Ⅲ族氮化物类发光装置制造方法及图纸

技术编号:3168531 阅读:183 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了一种Ⅲ族氮化物类发光二极管。所述Ⅲ族氮化物类发光二极管包括:基底;n型氮化物类覆层,形成在基底上;氮化物类有源层,形成在n型氮化物类覆层上;p型氮化物类覆层,形成在氮化物类有源层上;p型多层欧姆接触层,形成在p型氮化物类覆层上,并包含热分解氮化物。通过将氮(N)与从由镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、铟(In)和锡(Sn)组成的组中选出的至少一种金属组分结合来获得所述热分解氮化物。在Ⅲ族氮化物类发光装置的p型氮化物覆层的界面提高欧姆接触特性,从而改善电流-电压特性。此外,由于改善了透明电极的透光率,所以也改善了Ⅲ族氮化物类发光装置的发光效率和亮度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种m族氮化物类发光装置。更具体地讲,本专利技术涉及一种 m族氮化物类发光装置,该装置能够提高发光效率并延长半导体装置的寿命。
技术介绍
为了实现发光装置,例如,利用III族氮化物类化合物半导体(包括GaN 半导体)的发光二极管或激光二极管,设置在半导体和电极片(electrode pad)之 间的欧姆接触电极的结构和特性非常重要。一种当前可用的氮化物类发光装置形成在绝缘的蓝宝石(Al203)基底上。形成在绝缘蓝宝石基底上的III族氮化物类发光二极管被分为顶部发射型发 光二极管和倒装芯片型发光二极管。III族氮化物类顶部发射型发光二极管穿过透明的p型欧姆接触电极层输 出从氮化物类有源层(activelayer)产生的光,所述p型欧姆接触电极层与p型 氮化物类覆层(cladding layer)接触。此外,顶部发射型发光二极管具有来源于低空穴载流子密度值为 1018/cm3的p型氮化物类覆层的特性的不良的电学特性,例如不良的电流注入 和电流扩散。近来,在p型氮化物类覆层上形成具有欧姆接触特性和良好导 电性的透明的电流扩散层,以解决氮化物类发光二极管的问题。通常,半透明导电薄膜被广泛地用作氮化物类顶部发射型发光二极管中 的具有p型欧姆接触特性的电流扩散层。通过将诸如镍(Ni)的普通金属与诸如 金(Au)的贵金属结合,然后在具有预定温度的气体气氛下对金属进行热处理, 来获得这种半透明导电薄膜。当半透明导电薄膜被热处理时,可形成低比接触欧姆电阻值为1 (T3 Q/cm2 至10Q/cmS的优选p型欧姆接触电极。然而,该p型欧姆接触电极在460nm 的蓝光频带中具有小于80%的低透光率。因为具有低透光率的p型电流扩散 层吸收了大部分从氮化物类发光二极管产生的光,所以p型电流扩散层不适 于具有大容量、大面积和高亮度的氮化物类发光二极管。图1是示出了采用了反射欧姆接触层的传统倒装芯片型氮化物类发光二 极管的剖视图,其中,所述反射欧姆接触层包括形成在p型氮化物类覆层上 的反射金属层。参照图1,传统的倒装芯片型氮化物类发光二极管包括基底110,在基底100上顺序地堆叠氮化物类緩冲层120、 n型氮化物类覆层130、多量子阱氮 化物类有源层140、 p型氮化物类覆层150和p型反射欧姆接触层160。 p型 反射欧姆接触层160连接到p型电极片170, n型氮化物类覆层130连接到n 型电极片180。p型反射欧姆接触层160使用包含具有良好的反光特性的铝(A1)、银(Ag) 或铑(Rh)的高反射电极材料。由于上述高反射电极材料具有高反射率,所以p 型反射欧姆接触层160暂时性地提供高外量子效率(EQE)。然而,因为高反射 电极材料具有低功函数值并且在热处理工艺过程中在界面产生新相的氮化 物,所以相对于p型氮化物类覆层150, p型反射欧姆接触层160具有不良的 欧姆接触特性,并且p型反射欧姆接触层160表现出不良的机械粘附和不良 的热稳定性,使得半导体装置的寿命缩短并降低其生产率。