FR2868878A3 - STRUCTURE DE DIODE ELECTROLUMINESCENTE A BASE DE GaN - Google Patents
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Abstract
Dans une structure de diode électroluminescente à base de GaN (30), une couche d'oxyde conductrice transparente est formée comme une couche fenêtre (37) sur une couche de contact de GaN ayant une couche de surface texturée (36), et la couche texturée (36) agit comme une couche de contact ohmique avec la couche d'oxyde conductrice transparente. Par conséquent, il est possible de réduire efficacement la résistance de contact et la tension de fonctionnement, tandis que l'effet de guidage optique est interrompu par la couche texturée (36), afin d'obtenir ainsi une amélioration de l'efficacité d'extraction de lumière et donc une augmentation du rendement quantique externe.
Description
STRUCTURE DE DIODE ELECTROLUMINESCENTE A BASE DE GaN
Arrière-plan de l'invention Domaine de l'invention La présente invention concerne une structure de diode électroluminescente à base de GaN, et particulièrement une structure de diode électroluminescente à base de GaN ayant une couche de contact ohmique améliorée.
Description de l'art connexe
Concernant la figure 1, une structure de diode électroluminescente à base de nitrure de gallium conventionnelle 10 est représentée comme comprenant un substrat 11, une couche tampon de GaN 12, une couche de GaN de type n 13, une couche émissive de InGaN 14, une couche de GaN de type p 15, une couche de contact de GaN de type p 16 et une couche conductrice transparente 17. Les couches 12 à 16 sont appelées ici structure épitaxiale . De plus, une électrode métallique de type p 18 est disposée sur la couche conductrice transparente 17 et une électrode métallique de type n 19 est disposée sur la couche de GaN de type n 13.
De manière conventionnelle, une couche de contact ohmique de nitrure de gallium de type p 16 présente une conductivité médiocre; en d'autres termes, le courant a tendance à être confiné dans une région située audessous de l'électrode métallique de type p 18. Par conséquent, afin de distribuer efficacement le courant pour obtenir une luminance uniforme, une couche conductrice transparente 17 est disposée sur la couche de contact ohmique de GaN de type p 16 et recouvre la totalité de la région émettant de la lumière. De plus, la couche conductrice transparente 17 est préparée de manière extrêmement mince afin d'obtenir une meilleure transparence. Selon l'art antérieur, la couche conductrice transparente peut consister en du Ni/Au et un motif texturé formé sur la surface d'une diode électroluminescente pourrait augmenter l'efficacité d'extraction de la lumière. Dans le cas de l'utilisation de Ni/Au mince en tant que couche conductrice transparente sur ladite surface du motif texturé, une distribution du courant latérale irrégulière survient, provoquant une émission de lumière partielle et une augmentation de la tension de fonctionnement, ainsi que montré dans la combinaison d'une couche conductrice transparente de Ni/Au et d'une surface texturée de la figure 4A et d'après la courbe I-V de la figure 4B.
L'oxyde d'indium et d'étain (ITO) est un matériau avec une bande interdite de haute énergie allant de 2,9 à 3,8 eV et avec une transmittance allant jusqu'à 95 % ou plus dans la gamme de la lumière visible. De plus, l'oxyde d'indium et d'étain est un matériau conducteur de type n avec une conductivité élevée et avec un indice de réfraction allant de 1,7 à 2,2. Selon la loi de Snell et la théorie anti-réflexion, du fait de la distribution de l'indice de réfraction (n = 2,4) de la structure épitaxiale de nitrure de gallium multicouche et de l'indice de réfraction (n = 1,5) du matériau d'encapsulation en résine, si un milieu intermédiaire ayant un indice de réfraction n-1,9 est ajouté à la structure, alors la réflexion peut être réduite et l'efficacité d'extraction de la lumière peut donc être augmentée après l'encapsulation. Pour cette raison, ce matériau est très adapté à une couche fenêtre d'une diode électroluminescente.
