TW201438277A - 具優良靜電放電防護效果之氮化物發光二極體 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種具優良靜電放電防護效果之氮化物發光二極體，特別是關於在包括第一p-包覆層、第二p-包覆層及p-接觸層的p型半導體層中，對於第二p-包覆層內p型摻雜劑的最低摻雜濃度的p型摻雜劑的最高摻雜濃度的比率呈現特定範圍的氮化物發光二極體。
Description
本發明提供一種具優良靜電放電防護效果之氮化物發光二極體，特別是關於在包括第一p-包覆層、第二p-包覆層及p-接觸層的p型半導體層中，對於第二p-包覆層內p型摻雜劑的最低摻雜濃度的p型摻雜劑的最高摻雜濃度的比率呈現特定範圍的氮化物發光二極體。
作為氮化物半導體，可以例舉GaN類氮化物半導體。該GaN類氮化物半導體發光組件在其應用領域應用於藍色或綠色發光二極體(LED)的發光組件、金屬半導體場效應電晶體(MESFET)及高電子遷移率電晶體(HEMT)等的高速開關與高功率組件等的多種領域。
第1圖簡要表示普通氮化物半導體發光二極體。
參照第1圖，氮化物半導體發光二極體從生長基板11開始形成。更具體地，氮化物半導體發光二極體包括形成於上述生長基板11上的n型氮化物半導體層12、活性層13及p型氮化物半導體層14。
並且，為了向n型氮化物半導體層12注入空穴，以與n型氮化物半導體層12進行電連接的方式形成n側電極極板15。並且，為了向p型氮化物半導體層14注入空穴，以與p型氮化物半導體層14進行電連接的方式形
成p側電極極板16。
一方面，p型氮化物半導體層14與n型氮化物半導體層12相比具有相對高的電阻率。結果，在p型氮化物半導體層14內，電流無法均勻地分散，且電流集中在形成有p側電極極板16的部分。並且，上述電流通過多個半導體層流動，並從n側電極極板15流出。由此，存在電流集中於上述n型氮化物半導體層12中形成有n側電極極板15的部分，且電流在發光二極體的邊角部分集中流動的問題。如上所述的電流的集中會引起發光區域的減少，最終降低發光效率。
另一方面，在普通的氮化物半導體發光二極體的情況下，在靜電放電(Electro Static Discharge，ESD)方面脆弱。以往為了改善這種問題，在封裝發光二極體時利用了齊納二極體(Zenor Diode)之類的額外的靜電放電保護組件。並且，作為利用生長結構改善靜電放電的方法，以減少晶格失配引起的缺陷的方式提高結晶性，或者以形成超晶格(supper lattice)結構及電流阻擋層(current blocking layer)的方式使電流更好地向水準方向擴散，由此減少電流擁擠(current crowding)效應。
但是，這種方案導致需要購入額外的齊納二極體來組裝或形成肖特基結的麻煩，由此存在增加氮化物半導體發光二極體的整體製造費用的問題。
另一方面，韓國公開專利第2010-0059324號曾試圖在AlGaN層與GaN層之間插入被摻雜的InN層，並利用二維電子氣(2DEG)層效果改善電流分散特性，由此強化了對靜電放電的耐性。
儘管如此，但到目前為止，在未形成額外的二維電子氣層或
超晶格層的情況下，通過調節p型氮化物半導體層內的摻雜濃度，增強對靜電放電的耐性的研發結果並沒有被公開。
為此，本發明人員為了開發能夠增強靜電放電保護特性的氮化物發光二極體而進行了研究、努力，結果發現，以包含第一p-包覆層與第二p-包覆層的方式構成p型半導體層，且以使最低摻雜濃度與最高摻雜濃度在上述第二p-包覆層呈現規定比率的方式調節摻雜劑的濃度分佈，從而使氮化物發光二極體能夠呈現優秀的靜電放電保護特性及電特性，由此完成了本發明。
