TW419871B - Light-emitting diode device and method for fabricating the same - Google Patents

Light-emitting diode device and method for fabricating the same Download PDF

Info

Publication number
TW419871B
TW419871B TW087117723A TW87117723A TW419871B TW 419871 B TW419871 B TW 419871B TW 087117723 A TW087117723 A TW 087117723A TW 87117723 A TW87117723 A TW 87117723A TW 419871 B TW419871 B TW 419871B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
electrode
contact layer
light
contact
Prior art date
Application number
TW087117723A
Other languages
English (en)
Inventor
Satoshi Kamiyama
Shigeo Yoshii
Ryoko Miyanaga
Takashi Nishikawa
Tohru Saitoh
Original Assignee
Matsushita Electric Ind Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Ind Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Ind Co Ltd
Application granted granted Critical
Publication of TW419871B publication Critical patent/TW419871B/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40Materials therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40Materials therefor
    • H01L33/42Transparent materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H01L33/145Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

五、發明說明(υ 發明背景 發明之領域 本發明係與用於顯示用等之發光二極體裝置,特別是 指能有效地輸出藍色或綠色之短波長光之發光二極體裝置 及其製造方法相關。 發光二極體因效率高,與電燈泡相比,消耗電力較 小,故逐漸廣泛用為顯示用裝置,早自數年前,即已有可 發出紅、橙、黃等之長波長光之高亮度發光二極體裝置, 但藍色或綠色之短波長光之發光二極體裝置,因其亮度 低,故尚無可使用於室外顯示之數燭光之高亮度發光二極 體裝置 但是,近年來,因使用新材料G a Ν系結晶,開發綠色6 燭光及藍色2燭光之高亮度發光二極體裝置,目前,已有 採用此等高亮度發光二極體所製成之高亮度顯示器。 以下,以I nxGah.N ( X為0 S X S 1之實數,以下相同)所成 之量子丼(quantum well)活化層做為活化層,說明習用 GaN系發光二極體裝置之概要。 本裝置以通過操作電流,將電子及電洞注入量子丼活 化層,並藉由電子及電洞之再結合,發出相當於I r^Ga^xN 之帶隙能量(band-gap energy)之波長之光。InxGahXN中’ I η之組成比_x之值為0.15時,發出發光峰值波長約為450nm 之藍色光;In之组成比X之值為0.26時,發出發光♦值波 長約為5 2 Ο n m之綠色光。 但是,上述習用之GaN系發光二極體裝置,其問題
五、發明說明(2) 為:由I nxG a lx N所成之量子井活化層中,當其In之組成比X 之值越大時’結晶性會變差。因Ir^GapxN原本即不易成為 均一混晶,若使用藍寶石(s a p p i r e )基板時,即使含基板 裡面之反射光,其外部量子效率(=被射出裝置外之光輸 出/消耗電力)於亦僅有1 %〜2 %,故波長之控制困難,發光 二極體裝置之良率亦極低。又,波長650nm左右之紅色發 光二極體裝置,其外部量子效率含反射光約為20 %。 習用技術 (第1習用例) 以下,參照圖面,說明第1習用例,其為使用最近備 受矚目之Π-νΐ族所成之Z n S η系化合物半導體,代替上述 由瓜-V族所成之G a Ν系發光半導體,所製成之短波長發光 二極體裝置。 圖8係為第1習用例之ZnSn系發光二極體裝置之剖面構 造。如圖8所示,如使用分子束外延法(molecular beam epitaxy, MBE),於由η型GaAs所形成之基板101之上,依 序層積形成:第1緩衝層102,其由η型GaAs所形成,可緩 和與基板101之格子不整;第2缓衝層103,其由η型ZnSe所 形成,可緩和與GaAs結晶及ZnSe結晶之格子不整;第1包 (clad)層10“4,其由η型ZnMgSSe所形成,對下述之活化層 形成電位障壁,使η型載子(電子)能有效地注入活化層; 第1間隔層(spacer)105,其由未摻入雜質(non-doped)之 ZnSSe所形成,除了可提升活化層之結晶品質外,同時能
五、發明說明(3) 有效注入η型載子;量子井活化層1〇6,其由ZrvxCdxSe所形 成,將被注入之η型及P型之少數載子再相互結合以發光; 第2間隔層107,其由未摻入雜質之ZnSSe所形成,可使Ρ型 載子(電洞)有效注入;第2包層108,其由P型ZnMgSSe所形 成’對活化層106形成電位障壁,使ρ型載子有效地注入該 活化層106 ;半導體層109,其由?型2115$6所形成,階段式 連接第2包層1〇8與下述接觸層間之價電子帶能階;超格子 層110 ’其由P型ZnSe與P型ZnTe相互層積而形成,階段式 連接半導體層109與接觸層間之價電子帶能階;接觸層 111 ’其由P型ZnTe所形成,與電極成歐姆接觸。 於接觸層111上面’全面形成由Pd及Au所形成之ρ側歐 姆電極112 ’並於ρ側歐姆電極η?上,除了形成由Au等所 成之點狀接合焊墊(bonding pad)113外,同時於基板101 下面,全面形成η側歐姆電極114。 (第2習用例) 另一方面’參照圖面,說明第2習用例,其使用]n-V 族所成之A 1 Gal ηΡ系化合物半導體,製成波長為 620nm〜660ηηι之紅色發光二極體裝置。 圖9係為第2習用例之AlGalnP系發光二極體裝置之剖 面構造。如圖9所示,如使用有機金屬氣相成長法 (M0VPE) ’其於由η型GaAs所形成之基板121之上,依序層 積形成:緩衝層122,其由π型GalnP所形成,可緩和與基 板121之格子不整;第1包層123,其由η型AlGalnP所形 成;活化層124 ’其未捧入雜質之GalnP所形成;第2包層
五、發明說明C4) 125 ,其由p型AiGalnP所形成;電流阻絕層126 ,其由η型 GaAs所形成;其後,自結晶生長裝置,一旦取出基板 1 2 1。其後,如圖9所示,遮住(mask)電流阻絕層1 26中之 接合焊墊,蝕刻電流阻絕層1 2 6,使其成點狀。接著,將 已形成電流阻絕層1 2 6之基板1 2 1 ,再次投入結晶生長裝 置,於第2包層125及電流阻絕層126上,全面形成電流擴 散層127,其由p^lAlGalnP所形成,可使與基板面垂直流 動之電流,往與基板面平行之方向擴散。其後,除了於電 流擴散層1 2 7之中接合焊墊形成區域中,形成具點狀之p側 歐姆電極128外,同時於基板121下面,全面形成η側歐姆 電極1 29。 如此,因其於兼具接合焊墊之Ρ側歐姆電極128之正下 方,設有電流擴散層127,及與該電流擴散層127形成ρη接 合之電流阻絕層1 2 6,使得電流流至活化層1 2 4之周圍部, 而不會流至Ρ側歐姆電極1 2 8之正下方,故可抑制於活化層 124中之ρ側歐姆電極128之下方區域,產生載子之再結 合。因此,因活化層124中之ρ側歐姆電極128之下方區 域,其載子再結合被抑制,使得所發之光不會被ρ側歐姆 電極1 2 8所吸收,故可得高外部量子效率。 如此,於第2習用例中,有必要自結晶生長裝置,一 旦取出基板_1 2 1 ,形成電流阻絕層1 2 6後,必須再將其再次 投入結晶生長裝置内結晶生長。 但是,m - V族所成之A 1 G a I η Ρ系半導體結晶,即使將 基板一旦自結晶生長裝置取出(斷續性結晶生長),亦不會
