TWI668882B - Light-emitting diode - Google Patents

Abstract

一種包含疊堆狀結構的發光二極體，具有第一區域以及第二區域，其中該二區域皆以述及的順序具有下列層：載體層，n型摻雜下包覆層，產生電磁輻射的活性層，以及p型摻雜上包覆層，其中該活性層包括量子井結構，且該第一區域還具有構建於該上包覆層上之由p⁺ 型層與n⁺ 型層構成的穿隧二極體，以及n型摻雜電流分佈層，其中該電流分佈層以及該n型摻雜接觸層係被導電通路層結構覆蓋，且該等為第一區域額外述及的層係以前述順序佈置，且其中至少該下包覆層、該活性層、該上包覆層、該穿隧二極體以及該電流分佈層係構建為單塊式，該第二區域不具有或僅部分具有該第一區域之附加層，以及，該第二區域具有包含底部區域的接觸孔，且在該接觸孔之底部區域內構建有注入障壁。

Description

發光二極體

本發明係有關於一種發光二極體。

DE 10 2007 032 555 A1亦揭示過一種發光二極體，其具有注入障壁，用以改善接觸層與活性區域之間的輸出耦合效率，其中此注入障壁將自接點朝向活性區域的豎向電流抑制。

以此為背景，本發明之目的在於提供一種裝置，其對先前技術進行改進。 本發明用以達成上述目的之解決方案為一種具有請求項1之特徵的發光二極管。本發明之有利技術方案參閱附屬項。 根據本發明之標的，提供一種包含具有頂側及底側之疊堆狀結構的發光二極體。 該主要由III-Ⅴ族半導體層構成之疊堆狀結構在頂側具有第一區域以及第二區域，其中該二區域皆以述及的順序具有下列半導體層： 載體層，n型摻雜下包覆層，產生電磁輻射的活性層，以及p型摻雜上包覆層，其中該活性層包括量子井結構。 該第一區域還具有構建於該上包覆層(20)上之由p⁺ 型層與n⁺ 型層構成的穿隧二極體，其中該穿隧二極體之p⁺ 型層由III族砷化物構成或包括III族砷化物，且該穿隧二極體之n⁺ 型層由III族磷化物構成或包括III族磷化物。 該第一區域亦具有n型摻雜電流分佈層，其中該電流分佈層由III族砷化物構成或包括III族砷化物。 該第一區域具有n型摻雜接觸層，其中該n型摻雜接觸層由III族砷化物構成或包括III族砷化物。 該n型摻雜接觸層係被導電通路層結構覆蓋。 該等為第一區域額外述及的層係以述及的順序佈置。 至少該下包覆層、該活性層、該上包覆層、該穿隧二極體以及該電流分佈層係構建為單塊式。 該第二區域不具有或至少部分具有該第一區域之附加層。 該第二區域具有接觸孔，其包含頂側邊緣面、側面以及底面，其中在該接觸孔之底部區域內還構建有下列層：平面式構建於該上包覆層中或上包覆層之表面上或上包覆層上方之注入障壁，用以抑制與疊堆方向反向的電流，其中該注入障壁包括p/n接合及/或絕緣層，或者由p/n接合或絕緣層構成；以及將該注入障壁覆蓋的導電通路層結構，其中該導電通路層結構具有第一金屬層以及構建於該第一層上方之第二金屬層。 需要注意的是，該接觸孔較佳具有平整的底部區域。在一實施方式中，該底部區域由該上包覆層構成。 在另一實施方式中，在該底部之區域內，至少該電流分佈層以及該穿隧二極體之n⁺ 型磷化物層係被完全移除。 在另一實施方式中，在該底部區域內亦無該穿隧二極體之p⁺ 型砷化物層，即該穿隧二極體係在該底部區域內被完全移除。 該接觸孔之區域較佳平整地構建在該頂側上，並且充當用於LED之電接觸的襯墊區域。換言之，藉由接線將該襯墊區域與LED之接頭連接。 基於近乎閉合的金屬化層以及注入障壁，不透過該第二區域發生光輸出耦合。 此外需要注意的是，該等區域較佳在該頂側上相互鄰接。 可以理解的是，該第一區域部分被金屬接觸層覆蓋。 同樣可以理解的是，藉由遮罩處理將該疊堆之表面劃分成該二區域。 