ES2350422T3 - VENTANA MEJORADA PARA UN LED DE GaN. - Google Patents
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Abstract
Un diodo electroluminiscente que comprende: - un sustrato (101); - una zona electroluminiscente (106); una estructura de ventana que comprende: - una capa - ventana adulterada con Mg+ (109); - una capa de contacto delgada semitransparente de NiOx / Au (110) dispuesta sobre dicha capa - ventana adulterada con Mg+ (109); y - una capa dispersora de corriente amorfa, conductora y semitransparente (111) constituida directamente sobre una cara al descubierto de dicha capa de contacto (110); - un primer electrodo (112, 113) que incorpora una capa de titanio (112) sobre una superficie inferior de aquél, y dispuesto sobre dicha capa difusora de corriente y constituyendo una conexión óhmica con dicha capa difusora de corriente; - un segundo electrodo (105), caracterizado porque - una abertura (114) está constituida a través de dicha capa de contacto y de dicha capa de difusión de corriente, de tal manera que la capa de titanio de dicho primer electrodo contacta con una superficie superior de dicha capa ventana superior adulterada con Mg+.
Description
La invención se refiere a una ventana mejorada para un diodo electroluminiscente (LED) a base de nitruro de galio (GaN).
Un diodo electroluminiscente (LED) de semiconductor incluye un sustrato, una zona de emisión de luz, una estructura de ventana y un par de electrodos para energizar el diodo. El sustrato puede ser opaco o transparente. Los diodos electroluminiscentes, los cuales se basan en compuestos de nitruro de galio (GaN) incluyen en general un sustrato aislante, transparente, esto es un sustrato de zafiro. En un sustrato transparente, puede ser utilizada la luz, o bien la que procede del sustrato o bien la que procede del extremo opuesto del LED, el cual se designa como la “ventana”.
La cantidad de luz generada por un LED depende de la distribución de la corriente energizante que cruza la cara de la zona electroluminiscente. Es de sobra conocido en la técnica de los semiconductores que la corriente que fluye entre los electrodos tiende a concentrarse en una trayectoria favorecida directamente por debajo del electrodo. Este flujo de corriente tiende a activar las posiciones correspondientes favorecidas de la zona electroluminiscente con la exclusión de las porciones que caen fuera de la trayectoria favorecida. Así mismo, dado que dichas trayectorias favorecidas caen bajo el electrodo opaco, la luz generada que llega al electrodo se pierde. Los LEDs de GaN de la técnica anterior han empleado capas de dispersión de corrientes conductoras compuestas de níquel / oro (Ni / Au), y tienen una almohadilla de unión de la ventana de oro (Au) montada sobre dichas capas. En dichas disposiciones, la capa de Ni / Au y / o la almohadilla de unión de Au tienden a desconcharse durante la operación de la unión por hilo sobre el soporte elástico.
El Documento D1 de la Patente JP 10 012291 divulga un dispositivo semiconductor de luminiscencia, en concreto un dispositivo LED de color azul, con una eficacia de eyección mejorada de la luz procedente de una capa luminosa. El dispositivo semiconductor de luminiscencia comprende un sustrato de zafiro 1, una capa tampón 2 hecha de GaN, una capa tipo GaN 4 tipo n, una capa de electrodo catódico 14, una capa de InGaN 5, una capa de GaN tipo p 3, una capa de NiAu translúcida 6 hecha de una aleación de Ni -Au, una capa de Óxido de Indio -Estaño 7 sustancialmente transparente y una capa de electrodo de capa anódica 8. La capa de Óxido de Indio -Estaño sustancialmente transparente 8 ésta compuesta por una capa continua única con la capa de electrodo de capa anódica 7 (como capa de electrodo de barra colectora de aluminio de rebaja de la resistencia) constituida sobre aquélla. La capa tampón 2 hecha de GaN está constituida por un sustrato de zafiro 1, y la capa de GaN tipo n 4 y la capa de GaN tipo p 3 están constituidas sobre la capa tampón 2 hecha de GaN. La capa de InGaN 5 está emparedada entre la capa de GaN tipo n 4 y la capa GaN tipo p 3. El dispositivo semiconductor de luminiscencia comprende el agujero de paso 6a. El agujero de paso 6a se extiende únicamente a través de la capa traslúcida 6, pero no a través de la capa Óxido de Indio -Estaño (ITO) sustancialmente transparente 7 y, por consiguiente, la capa de electrodo de capa anódica 8 no pasa a través de la capa de Óxido Indio -Estaño 7, para conectar directamente con la capa de GaN de tipo p 3.
