專利名稱：具有氧化鋅接觸電極的發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種發(fā)光二極管，且特別是有關(guān)于一種具有氧化鋅接觸電極的p型砷化鎵發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
近年來砷化鎵半導(dǎo)體材料越來越受到高功率光電組件的青睞，尤其在藍(lán)色及靛色的可見光區(qū)域。這些砷化鎵光電組件需要很低的接觸電阻(SCR)來輸入電流，針對這種挑戰(zhàn)已經(jīng)投入許多資源去研究適合的接觸電極(contact)。對于面發(fā)光二極管(surface emitting devices)而言，接觸電極另一需求是高透光率。
許多已有的研究已經(jīng)指出，n型砷化鎵發(fā)光二極管使用金屬或硅等材料來做為接觸電極。然而，對n型砷化鎵而言，n型砷化鎵的接觸電極所面臨的問題較p型砷化鎵的接觸電極少了許多。
因?yàn)閜型砷化鎵低載子濃度(carrier concentration)和高功函數(shù)(workfunction)的因素，要達(dá)到低阻抗的歐姆接觸(ohmic contact)較不容易。已知最常用的接觸電極是Ni/Au薄金屬層，經(jīng)通入氧氣在500℃環(huán)境下回火，可達(dá)到目前最好的效果。然而，已知的Ni/Au薄金屬層和p型砷化鎵的結(jié)合所能提供的透光率最高約在80％。
圖1是一已知的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖。Ni/Au層110的功用是分配第二GaN層12的電流。然而，回火的制造過程造成Ni/Au層110的表面粗糙及面電阻分配不規(guī)則。在Ni/Au層110和第二GaN層12之間形成良好的歐姆接觸(ohmiccontact)變得非常不容易。其它的金屬，例如Pt、Ta/Ti及Pd/Au等金屬，也具有程度相當(dāng)?shù)慕佑|電阻(SCR)。因此，發(fā)展出低接觸電阻及高透光率的接觸電極，對于應(yīng)用p型砷化鎵是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有改良的透明接觸電極的發(fā)光二極管，它提供很低的接觸電阻(SCR)，使得砷化鎵發(fā)光二極管的效能提升。
為達(dá)到本發(fā)明的上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種具有ZnO接觸電極的發(fā)光二極管，包括一個(gè)透光絕緣基材170；一個(gè)第一GaN層16，形成于該透光絕緣基材170上作為一緩沖層；一個(gè)第一A1GaN層15，形成于該第一GaN層16上作為一下保護(hù)層；一個(gè)InGaN發(fā)光層14，形成于該第一AlGaN層15上；一個(gè)第二AlGaN層13，形成于該InGaN發(fā)光層14上作為一上保護(hù)層；一個(gè)第二GaN層12，形成于該第二AlGaN層13上作為一接觸層；一個(gè)金屬層120，形成于該第二GaN層12上作為一接觸層；一個(gè)透明ZnO導(dǎo)電層111，形成于該金屬層120上作為一電流分配及抗反射層；一個(gè)第一電極18，形成于該第一GaN層16部分暴露的區(qū)域；以及一個(gè)第二電極10，形成于該透明ZnO導(dǎo)電層111上。其中，所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)可以是Ni/Au、Ni/Cr、Pt或Ta。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)的厚度范圍是10到100埃。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的透光絕緣基材(170)可以是Al2O3、LiAlO2、LiGaO2或MgAl2O4。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于它還包含一個(gè)第二抗反射層(9)，形成于所述透明ZnO導(dǎo)電層(111)上。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的第二抗反射層(9)可以是SiO2、Al2O3、TiO2、Si3N4、ZnS或CaF2。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)可以是Ni/Au、Ni/Cr、Pt或Ta。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)的厚度范圍是10到100埃。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的透光絕緣基材(170)可以是Al2O3、LiAlO2、LiGaO2或MgAl2O4。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供一種具有ZnO接觸電極的發(fā)光二極管，包括一個(gè)第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基材171；一個(gè)第一GaN層16，形成于該第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基材171上作為一緩沖層；一個(gè)第一AlGaN層15，形成于該第一GaN層16上作為一下保護(hù)層；一個(gè)InGaN發(fā)光層14，形成于該第一AlGaN15層上；一個(gè)第二AlGaN層13，形成于該InGaN發(fā)光層14上作為一上保護(hù)層；一個(gè)第二GaN層12，形成于該第二AlGaN層13上作為一接觸層；一個(gè)金屬層120，形成于該第二GaN層12上作為一接觸層；一個(gè)透明ZnO導(dǎo)電層111，形成于該金屬層120上作為一電流分配及抗反射層；一個(gè)第一電極18，形成于該第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基材171下方；以及一個(gè)第二電極10，形成于該透明ZnO導(dǎo)電層111上。