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TWI449205B - Light emitting diode structure - Google Patents

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TWI449205B
TWI449205B TW096140154A TW96140154A TWI449205B TW I449205 B TWI449205 B TW I449205B TW 096140154 A TW096140154 A TW 096140154A TW 96140154 A TW96140154 A TW 96140154A TW I449205 B TWI449205 B TW I449205B
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TW
Taiwan
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layer
emitting diode
gallium nitride
light
diode structure
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TW096140154A
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English (en)
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TW200919776A (en
Inventor
Hui Shan Kao
Chi Ying Chiu
Original Assignee
Epileds Technologies Inc
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.)
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Publication date
Application filed by Epileds Technologies Inc filed Critical Epileds Technologies Inc
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Description

發光二極體結構
本發明是有關於一種發光二極體結構，特別是有關於一種具有一可極化之層狀結構之發光二極體。
目前，發光二極體(LED)十分的廣泛，舉凡光學顯示裝置、交通號誌、資料儲存裝置、通訊裝置及照明裝置等。高亮度之發光二極體(LED)係可帶來更好之使用效果，故如何增加發光二極體(LED)之亮度係為現在最大之課題。
習知發光二極體為得到更好之光提出效率，製程上係在一p型接觸層表面，例如：氮化鎵(GaN)，成長一具高透光性及高導電性之金屬氧化層，係如：氧化銦錫(ITO)。藉此金屬氧化層，可大大的提高發光二極體(LED)之透光效率，但氧化銦錫(ITO)的的價格十分高，製程中使用氧化銦錫(ITO)將導致生產成本升高。
另一習知中，發光二極體之主動層上成長一p型GaN層，發光二極體電極施加順向偏壓時，發光二極體導通使電極之電流流向主動層，但習知氮化鎵(GaN)層之載子濃度無法太高且接觸面電阻亦較高，導致電流分佈效應不佳，致使發光二極體之發光效率不佳，且摻雜濃度之時間及磊晶之厚度亦影響發光二極體之出光效率。
有鑑於習知技藝之各項問題，為了能夠兼顧解決之，本發明人基於多年研究開發與諸多實務經驗，提出一種發光二極體結構，以作為改善上述缺點之實現方式與依據。
有鑑於此，本發明之目的就是在提供一發光二極體結構，以解決發光二極體之製造成本過高及發光效率不足之問題。
根據本發明之目的，提出一種發光二極體結構，其係具有一基板、一緩衝層、一發光磊晶結構、一接觸層及一透明電極。緩衝層係形成於基板上，發光磊晶結構係形成於緩衝層上，此接觸層包含一氮化鎵(GaN)層及一氮化銦鎵(InGaN)層，其中，氮化銦鎵(InGaN)層係與該發光磊晶結構相接，透明電極係形成氮化鎵(GaN)層上，透明電極之材料係為一氧化鋁鋅(AZO)。
承上所述，因依本發明之發光二極體結構具有以下優點：
(1)此發光二極體結構可藉由接觸層中氮化鎵(GaN)層及氮化銦鎵(InGaN)層之間異質結構所產生之一極化作用，藉以提高電流擴散率以得到更佳之發光效率。
(2)此發光二極體結構可藉由氧化鋁鋅(AZO)取代傳統之氧化銦錫(ITO)層，藉此可得到較佳之導熱性，並解決習知氧化銦錫(ITO)成本較高及晶格匹配之問題。
茲為使貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明如後。
以下將參照相關圖示，說明依本發明較佳實施例之發光 二極體結構，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請參閱第1圖，其係為本發明之發光二極體結構之第一實施例示意圖。圖中，發光二極體1包含一基板11、一緩衝層12、一發光磊晶結構13、一接觸層14及一透明電極15。發光磊晶結構13一般可包括一n型披覆層131、一活化層132及一p型披覆層133。緩衝層12係形成於基板11上，此基板11係可為一藍寶石基板(Sapphire)、碳化矽(4H-SiC,6H-SiC)及一晶格常數接近於氮化物半導體之一單晶氧化物其中之一者，緩衝層12係可為一氮化鋁鎵銦所構成，緩衝層12係用於降低材料之背景濃度及差排密度。n型披覆層131係成長於緩衝層12上，此n型披覆層131係可由一摻雜n型雜質之氮化鎵系之化合物構成，n型雜質之選用於從事此領域者所熟知，在此不再贅述。形成一電極16於n型披覆層131上，此電極16之材料可為Cr/Pt/Au、Cr/Au、Cr/Al/Co/Au、Pd/Al/Ti/Au、Pd/Al/Pt/Au、Pd/Al/Ni/Au、Pd/Al/Pd/Au、Pd/Al/Cr/Au、Pd/Al/Co/Au等與n型披覆層131具有較低接觸電阻之材料。於n型披覆層131形成活化層132，活化層132亦為發光二極體1之發光層，此活化層132可為一不經摻雜或摻雜AlaInbGa1-a-bN(a,b≧0；0≦a+b≦1)之量子井結構，其摻雜物可為p型或n型，摻雜物之選用於從事此領域者所熟知，在此不在贅述。
於活化層132上成長一p型披覆層133，此p型披覆層133係可由一摻雜p型雜質之氮化鎵系之化合物構成，p型雜 質之選用於從事此領域者所熟知，在此不在贅述。請注意，上述各種氮化物之材料選用、成分比例及摻雜物選用等均可視實際情況加以設計使用。
