專利名稱：氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，特別是由p型被覆層的氮化鋁銦(AlxIn1-xN)材料達成晶格常數(shù)與氮化鎵(GaN)材料相匹配目的，以避免磊晶不良的特性。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的氮化銦鎵(InGaN)/氮化鎵(GaN)多重量子井發(fā)光二極管(MQW LEDs)結(jié)構(gòu)，是以p型氮化鋁鎵(AlGaN)為被覆層(cladding layer)，包覆并保護氮化銦鎵(InGaN)活性發(fā)光層。然而，實際操作上的觀察發(fā)現(xiàn)，其存在許多缺點，現(xiàn)列舉最嚴重的兩種如下首先，由于其晶格常數(shù)與氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井結(jié)構(gòu)差距甚大，非常容易因為壓電場效應(yīng)(piezo-electrical field effect)造成機械應(yīng)力過大，進而影響磊晶本身的發(fā)光特性，甚至破壞磊晶本身。其次，被覆層氮化鋁鎵(AlGaN)須在1000℃以上成長才可得到較佳的磊晶特性，而活性發(fā)光層氮化銦鎵(InGaN)/氮化鎵(GaN)多重量子井成長溫度約攝氏700度到850度，因此，當(dāng)活性發(fā)光層稍后溫度升高到1000℃以上時，會使其本身低溫成長的多重量子井結(jié)構(gòu)易遭破壞，從而影響該發(fā)光二極管(MQWLEDs)結(jié)構(gòu)的發(fā)光效率。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述問題，本發(fā)明揭示利用晶格常數(shù)相匹配的技術(shù)，制作氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，相較于現(xiàn)有技術(shù)制作氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的缺點，獲得多種改進。
圖1顯示III族氮化物(III-nitride)材料應(yīng)用在發(fā)光二極管上的晶格匹配線。由于其III族氮化物具有寬能隙的特性(Eg(AlN)＝6.3eV；Eg(GaN)＝3.4eV；Eg(InN)＝0.7eV)，波長涵蓋范圍從紫外光到紅光，氮化鎵(GaN)的晶格常數(shù)a0為3.18埃(A)，由圖1可以闡明本發(fā)明的技術(shù)思想。
本發(fā)明的目的在于，采用氮化鋁銦(AlxIn1-xN)材料時，可達成其晶格常數(shù)與氮化鎵(GaN)材料相匹配目的，避免因磊晶成長時，產(chǎn)生的應(yīng)力過大進而造成磊晶不良的特性。再者，圖1也清楚表明本發(fā)明的另一目的，因為氮化鋁銦(AlxIn1-xN)材料的能隙較氮化鎵(GaN)材料大，若作為p型被覆層可防止電子溢流(overflow)，從而增加電子電動對在發(fā)光層結(jié)合的機率，具良好電特性，并且以氮化鋁銦(AlxIn1-xN)作為p型被覆層時，因其具有寬能隙特性，所以可有效對光子作局限(confinement)，最終能提升發(fā)光效率。本發(fā)明的第三目的，是氮化鋁銦(AlxIn1-xN)被覆層成長溫度比已知技術(shù)p型氮化鋁鎵(AlGaN)被覆層的成長溫度低，故可保護氮化銦鎵(InGaN)活性發(fā)光層，從而提升組件的發(fā)光效率。
為了更清楚地說明本發(fā)明的目的及優(yōu)點，以下將由具體實施例并配合圖式進行詳細描述。


圖1顯示III族氮化物(III-nitride)材料應(yīng)用在發(fā)光二極管上的晶格匹配線。
圖2是根據(jù)本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第一實施例。
圖3是根據(jù)本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第二實施例。
圖4是根據(jù)本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第三實施例。
圖5是根據(jù)本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第四實施例。
圖中11 基板12 緩沖層13 n型氮化鎵層 14 活性發(fā)光層15 p型被覆層 16 接觸層17 電極層 21 基板22 緩沖層 23 n型氮化鎵層24 活性發(fā)光層 25 p型被覆層26 接觸層 27 電極層31 基板32 緩沖層33 n型氮化鎵層 34 活性發(fā)光層35 雙重被覆層 36 接觸層37 電極層 351 第一被覆層
352 第二被覆層41 基板42 緩沖層43 n型氮化鎵層44 活性發(fā)光層45 雙重被覆層46 接觸層47 電極層451 第一被覆層452 第二被覆層具體實施方式
圖2是根據(jù)本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第一實施例。
本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第一實施例，其包含基板11，緩沖層(buffer layer)12，n型氮化鎵(GaN)層13，活性發(fā)光層14，p型被覆層15，及接觸層16。
基板11，其材質(zhì)為氧化鋁單晶(Sapphire)。位于基板11上的緩沖層(buffer layer)12，其材質(zhì)是氮化鋁鎵銦(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1。n型氮化鎵(GaN)層13位于緩沖層12上。位于n型氮化鎵(GaN)層13上的活性發(fā)光層14，其材質(zhì)為氮化銦鎵(InGaN)。位于活性發(fā)光層14上的p型被覆層15，其材質(zhì)為鎂摻雜(Mg-doped)氮化鋁銦(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1。p型被覆層15的厚度介于50埃到3000埃。p型被覆層15的成長溫度介于攝氏600度到1200度。
位于p型被覆層15上的接觸層16，其材質(zhì)是鎂摻雜(Mg-doped)p型氮化鎵(GaN)。