因此，本發明的目的在於，提供通過以使最低摻雜濃度與最高摻雜濃度呈現規定比率的方式調節第二p-包覆層內摻雜劑的摻雜濃度，來增強對靜電放電的保護效果的氮化物發光二極體。
用於實現上述目的的本發明的氮化物發光二極體，包括n型半導體層、活性層及p型半導體層，其特徵在於，上述p型半導體層從活性層起向上部方向包括第一p-包覆層、第二p-包覆層及p-接觸層；在上述第二p-包覆層內，對於p型摻雜劑的最低摻雜濃度的p型摻雜劑的最高摻雜濃度的比率在5~15範圍。
並且，本發明的氮化物發光二極體，其特徵在於，上述第一p-包覆層由AlxInyGazN(x+y+z=1，0x1，0y1，0<z1)構成，上述第二p-包覆層由InxGa1-xN(0x<1)構成。
並且，本發明的氮化物發光二極體，其特徵在於，在上述第二p-包覆層的p型摻雜劑的最低摻雜濃度在1×1019~5×1019atoms/cm3範圍，p
型摻雜劑的最高摻雜濃度在1×1020~5×1020atoms/cm3範圍。
並且，本發明的氮化物發光二極體，其特徵在於，上述p型摻雜劑的最高摻雜濃度與第二p-包覆層和p-接觸層的邊界點的p型摻雜劑的摻雜濃度相同或者上述p型摻雜劑的最高摻雜濃度低於第二p-包覆層和p-接觸層的邊界點的p型摻雜劑的摻雜濃度。
並且，本發明的氮化物發光二極體，其特徵在於，在上述第二p-包覆層中呈現p型摻雜劑的最低摻雜濃度的部位形成於呈現p型摻雜劑的最高摻雜濃度的部位的下部。
並且，本發明的氮化物發光二極體，其特徵在於，上述p型摻雜劑為選自鎂(Mg)、鈹(Be)、鉛(Zn)及鎘(Cd)中的一種或兩種以上。
本發明能夠以調節p型半導體層內p型摻雜劑的濃度的方式增強對靜電放電的保護效果。
尤其，本發明可在不形成額外的二維電子氣層或超晶格層的情況下，以在半導體層的生長過程中僅簡單調節p型摻雜劑來源的供給流量的方式解決對靜電放電的問題，在這一方面期待能夠廣泛適用於用於解決本發明所屬領域的靜電放電問題的方案。
100‧‧‧氮化物發光二極體
110‧‧‧基板
120‧‧‧緩衝層
130‧‧‧n型氮化物半導體層
140‧‧‧活性層
150‧‧‧p型氮化物半導體層
151‧‧‧第一p-包覆層
152‧‧‧第二p-包覆層
153‧‧‧p-接觸層
160‧‧‧透明導電層
170‧‧‧p側電極
180‧‧‧n側電極
第1圖為習知氮化物半導體發光二極體的截面的剖視圖。
第2圖為本發明一實施例的氮化物發光二極體的截面的剖視圖。
第3圖為在實施例1中表示p型氮化物半導體層內的Mg的摻雜濃度的曲線
圖。
第4圖為在實施例2中表示p型氮化物半導體層內的Mg的摻雜濃度的曲線圖。
第5圖為在比較例1中表示p型氮化物半導體層內的Mg的摻雜濃度的曲線圖。
以下，參照附圖對本發明較佳實施例的呈現優秀的靜電放電保護效果的氮化物發光二極體進行說明如下。
為了明確表現各層及區域，在附圖中以擴大的方式呈現了厚度。並且，為了便於說明，將一部分層及區域的厚度以誇張的方式呈現在附圖中。假設當層、膜、區域及板等的部分位於其他部分的“上”或“上部”時，這不僅包括位於其他部分的“正上方”的情況，還包括在中間具有其他部分的情況。並且，假設當層、膜、區域及板等的部分位於其他部分的“下”或“下部”時，這也不僅包括位於其他部分的“正下方”的情況，還包括在中間還具有其他部分的情況。相反地，假設當某一部分位於其他部分“正上方”或“正下方”時，意味著中間不具有其他部分。
第2圖為示出本發明實施例的氮化物發光二極體的截面的剖視圖。