形成一接觸層14於p型披覆層133上，此接觸層14係由一氮化鎵(GaN)層141及一氮化銦鎵(InGaN)層142所組成，其中InGaN層142係成長於p型披覆133上，此接觸層14摻雜之雜質可為p型或n型，之後再於接觸層14上形成一透明電極15，此透明電極15之材料係為一氧化鋁鋅(AZO)，此氧化鋁鋅(AZO)之材料係由一氧化鋁(Al2O3)與一氧化鋅(ZnO)混合而成，且Al2O3與ZnO之混合比例係大於0.1%，此氧化鋁鋅(AZO)之導電性與導熱性均足以取代習知的氧化銦錫(ITO)，藉此可解決氧化銦錫(ITO)成本較高及晶格匹配之問題，且氧化鋁鋅(AZO)具有較佳之導熱性，可有效達到降低製造成本及得到較佳發光效率之效果。
因接觸層14由GaN層141及InGaN層142組成，故InGaN層142及GaN層141互為一異質結構。此異質結構可產生一極化作用以有效降低材料間之能隙，故可減少雜質之摻雜濃度及磊晶之厚度以提高出光效率，如此亦可達到縮小發光二極體1體積及加快製程速度之效果。其中，GaN層141之載子摻雜濃度小於1E18，GaN層141之厚度小於50Å，InGaN層142之載子摻雜濃度小於1E18，InGaN層142之厚度小於50Å，請注意，上述實施例僅為舉例，並不以此為限，而後續能隙與摻雜濃度之相互關係為此領域工作者所熟知，在此不再贅述。再者，此結構具有較 低之能隙，故與後來形成之透明電極14可形成較好的歐姆接觸，如此可降低電阻及提供較好之電流分佈特性，不使電流侷限於電極下方而影響發光效率，GaN層141亦提供一保護層之功能，其可避免InGaN層142於製程時與透明電極15發生化學反應，影響發光二極體發光效率。
藉此，接觸層14與透明電極15之間形成良好之歐姆接觸(ohmic contact)及透明電極15之大小可與接觸層14一致，故本發明可實際提高經過接觸層14流進活化層之電流量，達到提升發光效率之效果。
請參閱第2圖，其係為本發明之發光二極體結構之第二實施例示意圖。圖中，一發光二極體2係包含一基板22、一發光磊晶結構23、一接觸層24及一透明電極25。發光磊晶結構23一般可包括一n型披覆層231、一主動層232及一p型披覆層233。此發光磊晶結構23係形成於基板22上，此基板之材料可為一砷化鎵(GaAs)，其中，n型披覆層231係成長於基板22上，此n型披覆層231係可由一InGaP之材料所構成，n型雜質之選用於從事此領域者所熟知，在此不再贅述。形成一電極21於n型披覆層231上，此電極21之材料可為Cr/Pt/Au、Cr/Au、Cr/Al/Co/Au、Pd/Al/Ti/Au、Pd/Al/Pt/Au、Pd/Al/Ni/Au、Pd/Al/Pd/Au、Pd/Al/Cr/Au、Pd/Al/Co/Au等與n型披覆層231具有較低接觸電阻之材料。於n型披覆層231形成主動層232，主動層232亦為發光二極體1之發光層，於主動層232上成長一p型披覆層233，此p型披覆層233之材料可由鋁磷化銦鎵(InGaAlP)所構成，此p型披覆層233係 可摻雜一p型雜質，有關p型雜質之選用於從事此領域者所熟知，在此不在贅述。請注意，上述各種材料之選用、成分比例及摻雜物選用等均可視實際情況加以設計使用。
形成一接觸層24於p型披覆層233上，此接觸層24係由一氮化鎵(GaN)層241及一氮化銦鎵(InGaN)層242所組成，其中InGaN層242係成長於p型披覆233上，此接觸層24摻雜之雜質可為p型或n型，之後再於接觸層24上形成一透明電極25。透明電極25之材料係為一氧化鋁鋅(AZO)，此氧化鋁鋅(AZO)之材料係由一氧化鋁(Al2O3)與一氧化鋅(ZnO)混合而成，且Al2O3與ZnO之混合比例係大於0.1%，此氧化鋁鋅(AZO)之成本均較單一氧化銦錫(ITO)材料為低，並具有較佳之導熱性，可有效達到降低製造成本及得到較佳發光效率之效果。
因接觸層24由GaN層241及InGaN層242組成，故此異質結構可有效降低材料間之能隙，故可減少雜質之摻雜濃度及磊晶之厚度以提高出光效率，如此亦可達到縮小發光二極體2體積及加快製程速度之效果，其中，GaN層241之載子摻雜濃度小於1E18，GaN層241之厚度小於50Å，InGaN層242之載子摻雜濃度小於1E18，InGaN層242之厚度小於50Å，請注意，上述實施例僅為舉例，並不以此為限，而後續能隙與摻雜濃度之相互關係為此領域工作者所熟知，在此不再贅述。再者，此結構具有較低之能隙，故與後來形成之透明電極25可形成較好的歐姆接觸，如此可降低電阻及提供較好之電流分佈特性，不使電 流侷限於電極下方而影響發光效率，GaN層241亦具有一保護層之功能，其可避免InGaN層242於製程時與透明電極25發生化學反應，影響發光二極體發光效率。
請參閱第3圖，其係為本發明之發光二極體結構之製造步驟流程圖。此製造步驟包含：步驟S31：提供一基板；步驟S32：形成一緩衝層於基板上；步驟S33：形成一發光磊晶結構於緩衝層上，此緩衝層12係用於降低材料之背景濃度及差排密度；步驟S34：形成一接觸層於發光磊晶結構上，此接觸層係由一氮化鎵(GaN)層及一氮化鎵銦(InGaN)層所組成，其中InGaN層係成長於p型披覆上，此異質結構可產生一極化作用以有效降低材料間之能隙，故可減少雜質之摻雜濃度及磊晶之厚度；以及步驟S35：形成一透明電極於接觸層上，此透明電極之材料係為氧化鋁鋅(AZO)，此氧化鋁鋅(AZO)係由一氧化鋁(Al2O3)與一氧化鋅(ZnO)混合而成，且Al2O3與該ZnO之混合比例係大於0.1%，此氧化鋁鋅(AZO)之導電性與導熱性均足以取代習知的氧化銦錫(ITO)。
藉此，接觸層與透明電極之間形成良好之歐姆接觸(ohmic contact)及透明電極之大小可與接觸層一致，故本發明可實際提高經過接觸層流進活化層之電流量，達到提升發光效率之效果。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧發光二極體
11‧‧‧基板
12‧‧‧緩衝層
13‧‧‧發光磊晶結構
131‧‧‧n型披覆層
132‧‧‧活化層
133‧‧‧p型披覆層
14‧‧‧接觸層
141‧‧‧GaN層
142‧‧‧InGaN層
15‧‧‧透明電極
16‧‧‧電極
2‧‧‧發光二極體
21‧‧‧n型電極
22‧‧‧基板
23‧‧‧發光磊晶結構
231‧‧‧n型披覆層
232‧‧‧主動層
233‧‧‧p型披覆層
24‧‧‧接觸層
241‧‧‧GaN層
242‧‧‧InGaN層
25‧‧‧透明電極
S31~S35‧‧‧步驟流程
第1圖係為本發明之發光二極體結構之第一實施例示意圖；第2圖係為本發明之發光二極體結構之第二實施例示意圖；以及第3圖係為本發明之發光二極體結構之製造步驟流程圖。
1‧‧‧發光二極體
11‧‧‧基板
12‧‧‧緩衝層
13‧‧‧發光磊晶結構
131‧‧‧n型披覆層
132‧‧‧活化層
133‧‧‧p型披覆層
14‧‧‧接觸層
141‧‧‧GaN層
142‧‧‧InGaN層
15‧‧‧透明電極
16‧‧‧電極