五、發明說明(5) 產生問題,但是,若為由Π - VI族所成之ZnSn系化合物半 導體時,則具有對累積熱(heat history)較弱之性質。 即,形成圖8所示之量子丼活化層1 0 6後,若再次將其投入 結晶生長裝置時,則必須以比結晶生長溫度高約1 0 0度左 右之高溫熱钱刻,除去於裝置外部之結晶生長面所生成之 自然氧化膜。此時,ZnSn系之量子井活化層1 06,因熱蝕 刻時之熱處理受損而被破壞。因此,無法採用與A 1 Gal nP 系相同之改善方式。 又,將一基板多次投入結晶生長裝置中,亦會造成生 產下降。 於第1習用例中,藉調整由Zn^xCdxSe所形成之量子井 活化層106組成比X之值,可使發出波長為470nm至530nm之 光。 但是,ZnSn系發光二極體裝置之内部量子效率(=活 化層内部之光輸出/消耗電力)即使高達約1 〇 〇 %,若外部量 子效率約為7%,其僅達上述紅色發光二極體裝置之一半以 下。 如此,ZnSn系之化合物半導體,即使結晶性很高,亦 無法將活化層106所發之光有效送至裝置外部。 發明之概妻— 本發明之目的為:解決上述第1習用例中,外部量子 效率過低之問題,以使能於短波長發光二極體裝置中,提 升外部量子效率並同時提高生產性。
第9頁 419S71 五、發明說明(6) 為了達成上述目的,本發明之構造為:於形成電流阻 絕層時,在形成接合焊墊之焊墊電極之正下方,選擇性設 置肖特基能障(Schottky barrier)或高電阻區域。 本發明之第1發光二極體裝置,具備:活化層,其形 成於η型半導體基板上;p型接觸層,其形成於活化層之 上;肖特基電極,其選擇性形成於接觸層之上,與接觸層 成肖特基接觸,做為接合焊墊;歐姆電極,形成於接觸層 上之上述肖特基電極之周邊部,與上述肖特基電極電性相 接,並能使透過自上述活化層所發出之光。 依據第1發光二極體裝置,因為設有做為肖特基電極 之焊墊電極,及肖特基電極之周邊部與該肖特基電極電性 相接之歐姆電極,故電流不會流至成為接合焊墊之肖特基 電極之正下方,而流至該肖特基電極下方之周邊部。結 果,因為抑制載子注入活化層中肖特基電極下方區域,除 了可減少來自活化層中肖特基電極下方區域所放射之光 外,因為自活化層中肖特基電極下方區域之周邊部所放射 之光增加,其發光不會被斑特基電極所吸收,故可提升外 部量子效率。 第1發光二極體裝置中,肖特基電極及接觸層間之肖 特基能障,其以大於0. 3 e V為佳。如此,因肖特基電極之 電位障壁r可確實使操作電流不會通過。 第1發光二極體裝置中,肖特基電極以含有鋁、亞 船、或銘(thalium)之半導體膜所形成者為佳。如此,可 使肖特基能障確實大於〇. 3eV。
第10頁 419S71_ 五、發明說明(7) 本發明之第2發光二極體裝置,具備:活化層,其形 成於第1導電型半導體基板上;第2導電型接觸層,其形成 於活化層之上;焊墊電極,其選擇性形成於接觸層之上, 做為接合焊墊;歐姆電極,形成於接觸層上之焊墊電極之 周邊部,與上述焊墊電極電性相接,並能使透過自上述活 化層所發出之光;高電阻區域,其形成於焊墊電極之下 方。 依據第2發光二極體裝置,因於接觸層上之焊墊電極 之下方設有高電阻區域,且歐姆電極於接觸層上之焊墊電 極之周邊部與該肖特基電極電性相接,故電流不會流至做 為接合焊墊之焊墊電極之正下方,而流至該焊墊電極下方 之周邊部。結果,因抑制載子注入活化層中肖特基電極下 方區域内,除了可減少來自活化層中肖特基電極下方區域 所放射之光外,因為自活化層中肖特基電極下方區域之周 邊部所放射之光增加,其無法被肖特基電極所吸收,而可 提升外部量子效率。 第2發光二極體裝置中,第1導電型為η型,第2導電型 為ρ型,高電阻區域形成於活化層與接觸層之間,其以含 有摻雜亞錯及砸(selenium),使氮原子為1 Xl018cm—3以上 之ρ型半導體層所形成者為佳。如此一來,因P型半導體層 於做為受體(acceptor)之氮原子過度摻雜之狀態時形成, 故過度摻雜區域可確實為高電阻。 第2發光二極體裝置中,其高電阻區域以形成於活化 層上方之絕緣氧化膜所形成者為佳。如此一來,因高電阻
第11頁 _419871_ 五、發明說明(8) 區域熱性穩定,故可保障裝置之動作。 第2發光二極體裝置中,其絕緣氧化膜以氧化亞鉛所 形成者為佳。如此一來,除了可確實形成使用H-VI族所 成之化合物半導體之裝置,同時因為氧化亞鉛本身為Π-VI族所成之化合物,故非常穩定。 第2發光二極體裝置中,其高電阻區域以形成於活化 層上方之結晶缺陷導入層所形成者為佳。如此一來,結晶 結構被破壞之結晶缺陷導入層,因其不純物濃度下降,故 可確實為高電阻。 第2發光二極體裝置中,其高電阻區域最好形成於半 導體基板上。如此一來,於結晶生長製程前,已先形成成 為電流阻絕層之高電阻區域,使結晶生長層不受高電阻區 域形成之影響,故可確保裝置動作。 第1及第2發光二極體裝置最好再具備反射層,其形成 於半導體基板與活化層間,並具有布雷格(bragg)反射器 構造。如此一來,因自活化層向下方基板方向所發出之 光,可於反射層反射,而由活化層上方送出,故可更加提 升外部量子效率。 本發明之第3發光二極體裝置,具備:反射層,其形 成於第1導電型半導體基板上,並具有布雷格反射器構 造;活化層',其形成於反射層上;第2導電型接觸層,其 形成於活化層之上;焊墊電極,其選擇性形成於接觸層之 上,做為接合焊墊;歐姆電極,其形成於接觸層上之焊墊 電極之周邊部,與焊墊電極電性相接,並能透過自活化層
第12頁 419S71 五、發明說明(9) 所發出之光。 依據第3發光二極體裝置,因於第1導電型半導體基板 上,設有具布雷格反射器構造之反射層,因自活化層對著 半導體基板下方所放射之光,於接觸層側反射,故可將對 著半導體基板侧所放射之光,自接觸層側向裝置外部送 出,故可更加提升外部量子效率13 本發明之第1發光二極體裝置之製造方法,具備:活 化層形成製程,其為於η型半導體基板上,形成含有亞鉛 及硒之活化層;接觸層形成製程,其於活化層上,依序形 成ρ型第1接觸層,及注入氮原子使其成為不純物濃度為1 XI 〇18cnr3以上高濃度之ρ型第2接觸層;島狀焊墊電極及島 狀第2接觸層形成製程,其為於第2接觸層上堆積導體膜之 後,藉由遮住該導體膜之接合焊墊形成區域,蝕刻導體膜 及第2接觸層,除了形成由導體膜所成之島狀焊墊電極 外,同時形成島狀之第2接觸層;歐姆電極形成製程,其 為於第1接觸層之焊墊電極之周邊部,形成與該焊墊電極 接觸,並能透過自上述活化層所發出之光之歐姆電極;高 電阻區域形成製程,其為對半導體基板施行回火 (anneal),藉由將島狀之第2接觸層所含之氮原子,自該 島狀之第2接觸層,選擇性擴散至半導體基板側之區域, 以於島狀之_第2接觸層與活化層間之焊墊電極之下方區 域,形成高電阻區域。 依據第1發光二極體裝置之製造方法,若位於島狀之 第2接觸層之半導體為含有Zn及Se之化合物半導體層,則
第13頁 419S71 五、發明說明(ίο) 該化合物半導體層之焊墊電極之下方區域成為高電阻區 域。如此,因於焊墊電極之下方成為高電阻區域,並於接 觸層之焊墊電極之周邊部,形成歐姆電極,使得電流不會 流至焊墊電極之正下方,而流至該焊墊電極下方之周邊 部,故可抑制載子注入活化層中焊墊電極之下方區域。如 此,除了可減少來自活化層中焊墊電極下方區域所放射之 光外,且因來自該焊墊電極下方區域之周邊部所放射之光 增加,可提升外部量子效率。此外,因為至第2接觸層為 止之結晶生長製程一貫施行,未被中斷,故除了不會對活 化層造成熱損傷外,與多次施行結晶生長製程之情形相 比,可提升生產性。 本發明之第2發光二極體裝置之製造方法,具備:活 化層形成製程,其為於第1導電型之半導體基板上,形成 含有亞鉛及硒之活化層;第2導電型接觸層形成製程,其 為於活化層上,形成由含亞鉛之半導體所成之及硒之第2 導電型之接觸層;絕緣氧化膜形成製程,其為藉由對著接 觸層之接合焊墊形成區域照射電漿化之氧原子,而於接合 焊墊形成區域,形成由氧化亞鉛所成之絕緣氧化膜;島狀 焊墊電極形成製程,其為於接觸層及絕緣氧化膜上,堆積 導體膜之锋,藉由遮住該導體膜之接合焊墊形成區域,對 導體膜蝕刻,而形成由導體膜所成之島狀焊墊電極;歐姆 電極形成製程,其為於接觸層之焊墊電極之周邊部,形成 與該焊墊電極接觸,並能透過來自活化層所發出之光之歐 姆電極。
第14頁 419371 五、發明說明(11) 依據第2發光二極體裝置之製造方法,因於焊墊電極 之下方形成絕緣區域,並於接觸層之焊墊電極之周邊部形 成歐姆電極,故電流不會流至焊墊電極之正下方,而流至 該焊墊電極下方之周邊部。如此,除了可減少來自活化層 中焊墊電極下方區域所放射之光外,且因來自該焊墊電極 下方區域之周邊部所放射之光增加,故可提升外部量子效 率。又,做為電流阻絕層之絕緣氧化膜,其使用電漿氧化 形成,因電漿氧化能在較低溫下形成絕緣氧化膜,故不會 對結晶生長層造成熱損傷。此外,因至接觸層為止之結晶 生長製程一貫施行,未被中斷,故除了不會對活化層造成 熱損傷外,亦可提升生產性。 本發明之第3發光二極體裝置之製造方法,具備:活 化層形成製程,其為於第1導電型之半導體基板上形成活 化層;第2導電型接觸層形成製程,其為於活化層上形成 第2導電型之接觸層;結晶缺陷導入層形成製程,其為藉 由對著接觸層之接合焊墊形成區域,照射電漿化之惰性氣 體,而於接合焊墊形成區域,形成含有結晶缺陷之結晶缺 陷導入層;島狀焊墊電極形成製程,其為於接觸層及結晶 缺陷導入層上,堆積導體膜之後,藉由遮住該導體膜之接 合焊墊形成區域,蝕刻導體膜,而形成由導體膜所成之島 狀焊墊電極;歐姆電極形成製程,其為於接觸層之焊墊電 極之周邊部,形成與該焊墊電極接觸,並能透過來自活化 層所發出之光之歐姆電極。 依據第3發光二極體裝置之製造方法,因於接合焊墊