需要注意的是，概念「III族砷化物」半導體材料例如指InGaAs或GaAs或AlGaAs。 與此對應地，概念「III族磷化物」半導體材料例如指InGaP或InAlP或InP。 可以理解的是，概念「疊堆狀結構」包括疊置的半導體層，即該疊堆由疊置的半導體層構成。 較佳地，自該下包覆層起至該n型摻雜接觸層(包含其在內)為止，該等層係藉由有機金屬氣相磊晶(MOVPE)製造。視製造方式而定，亦能將單塊式層結合至載體層。 可以理解的是，貼靠在該活性層上之其他層、包含該穿隧二極體之層係適於儘可能被該活性層之發射波長透過。 該結構之一優點在於，能夠以簡單且低成本的方式提高光效率。其中，位於該接觸孔中之注入障壁有助於提高光效率。 藉此簡單地將該結合襯墊下方之區域內的電流注入減小至最低程度，從而提高構件的效率。需要注意的是，概念「光效率」係指以mW為單位測得之相對LED器件之功率消耗的光通量。 本發明意外發現，最上方之經高摻雜的n⁺ 型穿隧二極體磷化物層具備相對濕式蝕刻的高選擇性。換言之，該磷化物層為針對濕式蝕刻的蝕刻中止層。即便在濕式蝕刻時間較長的情況下，該磷化物層亦不會被蝕刻去除。 較佳藉由具強烈各向異性的濕式蝕刻溶液，例如藉由過氧化物-磷酸實施該濕式蝕刻。在此藉由抗蝕遮罩防止該等第一區域被濕式蝕刻溶液侵蝕。可以理解的是，亦可使用乾式蝕刻過程來替代濕式蝕刻。 在隨後之較佳構建為濕式蝕刻步驟的處理步驟中，將該n⁺ 型磷化物穿隧二極體層移除。為此較佳採用鹽酸。研究表明，藉由鹽酸能夠極具選擇性地將n⁺ 型磷化物穿隧二極體層相對直接位於下方之p⁺ 型砷化物穿隧二極體層移除。根據一種進一步方案，隨後在另一濕式蝕刻步驟中亦將該預先曝露的p⁺ 型砷化物穿隧二極體層移除。 在一實施方式中，將含有n型摻雜劑之金屬層施覆至該接觸孔之底部區域。由於該底部區域由p⁺ 型穿隧二極體層構成或在進一步方案中由該上包覆層構成，能夠以簡單且低成本的方式構建形式為阻斷式p/n接合的注入障壁。 在另一實施方式中，在該接觸孔之底部之區域內構建有AlGaAs層。 在一種進一步方案中，在該接觸孔之底面上設有與構成側面及底面之半導體材料不同的半導體材料，其中該底面藉由該不同的半導體材料而經過n型摻雜，以及，在該底面之區域內構建有異質接面。 在另一進一步方案中，該接觸孔係被由半導體材料與金屬構成之層序列填充，其中該第一金屬層以材料接合的方式將第一金屬與該不同的半導體材料連接。 在一實施方式中，在該第一金屬上方設有充當第二金屬層的第二金屬，其中該第二金屬與該第一金屬不同。 在另一實施方式中，在該第一金屬與該第二金屬之間設有由耐火金屬構成之導電層或擴散障壁，從而抑制第二金屬之粒子對第一金屬的擴散滲入。 在一種進一步方案中，該耐火金屬含有Ti或Cr或Ni或Mo或W，或者由該等金屬之化合物構成。 在另一進一步方案中，在該電流分佈層上設有n型摻雜接觸層，其中該n型摻雜接觸層由III族砷化物構成或包括III族砷化物，以及，該凹口穿過該接觸層。 在一實施方式中，該凹口之頂側邊緣面以及/或者側面係至少部分或完全被填充。 在另一實施方式中，該第一金屬係源自金屬Au、Ni、Pd、Pt之群組，或者由金屬Au、Ni、Pd、Pt之合金構成。 在一種進一步方案中，該不同的半導體材料包括元素Si、Ge、Te、Mg、C以及Zn中的一或數個。 在另一進一步方案中，該第二金屬主要由Ag或Au或Cu或Al或該等金屬之合金構成。 較佳地，該電流分佈層具有R_¨ ＜ 70 Ω/■的薄片電阻，且該包覆層具有R_¨ ＞ 400 Ω/■的薄片電阻。 在一種進一步方案中，該電流分佈層包括n型摻雜Al_x Ga_1-x As層，其中Al比例x係介於0%與20%之間。 在一實施方式中，該疊堆狀結構具有大於600 nm的發射波長。