产生新相i^化物的:反射金属时,在两种、材料之间的界面处开;成导致严重压 降的肖特基接触(schottky contect),而不是具有低比欧姆接触值的欧姆接触, 使得很少采用铝反射金属作为p型反射欧姆接触层。与铝金属不同,银金属 相对于p型氮化物类半导体形成欧姆接触。然而,由于银金属表现出热不稳 定性、相对于氮化物类半导体不良的机械粘附以及大泄漏电流,所以银金属 没有被广泛应用。为了解决上述问题,积极地研究并开发了表现出低比接触电阻值和高反 射率的p型反射欧姆接触层。图2是示出了采用了反射欧姆接触层的传统倒装芯片型氮化物类发光二 极管的剖视图,其中,所述反射欧姆接触层包括形成在p型氮化物类覆层上 的导电薄膜。参照图2,为了提高反射金属层260b和p型氮化物类覆层250之间的界 面特性,在沉积厚反射金属层之前,在p型氮化物类覆层250上形成薄半透 明金属或透明金属氧化物层260a,作为p型反射欧姆接触层260。具有薄半 透明金属或透明金属氧化物的p型反射欧姆接触层260能改善电学特性,例如欧姆接触特性,然而控制倒装芯片型发光二极管的光学性能的反射欧姆接触层具有低的光反射率,使得p型反射欧姆接触层260具有低EQE。例如,如图2所示,Mensz等人在文献(electronics letters 33 (24)pp.2066) 中提出包括镍(Ni)/铝(Al)或镍(Ni)/银(Ag)的双层结构。然而,镍(Ni)/铝(Al)的 电极结构不会构成相对于p型氮化物类覆层的优选欧姆接触,并且虽然镍(Ni)/ 银(Ag)的电极结构可形成相对于p型氮化物类覆层的优选的欧姆接触,但是 该电极结构由于插入其中的镍金属而表现出低反射率,导致低EQE。近来, Michael R. Krames等人已经提出了多层p型反射欧姆接触结构,该结构包括 镍(Ni)/银(Ag)或金(Au)/氧化镍(NiOx)/铝(Al)(US 2002/0171087 Al)。然而,这 种多层p型反射欧姆接触结构会在多层的p型反射欧姆接触结构和p型氮化 物类覆层之间的界面处导致漫反射,从而降低EQE。此外,近来,文献[T. Margalith et al., Appl. Phys. Lett Vol 74. p3930(1999)] 公开了使用透明导电氧化物(例如氧化铟锡(ITO))来解决顶部发射型和倒装芯 片型发光二极管的问题,其中,与应用镍-金结构作为传统的p型多层欧姆接 触层的透光率相比,所述透明导电氧化物具有良好的透光率。文献(Solid-State Electronics vol.47, p849)示出了与应用传统的镍-金结构的顶部发射型发光二 极管(TELED)的输出功率相比,应用ITO欧姆接触层的TELED表现出改善的 输出功率。然而,虽然应用上述ITO欧姆接触层的欧姆接触层提高了发光二极管的 输出功率,但是该欧姆接触层表现出相对较高的操作电压。这是因为与p型 氮化物类半导体相比,该欧姆接触层具有相对低的功函值。因此,在p型氮 化物类覆层和ITO欧姆接触层之间的界面处形成高肖特基势垒,使得难以实 现载流子注入,从而产生大量热并缩短半导体装置的寿命。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个目的在于提供一种能够在延长半导体装置的寿命的同时改 善发光效率的III族氮化物类发光二极管。 技术方案在本专利技术的一方面中,m族氮化物类发光二极管包括基底;n型氮化 物类覆层,形成在基底上;氮化物类有源层,形成在n型氮化物类覆层上;p型氮化物类覆层,形成在氮化物类有源层上;p型多层欧姆接触层,形成在p 型氮化物类覆层上。p型多层欧姆接触层包含热分解氮化物。通过将氮(N)与从由镍(Ni)、铜 (Cu)、锌(Zn)、铟(In)和锡(Sn)组成的组中选出的至少一种金属组分结合来获 得热分解氮化物。为了改善相对于p型氮化物类覆层的欧姆接触,p型多层欧姆接触层包 含从由金属、基于所述金属的合金/固溶体、导电氧化物、透明导电氧化物 (TCO)、透明导电氮化物(TCN)和透明导电氮氧化物(TCON)组成的组中选出 的至少一种。