第15頁 4U;3?i 五、發明說明(12) 域内,形成由含有結晶缺陷之結晶缺陷導入層所成 區域,並於接觸層之焊墊電極之周邊部形成歐姆 雷搞 電流不會流至彈墊電極之正下方,而流至該焊墊 ί μ方之周邊部。如此,除了可減少來自活化層中焊墊 ^極3 =區域所放射之光外,且因來自該焊墊電極下方區 次之周邊部所放射之光增加,故可提升外部量子效率。 ^栌^為電流阻絕層之結晶缺陷導入層,其以照射電漿化 =骽所形成,因能在較低溫下施行電漿之摻雜,故不會對 ::i長層造成熱損傷。此外,因至接觸層為止之結晶生 ,衣程—貫施行,未被中斷,故除了不會對 損傷外,亦可提升生產性。 个霄m層造成熱 電阻ίίΓίί4發光二極體裝置之製造方法,具借:高 子,;成製程’其為藉由將氫離+、硼離子 '或氧離 域,而於接合焊墊形成區域ϋ之接β焊塾形成& 為於半導體基板上形成活化層;第2導電型接緒 層形成製程’其為於活化層± ^•接觸
層;島狀焊塾電極形成製程,其觸導上型上接A 之後,藉由遮住該導體膜之接合焊導體膜 膜,而形成由導體膜所成之區域’钱刻導雜 製程’其為於接觸層之焊塾歐:電極形成 電極接觸,並能透過來自活化声與該焊塾 區域内注入離子形成高電\製區造域方法並於 匕碘,並於接觸層之輝墊電極
41ΐί871 五、發明說明(13) 之周邊部形成歐姆電極,故電流不會流至焊墊電極之正下 方,而流至該焊墊電極下方之周邊部。如此,除了可減少 來自活化層中焊墊電極卞方區域所放射之光外,且因來自 該焊墊電極下方區域之周邊部所放射之光增加,故可提升 外部量子效率。又,因僅對基板形成做為電流阻絕層之高 電阻區域,故不會對結晶生長層造成不良影響。此外,因 一貫施行結晶生長,亦可提升生產性。 圖式之簡單說明 本發明之上述及其他目的、優點和特色由以下較佳實 施例之詳細說明中並參考圖式當可更加明白,其中: 圖1 :本發明實施例1之ZnSe系發光二極體裝置之構造 剖面圖。 圖2 :本發明實施例1之一變形例中,GaNe系發光二極 體裝置之構造剖面圖。 圖3 :本發明實施例2之ZnSe系發光二極體裝置之構造 剖面圖。 圖4(a)〜圖4(c):本發明實施例2之ZnSe系發光二極 體裝置,其製造方法之製程順序剖面圖。
圖5 :本發明實施例3之ZnSe系發光二極體裝置之構造 剖面圖D 圖6 :本發明實施例3之一變形例中,ZnSe系發光二極 體裝置之構造剖面圖。 圖7 :本發明實施例4之ZnSe系發光二極體裝置之構
第17頁 41^371 五、發明說明(14) 造剖面圖。 圖8 :習用之ZnSe系發光二極體裝置之構造剖面圖。 圖9 :習用之A 1 Gal πΡ系發光二極體裝置之構造剖面 圖。 符號說明 1 1 基板 12 第1緩衝層 13 第2緩衝層 14 反射層 15第1包層 16 第1間隔層 1 7 量子井活化層 18第2間隔層 19第2包層 20半導體層 21 超格子層 22 接觸層 2 3 肖特基電極 2 4 ρ側歐姆電極 2 5 η側歐姆電極 31 基板 3 2 緩衝層 33半導體層
第18頁 五、發明說明(15) 34 η側歐姆電極 35 第1包層 36 量子井活化 層 37 第2包層 38 接觸層 39 肖特基電極 40 ρ侧歐姆電 極 41 A 第2接觸層 41B 第2接觸層 42 焊墊電極 42A 焊墊電極 42B 導體膜 43 南電阻區域 44 絕緣氧化膜 45 結晶缺陷導入 51 基板 51a 南阻抗區域 52 第1緩衝層 53 第2缓衝層 5 4 第1包辱 55 第1間隔層 56 量子丼活化層 57 第2間隔層 58 第2包層
第19頁 五、發明說明(16) 59 接觸層 60 焊墊電極 61 η側歐姆電極 62 ρ側歐姆電極 10 1 基板101 102 第1緩衝層 103 第2缓衝層 104 第1包層 105 第1間隔層 106 量子井活化層 1 07 第2間隔層 1 08 第2包層 109 半導體層 110 超格子層 111 接觸層 112 ρ側歐姆電極 1 1 3 接合焊墊 121 基板 122 緩衝層 123 第1包層 ·>_ 124 活化層 125 第2包層 126 電流阻絕層 127 電流擴散層
第20頁 41^S7i 五、發明說明(Π) 1 2 8 p側歐姆電極 1 2 9 η側歐姆電極 較佳實施例之詳細說明 本案之發明人’對於採用結晶性優良且高内部量子效 率之Π - VI族之z n Sn系化合物所製成之短波長發光二極體 裝置’其外部量子效率低之原因,經過多方討論,得到下 述結果。 外部量子效率低之第1理由為:如圖8所示,大部分於 量子井活化層106中接合焊墊113正下方區域所發出之光, 被接合焊墊1 1 3所吸收,而無法送至裝置外部。即使p側歐 姆電極112全面形成於接觸層ill之上,此歐姆電極Η?因 可透過來自元件内部之光,使得此膜厚變少數十ηιη左右, 而造成表面電阻(sheet resistance)增大,電流不易擴 散。因此’使得發光現象大多產生於接合焊墊113之正下 方及其附近。此因接合焊墊113所造成之發光損失,亦適 用於GaN系發光二極體裝置。 第2理由為:基板101會吸收所發出之光D量子井活化 層106所發出之光’同樣會送至基板101之表面及裡面方 向。向著奉板1 0 1之表面側所發之光,可以送至外部;但 向著基板101裡面側所發之光,因被基板101吸收而無法 用。另外*GaN系發光二極體中,其基板通常使用可”透^ 之藍寶石,故無此問題。 由以上可知,於形成電流阻絕層時,其構成為:於基
419S7X ---------——-____ __________ 五、發明說明(18) 板上以單次製程形成結晶生長層後,於形成接合焊墊用之 焊墊電極正下方’選擇性設置肖特基電極或高電阻區域。 (實施例1) 以下參考圖面’說明本發明之實施例1。 圖1係為本發明實施例1中,ZnSe系發光二極體裝置之 剖面構造。 如圖1所示,於由η型GaAs所形成之基板11之上’依序 層積形成:第1緩衝層12,其由η型GaAs所形成,可缓和與 基板11之格子不整;第2緩衝層13,其由η型ZnSe所形成, 可緩和與GaAs結晶及ZnSe結晶之格子不整;反射層14,其 具有由π型ZnSSe及η型ZnMgSSe交互層積而成之布雷格反射 器(DBR ’’distributed Bragg-reflector)構造;第1 包層 1 5,其由η型ZnMgS.Se所形成,對下述之活化層形成電位障 壁’使η型載子能有效地注入活化層;第1間隔層1 6,其由 未摻入雜質之ZnSSe所形成,除了可提升活化層之結晶品 質外’同時亦能有效地注入η型載子;量子井活化層1 7, 其由Zn^KCdxSe所形成,將被注入之η型及P型之少數載子相 互再結合以發光;第2間隔層18,其由未摻入雜質之2 nsse 所形成,可使P型載子有效注入;第2包層19,其由p型 ZnMgSSe所形成,對活化層1 7形成電位障壁,使p型栽子 效地注入該活化層17 ;半導體層20,其由P型ZnSSe所形有 成’階段式連接第2包層19與下述接觸層間之價電子帶_ 階;超格子層21 ,其由P型ZnSe與P型ZnTe相互層積而b 成’將半導體層2 0與接觸層間之價電子帶之能階,階段
第22頁 41^571 五、發明說明(19) 接續;接觸層22,其由P型ZnTe所形成,與電極成歐姆接 觸。 反射層14之各層,個別與基板11格子整合,其格子常 數設定為有效發光波長之4分之1 。例如,使用帶隙能量為 2.85eV之η型ZnMgSSe結晶時,若使用20週期之反射層14 時,則可得約7 0 %之反射率。若增大上述帶隙能量或增加 週期,可使反射率更加增加。 於接觸層22上面,形成肖特基電極23,其由對於由p 型ZnTe所成之該接觸層22,可得大於0.3eV之較大肖特基 能障之A1所形成,並具有膜厚約數百nm之接合焊墊形成用 之點狀(島狀)。而且,於含肖特基電極23之接觸層之上, 全面形成由Pd及Au所成,膜厚小於50nm 可透光之p惻歐姆 電極2 4,於基板丨1之結晶生長面之相反面,形成由 AuGe/Au所成之η側歐姆電極25。 以下,說明如上述所構成之發光二極體裝置之動作。 若將η側歐姆電極2 5接地,對ρ側歐姆電極2 4施加所定 之操作電壓,使其成順向偏壓時,則量子井活化層1 7中, 會自ρ型半導體側注入電洞,同時自η型半導體側注入電 子,自量子井活化層1 7將再結合時之能量以光之形式放 出。 一 如此,依據本實施例,因肖特基電極2 3之厚度有數百 n m之大,故即使可做為連結由A u等所成之配線之焊墊,但 因與接觸層22成肖特基接觸,為高接觸電阻,故非如一般 發光二極體裝置之歐姆電極。又,P側歐姆電極24,其為
