專利名稱：具有反向隧穿層的發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，特別涉及一種具有反向隧穿接觸層的發(fā)光二極管。
發(fā)光二極管的應(yīng)用頗為廣泛，例如，可應(yīng)用于光學(xué)顯示裝置、交通號(hào)志、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、通訊裝置、照明裝置、以及醫(yī)療裝置。在此技術(shù)中，目前技術(shù)人員重要課題之一為如何提高發(fā)光二極管的亮度。
現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光二極管如

圖1所示，包含由藍(lán)寶石形成的一絕緣基板10、形成在絕緣基板10上的一氮化鎵緩沖層11、形成在緩沖層11上的一n型氮化鎵接觸層12、形成在n型氮化鎵接觸層12上的一n型氮化鋁鎵束縛層13、形成在n型氮化鋁鎵束縛層13上的一氮化銦鎵多量子阱發(fā)光層14、形成在發(fā)光層14上的一p型氮化鋁鎵束縛層15、形成在p型氮化鋁鎵束縛層15上的一p型氮化鎵接觸層16、形成在p型氮化鎵接觸層16上的一Ni/Au透明導(dǎo)電層17，其中央部分以蝕刻方式除去，使露出部分p型氮化鎵接觸層16、以及形成在p型氮化鎵接觸層16的該露出部分上的一p型前電極18，并使前電極18與透明導(dǎo)電層17接觸，又由于藍(lán)寶石不導(dǎo)電，故須將發(fā)光二極管適當(dāng)?shù)匚g刻至n型氮化鎵接觸層12，然后在n型氮化鎵接觸層12上形成一n型后電極19。
美國專利第6,078,064號(hào)(其與本案具有相同受讓人)揭露另一種發(fā)光二極管構(gòu)造，其中以ITO透明導(dǎo)電層形成在一p型接觸層上。但p型接觸層的主要缺點(diǎn)在于其表面形成許多缺陷，因而增大與ITO透明導(dǎo)電層間的接觸電阻，且其中所摻雜的載子濃度不易達(dá)5e18/cm3以上，因而電阻系數(shù)不易降低，此等缺點(diǎn)皆造成發(fā)光二極管正向電壓的增大，而對(duì)發(fā)光二極管的電性產(chǎn)生不良影響。
本案發(fā)明人為提高現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管的亮度，認(rèn)為在透明導(dǎo)電層與發(fā)光二極管的半導(dǎo)體疊層間提供一n+型反向隧穿層，藉由此反向隧穿層所產(chǎn)生的接觸作用與/或電流分散作用，即可能提高發(fā)光二極管的亮度。此處“反向”意指此n+反向隧穿層與其鄰接半導(dǎo)體層所形成p-n接面的極性方向，相反于發(fā)光二極管中發(fā)光層與其鄰接p型束縛層及n型束縛層所形成p-n接面的極性方向，換言之，此n+反向隧穿層與其一鄰接半導(dǎo)體層所形成p-n接面的極性方向相反于半導(dǎo)體裝置的p型電極與n型電極所形成的極性方向?！八泶币庵复薾+反向隧穿層能夠讓電流藉由隧穿效應(yīng)(tunneling effect)穿過其中。本案發(fā)明人經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)此種n+反向隧穿層，在其厚度相當(dāng)小的情形，出人意料之外，竟然實(shí)質(zhì)上不增大發(fā)光二極管的正向電壓，且確實(shí)能夠達(dá)到上述提高發(fā)光二極管亮度的預(yù)期效果。
因而，本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有n+反向隧穿層的發(fā)光二極管，其能夠達(dá)到提高亮度的進(jìn)步功效。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有反向隧穿層的發(fā)光二極管，包含由藍(lán)寶石形成的一絕緣基板、形成在該絕緣基板上且包含氮化鎵的一緩沖層、形成在該緩沖層上且包含氮化鎵的一n型接觸層、形成在該n型接觸層上且包含氮化鋁鎵的一n型束縛層、形成在該n型束縛層上且包含氮化銦鎵的一多量子阱發(fā)光層、形成在該發(fā)光層上且包含氮化鋁鎵的一p型束縛層、形成在該p型束縛層上且包含氮化鎵的一p型接觸層、形成在該p型接觸層上，包含氮化銦鎵，且具有高載流子濃度的一n+型反向隧穿層、形成在該n+型反向隧穿層上且包含ITO的一透明導(dǎo)電層，其中一部分以蝕刻方式除去，使露出部分該n+型反向隧穿層、以及形成在該n+型反向隧穿層的該露出部分上的一p型前電極，并使該前電極與該n+型反向隧穿層接觸，又由于藍(lán)寶石不導(dǎo)電，故須將發(fā)光二極管適當(dāng)?shù)匚g刻至該n型接觸層，然后在該n型接觸層上形成一n型后電極。