如第2圖所示，本發明實施例的氮化物發光二極體100沿著基板110的上部方向包括n型氮化物半導體層130、活性層140及p型氮化物半導體層150，上述p型氮化物半導體層150從上述活性層140向上部方向包括第一p-包覆層151、第二p-包覆層152及p-接觸層153。並且，如第2圖所示出的實施例，本發明的氮化物發光二極體可包括緩衝層120、透明電極層160、p
側電極170及n側電極180。
這時，形成於上述第一1p-包覆層151的上部的第二p-包覆層152的p型摻雜劑的濃度隨著深度而發生變化並呈現這種變化，因此形成呈現p型摻雜劑的最高摻雜濃度A及最低摻雜濃度B的部位。
在本發明的上述第二p-包覆層152中，對於p型摻雜劑的最低摻雜濃度的p型摻雜劑的最高摻雜濃度的比率(A/B)為5~15範圍，較佳為6~12範圍，更佳為7~10的範圍。在對於上述最低摻雜濃度的最高摻雜濃度的比率小於5的情況下，由於基於摻雜劑濃度差異的電流分散效果不充分，因而對於靜電放電的保護效果以較低的方式呈現，在上述比率大於15的情況下，由於正向壓降的上升而存在電特性方面出現問題的擔憂。
較佳地，在上述第二p-包覆層152的p型摻雜劑的最低摻雜濃度在1×1019~5×1019atoms/cm3範圍，更佳為1×1019~4×1019atoms/cm3範圍。在第二p-包覆層152的p型摻雜劑的最低摻雜濃度小於1×1019atoms/cm3的情況下，存在難以掌握n型氮化物半導體層中的載體與摻雜平衡的問題。相反地，在第二p-包覆層152的p型摻雜劑的最低摻雜濃度大於5×1019atoms/cm3的情況下，由於對p型摻雜劑的最低摻雜濃度的p型摻雜劑的最高摻雜濃度的比率的減少，可使電流分散效果並不充分。
並且，較佳地，在第二p-包覆層152的p型摻雜劑的最高摻雜濃度在1×1020~5×1020atoms/cm3範圍，更佳為1×1020~4×1020atoms/cm3範圍。在第二p-包覆層152的p型摻雜劑的最高摻雜濃度小於1×1020atoms/cm3的情況下，由於對p型摻雜劑的最低摻雜濃度的p型摻雜劑的最高摻雜濃度的比率的減少，可使電流分散並不充分。相反地，在第二p-包覆層152的p
型摻雜劑的最高摻雜濃度大於5×1020atoms/cm3的情況下，可發生晶體品質的低下。
尤其，在第二p-包覆層152的p型摻雜劑的最高摻雜濃度以與第二p-包覆層152和p-接觸層153的邊界點的p型摻雜劑的摻雜濃度相同或上述p型摻雜劑的最高摻雜濃度低於第二p-包覆層和p-接觸層的邊界點的p型摻雜劑的摻雜濃度的方式呈現，較佳地，在第二p-包覆層152和p-接觸層153的邊界點不超過p型摻雜劑的摻雜濃度。在第二p-包覆層152的p型摻雜劑的最高摻雜濃度大於第二p-包覆層152與p-接觸層153的邊界點的p型摻雜劑的摻雜濃度的情況下，空穴移動可能難以順暢地形成。
並且，較佳地，在上述第二p-包覆層152內呈現p型摻雜劑的最低摻雜濃度的部位與呈現p型摻雜劑的最高摻雜濃度的部位相比，位於下部，但並不限於此，還可以形成於呈現p型摻雜劑的最高摻雜濃度的上部。
上述p型摻雜劑的摻雜濃度的調節可以隨著如下方式形成，即，當形成p型氮化物半導體層時，一邊改變雙(環戊二烯基)鎂(Cp2Mg，bis(cyclopentadienyl)Magnesium)之類的p型摻雜劑來源的供給流量，一邊使氮化物半導體層生長。
作為上述p型摻雜劑，可以為選自鎂、鈹、鉛及鎘中的一種或者兩種以上，但較佳應使用鎂。
上述第一p-包覆層151可由AlxInyGazN(x+y+z=1,0x1,0y1,0<z1)構成，也可由x或y為0的三元系氮化物形成，但較佳地，應使用x與y都不是0的四元系氮化物。並且，較佳地，上述第一p-包覆層151內p型摻雜劑的摻雜濃度在1×1019~1×1020atoms/cm3範圍，且以p型