第23頁 五、發明說明¢20) 了能透過量子井活化層17中電子及電洞再結合所產生之 光,故其形成膜厚小於5 0 n in。 因此,量子井活化層17之肖特基電極23正下方之區域 中,電洞電流幾乎不會被注入,而代以由Ρ側歐姆電極2 4 注入。其結果,因於量子井活化層1 7之肖特基電極2 3下方 區域之周邊部發光,所發之光不會被肖特基電極2 3所吸 收,故可由裝置上方有效地送出所發出之光。 而且,因為於基板11與量子井活化層17之間,設有 DBR構造之反射層14,使得自量子井活化層17向基板11方 向所發之光,大部分被反射層14反射,可自裝置上方送出 大部分之發光,故可更加提升效率° 如此,因以具有肖特基能障之肖特基電極2 3做為接合 焊墊用之焊墊電極,同時設有可反射基板11所吸收之光, 使其可自基板1 1上方送出之反射層1 4,故不需施行多次結 晶生長製程,可使波長50 Onm左右者,其外部量子效率最 終可輕易且確實地提高2 0 %以上。 此外,肖特基電極並不限於使用A 1 ,亦可使用肖特基 能障可達〇.3eV以上之Zn或T1。 (實施例1之一變形例) 以下參考圖面,說明本發明之實施例1之一變形例。 圖2係為本發明實施例1之一變形例中,G a N系發光二 極體裝置之剖面構造。如圖2所示,於由表面方位為 (0001)之藍寶石所形成之基板31之上,依序層積形成:緩
第24頁 41SS71 五、發明說明(21) 衝層3 2 ’其由A 1 N所形成,可緩和與藍寶石結晶及G a N結晶 之格子不整;半導體層33,其由η型GaN所形成,於其上面 之一部分形成發光元件部,而於上面之其他部分形成電極 部,以確保電流通路。接著形成η側歐姆電極34,其由 Ti/Al所形成’做為半導體層33之電極部,並依序形成下 述層’以做為半導體層33之發光元件部:第1包層35,其 由η型A 1 G a N所形成,對活化層形成電位障壁,使載子能有 效地注入活化層;量子井活化層36,其由InGaN所形成, 將被注入之電子與電洞再相互結合以發光;第2包層3 7, 對活化層3 6形成電位障壁’使電洞有效地注入該活化層 36 ;接觸層38,其由P型GaN所形成,與電極接觸。於接觸 層38上面’形成肖特基電極39,其由對如由p型GaN所成之 半導體層可得大於0_3eV之肖特基能障之A1所形成,並具 有膜厚約數百nm之接合焊墊形成用之點狀。而且,於含肖 特基電極39之接觸層38上’全面形成由Ni/Au所成,膜厚 小於50nm 可透光之p惻歐姆電極40。 如此,依據本實施例,因以0 · 3 e V以上電位障壁之肖 特基電極39,做為與接觸層38之接合焊墊用之焊墊電極, 同時於接觸層38之上,包含肖特基電極39,全面設有p側 歐姆電極4 0 ,故電洞電流幾乎不會注入量子井活化層3 6中 肖特基電極39之下方區域,而由形成於肖特基電極39周邊 部之ρ側歐姆電極4 0注入°其結果,因於量子井活化層3 6 之肖特基電極39下方區域之周邊部發光,所發之光不會被 肖特基電極39所吸收,故可由裝置上方有效地取出所發出
第25頁 ^15372 '^ _______ 五、發明說明(22) 之光。 ^此外,如前所述,因本裝置使用藍寶石做為基板3 1 , 使得自量子井活化層36向基板方向所發之光,由於藍寶石 與空氣之光折射率之差異,故於藍寶石之侧端面產生折 射’於反射至p側歐姆電極4 〇,故不需設反射層。 (實施例2 ) 以下參考圖面,說明本發明之實施例2。 圖3係為本發明實施例2中,ZnSe系發光二極體裝置之 剖面構造。如圖3所示,於由η型GaAs所形成之基板11之 上’依序層積形成:第1緩衝層12,其由η型GaAs所形成, 可緩和與基板11之格子不整;第2緩衝層13,其由n型ZnSe 所形成’可緩和與GaAs結晶及ZnSe結晶之格子不整;第1 包層15 ’其由所形成,對下述之活化層形成電 位障壁’使η型載子能有效地注入活化層;第1間隔層丨6, 其由未摻入雜質之Z nSSe所形成,除了可提升活化層之結 晶品質外’同時亦能有效地注入ri型載子;量子井活化層 17 ’其由ZudySe所形成,將被注入之η型及P型之少數載 子相互再結合以發光;第2間隔層18,其由未摻入雜質之 ZnSSe所形成’可使ρ型載子有效注入;第2包層19,其由ρ 型ZnMgSSe所形成,對活化層17形成電位障壁,使ρ型載子 有效地注入該活化層17 ;半導體層20,其由p sZnSSe所形 成,階段式連接第2包層1 9與下述第1接觸層間之價電子帶 能階,超格子層21 ,其由卩型以“與PsZnTe相互層積而形
41ί>57! 五、發明說明(23) 成,階段式連接半導體層2 〇與第1接觸層間之價電子帶能 階;第1接觸層2 2,其使成為電洞之不純物濃度小於5 X l〇18cra3之摻雜有Ν原子之psZnTe所形成,並與電極成歐姆 接觸’第2接觸層41A,其使成為電洞之不純物濃度大於5 Xl0iscnr3之摻雜有N原子之p型znTe所形成,且其形狀與焊 墊電極之橫向形狀相同。 於第2接觸層41A上面,形成焊墊電極42A,其由可與 苐2接觸層41A歐姆接觸之A1所形成,並具有膜厚約數百nm 之接合焊墊形成用之點狀。此外,於含焊墊電極42A之第1 接觸層22之上’全面形成由Pd &Au所成,膜厚小於50nm可 透光之P側歐姆電極2 4,於基板1 1之結晶生長面之相反 面,形成由Ni/AuGe/Au所成之η側歐姆電極25。 本實施例之特徵為:於超格子層21及半導體層20之上 部之焊墊電極4 2Α之下方區域,形成高電阻區域43,其可 做為使Ν承子可以大於1 X 1 〇iecm-3之濃度自第2接觸層41 Α擴 散之電湳阻絕層。 以下,根據圖面,說明本實施例之發光二極體裝置之 製造方法,特別是高電阻區域4 3之製造方法。在此例中, ZnSe系之化合物半導體之掺雜物,p曳使用N原子,η型使 用C 1原子。 首先,如圖4(a)所示,使用如ΜΒΕ法’於基板11上, 依序結晶生長第1緩衝層1 2至第2接觸層4 1 Β之後’使用真 空沈積法,於第2接觸層41Β上,全面堆積由Α丨所形成之導 體膜42Β。
第27頁 五、發明說明(24) 其次,如圖4(b)所示,遮住導體膜42B中接合焊墊之 形成區域,餘刻導體膜42B及第2接觸層41B,並露出第1接 觸層22,形成點狀之焊墊電極42A及與該焊墊電極42A具有 相同寬幅之第2接觸層41A。 接箸,如圖4(c)所示’使用真空沈積法’於含焊塾電 極42A之第1接觸廣22之上,全面依序堆積由Pd及Au所成, 膜厚小於5 Onm之P側歐姆電極24 ’同時於基板1 1之結晶生 長面之相反面,依序堆積由Ni/AuGe/Au所成之η側歐姆電 極2 5 〇 接著,對著已形成焊塾電極4 2Α、ρ側歐姆電極24及η 側歐姆電極2 5之基板1 1上,施行2 0 0 t:〜2 5 0 °C左右之回 火。以此方法,可於第1接觸層22與p側歐姆電極24之界 面’及基板1 1與η側歐姆電極2 5之界面,得到低電阻之歐 姆接觸。另—方面’因Ν原子被以不純物濃度大於5χ 1018cm3之過剩程度之高濃度摻雜入第2接觸層41Α中,因被 過剩換雜之N原子’會熱擴散至超格子層21及半導體層2〇 上部之焊塾電極42A之下方區域,故產生如圖3所示之高電 阻區域43。 又,將1 X 1 〇i8cm-3以上高濃度之N原子,擴散至以摻雜 I原子、所曰成^之P S2nSe系之化合物半導體’ *ZnSe *ZnSSe 等,以提咼此等化合物半導體之方法,一般為人所熟知。 以下# ί明如上述所構成之發光二極體裝置之動作。 4 a ί碎η側&姆電極2 5接地’對Ρ側歐姆電極2 4施加所定 動乍電坌,使其順向偏歷成時,則量子井活化層1 7中,會
^ΐ9Β?ι 五、發明說明¢25) 自P型半導體側注入電洞,同時自η型半導體側注入電子, 自量子井活化層1 7將再結合時之能量以光之形式放出。 此時,因ρ側歐姆電極2 4之膜厚可透光,故可自ρ側歐 姆電極24之焊墊電極42Α之周邊部,將該發光送至裝置外 部。 又,因於焊墊電極4 2 Α及量子井活化層1 7間,設有高 電阻區域43,其為由N原子擴散至由ZnSe系所成之半導體 層所形成,故電洞電流不會流入焊墊電極42A及量子井活 化層1 7間,使得電洞電流幾乎不會被注入量子井活化層1 7 之焊墊電極4 2 A之下方區域,故可抑制此區域之發光現 象。其結果,因被焊墊電極4 2 A所吸收之無效電洞電流變 為無法流動,故可提高外部量子效率。 如此,因於焊墊電極42A及量子井活化層17間,設有 以自體整合所形成之高電阻區域4 3,故不需施行多次結晶 生長製程,可使波長500ηπι左右者,最終可輕易且確實地 提高1 0 %以上之外部量子效率。 此外,如實施例1所示,若於第2緩衝層1 3與第1包層 1 5之間,設有具DBR構造之反射層,則可使外部量子效率 更加提升。 (實施例3 ) 以下參考圖面,說明本發明之實施例3。 圖5係為本發明實施例3 t ,ZnSe系發光二極體裝置之 别面構造。如圖5所示,於由η型GaAs所形成之基板11之