所述基底包含绝缘材料,其中,在基底和n型氮化物类覆层之间顺序地 堆叠低温成核层本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种Ⅲ族氮化物类发光二极管,该发光二极管包括: 基底; n型氮化物类覆层,形成在基底上; 氮化物类有源层,形成在n型氮化物类覆层上; p型氮化物类覆层,形成在氮化物类有源层上; p型多层欧姆接触层,形成在p型氮化物类覆层上,并包含热分解氮化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2005-12-27 10-2005-0130252;KR 2005-12-27 10-2001、一种III族氮化物类发光二极管,该发光二极管包括基底;n型氮化物类覆层,形成在基底上;氮化物类有源层,形成在n型氮化物类覆层上;p型氮化物类覆层,形成在氮化物类有源层上;p型多层欧姆接触层,形成在p型氮化物类覆层上,并包含热分解氮化物。2、 如权利要求1所述的III族氮化物类发光二极管,其中,通过将氮(N) 与从由镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、铟(In)和锡(Sn)组成的组中选出的至少一种金 属组分结合来获得热分解氮化物。3、 如权利要求1所述的III族氮化物类发光二极管,其中,为了改善相 对于p型氮化物类覆层的欧姆接触,p型多层欧姆接触层包含从由金属、基 于所述金属的合金/固溶体、导电氧化物、透明导电氧化物(TCO)、透明导电 氮化物(TCN)和透明导电氮氧化物(TCON)组成的组中选出的至少 一种。4、 如权利要求3所述的III族氮化物类发光二极管,其中,金属、基于 所述金属的合金/固溶体、导电氧化物、透明导电氧化物(TCO)、透明导电氮 化物(TCN)和透明导电氮氧化物(TCON)如下金属粕(Pt)、 4巴(Pd)、 4臬(Ni)、金(Au)、铑(Rh)、钌(Ru)、铱(Ir)、银(Ag)、 锌(Zn)、镁(Mg)、铍(Be)、铜(Cu)、钴(Co)、锡(Sn)或稀土金属, 合金/固溶体基于以上金属的合金/固溶体,导电氧化物镍氧化物(Ni-O)、铑氧化物(Rh-O)、钌氧化物(Ru-O)、铱氧 化物(Ir-O)、铜氧化物(Cu-O)、钴氧化物(Co-O)、鴒氧化物(W-O)或钬氧化物 (Ti-O),TCO:氧化铟(111203)、氧化锡(Sn02)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧 化镁(MgO)、氧化镉(CdO)、氧化镁锌(MgZnO)、氧化铟锌(InZnO)、氧化铟锡 (InSnO)、氧化铜铝(CuA102)、氧化银(Ag20)、氧化镓(0&203)、氧化锌锡 (ZnSnO)、氧化锌铟4易(ZITO)或与上述TCO结合的其它氧化物,TCN:氮化钛(TiN)、氮化铬(CrN)、氮化鵠(WN)、氮化钽(TaN)或氮化铌 (NbN), TCON:与氧(O)和氮(N)结合的铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镉(Cd)、镓(Ga)、 铝(A1)、镁(Mg)、钬(Ti)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、 铑(Rh)、铱(Ir)、钌(Ru)和钯(Pd)中的至少一种。5、 如权利要求4所述的III族氮化物类发光二极管,其中,p型多层欧 姆接触层还包括形成在p型氮化物类覆层上的颗粒,所述颗粒包含金属、合 金、固溶体、导电氧化物、TCO、 TCN、 TCON和热分解氮化物中的至少一 种。6、 如权利要求5所述的III族氮化物类发光二极管,其中,基底包含绝 缘材料,在基底和n型氮化物类覆层之间顺序地堆叠低温成核层和氮化物类 緩冲层,在p型多层欧姆接触层上形成p型电极片,在n型氮化物类覆层上 形成n型电极片。7、 如权利要求5所述的III族氮化物类发光二极管,其中,基底包含导 电材料,在基底和n型氮化物类覆层之间顺序地堆叠低温成核层和氮化物类 缓冲层,在p型多层欧姆接触层上形成p型电极片,基底上形成n型电极片。