氮化镓系发光二极管结构制造技术

本发明专利技术揭示了利用晶格常数匹配技术制作的氮化镓系发光二极管结构。当采用氮化铝铟（Ａｌ↓［ｘ］Ｉｎ↓［１－ｘ］Ｎ）为被覆层材料时，可达成其晶格常数与氮化镓（ＧａＮ）材料相匹配的目的，避免因磊晶成长时，产生的应力过大进而造成磊晶不良的特性。并且，ｐ型被覆层使用氮化铝铟（Ａｌ↓［ｘ］Ｉｎ↓［１－ｘ］Ｎ）材料，因其能隙较氮化镓（ＧａＮ）材料大，可防止电子溢流，从而增加电子电动对在发光层结合的机率，并且可有效对光子作局限，最后，因为氮化铝铟（Ａｌ↓［ｘ］Ｉｎ↓［１－ｘ］Ｎ）被覆层的成长温度低，故可保护氮化铟镓（ＩｎＧａＮ）活性发光层，最终能提高发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氮化镓系发光二极管结构，特别是由p型被覆层的氮化铝铟(AlxIn1-xN)材料达成晶格常数与氮化镓(GaN)材料相匹配目的，以避免磊晶不良的特性。
技术介绍
现有技术中的氮化铟镓(InGaN)/氮化镓(GaN)多重量子井发光二极管(MQW LEDs)结构，是以p型氮化铝镓(AlGaN)为被覆层(cladding layer)，包覆并保护氮化铟镓(InGaN)活性发光层。然而，实际操作上的观察发现，其存在许多缺点，现列举最严重的两种如下首先，由于其晶格常数与氮化铟镓/氮化镓多重量子井结构差距甚大，非常容易因为压电场效应(piezo-electrical field effect)造成机械应力过大，进而影响磊晶本身的发光特性，甚至破坏磊晶本身。其次，被覆层氮化铝镓(AlGaN)须在1000℃以上成长才可得到较佳的磊晶特性，而活性发光层氮化铟镓(InGaN)/氮化镓(GaN)多重量子井成长温度约摄氏700度到850度，因此，当活性发光层稍后温度升高到1000℃以上时，会使其本身低温成长的多重量子井结构易遭破坏，从而影响该发光二极管(MQWLEDs)结构的发光效率。
技术实现思路
有鉴于上述问题，本专利技术揭示利用晶格常数相匹配的技术，制作氮化镓系发光二极管结构，相较于现有技术制作氮化镓系发光二极管结构的缺点，获得多种改进。图1显示III族氮化物(III-nitride)材料应用在发光二极管上的晶格匹配线。由于其III族氮化物具有宽能隙的特性(Eg(AlN)＝6.3eV；Eg(GaN)＝3.4eV；Eg(InN)＝0.7eV)，波长涵盖范围从紫外光到红光，氮化镓(GaN)的晶格常数a0为3.18埃(A)，由图1可以阐明本专利技术的技术思想。本专利技术的目的在于，采用氮化铝铟(AlxIn1-xN)材料时，可达成其晶格常数与氮化镓(GaN)材料相匹配目的，避免因磊晶成长时，产生的应力过大进而造成磊晶不良的特性。再者，图1也清楚表明本专利技术的另一目的，因为氮化铝铟(AlxIn1-xN)材料的能隙较氮化镓(GaN)材料大，若作为p型被覆层可防止电子溢流(overflow)，从而增加电子电动对在发光层结合的机率，具良好电特性，并且以氮化铝铟(AlxIn1-xN)作为p型被覆层时，因其具有宽能隙特性，所以可有效对光子作局限(confinement)，最终能提升发光效率。本专利技术的第三目的，是氮化铝铟(AlxIn1-xN)被覆层成长温度比已知技术p型氮化铝镓(AlGaN)被覆层的成长温度低，故可保护氮化铟镓(InGaN)活性发光层，从而提升组件的发光效率。为了更清楚地说明本专利技术的目的及优点，以下将由具体实施例并配合图式进行详细描述。附图说明图1显示III族氮化物(III-nitride)材料应用在发光二极管上的晶格匹配线。图2是根据本专利技术氮化镓系发光二极管结构的第一实施例。图3是根据本专利技术氮化镓系发光二极管结构的第二实施例。图4是根据本专利技术氮化镓系发光二极管结构的第三实施例。图5是根据本专利技术氮化镓系发光二极管结构的第四实施例。图中11 基板12 缓冲层13 n型氮化镓层 14 活性发光层15 p型被覆层 16 接触层17 电极层 21 基板22 缓冲层 23 n型氮化镓层24 活性发光层 25 p型被覆层26 接触层 27 电极层31 基板32 缓冲层33 n型氮化镓层 34 活性发光层35 双重被覆层 36 接触层37 电极层 351 第一被覆层 352 第二被覆层41 基板42 缓冲层43 n型氮化镓层44 活性发光层45 双重被覆层46 接触层47 电极层451 第一被覆层452 第二被覆层具体实施方式图2是根据本专利技术氮化镓系发光二极管结构的第一实施例。本专利技术氮化镓系发光二极管结构的第一实施例，其包含基板11，缓冲层(buffer layer)12，n型氮化镓(GaN)层13，活性发光层14，p型被覆层15，及接触层16。基板11，其材质为氧化铝单晶(Sapphire)。位于基板11上的缓冲层(buffer layer)12，其材质是氮化铝镓铟(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1。n型氮化镓(GaN)层13位于缓冲层12上。位于n型氮化镓(GaN)层13上的活性发光层14，其材质为氮化铟镓(InGaN)。位于活性发光层14上的p型被覆层15，其材质为镁掺杂(Mg-doped)氮化铝铟(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1。p型被覆层15的厚度介于50埃到3000埃。p型被覆层15的成长温度介于摄氏600度到1200度。位于p型被覆层15上的接触层16，其材质是镁掺杂(Mg-doped)p型氮化镓(GaN)。本专利技术氮化镓系发光二极管结构的第一实施例，进一步地可包含一电极层17，位于接触层16或n型氮化镓(GaN)层13上。图3是根据本专利技术氮化镓系发光二极管结构的第二实施例。