本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第一實施例，進一步地可包含一電極層17，位于接觸層16或n型氮化鎵(GaN)層13上。
圖3是根據(jù)本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第二實施例。
本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第二實施例，其包含基板21，緩沖層(buffer layer)22，n型氮化鎵(GaN)層23，活性發(fā)光層24，p型被覆層(cladding layer)25及接觸層26。
基板21，其材質(zhì)為氧化鋁單晶(Sapphire)。位于基板21上的緩沖層(buffer layer)22，其材質(zhì)是氮化鋁鎵銦(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1。n型氮化鎵(GaN)層23位于緩沖層22上。位于n型氮化鎵(GaN)層23上的活性發(fā)光層24，其材質(zhì)是氮化銦鎵(InGaN)。p型被覆層(claddinglayer)25位于活性發(fā)光層24上，p型被覆層25的材質(zhì)系鎂(Mg)和鎵(Ga)共同摻雜氮化鋁銦(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1。p型被覆層(cladding layer)25厚度介于50埃到3000埃，成長溫度介于攝氏600度到1200度。
本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第二實施例，進一步地可包含一電極層27，位于接觸層26或n型氮化鎵(GaN)層23上。
圖4是根據(jù)本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第三實施例。
本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第三實施例，其包含基板31，緩沖層(buffer layer)32，n型氮化鎵(GaN)層33，活性發(fā)光層34，雙重被覆層(double cladding layer)35，及接觸層36。
基板31，其材質(zhì)是氧化鋁單晶(Sapphire)。位于基板31上的緩沖層(buffer layer)32，其材質(zhì)是氮化鋁鎵銦(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1。n型氮化鎵(GaN)層33位于緩沖層32上。位于n型氮化鎵(GaN)層33上的活性發(fā)光層34，其材質(zhì)是氮化銦鎵(InGaN)。位于活性發(fā)光層34上的雙重被覆層(double cladding layer)35，其包含第一被覆層(firstcladding layer)351，及第二被覆層(second cladding layer)352。位于活性發(fā)光層34上的第一被覆層(first cladding layer)351，其材質(zhì)是鎂(Mg)和鎵(Ga)共同摻雜氮化鋁銦(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1。第一被覆層351厚度介于50埃()到3000埃()間，且成長溫度介于攝氏600度到攝氏1200度之間。位于第一被覆層351上的第二被覆層(second claddinglayer)352，其材質(zhì)是鎂(Mg)摻雜氮化鋁銦(Al1-zInzN)，其中0≤Z＜1。第二被覆層352厚度介于50埃()到3000埃()間，且成長溫度介于攝氏600度到攝氏1200度之間。
位于雙重被覆層35上的接觸層36，其材質(zhì)是鎂摻雜(Mg-doped)p型氮化鎵(GaN)。
本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第三實施例，進一步地可包含一電極層37，位于接觸層36或n型氮化鎵(GaN)層33上。
圖5是根據(jù)本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第四實施例。
本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第四實施例，其包含基板41，緩沖層42，n型氮化鎵(GaN)層43，活性發(fā)光層44，雙重被覆層45，及接觸層46。
基板41，其材質(zhì)是氧化鋁單晶。位于基板41上的緩沖層42，其材質(zhì)系氮化鋁鎵銦(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1。n型氮化鎵(GaN)層43位于緩沖層42上。位于n型氮化鎵(GaN)層43的活性發(fā)光層44，其材質(zhì)為氮化銦鎵(InGaN)。位于活性發(fā)光層44上的雙重被覆層45，其包含第一被覆層451與第二被覆層452。位于活性發(fā)光層44上的第一被覆層451，其材質(zhì)是鎂(Mg)摻雜p型氮化鋁銦(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1。第一被覆層451厚度介于50()到3000()之間，且成長溫度介于攝氏600度到攝氏1200度之間。位于第一被覆層451上的第二被覆層452，其材質(zhì)系鎂(Mg)和鎵(Ga)共同摻雜氮化鋁銦(Al1-zInzN)，其中0≤Z＜1。第二被覆層452厚度介于50()到3000()間，且成長溫度介于攝氏600度到攝氏1200度間。
位于雙重被覆層45上的接觸層，其材質(zhì)是鎂(Mg)摻雜氮化鋁銦(Al1-xInxN)p型氮化鎵(GaN)，其中0≤X＜1。
本發(fā)明氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第四實施例，進一步地可包含一電極層47，位于接觸層46或n型氮化鎵(GaN)層43上。