第29頁 五、發明說明(26) 上’依序層積形成:第1缓衝層丨2,其由n型Ga As所形成, 可緩和與基板1 1之格子不整;第2緩衝層丨3,其由η型ZnSe 所形成’可緩和與GaAs結晶及ZnSe結晶之格子不整;第1 包層15 ’其由〇型2〇^(8556所形成,對下述之活化層形成電 位障壁’使n型載子能有效地注入活化層;第1間隔層丨6, 其由未摻入雜質之ZnSSe所形成,除了可提升活化層之結 晶品質外’同時亦能有效地注入η型載子;量子井活化層 17 ’其由ZnhCdJe所形成’將被注入之η型及Ρ型之少數載 子相互再結合以發光;第2間隔層丨8,其由未摻入雜質之 ZnSSe所形成,可使p型載子有效注入;第2包層丨9 ’其由ρ 型ZnMgSSe所形成,對活化層17形成電位障壁,使p型載子 有效地注入該活化層17 ;半導體層2〇 ,其由卩型21153£所形 成,階段式連接第2包層1 9與下述接觸層間之價電子帶能 階;超格子層21 ’其由P型以“與p sZnTe相互層積而形 成,階段式連接半導體層2〇與接觸層間之價電子帶能階,· 接觸層22 ’其P型ZnTe所形成’並與電極成歐姆接觸。 於接觸層22上面,形成焊墊電極42,其由可與接觸月 22成歐姆接觸之AU所形成,並具有膜厚約數百㈣之接合^ 墊形成用之點狀《此外,於含焊墊電極42之接觸層22接觸 層之上,舍面形成由Pd及Au所成,膜厚小於5〇nm可透光 P側歐姆電極24,於基板1 1之結晶生長面之相反面,形成 由Ni/AuGe/Au所成之η側歐姆電極25。 本實施例之特徵為:再於接觸層22之焊墊電極42之 方區域,形成絕緣氧化膜44,其由Ζη0所形成,可做為電 五、發明說明(27) 流阻絕層。 以下’根據圖面’說明本實施例之發光二極體裴置之 製造方法’特別是絕緣氧化膜4 4之製造方法。 首先,以如Μ B E法’於基板1 1上,依序結晶生長第1緩 衝層12至接觸層22之後,對著接觸層22之接合焊墊之形成 區域,如以〇2分壓為2〇11^〇1']:1?輸出為1〇(^之條件,施 行1 0分鐘左右之電漿照射’可於接觸層2 2之接合焊墊之形 成區域’形成由ΖηΟ所成,膜厚為ΐ〇〇ηΙΠ左右之絕緣氧化膜 44 °ZnO因為Π-VI族化合物,故非常安定。 其次,使用真空沈積法,於接觸層22上,全面堆積由 Au所形成之導體膜之後’以遮住該導體膜之接合焊墊形成 區域’蝕刻導體膜,並使露出接觸層22,形成點狀之焊墊 電極42。其後,以真空沈積法,於含焊墊電極42之接觸層 22之上,全面依序堆積由Pd及au所成,膜厚小於50nra之p 惻歐姆電極24 ’同時於基板11之結晶生長面之相反面,依 序堆積由Ni/AuGe/Au所成之η側歐姆電極25。 接著,對著已形成焊墊電極4 2、ρ側歐姆電極2 4及π側 歐姆電極25之基板11上,施行200。0 250 eC左右之回火。 以此方法,可於第1接觸層22與p側歐姆電極24之界面’及 基板1 1與η側歐姆電極2 5之界面,得到低電阻之歐姆接 觸。 以下,說明如上述所構成之發光二極體裝置之動作。. 若將η側歐姆電極2 5接地,對ρ側歐姆電極2 4施加所定 動作電壓,使其成順向偏壓時,則量子井活化層1 7尹,會
第31頁 五、發明說明(28) 自p型半導體側注入電洞,同時自η型半導體側注入電子, 自量子井活化層1 7將再結合時之能量以光之形式放出。 此時,因ρ側歐姆電極2 4之膜厚可透光,故可自ρ側歐 姆電極24之焊墊電極42Α之周邊部,將該發光送至裝置外 部。 又,因於焊墊電極4 2及量子井活化層1 7間,因設有絕 緣氧化膜44,其為由將構成接觸層22之Ζη電漿氧化所形 成,故電洞電流不會流入焊墊電極4 2及量子井活化層1 7 間,使得電洞電流幾乎不會被注入量子井活化層1 7之焊墊 電極4 2之下方區域,故可抑制此區域之發光現象。其結 果,因被焊墊電極4 2所吸收之無效電洞電流變為無法流 動,故可提高外部量子效率。 又,因使用電漿氧化法,而可在較低溫下形成絕緣氧 化膜4 4,故不會對量子井活化層1 7造成熱損傷。 如此,本裝置中,因於焊墊電極42及量子井活化層17 間,設有絕緣氧化膜4 4,故不需施行多次結晶生長製程, 可使波長500nm左右者,可輕易提高10 %以上之其部量子效 率。 此外,如實施例1所示,若於第2緩衝層1 3與第1包層 1 5之間,設有具DBR構造之反射層,則可使外部量子效率 更加提升。 又,本裝置中,以基板1 1侧為η型,於焊墊電極42側 為ρ型。此乃因與其將由絕緣氧化膜44所成之電流阻絕 層,設於η型半導體層,不如將其設於電阻小之ρ型半導體
第32頁 41^571 五、發明說明(29) 層側,因操作電流不易向與基板面平行之方向擴散,故可 提高遮蔽效果。 但是,發光二極體裝置,因不像半導體裝置般要求嚴 密,故即使將各半導體層之導電型交互替換,亦不損其效 果。 (實施例3之一變形例) 以下參考圖面,說明本發明之實施例3之一變形例。 圖6係為本發明實施例3之一變形例中,Z n S e系發光二 極體裝置之剖面構造。圖6中,對於與圖5中相同之構成構 件,以相同符號表示,而省略說明。在實施例3中,以照 射02電漿之電漿氧化法,於焊墊電極42與量子井活化層1 7 間,形成做為電流阻絕層之絕緣氧化膜4 4,但在本變形例 中,則以惰性氣體Ar,對著接觸層2 2之接合焊墊之形成區 域,施行電漿照射,於焊墊電極4 2與量子井活化層1 7間, 形成做為電流阻絕層之結晶缺陷導入層4 5。 因以電漿化之Ar原子使電洞消減,使電洞濃度降至1 X 1 0iscnr3以下,故可抑制電洞電流被注入量子井活化層1 7 之焊墊電極4 2之下方區域。因此,本裝置中,因於焊墊電 極4 2及量子井活化層1 7間,設有結晶缺陷導入層4 5 ,故不 需施行多次結晶生長製程,可使波長5 0 0 n m左右者,可輕 易提高10%以上之外部量子效率。 . 此外,如實施例1所示,若於第2緩衝層1 3與第1包層 1 5之間,設有具DBR構造之反射層,則可使外部量子效率
第33頁 五、發明說明(30) 更加提升。 又’本變形例中,亦是以基板1 1側為n型,於焊墊電 極4 2側為ρ型,但是如前所述,亦可將各半導體層之導電 型交互替換。 (實施例4 ) 以下參考圖面,說明本發明之實施例4。 圖7係為本發明實施例4中,ZnSe系發光二極體裝置之 剔面構成。如圖7所示,於由ρ型GaAs所形成之基板51上之 接合知墊形成區域,形成如以注入離子(質子)所成之高 阻抗區域5 1 a。 於形成此高阻抗區域51a之基板51上,以MBE法,依序 層積形成:第1緩衝層52,其由P型GaAs所形成,可緩和與 該基板51之格子不整;第2緩衝層53,其由ρ型ZnSe所形 成,可缓和與G a A s結晶及Z n S e結晶之格子不整;第1包層 54 ’其由ρ型ZnMgSSe所形成,對下述之活化層形成電位障 壁,使P型載子能有效地注入活化層;第1間隔層5 5,其由 未摻入雜質之ZnSSe所形成,除了可提升活化層之結晶品 質外,同時亦能有效地注入ρ型載子;量子井活化層5 6 , 其由ZnhCdxSe所形成’將被注入之η型及ρ型之少數載子相 互再結合以發光;第2間隔層57,其由未摻入雜質之ZnSSe 所形成’可使η型載子有效注入;第2包層58,其由nS! ZnMgSSe所形成,對活化層56形成電位障壁,使2^型載子有 效地注入該活化層56 ;接觸層59,其η型ZnSe所形成,並
第34頁 五、發明說明(31) 與電極成歐姆接觸。 於接觸層59上面,形成焊墊電極60,其由可與接觸層 59成歐姆接觸之A u所形成,並具有膜厚約數百nm之接合焊 墊形成用之點狀。此外,於含焊墊電極60之接觸層59之 上,全面形成由Ti及Au所成,膜厚小於50nm可透光之η側 歐姆電極6 1 ,於基板5 1之結晶生長面之相反面,形成由
AuZn/Au所成之ρ側歐姆電極62。 以下,說明如上述所構成之發光二極體裝置之動作。 若將η側歐姆電極6 1接地,對ρ側歐姆電極6 2施加所定 動作電壓,使其成順向偏壓時,則於量子井活化層5 6中, 會自Ρ型半導體側注入電洞,同時自η型半導體側注入電 子,自量子井活化層1 7將再結合時之能量以光之形式放 出。 此時,因η側歐姆電極6 1之膜厚可透光,故可自η側歐 姆電極61之焊墊電極60之周邊部,將該發光送至裝置外 部。
又,因於基板51上方之焊墊電極60之下方區域,設高 阻抗區域5 1 a,其為由注入質子所形成,故電洞電流不會 流入量子井活化層5 6之高阻抗區域5 1 a之上方區域,使得 電洞電流幾乎不會被注入量子井活化層5 6之焊墊電極6 0之 下方區域,故可抑制此區域之發光現象。其結果,因被焊 墊電極6 0所吸收之無效電洞電流變為無法流動,故可提高 外部量子效率D 如此,本裝置中,因於量子井活化層56之下方,設有