本专利技术氮化镓系发光二极管结构的第二实施例，其包含基板21，缓冲层(buffer layer)22，n型氮化镓(GaN)层23，活性发光层24，p型被覆层(cladding layer)25及接触层26。基板21，其材质为氧化铝单晶(Sapphire)。位于基板21上的缓冲层(buffer layer)22，其材质是氮化铝镓铟(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1。n型氮化镓(GaN)层23位于缓冲层22上。位于n型氮化镓(GaN)层23上的活性发光层24，其材质是氮化铟镓(InGaN)。p型被覆层(claddinglayer)25位于活性发光层24上，p型被覆层25的材质系镁(Mg)和镓(Ga)共同掺杂氮化铝铟(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1。p型被覆层(cladding layer)25厚度介于50埃到3000埃，成长温度介于摄氏600度到1200度。本专利技术氮化镓系发光二极管结构的第二实施例，进一步地可包含一电极层27，位于接触层26或n型氮化镓(GaN)层23上。图4是根据本专利技术氮化镓系发光二极管结构的第三实施例。本专利技术氮化镓系发光二极管结构的第三实施例，其包含基板31，缓冲层(buffer layer)32，n型氮化镓(GaN)层33，活性发光层34，双重被覆层(double cladding layer)35，及接触层36。基板31，其材质是氧化铝单晶(Sapphire)。位于基板31上的缓冲层(buffer layer)32，其材质是氮化铝镓铟(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1。n型氮化镓(GaN)层33位于缓冲层32上。位于n型氮化镓(GaN)层33上的活性发光层34，其材质是氮化铟镓(InGaN)。位于活性发光层34上的双重被覆层(double cladding layer)35，其包含第一被覆层(firstcladding layer)351，及第二被覆层(second cladding layer)352。位于活性发光层34上的第一被覆层(first cladding layer)351，其材质是镁(Mg)和镓(Ga)共同掺杂氮化铝铟(Al1-xInx本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓系发光二极管结构，其包含：基板，其材质是氧化铝单晶；缓冲层，其材质是氮化铝镓铟（Ａｌ↓［１－ｘ－ｙ］Ｇａ↓［ｘ］Ｉｎ↓［ｙ］Ｎ），其中０≤Ｘ＜１，０≤Ｙ＜１且位于该基板上；ｎ型氮化镓层位于该缓冲层上；　 　活性发光层，其材质是氮化铟镓，位于该ｎ型氮化镓层上；ｐ型被覆层，其材质是镁掺杂氮化铝铟（Ａｌ↓［１－ｘ］Ｉｎ↓［ｘ］Ｎ），其中０≤Ｘ＜１且位于该活性发光层上；及接触层，其材质是镁掺杂ｐ型氮化镓，位于该ｐ型被覆层上。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓系发光二极管结构，其包含基板，其材质是氧化铝单晶；缓冲层，其材质是氮化铝镓铟(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1且位于该基板上；n型氮化镓层位于该缓冲层上；活性发光层，其材质是氮化铟镓，位于该n型氮化镓层上；p型被覆层，其材质是镁掺杂氮化铝铟(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1且位于该活性发光层上；及接触层，其材质是镁掺杂p型氮化镓，位于该p型被覆层上。2.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该p型被覆层的厚度介于50埃到3000埃。3.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该p型被覆层的成长温度介于摄氏600度到1200度。4.如权利要求1所述的发光二极管结构，进一步地包含一电极层，其位于该接触层或该n型氮化镓层上。5.一种氮化镓系发光二极管结构，其包含基板，其材质是氧化铝单晶；缓冲层，其材质是氮化铝镓铟(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1，且位于该基板上；n型氮化镓层位于该缓冲层上；活性发光层，其材质是氮化铟镓，位于该n型氮化镓层上；p型被覆层位于该活性发光层上，该p型被覆层的材质是镁和镓共同掺杂氮化铝铟(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1；及接触层，其材质是镁掺杂p型氮化镓，位于该p型被覆层上。6.如权利要求5所述的发光二极管结构，其中该p型被覆层厚度介于50埃到3000埃。7.如权利要求5所述的发光二极管结构，其中该p型被覆层成长温度介于摄氏600度到1200度。8.如权利要求5所述的发光二极管结构，进一步地包含一电极层，其位于该接触层或该n型氮化镓层上。9.一种氮化镓系发光二极管结构，其包含基板，其材质是氧化铝单晶；缓冲层，其材质是氮化铝镓铟(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1，且位于该基板上；n型氮化镓层位于该缓冲层上；活性发光层，其材质是氮化铟镓，位于该n型氮化镓层上；双重被覆层，位于该活性发光层上...

【专利技术属性】
技术研发人员：武良文，涂如钦，游正璋，温子稷，简奉任，
申请(专利权)人：璨圆光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]