本文以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍，任何其它凡不脫離本發(fā)明所揭示的精神而完成的改變或修飾，均應(yīng)屬本發(fā)明的申請專利范圍。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其包含基板，其材質(zhì)是氧化鋁單晶；緩沖層，其材質(zhì)是氮化鋁鎵銦(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1且位于該基板上；n型氮化鎵層位于該緩沖層上；活性發(fā)光層，其材質(zhì)是氮化銦鎵，位于該n型氮化鎵層上；p型被覆層，其材質(zhì)是鎂摻雜氮化鋁銦(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1且位于該活性發(fā)光層上；及接觸層，其材質(zhì)是鎂摻雜p型氮化鎵，位于該p型被覆層上。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中該p型被覆層的厚度介于50埃到3000埃。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中該p型被覆層的成長溫度介于攝氏600度到1200度。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，進一步地包含一電極層，其位于該接觸層或該n型氮化鎵層上。
5.一種氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其包含基板，其材質(zhì)是氧化鋁單晶；緩沖層，其材質(zhì)是氮化鋁鎵銦(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1，且位于該基板上；n型氮化鎵層位于該緩沖層上；活性發(fā)光層，其材質(zhì)是氮化銦鎵，位于該n型氮化鎵層上；p型被覆層位于該活性發(fā)光層上，該p型被覆層的材質(zhì)是鎂和鎵共同摻雜氮化鋁銦(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1；及接觸層，其材質(zhì)是鎂摻雜p型氮化鎵，位于該p型被覆層上。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中該p型被覆層厚度介于50埃到3000埃。
7.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中該p型被覆層成長溫度介于攝氏600度到1200度。
8.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，進一步地包含一電極層，其位于該接觸層或該n型氮化鎵層上。
9.一種氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其包含基板，其材質(zhì)是氧化鋁單晶；緩沖層，其材質(zhì)是氮化鋁鎵銦(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1，且位于該基板上；n型氮化鎵層位于該緩沖層上；活性發(fā)光層，其材質(zhì)是氮化銦鎵，位于該n型氮化鎵層上；雙重被覆層，位于該活性發(fā)光層上，其包含第一被覆層，其材質(zhì)是鎂和鎵共同摻雜氮化鋁銦(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1，位于該活性發(fā)光層上；及第二被覆層，其材質(zhì)是鎂摻雜氮化鋁銦(Al1-zInzN)，其中0≤Z＜1，位于該第一被覆層上；及接觸層，其材質(zhì)是鎂摻雜p型氮化鎵，位于該雙重被覆層上。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，該第一被覆層厚度介于50埃()到3000埃()之間，且成長溫度介于攝氏600度到攝氏1200度之間。
11.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，該第二被覆層厚度介于50埃()到3000埃()之間，且成長溫度介于攝氏600度到攝氏1200度之間。
12.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，進一步地包含一電極層，其位于該接觸層或該n型氮化鎵層上。
13.一種氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其包含基板，其材質(zhì)是氧化鋁單晶；緩沖層，其材質(zhì)是氮化鋁鎵銦(Al1-x-yGaxInyN)，其中0≤X＜1，0≤Y＜1，且位于該基板上；n型氮化鎵層位于該緩沖層上；活性發(fā)光層，其材質(zhì)是氮化銦鎵，位于該n型氮化鎵層上；雙重被覆層，位于該活性發(fā)光層上，其包含第一被覆層，其材質(zhì)是鎂摻雜p型氮化鋁銦(Al1-xInxN)，其中0≤X＜1，且位于該活性發(fā)光層上；及第二被覆層，其材質(zhì)是鎂和鎵共同摻雜氮化鋁銦(Al1-zInzN)，其中0≤Z＜1，且位于該第一被覆層上；及接觸層，其材質(zhì)是鎂摻雜氮化鋁銦(Al1-xInxN)p型氮化鎵，其中0≤X＜1，位于該雙重被覆層上。
14.如權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，該第一被覆層厚度介于50埃()到3000埃()之間，且成長溫度介于攝氏600度到攝氏1200度之間。
15.如權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，該第二被覆層厚度介于50埃()到3000埃()之間，且成長溫度介于攝氏600度到攝氏1200度之間。
16.如權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，進一步地包含一電極層，其位于該接觸層或該n型氮化鎵層上。
全文摘要
本發(fā)明揭示了利用晶格常數(shù)匹配技術(shù)制作的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用氮化鋁銦(Al
文檔編號H01L33/00GK1747186SQ200410073928
公開日2006年3月15日 申請日期2004年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月6日
發(fā)明者武良文, 涂如欽, 游正璋, 溫子稷, 簡奉任 申請人:璨圓光電股份有限公司