El documento EP 0 622 858 describe un dispositivo de semiconductor compuesto de los grupos G III -V a base de Nitruro de Galio y un procedimiento de fabricación del mismo. El dispositivo de semiconductor del compuesto de los grupos III -V a base de Nitruro de Galio de acuerdo con la segunda forma de realización de este documento comprende un sustrato 11, una capa de semiconductor tipo n 12, un electrodo n 14, una capa de semiconductor tipo p 13, un electrodo p 15, una porción cortada 311 y una almohadilla de unión 32 hecha de oro. La porción cortada 311 está dispuesta dentro del electrodo p 15. la almohadilla de unión 32 hecha de oro se adhiere fuertemente a la capa de semiconductor p 13 por medio de la porción cortada 311 y está eléctricamente conectada con el electrodo p 15. La almohadilla de unión 32 no solo ocupa la porción cortada 311, sino que también se extiende a lo largo de una porción sobre el electrodo p 15 alrededor de la porción cortada 311.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona un diodo electroluminiscente de acuerdo con la reivindicación independiente 1. En las reivindicaciones dependientes se ofrecen otras forma de realización dependientes.
La invención reivindicada puede comprenderse mejor a la vista de las formas de realización del diodo electroluminiscente descrito en las líneas que siguen. En general, las formas de realización describen formas de realización preferentes de la invención. El lector atento observará, sin embargo, que algunos aspectos de las formas de realización descritas se extienden más allá del alcance de las reivindicaciones en el sentido de que las formas de realización descritas se extiendan efectivametne más allá del alcance de las reivindicaciones, las formas de realización descritas deben considerarse como información complementaria de los antecedentes y no constituyen definiciones de la invención per se. Ello también se predica respecto del apartado subsecuente “Breve Descripción de los Dibujos” así como respecto del apartado “Descripción Detallada de las Formas de Realización Preferentes”.
En particular, la presente invención se refiere a un diodo electroluminiscente que comprende:
- •
- un substrato;
- •
- una zona electroluminiscente;
- •
- una estructura de ventana que comprende también:
- •
- una capa -ventana superior adulterada con Mg;
- •
- una capa de contacto de metal delgada, semitransparente, de NiOx / Au dispuesta sobre dicha capa -ventana superior adulterada con Mg; y
- •
- una capa difusora conductora de corriente amorfa, semitransparente, constituida directamente sobre una cara al descubierto de dicha capa de contacto;
- •
- un primer electrodo que incorpora una capa de titanio sobre la superficie inferior de aquél, y dispuesta sobre dicha capa difusora de corriente y que constituye una conexión óhmica con dicha capa difusora de corriente;
• un segundo electrodo; y
- •
- una abertura constituida a través de dicha capa de contacto y dicha capa difusora de corriente, de tal manera que dicha capa de titanio de dicho primer electrodo contacta con una superficie superior de dicha capa -ventana superior adulterada con Mg.
La Figura es una ilustración esquemática que muestra una vista en sección transversal de un LED de acuerdo con una forma de realización congruente con la presente invención.
La Figura muestra un LED de acuerdo con una forma de realización congruente con la presente invención, como un dispositivo a base de GaN en el cual la luz sale a través de la ventana 109.