Récemment, des solutions utilisant de l'oxyde d'indium et d'étain (ITO) en tant que couche conductrice transparente, telle que celle décrite par la publication de brevet taiwanais n 461126, intitulée Indium gallium nitride light-emitting diode , ont été proposées. Ainsi qu'indiqué sur la figure 2, la structure de diode 20 comprend un substrat 21, une couche tampon de GaN 22, une couche de GaN de type n 23, une couche active de InGaN 24, une couche de GaN de type p 25, une couche de contact de type p 26, une couche d'oxyde conductrice transparente 27, une électrode de type p 28 et une électrode de type n 29. Dans la structure, la couche d'oxyde conductrice transparente 27 est en oxyde d'indium et d'étain, ce qui est avantageux pour l'émission de lumière. Toutefois, dans la structure de diode, lorsque la couche de contact de type p sous- jacente a une surface de polarisation de Ga plate, il est difficile de former un excellent contact ohmique avec l'oxyde d'indium et d'étain. En conséquence, une résistance de contact élevée et une propriété de contact ohmique médiocre rendent impossible la baisse de la tension de fonctionnement de la diode électroluminescente.
Considérant les inconvénients ci-dessus de propriété de contact ohmique médiocre et de tension de fonctionnement élevée, il est nécessaire de mettre au point une structure afin d'améliorer la propriété de contact ohmique entre une couche d'oxyde d'indium et d'étain et une couche à base de GaN de type p. Résumé de l'invention L'invention propose une structure de diode électroluminescente à base de GaN ayant une couche de contact ohmique améliorée, et le but de l'invention est de former une couche d'oxyde conductrice transparente sur une couche de contact de GaN ayant une couche texturée de surface et de proposer une couche texturée pour agir comme une couche de contact ohmique avec la couche d'oxyde conductrice transparente. La structure de diode électroluminescente comprend: un substrat, une structure de couches empilées semi-conductrice disposée sur le substrat et ayant une couche à base de GaN de type n, une couche émissive et une couche à base de GaN de type p disposée de manière séquentielle de bas en haut; une couche texturée déposée sur la couche à base de GaN de type p; une couche d'oxyde conductrice transparente disposée sur la couche texturée et formant un contact ohmique avec la couche texturée; une première électrode couplée électriquement à la couche d'oxyde conductrice transparente; et une deuxième électrode couplée électriquement à la couche à base de GaN de type n dans la structure de couches empilées semi-conductrice.
Brève description des dessins
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-après, faite en référence aux exemples illustrés dans les dessins annexés, qui doivent être considérés à tous égards comme illustratifs et non restrictifs, sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement une structure de diode électroluminescente à base de GaN selon l'art antérieur; la figure 2 représente schématiquement une structure de diode électroluminescente à base de GaN 10 selon l'art antérieur; la figure 3 représente schématiquement une structure de diode électroluminescente à base de GaN selon la présente invention; les figures 4A et 4B montrent une combinaison 15 d'une couche conductrice transparente de Ni/Au et d'une surface texturée et une courbe I-V; et les figures 5A, 5B montrent une combinaison d'une couche conductrice transparente de ITO et d'une surface texturée et une courbe I-V.
Description détaillée de modes de réalisation préférés En se référant à la figure 3, un exemple préféré d'une structure de diode électroluminescente à base de GaN selon la présente invention va être expliqué. Ainsi que représenté, selon l'invention, la structure d'une diode électroluminescente à base de GaN 30 comprend un substrat 31, une couche à base de GaN de type n 32, une couche émissive 33, une couche à base de GaN de type p 34, une couche de contact de type p 35, une couche texturée 36, une couche fenêtre 37, une première électrode 38 et une deuxième électrode 39. Dans la structure, une couche tampon 31' peut par ailleurs être disposée sur le substrat 31.
Ainsi que décrit ci-dessus, une structure de couches empilées semiconductrice formée sur le substrat 31 comprend la couche à base de GaN de type n 32, la couche émissive 33 et la couche à base de GaN de type p 34 arrangées de manière séquentielle de bas en haut. De plus, la couche texturée 36 est formée sur la couche à base de GaN de type p 34 et la couche de contact de type p 35, et, en tant que couche fenêtre 37, une couche d'oxyde conductrice transparente est disposée sur la couche texturée 36, formant un contact ohmique avec la couche texturée. La première électrode 38 est prévue de manière à être couplée électriquement avec la couche d'oxyde conductrice transparente, et la deuxième électrode 39 est couplée électriquement avec la couche à base de GaN de type n dans la structure de couches empilées semi-conductrice.