圖1為本發明之發光二極體10之第一實施方式的俯視圖，該發光二極體具有大體由III-Ⅴ族半導體材料構成之疊堆狀結構12，其中頂側30具有第一區域31以及第二區域32。 第一區域31包括四個背離環形延伸的指部以及位於之間的區域。第二區域32在被該環形包圍之圓形面的區域內延伸。該圓形面標示出被金屬層序列填充的接觸孔100。 圖2以側視圖示出疊堆狀結構12的構造。 結構12具有載體層14、n型摻雜下包覆層16、產生電磁輻射的活性層18。結構12還具有p型摻雜上包覆層20、由p⁺ 型層22與n⁺ 型層24構成之穿隧二極體26以及n型摻雜電流分佈層28。在電流分佈層28上設有n型接觸層34。 該等層係以述及的順序佈置。活性層18包括量子井結構。該等層係單塊式，即直接在該載體層上生長。 第一區域31係由n型摻雜接觸層34構成並用於電流輸入耦合。 第二區域32係由上包覆層20與穿隧二極體26之p⁺ 型砷化物層22構成，其中完全無電流分佈層28以及穿隧二極體26之n⁺ 型磷化物層24。根據一種進一步方案，第二區域32由上包覆層20構成，其中無電流分佈層28以及穿隧二極體26之n⁺ 型磷化物層24及p⁺ 型砷化物層。 圖3為沿圖1中之線A-A的剖視圖。下面僅對與圖1所示內容的區別進行說明。為了簡化圖式，所有設於上包覆層20下方的層皆未繪示。 可以看出第一區域31以及第二區域32之環形結構的橫截面，其中第一區域31係透過設於電流分佈層28上之n型摻雜接觸層34構成。 在第一區域31上連接有由上包覆層20構成之第二區域32，故該疊堆狀結構之頂側30在過渡區域內具有階部。該包含上邊緣區域以及環繞式側面的階部為具有平整底部區域之接觸孔100的一部分。 在接觸孔100之底部區域上或底部區域內構建有注入障壁27，用以對與疊堆方向反向的電流輸入進行抑制。該注入障壁較佳包括p/n接合。接觸孔100之側壁以及上邊緣區域係被導電通路層結構40填充。導電通路層結構40較佳係以匹配的方式沈積。 導電通路層結構40包括第一金屬層41以及以材料接合的方式構建於第一金屬層41上的包含耐火金屬的導電層50。在導電層50上以材料接合的方式構建有第二金屬層42。 第一金屬層41包括鈀及鍺。第二金屬層42包括含一定比例金及鈀的銀。該耐火金屬包括鈦或由鈦構成。 導電通路層結構40用於容置結合襯墊(未繪示)。 該等側壁面以及頂側30與導電通路層結構40之間的接觸電阻至多為導電通路層結構40與接觸孔100之底部區域之間的接觸電阻的十分之一，以此對朝向活性層18的電流進行抑制。 在一種未繪示的實施方式中，在接觸孔100之底部區域內構建有取代p/n接合的絕緣層，用以構建注入障壁。在該較佳薄於150 nm的絕緣層上構建有導電通路層結構40之層。

10‧‧‧發光二極體

12‧‧‧疊堆狀結構

14‧‧‧載體層

16‧‧‧n型摻雜下包覆層

18‧‧‧活性層

20‧‧‧p型摻雜上包覆層

22‧‧‧p⁺型層

24‧‧‧n⁺型層

26‧‧‧穿隧二極體

27‧‧‧注入障壁

28‧‧‧n型摻雜電流分佈層

30‧‧‧頂側

31‧‧‧第一區域

32‧‧‧第二區域

34‧‧‧n型摻雜接觸層

40‧‧‧導電通路層結構

41‧‧‧第一金屬層

42‧‧‧第二金屬層

50‧‧‧導電層

100‧‧‧接觸孔，凹口

下面參照圖式對本發明進行詳細說明。在此，相同類型的部件係以相同的符號表示。所示實施方式皆經過大幅簡化，亦即，距離以及橫向及豎向延伸度並非遵循比例，並且在未另作說明的情況下亦不具有可推導出的相互幾何關係。其中： 圖1為本發明之發光二極體之一實施方式的俯視圖， 圖2為本發明之發光二極體之疊堆狀結構的實施方式的側視圖， 圖3為沿圖1中之線A-A的剖視圖。

Claims (15)

