方，并与该粗糙化层形成欧姆接触；
一第一电极，与该半导体堆栈层中的n型氮化镓系层电性耦合；及
一第二电极，与该导电透光氧化层电性耦合。
2.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于该粗糙化层可为n型、p型掺杂或双掺杂型的氮化镓系层。
3.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于该透光导电氧化物层可为一氧化铟、氧化锡或氧化铟锡。
4.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于该发光层为一含铟的氮化镓系层。
5.如权利要求1项所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于该粗糙化层为一氮极化表面层。
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