第35頁 五、發明說明(32) 高阻抗區域5 1 a,故不需施行多次結晶生長製程,可使波 長5 0 Onm左右者,可輕易且確實地提高10%以上之其部量子 效率。 又,本實施例中,並不限於以H+離子做為形成基板5 1 之高阻抗區域5 la之離子,亦可使用B+離子或02離子。 又,如實施例1所示,若於第2緩衝層53與第1包層54之 間,設有具DBR構造之反射層,則可使外部量子效率更加 提升。 又,本裝置中,是以設有高阻抗區域5 1 a做為電流阻 絕層之基板1 1側為P型,於焊墊電極6 0側為η型,但亦可將 各半導體層之導電型交互替換。 又,若為Μ- V族所成之GaN系之發光二極體裝置時, 以S i C做為基板,則可形成做為與本實施例相同之電流阻 絕層之高電阻區域。
第36頁

Claims (1)

  1. 1 · 一種發光二極體裝置’具備: 活化層’其形成於n型半導體基板上,由π - VI旄化合 族氮化物所成; Ρ型接觸層,其形成於該活化層之上; 肖特基電極,其選擇性形成於該接觸層之上,與該接 觸層成肖特基接觸,做為接合焊墊; Α 歐姆電極’形成於該接觸層上之該肖特基電極之周邊 4 ’與該肖特基電極電性相接,並能透過來自該活化層所 發出之光。 2,如申請專利範圍第1項之發光二極體裝置,其中 該肖特基電極及該接觸層間之肖特基能障大於03evli 3.如申請專利範圍第1項之發光二極體裝置,其中 該肖特基電極以含有鋁、亞鉛、或鉈之半導體膜所形成。 4* 如申請專利範圍第1項之發光二極體裝置,更具 備反射層’形成於上述半導體基板與該活化層間,並具有 布雷格反射器構造。 5· 一種發光二極體裝置,具備: 活化層,其形成於第1導電型半導體基板上,由π -合.物半_^!_體或JI Jl氮化物所A : 第2導電型接觸層,其形成於該活化層之上; 焊塾電極’其選擇性形成於該接觸層之上,做為接合 焊墊; 歐姆電極’形成於該接觸層上之該焊墊電極之周邊 部’與該焊塾電極電性相接,並能透過來自該活化層所發 出之光;
    D:\incorae\P1238.ptc 第37頁 2000. 06. 08.037 41-8?! __案號 87117723 六、申請專利範圍 高電阻區域’其形成於該焊塾電極之下方。 第1導雷创如盘申^專=範圍第5項之發光二極體裝置,其中 第2導電型為p型,且該高電阻區域形成 化層與該接觸層之間,其由含有摻雜亞錯及砸,使 付”子為1 X 1 0lscnr3以上之P型半導體層所形成。 J1·如申請專利範圍第5項之發光二極體裝置,其中 該高電阻區域以形成於該活化層上方之絕緣氧化膜所形 成0 8·如申請專利範圍第7項之畚光二極體裝置,其中 該絕緣氧化膜以氧化亞錯所形成。 >9.如申請專利範圍第5項之發光二極體裝置,其中 該南電阻區域以形成於活化層上方之結晶缺陷導入層所形 成。 10. 如申請專利範圍第5項之發光二極醴裝置,其中 該高電阻區域形成於半導體基板上。 11. 如申請專利範圍第5項之發光二極體裝置,更具 備:反射層,形成於上述半導體基板與該活化層間,並具 有布雷格反射器構造^ 12. —種發光二極體裝置,具備: 反射層’其形成於第1導電型半導體基板上,並具有 布雷格反射器構造; 活化層,其形成於該反射層上,由Π-ΥΙ族化合物半 導體或ΙΠ族氮化物所成; _ _ 第2導電型接觸層,其形成於該活化層之上; 焊墊電極,其選擇性形成於該接觸層之上’做為接合
    D:\i ncome\P1238.pt c 第38頁 2000.06.08.038 六、申請專利範圍 焊墊; 歐姆電極,其形成於該接觸層上之該焊墊電極之周邊 部,與焊墊電極電性相接,並能透過自該活化層所發出之 光。 13, 一種發光二極體裝置之製造方法’具備: 活化層形成製程,其為於0型半導體基板上,形成含 有亞鉛及硒之活化層; 接觸層形成製程,其於上述活化層上,依序形成p型 第1接觸層’及注入氮原子使其成為不純物濃度為 1018cm—3以上高濃度之ρ型第2接觸層; 島狀焊墊電極及島狀第2接觸層形成製程,其為於上 述第2接觸層上堆積導體膜之後,遮住該導體膜之接合焊 墊形成區域,藉由蝕刻上述導體膜及第2接觸層,除了形 成由上述導體膜所成之島狀焊墊電極外,同時形 第2接觸層; ^ 歐姆電極形成製程,其為於上述第丨接觸層之焊墊電 極之周邊部,形成與該焊墊電極接觸,並能透過來自上述 活化層所發出之光之歐姆電極; 高電阻區域形成製程’其為對上述半導體基板施行回 火,藉由將島狀之第2接觸層所含之氮原子,自該島狀之 第2接觸層’選擇性擴散至上述半導體基板侧之區域,於 上述島狀之第2接觸層與上述活化層間之焊墊 區域,形成高電阻區域。 14. 一種發光二極體裝置之製造方法,具備: # & 4 $ A t程’其為於第1導電型之半導體基板
    Μ D:\incoffle\P1238.ptc 第39頁 2000. 06. 08. 039 41^871 .年名月f曰 修正 ----j號 1.7723 六、申請專利範圍 上形成含有亞鉛及硒之活化層; 來& 導電型接觸層形成製程,其為於上述活化層上, 層. 亞釔之半導體所成之及碼之第2導電型之接觸 墊渺:化膜形成製•,其為藉由對著接觸層之接含焊 區域,漿 而於上述接合焊墊形成 域形成由氧化亞鉛所成之上述絕緣氧化膜; 化膜I*狀2墊電極形成製程,其為於上述接觸層及絕緣氧 化膜上,堆積導體膜之後,藉由遮住該導體膜之 形成區域,對上述導、 CJ焊塾 之島狀焊塾電極 膜姓刻’而形成由上述導體膜所成 歐姆電極形成製程,其為於上述接上 極之周邊部’㊉成與該焊墊電極接觸,並能透過 勢電 活化層所發出之光之歐姆電極。 上迷 15. —種發光二極體裝置之製造方法,具備: 活化層形成製程,其為於第電型之 :成^化物所成之4上 第2導電型接觸層形成製程,其 成第2導電型之接觸層; 其為於上述活化層上形 結晶缺陷導入層形成製程,其為藉由對著接 二:墊形成區A,照射電聚化之惰性氣體,而於:接 焊墊形成區域’形成含有結晶缺陷之結晶缺陷導接合 島狀焊墊電極形成製程’其為於上述接觸層及^ 陷導入層上’堆積導體膜之後,雜 、、晶缺 _#由遮住該導體膜之拉Λ mm -----——————-«v
    第40頁 D:\income\P1238.ptc <19871 盍號 8^17723
    申請專利範圍 焊墊形成區域’蝕刻上述導體膜,而形成由上述 成之島狀焊墊電極; 歐姆電極形成製程,其為於上述接觸層之上述 極之周邊部’形成與該焊墊電極接觸,並能透過 層所發出之光之歐姆電極。 / 16. —種發光二極體裝置之製造方法,具備: 高電阻區域形成製程,其為藉由將氫離子、硼離子、 或氧離子,注入第1導電型之半導體基板上之接合焊墊形、 成區域,而於接合焊墊形成區域形成高電阻區域. 活化層形成製程,其為於上述半導體基板上形 二VI族化金..物主^氮化物所戎夕活化層; 第2導電型接觸層形成製帛,其為於上述活 形成第2導電型之接觸層; 项 島狀焊塾電極形成製程,其為於上述接觸層上堆積導 體膜之後,藉由遮住該導體膜之接合焊墊形成區域,蝕刻 上述導體膜’ #形成由上述導體膜所成之島狀焊墊電極; I姆電極开^成製程’其為於上述接觸層之上述焊墊電 極之周邊部成與該焊塾電極接觸,並能透過來自上述 活化層所發出之光之歐姆電極。
    2000. 06. 08. 041
TW087117723A 1997-10-27 1998-10-26 Light-emitting diode device and method for fabricating the same TW419871B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29431797A JPH11135834A (ja) 1997-10-27 1997-10-27 発光ダイオード装置及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW419871B true TW419871B (en) 2001-01-21

Family

ID=17806135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW087117723A TW419871B (en) 1997-10-27 1998-10-26 Light-emitting diode device and method for fabricating the same

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6169296B1 (zh)
EP (1) EP0911887A2 (zh)
JP (1) JPH11135834A (zh)
KR (1) KR19990037429A (zh)
CN (1) CN1152438C (zh)
TW (1) TW419871B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8436368B2 (en) 2004-06-30 2013-05-07 Cree, Inc. Methods of forming light emitting devices having current reducing structures