現(xiàn)參考附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的各較佳實(shí)施例。
圖1為一示意圖，顯示一現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管的構(gòu)造；圖2為一示意圖，顯示依本發(fā)明第一較佳實(shí)施例發(fā)光二極管的構(gòu)造；圖3為一示意圖，顯示依本發(fā)明第二較佳實(shí)施例發(fā)光二極管的構(gòu)造；以及圖4為一示意圖，顯示依本發(fā)明第三較佳實(shí)施例發(fā)光二極管的構(gòu)造。
現(xiàn)參照各附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明。
參照?qǐng)D2，依本發(fā)明第一較佳實(shí)施例具有反向隧穿層的發(fā)光二極管，包含由藍(lán)寶石形成的一絕緣基板10、形成在絕緣基板10上且包含氮化鎵的一緩沖層11、形成在緩沖層11上且包含氮化鎵的一n型接觸層12、形成在n型接觸層12上且包含氮化鋁鎵的一n型束縛層13、形成在n型束縛層13上且包含氮化銦鎵的一多量子阱發(fā)光層14、形成在發(fā)光層14上且包含氮化鋁鎵的一p型束縛層15、形成在p型束縛層15上且包含氮化鎵的一p型接觸層16、形成在p型接觸層16上，包含氮化銦鎵，且具有高載流子濃度的一n+型反向隧穿層20、形成在n+型反向隧穿層20上且包含Ni/Au的一透明導(dǎo)電層17，其中一部分以蝕刻方式除去，使露出部分n+型反向隧穿層20、以及形成在n+型反向隧穿層20的該露出部分上的一p型前電極18，并使前電極18與n+型反向隧穿層20接觸，又由于藍(lán)寶石不導(dǎo)電，故須將發(fā)光二極管適當(dāng)?shù)匚g刻至n型接觸層12，然后在n型接觸層12上形成一n型后電極19。在此實(shí)施例中，n+型反向隧穿層20的載流子濃度為1.5e20/cm3，厚度約為20埃，其透光度極佳，此反向隧穿層20與接觸層16間所形成p-n接面的極性方向，相反于發(fā)光層14與其鄰接p型束縛層15及n型束縛層13所形成p-n接面的極性方向，此反向隧穿層20的高載流子濃度使電子藉由隧穿效應(yīng)而得以穿過其中。在20mA的定電流下實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示依本發(fā)明此實(shí)施例發(fā)光二極管的亮度約為前述現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管亮度的119％，而其正向電壓實(shí)質(zhì)上不增大。此亮度的提高，顯然屬于有價(jià)值的增進(jìn)功效。
圖3顯示本發(fā)明的第二較佳實(shí)施例，其與上述第一較佳實(shí)施例不同之處在以氧化銦錫(ITO)所形成的透明導(dǎo)電層17a取代前段中所述包含Ni/Au的透明導(dǎo)電層17。Ni/Au透明導(dǎo)電層17的透光率僅約50％，而ITO透明導(dǎo)電層17a的透光度高于95％，在此實(shí)施例中，ITO透明導(dǎo)電層17a的厚度約為2800埃，在20mA的定電流下實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，較之第一較佳實(shí)施例發(fā)光二極管，此第二較佳實(shí)施例發(fā)光二極管的亮度約增加48％，且此第二較佳實(shí)施例發(fā)光二極管的正向電壓實(shí)質(zhì)上不增加。亦即，較之前述現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管，此第二較佳實(shí)施例發(fā)光二極管的亮度約增加76％，此亮度的大幅提高，確實(shí)極有價(jià)值的增進(jìn)功效。此第二較佳實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)在于無需對(duì)ITO透明導(dǎo)電層17a進(jìn)行護(hù)層處理，因而能夠省除現(xiàn)有技術(shù)中，為避免金屬氧化，而需對(duì)Ni/Au透明導(dǎo)電層17進(jìn)行護(hù)層的處理程序，故能夠達(dá)到簡(jiǎn)化制造程序的效果。