其中，所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)可以是Ni/Au、Ni/Cr、Pt或Ta。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)的厚度范圍是10到100埃。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的第一導(dǎo)電類型基材(171)可以是SiC、GaAs、Si或ZnO。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于它還包括一第二抗反射層(9)，形成于所述的透明ZnO導(dǎo)電層(111)上。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的第二抗反射層(9)可以是SiO2、Al2O3、TiO2、Si3N4、ZnS或CaF2。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)可以是Ni/Au、Ni/Cr、Pt或Ta。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)的厚度范圍是10到100埃。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的第一導(dǎo)電類型基材(171)可以是SiC、GaAs、Si或ZnO。
應(yīng)用上述較佳實(shí)施例所提出的Ni/Au/ZnO透明導(dǎo)電層，可形成良好的歐姆接觸(ohmic contact)，并可將p型砷化鎵在波長450nm-500nm的透光率提升到87％-90％。與已知的Ni/Au導(dǎo)電層相較，透光率提高了15％。


圖1是一已知的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖；圖2A是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種具有ZnO層的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖；圖2B是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種具有ZnO層及抗反射層的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖；圖3A是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的一種具有ZnO層的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖；圖3B是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的一種具有ZnO層及抗反射層的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖；以及圖4是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的具有Ni/Au和Ni/Au/ZnO層結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
為了要使電流傳導(dǎo)的更均勻、減低面電阻(series resistance)及增加某特定波長的透光率，需要在半導(dǎo)體二極管和其電極之間鍍上一透明的導(dǎo)電層。本發(fā)明提出一種特別適用于GaN發(fā)光二極管的氧化鋅(ZnO)透明導(dǎo)電層。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下圖2A是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種具有ZnO層的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施例的基材170是一種透光絕緣的材料。例如，Al2O3，LiAlO2，LiGaO2及MgAl2O4等透光絕緣材料都適用于本實(shí)施例。接著依序于基材170上鍍上一緩沖層第一GaN層16、一下保護(hù)層第一AlGaN層15、一發(fā)光層InGaN14、一上保護(hù)層第二AlGaN13及一接觸層第二GaN12。一薄金屬層120鍍在接觸層第二GaN12上，做為一接觸層。此薄金屬層120可以是Ni/Au，Ni/Cr，Pt，或Ta等金屬層。一透明ZnO導(dǎo)電層111形成于薄金屬層120上，做為一電流分配及抗反射層。第一電極18形成于緩沖層第一GaN16部份暴露的區(qū)域；第二電極10形成于透明ZnO導(dǎo)電層111上。
圖2B是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種具有ZnO層及抗反射層的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施例的基材170是一種透光絕緣的材料。例如，Al2O3，LiAlO2，LiGaO2及MgAl2O4等透光絕緣材料都適用于本實(shí)施例。接著依序于基材170上鍍上一緩沖層第一GaN層16、一下保護(hù)層第一AlGaN層15、一發(fā)光層InGaN14、一上保護(hù)層第二AlGaN13及一接觸層第二GaN12。一薄金屬層120鍍在接觸層第二GaN12上，做為一接觸層。此薄金屬層120可以是Ni/Au，Ni/Cr，Pt，或Ta等金屬層。一透明ZnO導(dǎo)電層111形成于薄金屬層120上，做為一電流分配及抗反射層。第一電極18形成于緩沖層第一GaN16部份暴露的區(qū)域；第二電極10形成于透明ZnO導(dǎo)電層111上。除了第二電極10外，另一第二抗反射層9被鍍在透明ZnO導(dǎo)電層111上，用來釋放出更多二極管所發(fā)出的光。第二抗反射層9的材料可以是SiO2、Al2O3、TiO2、Si3N4、ZnS或CaF2等材料。