TWI451589B (zh) * 2004-06-30 2014-09-01 Cree Inc 具電流阻斷結構之發光裝置及製造具電流阻斷結構發光裝置之方法
TWI452716B (zh) * 2007-06-08 2014-09-11 Formosa Epitaxy Inc Gallium nitride based light emitting diode and manufacturing method thereof

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11233815A (ja) * 1998-02-13 1999-08-27 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体発光ダイオード
JP3492551B2 (ja) * 1999-05-21 2004-02-03 スタンレー電気株式会社 p型II―VI族化合物半導体結晶、その成長方法及びそれを用いた半導体装置
TW474033B (en) * 2000-11-03 2002-01-21 United Epitaxy Co Ltd LED structure and the manufacturing method thereof
US6711194B2 (en) * 2001-02-08 2004-03-23 The Furukawa Electric Co., Ltd. High output power semiconductor laser diode
KR100389738B1 (ko) * 2001-03-05 2003-06-27 김영창 단파장 산화아연 발광소자 및 그 제조방법
US7211833B2 (en) * 2001-07-23 2007-05-01 Cree, Inc. Light emitting diodes including barrier layers/sublayers
EP1309013A1 (en) * 2001-10-30 2003-05-07 Agfa-Gevaert A thin layer inorganic light emitting device with undoped zinc sulfide nanoparticles
US6724141B2 (en) 2001-10-30 2004-04-20 Agfa-Gevaert Particular type of a thin layer inorganic light emitting device
KR100495215B1 (ko) 2002-12-27 2005-06-14 삼성전기주식회사 수직구조 갈륨나이트라이드 발광다이오드 및 그 제조방법
DE10261675B4 (de) * 2002-12-31 2013-08-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement mit strahlungsdurchlässiger elektrischer Kontaktschicht
US6786390B2 (en) * 2003-02-04 2004-09-07 United Epitaxy Company Ltd. LED stack manufacturing method and its structure thereof
TWI250669B (en) * 2003-11-26 2006-03-01 Sanken Electric Co Ltd Semiconductor light emitting element and its manufacturing method
JP3767863B2 (ja) * 2003-12-18 2006-04-19 ローム株式会社 半導体発光素子およびその製法
US7557380B2 (en) 2004-07-27 2009-07-07 Cree, Inc. Light emitting devices having a reflective bond pad and methods of fabricating light emitting devices having reflective bond pads
US8174037B2 (en) * 2004-09-22 2012-05-08 Cree, Inc. High efficiency group III nitride LED with lenticular surface
US7737459B2 (en) * 2004-09-22 2010-06-15 Cree, Inc. High output group III nitride light emitting diodes
JP4400441B2 (ja) * 2004-12-14 2010-01-20 三菱電機株式会社 半導体装置
KR101114168B1 (ko) * 2005-01-11 2012-06-12 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법
US7335920B2 (en) 2005-01-24 2008-02-26 Cree, Inc. LED with current confinement structure and surface roughening
US8097897B2 (en) * 2005-06-21 2012-01-17 Epistar Corporation High-efficiency light-emitting device and manufacturing method thereof
CN100375303C (zh) * 2005-10-27 2008-03-12 晶能光电(江西)有限公司 含有金锗镍的欧姆电极、铟镓铝氮半导体发光元件及制造方法
JP4872450B2 (ja) * 2006-05-12 2012-02-08 日立電線株式会社 窒化物半導体発光素子
US8177784B2 (en) 2006-09-27 2012-05-15 Electromedical Associates, Llc Electrosurgical device having floating potential electrode and adapted for use with a resectoscope
KR100869962B1 (ko) * 2006-12-07 2008-11-24 한국전자통신연구원 전류 확산층을 포함하는 발광소자의 제조방법
CN100438110C (zh) * 2006-12-29 2008-11-26 北京太时芯光科技有限公司 一种具有电流输运增透窗口层结构的发光二极管
KR101284042B1 (ko) * 2007-01-25 2013-07-09 삼성디스플레이 주식회사 연성회로기판, 그 제조방법 및 이를 갖는 표시장치
CN102779918B (zh) 2007-02-01 2015-09-02 日亚化学工业株式会社 半导体发光元件
CN100530726C (zh) * 2007-11-30 2009-08-19 华南师范大学 Ⅲ-ⅴ族金属氧化物半导体发光场效应晶体管及其制备方法
KR101510383B1 (ko) * 2008-04-08 2015-04-06 엘지이노텍 주식회사 고성능의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및이의 제조 방법
KR101534845B1 (ko) * 2008-04-08 2015-07-07 엘지이노텍 주식회사 고성능의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및이의 제조 방법
US20110147786A1 (en) * 2008-04-08 2011-06-23 Song June O Light-emitting device and manufacturing method thereof
TWI473292B (zh) * 2008-12-15 2015-02-11 Lextar Electronics Corp 發光二極體晶片
JP5350833B2 (ja) * 2009-02-20 2013-11-27 株式会社東芝 半導体発光素子、半導体発光装置及び半導体発光素子の製造方法
JP5392611B2 (ja) * 2009-09-14 2014-01-22 スタンレー電気株式会社 半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法