本案發(fā)明人另外對(duì)于不同厚度的n+型氮化銦鎵反向隧穿層也進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)厚度增大時(shí)，發(fā)光二極管的順向電壓隨之增加，故其厚度不宜太大。實(shí)際上適當(dāng)厚度可經(jīng)由實(shí)驗(yàn)決定。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可輕易了解，就前述二較佳實(shí)施例而言，絕緣基板10可包含選自于藍(lán)寶石、LiGaO3、及LiAlO3所構(gòu)成材料群組中的一種材料；緩沖層11可由GaN材料制成；n型接觸層12可包含選自于GaN與AlGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；n型束縛層13包含AlxGa1-xN，其中，0≤x≤1；氮化銦鎵多量子阱發(fā)光層14包含r個(gè)氮化銦鎵量子阱與r+1個(gè)氮化銦鎵阻擋層，使得每一個(gè)氮化銦鎵量子阱上下二側(cè)皆有一氮化銦鎵阻擋層，其中，r≥1，每一氮化銦鎵量子阱是由IneGa1-eN構(gòu)成，每一氮化銦鎵阻擋層是由InfGa1-fN構(gòu)成，且0≤f≤e≤1；p型束縛層15可包含AlzGa1-zN，其中，0≤z≤1；p型接觸層16可包含選自于GaN與AlGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；ITO透明導(dǎo)電層17a亦可以CTO或TiWN透明導(dǎo)電層取代；n+型反向隧穿層20可包含選自于InGaN、GaN、以及其他氮化鎵系材料所構(gòu)成材料群組中的一種材料。
圖4顯示本發(fā)明的第三較佳實(shí)施例，其中一n型電極40形成于一n型GaAs基板41的下表面并與其形成歐姆接觸，一AlGaInP分布式布拉格反射層42形成于n型GaAs基板41上，一n型AlGaInP束縛層43形成于分布式布拉格反射層42上，一AlGaInP發(fā)光層44形成在n型AlGaInP束縛層43上，一p型AlGaInP束縛層45形成在發(fā)光層44上，一p型窗口層46形成于p型AlGaInP束縛層45上，窗口層46宜采用如GaP、GaAsP、GaInP、或AlGaAs等透明材料制成，包含氮化銦鎵且具有高載流子濃度的一n+型反向隧穿層47形成在窗口層46上，在此實(shí)施例中，n+型反向隧穿層47的載流子濃度為1.5e20/cm3，厚度約為20埃，一ITO透明導(dǎo)電層48形成在n+型反向隧穿層47上，一p型電極49形成于透明導(dǎo)電層48上。在此實(shí)施例中，AlGaInP分布式布拉格反射層42可省除。
以上所述，僅為用以方便說明本發(fā)明，本發(fā)明的范圍不限于此等較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。例如，該第一較佳實(shí)施例中的氮化銦鎵多量子阱發(fā)光層14可以本領(lǐng)域的技術(shù)人員的單一量子阱結(jié)構(gòu)取代，或以純氮化銦鎵發(fā)光層取代；又例如，省除氮化鎵緩沖層11/或p型接觸層16，不蝕刻透明導(dǎo)電層17或17a而使p型電極18直接形成在透明導(dǎo)電層17或17a上，也顯然皆不脫離本發(fā)明的精神與范圍。此外，依本發(fā)明的反向隧穿層顯然也可使用于發(fā)光二極管以外的其他種類化合物半導(dǎo)體裝置中，在一金屬或金屬氧化物導(dǎo)電層與一化合物半導(dǎo)體層間提供接觸作用，也皆不脫離本發(fā)明的范圍。又，本發(fā)明的概念顯然也可應(yīng)用于具有透明導(dǎo)電基板的發(fā)光二極管構(gòu)造中。
權(quán)利要求
1.一種具有反向隧穿層的發(fā)光二極管，包含一個(gè)半導(dǎo)體疊層構(gòu)造，包括具有一第一主表面與一第二主表面的一發(fā)光層、具有第一導(dǎo)電性且結(jié)合在該第一主表面的一第一半導(dǎo)體層、及具有第二導(dǎo)電性且結(jié)合在該第二主表面的一第二半導(dǎo)體層，該發(fā)光層、該第一半導(dǎo)體層、及該第二半導(dǎo)體層共同形成一第一方向的極性；一n+型反向隧穿層，其具有第一導(dǎo)電性且形成在該半導(dǎo)體疊層上，其與該半導(dǎo)體疊層間所形成的p-n接面具有第二方向的極性，且該第一方向與該第二方向是相反方向；以及一透明導(dǎo)電層，形成在該n+型反向隧穿層上。