1. 一種包含主要由III-V族半導體層構成之疊堆狀結構(12)的發光二極體(10)，具有第一區域(31)以及第二區域(32)，其中該二區域(31,32)皆以述及的順序具有下列半導體層，載體層(14)，n型摻雜下包覆層(16)，產生電磁輻射的活性層(18)，其中該活性層(18)包括量子井結構，p型摻雜上包覆層(20)，且該第一區域(31)還具有構建於該上包覆層(20)上之由p⁺型層(22)與n⁺型層(24)構成的穿隧二極體(26)，其特徵在於，該穿隧二極體(26)之p⁺型層(22)由III族砷化物構成或包括III族砷化物，以及，該穿隧二極體(26)之n⁺型層(24)由III族磷化物構成或包括III族磷化物，n型摻雜電流分佈層(28)，其中該電流分佈層(28)由III族砷化物構成或包括III族砷化物，n型摻雜接觸層(34)，其中該n型摻雜接觸層(34)由III族砷化物構成或包括III族砷化物，以及該n型摻雜接觸層(34)係被導電通路層結構(40)覆蓋，且該等為第 一區域(31)額外述及的層係以前述順序佈置，以及其中至少該下包覆層(16)、該活性層(18)、該上包覆層(20)、該穿隧二極體(26)以及該電流分佈層(28)係構建為單塊式，該第二區域(32)不具有或部分具有該第一區域(31)之附加層，該第二區域(32)具有接觸孔(100)，其包含頂側邊緣面及側面及底面，且在該接觸孔(100)之底部區域內還構建有下列層，平面式構建於該上包覆層(20)中或上包覆層(20)之表面上或上包覆層(20)上方之注入障壁(27)，用以抑制與疊堆方向反向的電流，其中該注入障壁(27)包括p/n接合及/或絕緣層，或者由p/n接合或絕緣層構成，將該注入障壁(27)覆蓋的導電通路層結構(40)，其中該導電通路層結構(40)具有第一金屬層(41)以及構建於該第一金屬層(41)上方之第二金屬層(42)。
2. 如請求項1之發光二極體(10)，其特徵在於，在該接觸孔(100)之底部之區域內構建有AlGaAs層。
3. 如請求項1或2之發光二極體(10)，其特徵在於，在該底面上設有與構成側面及底面之半導體材料不同的半導體材料，以及，該底面藉由該不同的半導體材料而經過n型摻雜，以及，在該底面之區域內構建有異質接面。
4. 如請求項1或2之發光二極體(10)，其特徵在於，該接觸孔(100)係被 由半導體材料與金屬構成之層序列填充，其中該第一金屬層(41)以材料接合的方式將第一金屬與該不同的半導體材料連接。
5. 如請求項4之發光二極體(10)，其特徵在於，在該第一金屬上方設有充當第二金屬層(42)的第二金屬，其中該第二金屬與該第一金屬不同。
6. 如請求項5之發光二極體(10)，其特徵在於，在該第一金屬與該第二金屬之間設有由耐火金屬構成之導電層(50)或擴散障壁，從而抑制第二金屬之粒子對第一金屬的擴散滲入。
7. 如請求項6之發光二極體(10)，其特徵在於，該耐火金屬含有Ti或Cr或Ni或Mo或W，或者由該等金屬之化合物構成。
8. 如請求項1或2之發光二極體(10)，其特徵在於，在該電流分佈層(28)上設有n型摻雜接觸層(34)，其中該n型摻雜接觸層(34)由III族砷化物構成或包括III族砷化物，以及，該凹口(100)穿過該接觸層(34)。
9. 如請求項1或2之發光二極體(10)，其特徵在於，該凹口(100)之頂側邊緣面以及/或者側面係至少部分或完全被填充。
10. 如請求項1或2之發光二極體(10)，其特徵在於，該第一金屬係源自金屬Au、Ni、Pd、Pt之群組，或者由金屬Au、Ni、Pd、Pt之合金構成。
11. 如請求項1或2之發光二極體(10)，其特徵在於，該不同的半導體材料包括元素Si、Ge、Te、Mg、C以及Zn中的一或數個。
12. 如請求項1或2之發光二極體(10)，其特徵在於，該第二金屬主要由Ag或Au或Cu或Al或該等金屬之合金構成。
13. 如請求項1或2之發光二極體(10)，其特徵在於，該電流分佈層(28)具有R_□<70Ω/■的薄片電阻，且該包覆層具有R_□>400Ω/■的薄片電阻。
14. 如請求項1或2之發光二極體(10)，其特徵在於，該電流分佈層(28)包括n型摻雜Al_xGa_1-xAs層，其中Al比例x係介於0%與20%之間。
15. 如請求項1或2之發光二極體(10)，其特徵在於，該疊堆狀結構(12)具有大於600nm的發射波長。