摻雜劑的最高摻雜濃度及最低摻雜濃度的範圍存在於上述第二p-包覆層為佳。
並且，上述第二p-包覆層152可以由包含Ga的氮化物形成，較佳地，由InxGa1-xN(0x<1)構成，更佳地，由GaN構成。
並且，較佳地，上述p-接觸層153也由InxGa1-xN(0x<1)構成，並能由與上述第二p-包覆層相同的成分或其他成分構成，但更佳地，由相同成分構成。較佳地，上述p-接觸層153內p型摻雜劑的最高摻雜濃度在1x1020~1 x1021atoms/cm3範圍，且與第二p-包覆層152內p型摻雜劑的最高摻雜濃度相比，形成更高的濃度為佳。
另一方面，上述基板110包括藍寶石在內可以由SiC、Si、GaN、ZnO、GaAs、GaP、LiAl2O3、BN或AlN等的化合物組成。並且，上述緩衝層120為了解除基板110與n型氮化物半導體層130之間的晶格失配，能夠以選擇性的方式形成，例如，可以由AlN或GaN形成。
n型氮化物半導體層130形成於基板110或者緩衝層120的上部面，且由摻雜有n型摻雜劑的氮化物形成。可使用矽(Si)、鍺(Ge)及錫(Sn)等作為上述n型摻雜劑。在此，n型氮化物半導體層130可為由第一層及第二層以輪流的方式形成的層疊結構，上述第一層由摻雜Si的n型AlGaN或無摻雜AlGaN構成，上述第二層由無摻雜GaN或摻雜Si的n型GaN構成。當然，能夠使n型氮化物半導體層150生長為單層的n型氮化物半導體層，但可以形成為第一層與第二層的層壓結構，並能用作無裂紋的結晶性良好的載體限制層。
活性層140可在n型氮化物半導體層130與p型氮化物半導體
層150之間由單量子阱結構或者多量子阱結構構成，且通過n型氮化物半導體層130流動的電子與通過p型氮化物半導體層150流動的空穴重組(re-combination)並產生光。在此，活性層140作為多量子阱結構，量子阻擋層與量子阱層可分別由AlxGayInzN(這時，x+y+z=1，0x1，0y1，0z1)構成。作為由這種量子阻擋層與量子阱層反復而成的結構的活性層140可以抑制所發生的應力與變形引起的自發極化。
之後，上述透明電極層160作為形成於p型氮化物半導體層150的上部面的層，這種透明電極層160由透明導電性氧化物構成，其材質包含In、Sn、Al、Zn及Ga等的元素，例如，可以由銦錫氧化物(ITO，Indium Tin Oxide)、氧化鋅(ZnO，Zinc Oxide)、氧化鎳(NiO，Nikel Oxide)及氧化銦(In2O3，Indium Oxide)中的某一種形成。
並且，上述p型電極170與n型電極180能夠通過如下方式形成，即，在利用通常的物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)及金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)方法等，對包含Cr、Al、Ni、Au、Ag及銦錫氧化物等的金屬膜或金屬合金膜進行蒸鍍之後，利用掩模對此進行圖案化。
以下，通過本發明的下述實施例對本發明的氮化物發光二極體進行更加具體的說明。
實施例1~實施例2及比較例1
用於構成實施例1~實施例2及比較例1的氮化物發光二極體的n型氮化物半導體層適用了GaN，且第一p-包覆層適用了AlInGaN，第二p-包覆層與p-接觸層適用了GaN。
在第3圖至第5圖示出了實施例1~實施例2及比較例1的在氮化物發光二極體內的p型氮化物半導體層中基於深度的Mg摻雜濃度曲線圖。並且，在下述表1表示了實施例1~實施例2及比較例1的在氮化物發光二極體的各個上述第二p-包覆層(p-氮化鎵層)的Mg的最高摻雜濃度(A)、最低摻雜濃度(B)及對最低摻雜濃度的最高摻雜濃度的比率(A/B)。