8、 如权利要求1所述的m族氮化物类发光二极管,其中,p型多层欧 姆接触层包括形成在p型氮化物类覆层上的欧姆改性层和形成在在欧姆改性 层上的反射金属层。9、 如权利要求8所述的m族氮化物类发光二极管,其中,所述欧姆改 性层包含透明导电氮氧化物(TCON)和热分解氮化物中的任意一种。10、 如权利要求9所述的III族氮化物类发光二极管,其中,TCON包括 与氧(O)和氮(N)结合的铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镉(Cd)、镓(Ga)、铝(A1)、镁 (Mg)、钬(Ti)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)、 4艮(Ag)、金(Au)、柏(Pt)、铑(Rh)、 铱(Ir)、钌(Ru)和钯(Pd)中的至少 一种。11、 如权利要求IO所述的III族氮化物类发光二极管,其中,TCON还 包括金属4参杂剂,其中,将0.001wt.。/o至20 wt.。/。的金属掺杂剂添加到TCON 中。12、 如权利要求11所述的III族氮化物类发光二极管,其中,TCON还 包括氟(F)和硫(S)。13、 如权利要求9所述的III族氮化物类发光二极管,其中,通过将氮(N) 与从由镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、铟(In)和锡(Sn)组成的组中选出的至少一种金 属组分结合来获得热分解氮化物。14、 如权利要求8所述的III族氮化物类发光二极管,其中,反射金属层 包含从由铝(A1)、 4艮(Ag)、铑(Rh)、钯(Pd)、镍(Ni)、金(Au)和铂(Pt)组成的组 中选出的至少一种。15、 如权利要求8所述的III族氮化物类发光二极管,其中,p型多层欧 姆接触层还包括插入到欧姆改性层和反射金属层之间的插入层,所述插入层 包含从由金属、基于所述金属的合金/固溶体、导电氧化物、透明导电氧化物 (TCO)或透明导电氮化物(TCN)组成的组中选出的至少 一种。16、 如权利要求15所述的III族氮化物类发光二极管,其中,金属、基 于所述金属的合金/固溶体、导电氧化物、透明导电氧化物(TCO)、透明导电 氮化物(TCN)和透明导电氮氧化物(TCON)如下金属铂(Pt)、把(Pd)、镍(Ni)、金(Au)、铑(Rh)、钌(Ru)、铱(Ir)、银(Ag)、 锌(Zn)、 4美(Mg)、铍(Be)、铜(Cu)、钴(Co)、锡(Sn)或稀土金属, 合金/固溶体基于以上金属的合金/固溶体,导电氧化物镍氧化物(Ni-O)、铑氧化物(Rh-O)、钌氧化物(Ru-O)、铱氧 化物(Ir-O)、铜氧化物(Cu-O)、钴氧化物(Co-O)、鵠氧化物(W-O)或钛氧化物 (Ti-O),TCO:氧化铟(111203)、氧化锡(Sn02)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧 化镁(MgO)、氧化镉(CdO)、氧化镁锌(MgZnO)、氧化铟锌(InZnO)、氧化铟锡 (InSnO)、氧化铜铝(CuA102)、氧化银(Ag20)、氧化镓(0&203)、氧化锌锡 (ZnSnO)、氧化锌铟锡(ZITO)或与上述TCO结合的其它氧化物,TCN:氮化钛(TiN)、氮化铬(CrN)、氮化鵠(WN)、氮化钽(TaN)或氮化铌 (NbN),TCON:与氧(O)和氮(N)结合的铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镉(Cd)、镓(Ga)、 铝(A1)、 4美(Mg)、 4太(Ti)、钼(Mo)、 4臬(Ni)、铜(Cu)、银(A...

【专利技术属性】
技术研发人员:成泰连
申请(专利权)人:三星电子株式会社
类型:发明
国别省市:KR[韩国]

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