圖3A是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的一種具有ZnO層的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖。一種n型碳化硅(SiC)半導(dǎo)體層171材料作為基材，此n型半導(dǎo)體層基材171的材料也可為砷化鎵(GaAs)、硅(Si)或n型氧化鋅。接著依序于基材171上鍍上一緩沖層第一GaN層16、一下保護(hù)層第一AlGaN層15、一發(fā)光層InGaN14、一上保護(hù)層第二AlGaN13及一接觸層第二GaN12。一薄金屬層120鍍在接觸層第二GaN12上，做為一接觸層。此薄金屬層120可以是Ni/Au，Ni/Cr，Pt，或Ta等金屬層。一透明ZnO導(dǎo)電層111形成于薄金屬層120上，做為一電流分配及抗反射層。第一電極18形成于基材171的下方；第二電極10形成于透明ZnO導(dǎo)電層111上。
圖3B是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的一種具有ZnO層及抗反射層的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖。一種n型碳化硅(SiC)半導(dǎo)體層171材料作為基材。此n型半導(dǎo)體層基材171材料也可為砷化鎵(GaAs)、硅(Si)或n型氧化鋅，接著依序于基材171上鍍上一緩沖層第一GaN層16、一下保護(hù)層第一AlGaN層15、一發(fā)光層InGaN14、一上保護(hù)層第二AlGaN13及一接觸層第二GaN12。一薄金屬層120鍍在接觸層第二GaN12上，做為一接觸層。此薄金屬層120可以是Ni/Au，Ni/Cr，Pt，或Ta等金屬層。一透明ZnO導(dǎo)電層111形成于薄金屬層120上，做為一電流分配及抗反射層。第一電極18形成于基材171的下方；第二電極10形成于透明ZnO導(dǎo)電層111上。除了第二電極10外，另一第二抗反射層9被鍍在透明ZnO導(dǎo)電層111上，用來釋放出更多二極管所發(fā)出的光。第二抗反射層9的材料可以是SiO2、Al2O3、TiO2、Si3N4、ZnS或CaF2等材料。
上述的n型被定義為第一導(dǎo)電類型，而p型被定義為第二導(dǎo)電類型。
上述透明ZnO導(dǎo)電層111的透光率最高可達(dá)90％，且電阻也在可用的范圍內(nèi)(約為1.6×10-3Ωcm2)。為了要降低透明ZnO導(dǎo)電層111的接觸電阻(specificcontact resistance，SCR)，薄金屬層120Ni/Au需經(jīng)回火的熱處理。Ni/Au/ZnO層的熱處理有兩種。第一種方式在氮?dú)獾沫h(huán)境下，以500℃的高溫回火Ni/Au/ZnO層5分鐘。因?yàn)镹i/Au層的晶粒在回火的過程中長到20nm，上述的第一種熱處理方式后，ZnO層被發(fā)現(xiàn)有龜裂現(xiàn)象。因此，Ni/Au層成長的晶粒會形成一不平整的面，而致使Ni/Au層上的ZnO層破裂。第二種熱處理方式是先回火Ni/Au層，再將ZnO層鍍在回火后的Ni/Au層上。以下的實(shí)施例就是針對以具有Ni/Au/ZnO層的p型砷化鎵所做的模擬及實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)條件Ni(5nm)/Au(5nm)層通過蒸鍍(thermal evaporation)形成于p型砷化鎵上。根據(jù)霍爾測量，p型砷化鎵電子濃度和霍爾移動率分別為2.2×1017cm-3及11cm2/Vs。接觸電阻(specific contact resistance，SCR)通過閉路傳送線法(circular transmission line method，CTLM)測量。以500℃的高溫回火Ni/Au層5分鐘后，ZnO層通過在雙離子束濺射系統(tǒng)(dual ion beam sputtering system)上加Zn靶材鍍在Ni/Au層上。制造過程參數(shù)列在下表1中。當(dāng)通入制造反應(yīng)室的氧氣流量是6sccm時(shí)，可以形成一低電阻(7.7×10-3Ωcm2)、高透光率(90％)的ZnO層。
表1濺鍍ZnO層的制造過程條件

鑒于ZnO層龜裂的問題，進(jìn)而提出采用上述第2種方式來制造Ni/Au/ZnO層，而且實(shí)驗(yàn)證明ZnO層并無破裂的情形發(fā)生。因此，ZnO層得以證明非常適用于p型砷化鎵上。
圖4是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的具有Ni/Au和Ni/Au/ZnO層結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖中的虛線表示模擬的數(shù)據(jù)，實(shí)線表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了使模擬和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以契合，透光率的刻度(Scale)已經(jīng)過調(diào)整。參照曲線4(a)，使用上述第2種熱處理方式，Ni/Au層(波長470nm)所模擬透光率是57％；參照曲線4(b)，其回火后透光率的實(shí)驗(yàn)值為75％。兩者(曲線4(a)和4(b))之間的差異主要因?yàn)镹i/Au層表面晶格的變化。參照曲線4(d)，在沉積ZnO層后，透光率的模擬值提升到90％。根據(jù)模擬的數(shù)據(jù)，增加ZnO層后的透光率增加20％，而實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示實(shí)際透光率只增加15％，因?yàn)槟M時(shí)并未將Ni/Au層表面晶格變化的因素考慮在內(nèi)。