El LED de la Figura incluye un sustrato de zafiro 101, una zona tampón 102, una capa de sustrato sustituto de GaN 103, una capa de revestimiento n 104, una zona activa 106, una capa de revestimiento p 107, unas capas de ventana 108, 109, un electrodo n 105, una estructura de ventana que incluye una capa semitransparente delgada de NiOx / Au 110, una capa semiconductora amorfa semitransparente 111, un electrodo de titanio 112, y una almohadilla de unión 113.
Las capas 101 a 104, y las capas 106 a 109, son sometidas a crecimiento en un reactor de Depósito Químico con Vapores de Moléculas Orgánicas (MOCVD). Los detalles de la fabricación del MOCVD de las capas referidas son sobradamente conocidos en la industria de los semiconductores y no se analizarán en la presente memoria.
Los componentes restantes del LED ilustrativo, a saber las capas consistentes en la capa de NiOx / Au 110, la capa conductora amorfa 111, el electrodo n 105, el electrodo p 112, y la almohadilla de unión 113, se constituyen por la evaporación dentro de un aparato distinto de un reactor de MOCVD. Dichos procesos son sobradamente conocidos en la industria de los semiconductores y no se describirán en la presente memoria.
La estructura electroluminiscente
La estructura electroluminiscente ilustrativa de la Figura incluye una capa de revestimiento n 104, una zona activa 106, y la capa de revestimiento p 107.
La capa de revestimiento n 104 está hecha de GaN adulterado con silicio.
En el ejemplo ilustrativo mostrado en la Figura 1, la zona activa 106 es una estructura de multipozos cuánticos (MQW) de nitruro de galio -indio / nitruro de galio tipo n adulterada con silicio (Galn / GaN). Sin embargo, pueden ser utilizadas otras formas de zonas activas en la estructura de ventana ilustrativa.
La capa de revestimiento p 107 está hecha de nitruro de galio de aluminio
(AlGaN) adulterada con Mg.
Las capas de ventana
La primera capa -ventana 108 está hecha de GaN adulterado con Mg. La capa ventana 108 tiene un grosor nominal de 300 nm.
La segunda capa -ventana 109 está igualmente hecha de GaN adulterado con Mg. La capa -ventana 109 está más adulterada para permitir un contacto óhmico entre la capa 109 y la capa muy delgada de NiOx / Au 110.
Terminación del proceso de crecimiento del MOCVD
El crecimiento de las capas de GaN tipo p se consigue por la introducción de flujos gaseosos de TMG con hidrógeno (H2) como gas portador, NH3 como material del grupo V, y Mg como adulterante. En ausencia de un protocolo de enfriamiento apropiado, puede producirse la estabilización del Mg, en cuyo caso, se reduce la conductividad de la capa adulterada con Mg.
Con el fin de evitar la estabilización del hidrógeno de las capas adulteradas con Mg 107, 108 y 109, se ha adoptado el protocolo de enfriamiento descrito a continuación tras la terminación del crecimiento del MOCVD.
- 1.
- El gas ambiente del reactor es cambiada de H2 a nitrógeno (N2) inmediatamente después de la terminación de la estructura LED;
- 2.
- La temperatura del reactor es reducida de la temperatura de crecimiento hasta aproximadamente 900 grados C en aproximadamente 2 minutos;
3. El flujo de NH3 se termina;
- 4.
- La temperatura del reactor es rebajada aún más hasta aproximadamente 750 grados C en aproximadamente 2 minutos;
- 5.
- Una temperatura de aproximadamente de 755 grados C es mantenida durante aproximadamente 20 minutos;
- 6.
- El calentador del reactor se cierra y se deja que el reactor complete de forma natural su enfriamiento. La experiencia demuestra que el enfriamiento hasta 120 grados C se produce en aproximadamente 30 minutos después del cierre del calentador.