2.一種具有反向隧穿層的發(fā)光二極管，包含一發(fā)光層，具有一第一主表面與一第二主表面；一n型束縛層，具有一第一主表面與一第二主表面，其第二主表面結(jié)合在該發(fā)光層的該第一主表面上；一p型束縛層，具有一第一主表面與一第二主表面，其第一主表面結(jié)合在該發(fā)光層的該第二主表面上；一n+型反向隧穿層，結(jié)合于該p型束縛層的該第二主表面上；以及一透明導(dǎo)電層，形成在該n+型反向隧穿層上。
3.如權(quán)利要求2的一種具有反向隧穿層的發(fā)光二極管，其中該透明導(dǎo)電層包含選自于Ni/Au、ITO、CTO、以及TiWN所構(gòu)成材料群組中的一種材料。
4.一種具有反向隧穿層的發(fā)光二極管，包含一基板；一緩沖層，形成在該基板上；一n型接觸層，形成在該緩沖層上，且具有一第一上表面部分與一第二上表面部分；一n型束縛層，形成于該n型接觸層的該第一上表面部分上；一發(fā)光層，形成在該n型束縛層上；一p型束縛層，形成在該發(fā)光層上；一p型接觸層，形成在該p型束縛層上；一n+型反向隧穿層，形成在該p型接觸層上；一透明導(dǎo)電層，形成在該n+型反向隧穿層上，其中并形成一中空部，使露出部分n+型反向隧穿層；一p型電極，形成在該n+型反向隧穿層的該露出部分上，并與該透明導(dǎo)電層接觸；以及一n型電極，形成在該n型接觸層的該第二上表面部分上。
5.如權(quán)利要求4的一種具有反向隧穿層的發(fā)光二極管，其中該透明導(dǎo)電層包含選自于Ni/Au、ITO、CTO、以及TiWN所構(gòu)成材料群組中的一種材料。
6.如權(quán)利要求4的一種具有反向隧穿層的發(fā)光二極管，其中該n+型反向隧穿層包含選自于InGaN、GaN、以及其他氮化鎵系材料所構(gòu)成材料群組中的一種材料。
7.一種具有反向隧穿層的發(fā)光二極管，包含一n型電極；一n型GaAs基板，其具有一第一主要表面與一第二主要表面，該第一主要表面與該n型電極間形成歐姆接觸；一n型AlGaInP束縛層形成在該n型GaAs基板上；一AlGaInP發(fā)光層形成在該n型AlGaInP束縛層上；一p型AlGaInP束縛層形成在該發(fā)光層上；一p型窗口層形成在該p型AlGaInP束縛層上；一n+型反向隧穿層形成在該p型窗口層上；一透明導(dǎo)電層形成在該n+型反向隧穿層上；以及一p型電極形成在該透明導(dǎo)電層上。
8.一種具有反向隧穿層的發(fā)光二極管，包含一n型電極；一n型GaAs基板，其具有一第一主要表面與一第二主要表面，該第一主要表面與該n型電極間形成歐姆接觸；一AlGaInP分布式布拉格反射層形成在該n型GaAs基板的該第二主要表面上；一n型AlGaInP束縛層形成在該AlGaInP分布式布拉格反射層上；一AlGaInP發(fā)光層形成在該n型AlGaInP束縛層上；一p型AlGaInP束縛層形成在該發(fā)光層上；一p型窗口層形成在該p型AlGaInP束縛層上；一n+型反向隧穿層形成在該p型窗口層上；一透明導(dǎo)電層形成在該n+型反向隧穿層上；以及一p型電極形成在該透明導(dǎo)電層上。
9.一種具有反向隧穿層的化合物半導(dǎo)體，包含一p型電極；一n型電極；一n+型反向隧穿層，其以電連通方式連接在該p型電極與該n型電極之間，當(dāng)電流自該p型電極流往該n型電極時(shí)，是通過隧穿作用穿過此n+型反向隧穿層；以及一導(dǎo)電層，包含選自在金屬及金屬氧化物材料所構(gòu)成材料群組中的一種材料，且形成在該n+型反向隧穿層上，其中自該p型電極流出的電流依序通過該導(dǎo)電層與該n+型反向隧穿層，最后流至該n型電板。
全文摘要
具有反向隧穿層的發(fā)光二極管包含半導(dǎo)體疊層,具有第一主表面與第二主表面的發(fā)光層、具有第一導(dǎo)電性且結(jié)合在該第一主表面的第一半導(dǎo)體層、及具有第二導(dǎo)電性且結(jié)合于該第二主表面的一第二半導(dǎo)體層,該發(fā)光層、該第一半導(dǎo)體層、及該第二半導(dǎo)體層共同形成第一方向的極性;n+型反向隧穿層,具有第一導(dǎo)電性且形成在該半導(dǎo)體層疊層上,其與該半導(dǎo)體層疊層間所形成的p－n接面具有第二方向的極性,且該第一方向與該第二方向是相反方向;以及透明導(dǎo)電層,形成在該n+型反向隧穿層上。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1353466SQ0013239
公開日2002年6月12日 申請(qǐng)日期2000年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月10日
發(fā)明者歐震, 黃兆年, 章絹明 申請(qǐng)人:晶元光電股份有限公司