由上述本發(fā)明較佳實(shí)施例可知，應(yīng)用本發(fā)明所提出的Ni/Au/ZnO透明導(dǎo)電層，可將p型砷化鎵在波長450nm-500nm的透光率提升到87％-90％。與已知的Ni/Au導(dǎo)電層相較，透光率的提升了15％。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例揭露如上，但它并不是用來限定本發(fā)明，任何熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以作各種的更改與潤飾，因此發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種具有氧化鋅接觸電極的發(fā)光二極管，包括一個(gè)透光絕緣基材(170)；一個(gè)第一GaN層(16)，形成于該透光絕緣基材(170)上作為一緩沖層；一個(gè)第一AlGaN層(15)，形成于該第一GaN層(16)上作為一下保護(hù)層；一個(gè)InGaN發(fā)光層(14)，形成于該第一AlGaN層(15)上；一個(gè)第二AlGaN層(13)，形成于該InGaN發(fā)光層(14)上作為一上保護(hù)層；一個(gè)第二GaN層(12)，形成于該第二AlGaN層(13)上作為一接觸層；一個(gè)金屬層(120)，形成于該第二GaN層(12)上作為一接觸層；一個(gè)透明ZnO導(dǎo)電層(111)，形成于該金屬層(120)上作為一電流分配及抗反射層；一個(gè)第一電極(18)，形成于該第一GaN層(16)部分暴露的區(qū)域；以及一個(gè)第二電極(10)，形成于該透明ZnO導(dǎo)電層(111)上。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)可以是Ni/Au、Ni/Cr、Pt或Ta。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)的厚度范圍是10到100埃。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的透光絕緣基材(170)可以是Al2O3、LiAlO2、LiGaO2或MgAl2O4。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于它還包含一個(gè)第二抗反射層(9)，形成于所述透明ZnO導(dǎo)電層(111)上。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的第二抗反射層(9)可以是SiO2、Al2O3、TiO2、Si3N4、ZnS或CaF2。
7.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)可以是Ni/Au、Ni/Cr、Pt或Ta。
8.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)的厚度范圍是10到100埃。
9.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的透光絕緣基材(170)可以是Al2O3、LiAlO2、LiGaO2或MgAl2O4。
10.一種具有氧化鋅接觸電極的發(fā)光二極管，包括一個(gè)第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基材(171)；一個(gè)第一GaN層(16)，形成于該第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基材(171)上作為一緩沖層；一個(gè)第一AlGaN層(15)，形成于該第一GaN層(16)上作為一下保護(hù)層；一個(gè)InGaN發(fā)光層(14)，形成于該第一AlGaN(15)層上；一個(gè)第二AlGaN層(13)，形成于該InGaN發(fā)光層(14)上作為一上保護(hù)層；一個(gè)第二GaN層(12)，形成于該第二AlGaN層(13)上作為一接觸層；一個(gè)金屬層(120)，形成于該第二GaN層(12)上作為一接觸層；一個(gè)透明ZnO導(dǎo)電層(111)，形成于該金屬層(120)上作為一電流分配及抗反射層；一個(gè)第一電極(18)，形成于該第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基材(171)下方；以及一個(gè)第二電極(10)，形成于該透明ZnO導(dǎo)電層(111)上。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)可以是Ni/Au、Ni/Cr、Pt或Ta。
12.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)的厚度范圍是10到100埃。
13.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的第一導(dǎo)電類型基材(171)可以是SiC、GaAs、Si或ZnO。
14.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，其特征在于它還包括一第二抗反射層(9)，形成于所述的透明ZnO導(dǎo)電層(111)上。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的第二抗反射層(9)可以是SiO2、Al2O3、TiO2、Si3N4、ZnS或CaF2。
16.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)可以是Ni/Au、Ni/Cr、Pt或Ta。
17.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的金屬層(120)的厚度范圍是10到100埃。
18.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的第一導(dǎo)電類型基材(171)可以是SiC、GaAs、Si或ZnO。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有氧化鋅接觸電極的發(fā)光二極管，將一種透明導(dǎo)電薄膜濺鍍于電極和發(fā)光二極管之間，使得電流傳導(dǎo)的更均勻、減低面電阻及增加某特定波長的透光率。在本發(fā)明中提出一種特別適用于GaN發(fā)光二極管的氧化鋅透明導(dǎo)電層。Ni/Au/ZnO接觸電極經(jīng)實(shí)驗(yàn)得知較已知的Ni/Au接觸電極具有較佳的透光率。Ni/Au/ZnO接觸電極最佳的透光率可達(dá)90％。
文檔編號H01L33/00GK1691358SQ20041003109
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者王望南 申請人:華宇電腦股份有限公司