El producto muestra las características físicas y eléctricas deseadas que se esperaron. Formación de las estructuras de los electrodos
La forma de realización congruente con la presente invención, tal y como se muestra en la Figura, ilustra los emplazamientos de ambas capas de electrodos p 111, 112 y del electrodo n 105.
La capa 110 es una capa de contacto semitransparente de NiOx / Au la cual está depositada sobre la totalidad de la capa al descubierto de la capa -ventana 109. La abertura 114 está compuesta por las capas 110 y 111 para permitir el depósito de una capa de adherencia de titanio 112 que contacte con la capa -ventana 109. El titanio constituye una unión física fuerte con la capa 109 y, de esta manera, tiende a eliminar el desconchado durante la unión por hilo. Además llegar hasta la capa 109, la estructura de titanio 112 es depositada a través y por encima de la capa amorfa 111. El electrodo de titanio 112 forma unos contactos óhmicos con las capas 110 y 111, y constituye un contacto de diodo Schottky con la capa ventana 109. La conexión de diodo Schottky con la capa -ventana 109 elimina el trayecto de la corriente que discurre directamente por debajo del electrodo y fuerza a la corriente que fluye por entre los electrodos hasta el interior de la capa conductora 111.
La almohadilla de unión de Au 112 del electrodo p 112 es depositado encima de la capa de titanio 112 para constituir un contacto óhmico.
Dado que las capas adulteradas con Mg no experimentan la estabilización del hidrógeno, no es necesario el tratamiento térmico de la estructura para activar la adulteración del Mg en esas capas. Sin embargo, la capa de Ni / Au 111 y las estructuras de contacto de Ti y Au son calentadas en una atmósfera de nitrógeno molecular y aire. De esta manera, el Ni es convertido en una forma de óxido de níquel. El tratamiento térmico descrito mejora la calidad de las estructuras de contacto.
Claims (4)
- REIVINDICACIONES1. Un diodo electroluminiscente que comprende:-un sustrato (101);-una zona electroluminiscente (106);una estructura de ventana que comprende:-una capa -ventana adulterada con Mg+ (109); -una capa de contacto delgada semitransparente de NiOx / Au (110)dispuesta sobre dicha capa -ventana adulterada con Mg+ (109); y-una capa dispersora de corriente amorfa, conductora ysemitransparente (111) constituida directamente sobre una cara al descubiertode dicha capa de contacto (110);-un primer electrodo (112, 113) que incorpora una capa de titanio (112) sobre una superficie inferior de aquél, y dispuesto sobre dicha capa difusora de corriente y constituyendo una conexión óhmica con dicha capa difusora de corriente;-un segundo electrodo (105), caracterizado porque-una abertura (114) está constituida a través de dicha capa de contacto y de dicha capa de difusión de corriente, de tal manera que la capa de titanio de dicho primer electrodo contacta con una superficie superior de dicha capa ventana superior adulterada con Mg+.
-
- 2.
- El diodo electroluminiscente de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha capa de difusión de corriente amorfa está hecha de Óxido de Indio -Estaño.
-
- 3.
- El diodo electroluminiscente de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha estructura de ventana comprende también :
-
- 4.
- El diodo electroluminiscente de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicho primer electrodo constituye una conexión de diodo Schottky con dicha capa ventana superior adulterada con Mg+.
-una capa -ventana inferior adulterada con Mg-dispuesta por debajo de dicha capa -ventana adulterada con Mg+;5 5. El diodo electroluminiscente de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha estructura de ventana comprende también:-una capa -ventana inferior adulterada con Mg-dispuesta por debajo de dicha capa -ventana superior adulterada con Mg+; 10 -en el que dicha capa de difusión de corriente amorfa semiconductora semitransparente está hecha de Óxido de Indio -Estaño; y -en el que el dicho primer electrodo constituye una conexión de electrodo Schottky con dicha capa -ventana superior adulterada con Mg+.15
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