Le substrat 31 peut être un substrat en saphir, en oxyde de zinc, en oxyde de lithium et de gallium, en oxyde de lithium et d'aluminium, en spinelle, en carbure de silicium, en arséniure de gallium ou en silicium. La couche à base de GaN de type n 32 peut être une couche en nitrure de gallium, en nitrure d'aluminium, d'indium et de gallium ou en nitrure d'indium et de gallium dopés de type n. La couche à base de GaN de type p 34 peut être une couche en nitrure de gallium, en nitrure d'aluminium, d'indium et de gallium ou en nitrure d'indium et de gallium dopés de type p. La couche émissive 33 peut être en un composé de nitrure semi-conducteur contenant un composant d'indium. La couche fenêtre 37 est une couche d'oxyde conductrice transparente en oxyde d'indium, en oxyde d'étain, en oxyde d'indium et de molybdène, en oxyde de zinc ou en oxyde d'indium et d'étain.
La disposition de la couche texturée 36 entre la couche de contact de type p 35 et la couche fenêtre 37 non seulement augmente l'efficacité de l'extraction de lumière, mais entraîne également une émission de lumière accrue et interrompt l'effet de guidage optique du fait de la surface irrégulière de celle-ci. De plus, avec un tel état de surface, au cours du processus d'épitaxie, il est possible de contrôler arbitrairement une surface de polarisation N, ce qui est décrit dans la demande de brevet taiwanais en instance n 92136888 détenue par le même titulaire. La résistance de contact entre la couche fenêtre 37 et la deuxième couche à base de GaN conductrice 34 peut ainsi être réduite afin de former une couche de contact ohmique excellent, et la tension de fonctionnement de la diode peut être diminuée, ainsi qu'indiqué dans la combinaison d'une couche conductrice transparente d'ITO et d'une surface texturée montré sur la figure 5A et sur la courbe I-V de la figure 5B. En outre, la couche texturée 36 peut être une couche à base de GaN dopée de type n, dopée de type p ou co-dopée.
Si l'invention a été décrite en faisant référence à la description détaillée et aux dessins des exemples préférés de celle- ci, on comprendra que l'invention ne doit pas être considérée comme limitée par celle-ci.
Différentes modifications et différents changements peuvent être conçus par l'homme du métier sans s'éloigner de la portée de la présente invention, ce qui est indiqué dans les revendications annexées.
Claims (5)
1. Structure de diode électroluminescente à base de GaN (30) caractérisée en ce qu'elle comprend: un substrat (31) ; une structure de couches empilées semi-conductrice (32, 33, 34) disposée sur ledit substrat (31), ladite structure de couches empilées semi-conductrice comprenant une couche à base de GaN de type n (32), une couche émissive (33) et une couche à base de GaN de type p (34) arrangées de manière séquentielle de bas en haut; une couche texturée (36) disposée sur ladite couche à base de GaN de type p (34) ; une couche d'oxyde conductrice transparente (37) disposée sur ladite couche texturée (36) et formant un contact ohmique avec ladite couche texturée (36) ; une première électrode (38) couplée électriquement avec ladite couche d'oxyde conductrice transparente (37) ; et une deuxième électrode (39) couplée électriquement 20 avec ladite couche à base de GaN de type n (32) dans ladite structure de couches empilées semi-conductrice.
2. Structure de diode électroluminescente à base de GaN (30) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite couche texturée (36) est une couche à base de GaN dopée de type n, dopée de type p ou codopée.
3. Structure de diode électroluminescente à base de GaN (30) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite couche d'oxyde conductrice transparente (37) est en oxyde d'indium, en oxyde d'indium et de molybdène, en oxyde de zinc ou en oxyde d'indium et d'étain.
4. Structure de diode électroluminescente à base de GaN (30) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite couche émissive (33) est une couche à base de GaN contenant un composant d'indium.
5. Structure de diode électroluminescente à base de GaN (30) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite couche texturée (36) est une couche à surface de polarisation N.
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