Claims (9)

  1. 一種發光二極體結構，其包含：一基板；一緩衝層，係形成於該基板上；一發光磊晶結構，係形成於該緩衝層上；一接觸層，係形成於該發光磊晶結構上，該接觸層包含堆疊之一氮化鎵(GaN)層及一氮化銦鎵(InGaN)層，該氮化鎵層之厚度小於50Å，該氮化銦鎵層之厚度小於50Å，且該接觸層之該氮化銦鎵層係與該發光磊晶結構相接；以及一透明電極，該透明電極係形成於該接觸層之該氮化鎵層上，該透明電極之材料係為一氧化鋁鋅(AZO)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該基板之材料係為一磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵砷(GaAsP)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、鍺(Ge)及碳化矽(SiC)其中之一者。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該基板係由氧化鋁單晶(sapphire)、六氫碳化矽(6H-SiC)、四氫碳化矽(4H-SiC)、矽(Si)、氧化鋅(ZnO)及一晶格常數接近於氮化物半導體之一單晶氧化物其中之一者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該接觸層之該氮化鎵(GaN)層可避免該接觸層之該氮化銦鎵(InGaN)層於製程時與該透明電極發生化學反應。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該接觸層係為一層狀結構。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該接 觸層之該氮化銦鎵層及該氮化鎵層互為一異質結構。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體結構，其中該異質結構可產生一極化作用以降低該接觸層之該氮化銦鎵層及該氮化鎵層之能隙。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該氧化鋁鋅(AZO)之材料係由一氧化鋁(Al2O3)與一氧化鋅(ZnO)混合而成。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體結構，其中該氧化鋁(Al2O3)與該氧化鋅(ZnO)之混合比例係大於0.1%。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200531313A (en) * 2004-01-20 2005-09-16 Nichia Corp Semiconductor light emiting element
TW200739947A (en) * 2005-12-14 2007-10-16 Showa Denko Kk Gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device and process for producing the same

Patent Citations (2)

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