如上述表1所示，為了在第二p-包覆層內評價使最高摻雜濃度與最低摻雜濃度互不相同的發光二極體的靜電放電保護特性，分別確認了當施加0.25kV、0.5kV、1kV、2kV及4kV電壓時發光二極體是否被破壞，並在表2中表示了其結果。
如上述表2所示，確認了在第二p-包覆層內對最低摻雜濃度的最高摻雜濃度的比率相當於3.0的比較例1的發光二極體的情況下，當施加
4kV的電壓時，完全被破壞，但可以確認在第二p-包覆層內對最低摻雜濃度的最高摻雜濃度的比率相當於7.0及10.0的實施例1及實施例2的情況下，當施加4kV的電壓時，並沒有產生破壞。
因此，通過上述實驗能夠確認，如本發明的發光二極體，在第二p-包覆層內對最低摻雜濃度的最高摻雜濃度的比率在一定範圍內的情況下，可以呈現優秀的靜電放電保護及電特性。
以上，以本發明的實施例為中心進行了說明，但這僅僅為例示，只要是本發明所屬技術領域的普通技術人員就能夠理解能夠由此進行多種變更或等同的其他實施例。因此，本發明真正的技術保護範圍應由申請專利範圍來判斷。
100‧‧‧氮化物發光二極體
110‧‧‧基板
120‧‧‧緩衝層
130‧‧‧n型氮化物半導體層
140‧‧‧活性層
150‧‧‧p型氮化物半導體層
151‧‧‧第一p-包覆層
152‧‧‧第二p-包覆層
153‧‧‧p-接觸層
160‧‧‧透明導電層
170‧‧‧p側電極
180‧‧‧n側電極
Claims (11)
- 一種氮化物發光二極體，包括n型半導體層、活性層及p型半導體層，其中，該p型半導體從活性層起向上部方向包括第一p-包覆層、第二p-包覆層及p-接觸層；在該第二p-包覆層內，對於p型摻雜劑的最低摻雜濃度的p型摻雜劑的最高摻雜濃度比率在5~15範圍。
- 根據申請專利範圍第1項所述的氮化物發光二極體，其中，該第一p-包覆層由AlxInyGazN(x+y+z=1，0x1，0y1，0<z1)構成。
- 根據申請專利範圍第1項所述的氮化物發光二極體，其中，該第二p-包覆層由包含Ga的氮化物形成。
- 根據申請專利範圍第3項所述的氮化物發光二極體，其中，該第二p-包覆層由InxGa1-xN(0x<1)形成。
- 根據申請專利範圍第4項所述的氮化物發光二極體，其中，該第二p-包覆層由GaN形成。
- 根據申請專利範圍第1項所述的氮化物發光二極體，其中，在該第二p-包覆層中，p型摻雜劑的最低摻雜濃度在1×1019~5×1019atoms/cm3範圍。
- 根據申請專利範圍第1項所述的氮化物發光二極體，其中，在該第二p-包覆層中，p型摻雜劑的最高摻雜濃度在1×1020~5×1020atoms/cm3範圍。
- 根據申請專利範圍第7項所述的氮化物發光二極體，其中，該p型摻雜劑的最高摻雜濃度與第二p-包覆層和p-接觸層的邊界點的p型摻雜劑的摻雜濃度相同或該p型摻雜劑的最高摻雜濃度低於第二p-包覆層和p-接觸層 的邊界點的p型摻雜劑的摻雜濃度。
- 根據申請專利範圍第1項所述的氮化物發光二極體，其中，在該第二p-包覆層中呈現p型摻雜劑的最低摻雜濃度的部位形成於呈現p型摻雜劑的最高摻雜濃度的部位的下部。
- 根據申請專利範圍第1項所述的氮化物發光二極體，其中，該p型摻雜劑為選自鎂(Mg)、鈹(Be)、鉛(Zn)及鎘(Cd)中的一種或兩種以上。
- 根據申請專利範圍第1項所述的氮化物發光二極體，其中，在該第二p-包覆層內，對於p型摻雜劑的最低摻雜濃度的p型摻雜劑的最高摻雜濃度的比率在7~10範圍。
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