CN102280552B (zh) * 2010-06-14 2015-06-03 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 发光二极管晶粒及其制作方法
JP2012186199A (ja) * 2011-03-03 2012-09-27 Toshiba Corp 半導体発光装置およびその製造方法
CN103325905B (zh) * 2012-03-20 2016-01-06 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种具有电流阻挡结构的GaN基发光二极管芯片及其制作方法
CN103474534B (zh) * 2012-06-07 2016-04-27 清华大学 发光二极管
JP2015173177A (ja) * 2014-03-11 2015-10-01 株式会社東芝 半導体発光素子
CN108133986A (zh) * 2017-11-27 2018-06-08 北京灵犀微光科技有限公司 发光二极管及照明装置
US11063231B2 (en) 2018-10-05 2021-07-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Light emitting device and display device including the same
DE102018127201A1 (de) 2018-10-31 2020-04-30 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8900748A (nl) 1989-03-28 1990-10-16 Philips Nv Straling-emitterende halfgeleiderinrichting en werkwijze ter vervaardiging van een dergelijke halfgeleiderinrichting.
SG44654A1 (en) * 1992-05-22 1997-12-19 Minnesota Mining & Mfg Ii-vi laser diodes with quantum wells growth by atomic layer epitaxy and migration enhanced epitaxy
US5319219A (en) * 1992-05-22 1994-06-07 Minnesota Mining And Manufacturing Company Single quantum well II-VI laser diode without cladding
JPH07176788A (ja) 1993-12-17 1995-07-14 Sharp Corp 発光ダイオード
US5739554A (en) * 1995-05-08 1998-04-14 Cree Research, Inc. Double heterojunction light emitting diode with gallium nitride active layer
JP3635757B2 (ja) 1995-12-28 2005-04-06 昭和電工株式会社 AlGaInP発光ダイオード
JPH09266352A (ja) 1996-03-28 1997-10-07 Fuji Photo Film Co Ltd 半導体発光素子
US5717226A (en) 1996-09-18 1998-02-10 Industrial Technology Research Institute Light-emitting diodes and method of manufacturing the same
US6040590A (en) * 1996-12-12 2000-03-21 California Institute Of Technology Semiconductor device with electrostatic control

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8436368B2 (en) 2004-06-30 2013-05-07 Cree, Inc. Methods of forming light emitting devices having current reducing structures
US8704240B2 (en) 2004-06-30 2014-04-22 Cree, Inc. Light emitting devices having current reducing structures
TWI451589B (zh) * 2004-06-30 2014-09-01 Cree Inc 具電流阻斷結構之發光裝置及製造具電流阻斷結構發光裝置之方法
TWI452716B (zh) * 2007-06-08 2014-09-11 Formosa Epitaxy Inc Gallium nitride based light emitting diode and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CN1215931A (zh) 1999-05-05
JPH11135834A (ja) 1999-05-21
US6169296B1 (en) 2001-01-02
EP0911887A2 (en) 1999-04-28
KR19990037429A (ko) 1999-05-25
CN1152438C (zh) 2004-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW419871B (en) Light-emitting diode device and method for fabricating the same
US6846686B2 (en) Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same
CN111819702B (zh) 一种红外发光二极管
JP2003174197A (ja) 発光素子及び発光素子の製造方法
JP2008300719A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
JPH0832112A (ja) 3族窒化物半導体発光素子
US20100038674A1 (en) Light-Emitting Diode With Current-Spreading Region
JP2006156590A (ja) 発光ダイオード
JP2008282851A (ja) 半導体発光素子
JP2004266258A (ja) 半導体発光素子
US20110233603A1 (en) Semiconductor light-emitting device
JP3767863B2 (ja) 半導体発光素子およびその製法
TWI585993B (zh) Nitride light emitting device and manufacturing method thereof
JP2004146541A (ja) 発光素子及び発光素子の製造方法
JP2006024913A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用透光性正極および発光素子
KR100751632B1 (ko) 발광 소자
JP2012169526A (ja) 半導体発光装置およびその製造方法
JP2017069282A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP2003282946A (ja) 発光ダイオード装置及びその製造方法
JP4440529B2 (ja) 窒化物系半導体発光装置の製造方法
JPH09107125A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
JP2000058916A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
JPH10173231A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
JP3723314B2 (ja) 半導体発光素子
TW200417066A (en) Semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
GD4A Issue of patent certificate for granted invention patent
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees