專利名稱：氮化物半導(dǎo)體led的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，GaN-基氮化物半導(dǎo)體被應(yīng)用于藍(lán)綠發(fā)光二極管(LED) 的光學(xué)器件和作為高速開關(guān)和高功率器件例如MESFET和HEMT 的電子器件。特別地，藍(lán)綠LED被大規(guī)模生產(chǎn)，并且其全球銷量正 在呈指數(shù)增長。
這種GaN-基氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管主要生長在藍(lán)寶石襯底或 SiC襯底上。接著，在藍(lán)寶石襯底或SiC襯底上于低生長溫度下生 長多晶AlyGaLyN薄膜作為緩沖層。之后，在高溫下在緩沖層上形成 未摻雜的GaN層、硅(Si)摻雜的N-GaN層或具有其組合結(jié)構(gòu)的 N-GaN層。在GaN層上形成鎂(Mg)摻雜的P-GaN層以完成氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光二極管。發(fā)光層(多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層)夾在N-GaN 層和P-GaN層之間。
P-GaN層通過在其晶體生長中摻雜鎂(Mg)原子而形成。摻雜 的Mg原子應(yīng)該替代鎵(Ga )，由此使GaN層能夠用作P-GaN層， 但是其與從載氣和源釋放的氫氣結(jié)合，從而在GaN結(jié)晶層中形成 Mg-H組合物并成為具有約10Mft的高電阻的材料。
因此，為了在形成PN結(jié)發(fā)光二極管之后分離Mg-H組合物和用 鎵(Ga)替代Mg原子，需要后續(xù)活化過程。然而，該發(fā)光二極管 的缺點在于在活化過程中對發(fā)光有貢獻的載流子數(shù)目為約1017/cm3， 這大大低于1019/cm3以上的Mg原子濃度，因此很難形成電P且接觸。
為了改善這一缺點，提出一種使用極薄的抗透射金屬材料來降低
6接觸電阻的方法，由此提高電流注入的效率。然而，用于降低接觸
電阻的薄抗透射金屬通常具有約75%到80%的光透射率，其余成為損失。此外，為了提高內(nèi)部量子效率，如果不改進發(fā)光二極管的設(shè)計以;SJL光層和P-GaN層的結(jié)晶度，則在氮化物半導(dǎo)體自身的晶體
生長中對于提高光輸出存在限制。
此外，在上iiiC光二極管的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)對N-GaN層和P-Gan層施加偏壓電壓時，電子和空穴被注入N-型和P-型氮化物半導(dǎo)體層中，并在發(fā)光層中重新結(jié)合，由此發(fā)光。在此，缺點在于發(fā)光二極管發(fā)射的光在P-GaN層和接觸層的邊界處再次被部分反射回內(nèi)部，由此降低光輸出
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
本發(fā)明的目的是提供一種具有在結(jié)晶度、光輸出和可靠性上得到改善的有源層的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制造方法。
技術(shù)方案
為了實現(xiàn)這些和其它優(yōu)點并符合本發(fā)明的目的，如所具體而廣泛描述的，提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包括襯底；形成在所述襯底上的緩沖層；形成在所述緩沖層上的In-摻雜的GaN層；形成在所述In-摻雜的GaN層上的第一電極層；形成在所述第一電極層上的InxGa^N層；形成在所述Ii^Ga^N層上的有源層；形成在所述有源層上的第一 P-GaN層；形成在所述第一 P-GaN層上的第二電極層；部分突出在所述第二電極層上的第二 P-GaN層；和形成在所述第二 P-GaN層上的第三電極層。
所述第二和第三電極層利用其銦含量順序變動的超梯度(supergrading ) IiixGa^N層、InGaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)層、或InGaN/AlInGaN超晶格結(jié)構(gòu)層形成。
第二電極層和/或第三電極層還具有被施加偏壓電壓的透明電極。
所述透明電極由透明金屬氧化物或抗透射金屬形成，并且選自氧化銦錫(ITO )、氧化鋅(ZnO )、氧化銥(IrOx )、氧化釕(RuOx )、氧化鎳(NiO )和含鎳的金(Au)合金。
7在本發(fā)明的另 一方面，提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包括 襯底；形成在所述襯底上的緩沖層；形成在所述緩沖層上的In-摻雜 的GaN層；形成在所述In-摻雜的GaN層上的第一電極層；形成在 所述第一電極層上的第一 IiixGa^N層；形成在所述第一 Ii^Ga^N 層上的有源層；形成在所述有源層上的P-GaN層；和形成在所述 P-GaN層上并具有順序變動的銦含量的^梯度第二 N-InxGai-xN層。
在本發(fā)明的又一方面，提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包括 襯底；形成在所述襯底上的緩沖層；形成在所述緩沖層上的In-摻雜 的GaN層；形成在所述In-摻雜的GaN層上的第一電極層；形成在 所述第一電極層上的IiixGa^N層；形成在所述Ii^Ga^N層上的有 源層；形成在所述有源層上的P-GaN層；和形成在所述P-GaN層 上的InGaN/AlInGaN超晶格結(jié)構(gòu)層。
在本發(fā)明的再一方面，提供一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的 方法，該方法包括在襯底上形成緩沖層；在所述緩沖層上形成In-摻雜的GaN層；在所述In-摻雜的GaN層上形成第一電極層；在所 述第一電極層上形成第一 InxGa^N層；在所述第一 Ii^Ga^N層上 形成有源層；在所述有源層上形成第一 P-GaN層；在所述第一 P-GaN 層上形成第二電極層；和在所述第二電極層上形成部分突出的第二 P-GaN層和第三電極層。
本發(fā)明還涉及以下技術(shù)方案。
1. 一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含 襯底；
形成在所述襯底上的緩沖層； 形成在所述緩沖層上的In-摻雜的GaN層； 形成在所述In-摻雜的GaN層上的第一電極層； 形成在所述第一電極層上的IiixGa^N層； 形成在所述IiixGa^N層上的有源層； 形成在所述有源層上的第一 P-GaN層； 形成在所述第一 P-GaN層上的第二電極層； 部分突出在所述第二電極層上的第二 P-GaN層；和形成在所述第二 P-GaN層上的第三電極層。
2. 根據(jù)技術(shù)方案1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中利用AlInN/GaN分層結(jié)構(gòu)、InGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)、Ii^Ga^N/GaN分層結(jié)構(gòu)和AlxInyGa^+y)N/InxGa^N/GaN分層結(jié)構(gòu)中的所選其一來形成所述緩沖層。
3. 根據(jù)技術(shù)方案1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第 一 電極層是硅和銦共摻雜的GaN層。
4. 根據(jù)技術(shù)方案1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中在所述InxGaLXN層之下和之上還分別形成第一 SiNx簇層和第二 SiNx簇層。
5. 根據(jù)技術(shù)方案4的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第 一和第二 SiNx簇層形成為具有原子尺度的厚度。
6. 根據(jù)技術(shù)方案1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述有源層具有由IiiyGa^N阱層/InzGa^N勢壘層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)或單量子阱結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)技術(shù)方案1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述有源層具有由阱層和勢壘層構(gòu)成的單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)，還在構(gòu)成所述有源層的所述阱層和所述勢壘層之間形成SiNx簇層。
8. 根據(jù)4支術(shù)方案6的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中還在構(gòu)成所述有源層的所述InyGaLyN阱層和所述IiizGa^N勢壘層之間形成SiNx簇層。
9. 根據(jù)技術(shù)方案6的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中還在構(gòu)成所述有源層的所述InyGa^yN阱層和所述InzGa^N勢壘層之間形成GaN覆蓋層。
10. 根據(jù)技術(shù)方案1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中還在所述有源層和所述第一 P-GaN層之間形成SiNx蔟層。
11. 根據(jù)技術(shù)方案7的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述SiNx簇層形成為具有原子尺度的厚度。
12. 根據(jù)技術(shù)方案8的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述SiNx簇層形成為具有原子尺度的厚度。13. 根據(jù)技術(shù)方案10的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述SiNx簇 層形成為具有原子尺度的厚度。
14. 根據(jù)技術(shù)方案6的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中摻雜到所述 IiiyGa^N阱層/所述InzGai_zN勢壘層的銦含量和摻雜到所述 InxGai_xN層中的銦含量分別具有0<x<0.1、 0<y<0.35和0<z<0.1的 值。
15. 根據(jù)技術(shù)方案1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第一 P-GaN層具有摻雜在其中的鎂(Mg )。
16. 根據(jù)技術(shù)方案1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第二電極 層和/或所述第三電極層是其銦含量順序變動的超梯度InxGai-xN層。
17. 根據(jù)技術(shù)方案16的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述超梯度 InxGaLXN層具有0<x<0.2的范圍。
18. 根據(jù)技術(shù)方案1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第二電極 層和/或所述第三電極層具有InGaN/InGaN或InGaN/AlInGaN超晶 格結(jié)構(gòu)。
19. 根據(jù)技術(shù)方案1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第二電極 層和/或所述第三電極層具有摻雜在其中的硅(Si)。
20. 根據(jù)技術(shù)方案1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述InxGai_xN 層是具有低銦含量的低摩爾InxGa^N層。
21. 根據(jù)技術(shù)方案1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述電極層是 N-型氮化物半導(dǎo)體。
22. 根據(jù)技術(shù)方案1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第二電極 層和/或所述第三電極層還具有電極。
23. 根據(jù)技術(shù)方案22的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述電極由 透射金屬氧化物或抗透射金屬形成。
24. 4艮據(jù)技術(shù)方案23的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述透射金 屬氧化物由氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銥(IrOx)、氧 化釕(RuOx)和氧化鎳(MO)中的所選其一形成。
25. 根據(jù)技術(shù)方案23的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述抗透射金屬由錯(Ni)的金(Au)合金形成。
26. 根據(jù)技術(shù)方案22的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述電極形成在所述第二電極層和所述第三電極層上。
27. —種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含襯底；
形成在所述襯底上的緩沖層；形成在所述緩沖層上的In-摻雜的GaN層；形成在所述In-摻雜的GaN層上的第一電極層；形成在所述第一電極層上的第一 InxGa^N層；形成在所述第一 InxGai—xN層上的有源層；形成在所述有源層上的P-GaN層；和
形成在所述P-GaN層上并具有順序變動的銦含量的超梯度第二N-InxGatxN層。
28. 根據(jù)技術(shù)方案27的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中利用AlInN/GaN分層結(jié)構(gòu)、InGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)、InxGa^N/GaN分層結(jié)構(gòu)和AlJnyGaL(x+y)N/InxGaLxN/GaN分層結(jié)構(gòu)中的所選其一來形成所述緩沖層。
29. 根據(jù)技術(shù)方案27的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述InxGaLxN層是具有低銦含量的低摩爾IiixGa^N層。
30. 根據(jù)技術(shù)方案27的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第一電極層是硅和銦共摻雜的GaN層。
31. 根據(jù)技術(shù)方案27的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中在所述IiixGa^N層之下和之上還分別形成第一 SiNx簇層和第二 SiNx簇層。
32. 根據(jù)技術(shù)方案27的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述有源層具有由InyGai_yN阱層/InzGauN勢壘層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)或單量子阱結(jié)構(gòu)。
33. 根據(jù)技術(shù)方案27的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述有源層具有由阱層和勢壘層構(gòu)成的單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)，還在構(gòu)成所述有源層的所述阱層和所述勢壘層之間形成SiNx簇層。34. 根據(jù)技術(shù)方案32的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中還在構(gòu)成所 述有源層的所述InyGaLyN阱層和所述InzGa^N勢壘層之間形成 GaN覆蓋層。
35. 根據(jù)技術(shù)方案27的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中還在所述有 源層和所述P-GaN層之間形成SiNx簇層。
36. 根據(jù)技術(shù)方案32的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中摻雜到所述 InyGa^yN阱層/所述InzGaLZN勢壘層的銦含量和摻雜到所述第一 IiixGa^N層中的銦含量分別具有0<x<0.1、 0<y<0.35和0<z<0.1的 值。
37. —種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含
襯底；
形成在所述襯底上的緩沖層；
形成在所述緩沖層上的In-摻雜的GaN層；
形成在所述In-摻雜的GaN層上的第一電極層；
形成在所述第一電極層上的InxGa^N層；
形成在所述Ii^Ga^N層上的有源層；
形成在所述有源層上的P-GaN層；和
形成在所述P-GaN層上的InGaN/AlInGaN超晶格結(jié)構(gòu)層。
38. 根據(jù)技術(shù)方案37的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中利用 AlInN/GaN分層結(jié)構(gòu)、InGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)、InxGa^N/GaN分 層結(jié)構(gòu)和AlxInyGa^+y)N/InxGa^N/GaN分層結(jié)構(gòu)中的所選其一來 形成所述緩沖層。
39. 根據(jù)技術(shù)方案37的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述 InxGakN層是具有低銦含量的低摩爾InxGai_xN層。
40. 根據(jù)技術(shù)方案37的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第一電 極層是珪和銦共摻雜的GaN層。
41. 根據(jù)技術(shù)方案37的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中在所述 IiixGa^N層之下和之上還分別形成第一 SiNx簇層和第二 SiNx簇層。
42. 根據(jù)技術(shù)方案37的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述有源層具有由InyGai_yN阱層/InzGa^N勢壘層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)或單量 子阱結(jié)構(gòu)。
43. 根據(jù)技術(shù)方案37的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述有源層 具有由阱層和勢壘層構(gòu)成的單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)，還在構(gòu) 成所述有源層的所述阱層和所述勢壘層之間形成SiNx簇層。
44. 根據(jù)技術(shù)方案42的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中還在構(gòu)成所 述有源層的所述IiiyGa^yN阱層和所述InzGahZN勢壘層之間形成 GaN覆蓋層。
45. 根據(jù)技術(shù)方案37的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中還在所述有 源層和所述P-GaN層之間形成SiNx簇層。
46. 根據(jù)技術(shù)方案42的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中摻雜到所述 IiiyGa^yN阱層/所述InzGa^N勢壘層的銦含量和摻雜到所述第一 InxGaLxN層中的銦含量分別具有0<x<0.1、 0<y<0.35和0<z<0.1的 值。
47. —種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的方法，該方法包括 在襯底上形成緩沖層；
在所述緩沖層上形成In-摻雜的GaN層； 在所述In-摻雜的GaN層上形成第一電極層； 在所述第一電極層上形成第一 IiixGa^xN層； 在所述第一 IiixGa^N層上形成有源層； 在所述有源層上形成第一 P-GaN層； 在所述第一 P-GaN層上形成第二電極層；和 在所述第二電極層上形成部分突出的第二 P-GaN層和第三電極層。
48. 根據(jù)技術(shù)方案47的方法，其中所述第一電^L^是硅和銦共摻雜 的GaN層。
49. 根據(jù)^L術(shù)方案47的方法，還包括在形成所述第一 IiixGa^xN 層之前和之后分別形成第一 SiNx簇層和第二 SiNx簇層。
50. 根據(jù)技術(shù)方案47的方法，其中所述有源層具有由InyGai_yN阱層
13/InzGai.zN勢壘層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)或單量子阱結(jié)構(gòu)。
51. 根據(jù)技術(shù)方案47的方法，其中所述有源層具有由阱層和勢壘層 構(gòu)成的單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)，還包括在形成構(gòu)成所述有 源層的所述阱層和所述勢壘層的步驟之間形成SiNx簇層。
52. 根據(jù)技術(shù)方案50的方法，還包括在形成構(gòu)成所述有源層的所 述lnyGa^N阱層和所述InzGa^N勢壘層的步驟之間形成GaN覆蓋 層。
53，根據(jù)技術(shù)方案47的方法，還包括在形成所述有源層和所述 P-GaN層的步驟之間形成SiNx蔟層。
54. 根據(jù)技術(shù)方案47的方法，其中所述第二電極層和/或所述第三電 極層是其銦含量順序變動的超梯度InxGa^N層。
55. 根據(jù)技術(shù)方案47的方法，其中所述第二電極層和/或所述第三電 極層具有InGaN/InGaN或InGaN/AlInGaN超晶格結(jié)構(gòu)。
56. 根據(jù)技術(shù)方案55的方法，其中所述第二電極層和/或所述第三電 極層具有摻雜在其中的硅(Si)。
57. 根據(jù)技術(shù)方案47的方法，其中形成所述第二 P-GaN層和所述第 三電極層包括
在所述第二電極層上部分形成絕緣膜，并且部分暴露出所述第二
在暴露的所述第二電極層上形成P-GaN層和第三電極層；和 移除所述絕緣膜。
58. 根據(jù)技術(shù)方案47的方法，還包括在形成所述第二P-GaN層和 所述第三電;feL^之后，在所述第二電極層上形成電極。
59. 根據(jù)技術(shù)方案58的方法，其中所述電極有透射金屬氧化物或抗 透射金屬形成。
60. 根據(jù)技術(shù)方案59的方法，其中所述透射金屬氧化物由氧化銦錫 (ITO )、氧化鋅(ZnO )、氧化銥(IrOx )、氧化釕(RuOx)和氧化
鎳(NiO)中的所選其一形成。
61. 根據(jù)技術(shù)方案59的方法，其中所述抗透射金屬由^ (Ni)的
14金(Au) ^r形成。
62.根據(jù)技術(shù)方案58的方法，其中所述電極形成在所述第二電極層
和所述第三電極層上。
有益的效果
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)點在于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的有源層可以在 結(jié)晶度、光輸出和可靠性方面得到改善。


圖1示意性說明根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光
二極管的分層結(jié)構(gòu)；
圖2示意性說明根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光
二極管的分層結(jié)構(gòu)；和
圖3示意性說明根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 二極管的分層結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。
圖1示意性說明根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 二極管的分層結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管l中，如圖1所示，在襯底
2上形成緩沖層4。緩沖層4可以形成為具有AlInN/GaN分層結(jié)構(gòu)、 IiixGa^N/GaN分層結(jié)構(gòu)和AlxInyGa^+y)N/ InxGa^N/GaN分層結(jié)構(gòu) 中的任意其一。
在緩沖層4上形成In-摻雜的GaN層6，并且在In-摻雜的GaN 層6上形成N-型第一電極層。N-型第一電極層可釆用其中同時摻雜 硅(Si)和銦(In)的Si-In共摻雜的GaN層8。
此外，在Si-In共摻雜的GaN層8上形成具有低銦含量的低摩 爾第一 IiixGa^N層10，并且在第一 IiixGa^N層10上形成發(fā)光有 源層12。有源層12可以提供為具有InGaN阱層/InGaN勢壘層的多 量子阱結(jié)構(gòu)或單量子阱結(jié)構(gòu)。其分層結(jié)構(gòu)將隨后參考圖3來更詳細(xì) 地描述。之后，在有源層12上形成第一P-GaN層14。第一P-GaN層14 可具有摻雜在其中的鎂。
在第一P-GaN層14上形成N-型第二電極層。N-型第二電極層 可采用其能帶隙通過順序改變銦組成來控制的超梯度N-InxGai-xN 層16。超梯度N- InxGa^N層16可形成為具有0到0.2的組成范圍 (x)。
考慮到第一電極層8和第二電極層16均由N-型GaN形成，并 且其間插入有第一 GaN層14，因此本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極 管可被分析為具有不同于相關(guān)技術(shù)的PN結(jié)發(fā)光二極管的NPN結(jié)發(fā) 光二極管結(jié)構(gòu)。
第二 P-GaN層18部分形成在超^梯度N-InxGaLxN層16上，具 有突出的凸起形狀，并且作為第三電極層的N-InxGa^N層20形成 在第二 P-GaN層18上。第二 P-GaN層18和第三電極層20與第一 P-GaN層14和第二電極層具有相同的或相似的結(jié)構(gòu)，并且可以通過 以下制造方法形成。
換言之，首先，在超梯度N-InxGa^N層16上部分形成絕緣膜 以部分暴露出超梯度N-InxGa^N層16。之后，在暴露的超梯度 N國InxGaLxN層16上形成第二 P-GaN層18和N-IiixGa^N層20。接 著，移除所述絕緣膜。
此時，利用各種類型的絕緣膜選擇性實施掩蔽，并且可以再次在 第二電極層16上生長N/P氮化物半導(dǎo)體20和18以具有各種類型的 尺寸、形狀和深度。根據(jù)本發(fā)明，可以通過選擇性移除用絕緣膜掩 蔽的部分并在發(fā)光二極管表面上形成鋸齒狀部分(凸起部分)來提 高外部量子效率。
在相關(guān)技術(shù)的PN結(jié)發(fā)光二極管中，其表面被部分蝕刻和形成鋸 齒形狀(凸起形狀)。這種蝕刻技術(shù)的缺點在于導(dǎo)致P-GaN表面損 傷，并因此增大接觸電阻，從而降低電流注入效率和降低光輸出。 此外，其缺點在于當(dāng)施加大電流時，高接觸電阻導(dǎo)致生熱，因而導(dǎo) 致對器件可靠性的嚴(yán)重影響。
此外，用作第二和第三電極層的N-型氮化物半導(dǎo)體(例如，超 梯度N-IiixGa^N層16和20 )具有比相關(guān)技術(shù)的P-GaN接觸層更低的電阻，因此可以降低其接觸電阻，由此使電流注入最大化。此夕卜， 第二和第三電極層可以采用所有透光電極和不透光電極作為施加偏 壓電壓的電極。透光電極可以采用具有電流分布最大化和優(yōu)異的透 光性的抗透射金屬層或透射金屬-氧化物層，從而使光輸出最大化。
該材料可采用氧化銦錫(ITO )、氧化鋅(ZnO )、氧化銥(IrOx )、 氧化釕(RuOx )、氧化鎳(NiO )或含鎳(Ni)的金(Au )合金。 可以在第二電極層16和第三電極層20上形成電極。
圖2示意性說明根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 二極管的分層結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管21中，只有第二和第三電 極層不同于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管1中的第二和第三電M。因 此，以下將只描述第二和第三電極層。
換言之，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管21中，第一和第 二 InGaN/AlInGaN超晶格結(jié)構(gòu)層26和30形成為第二和第三電極 層。InGaN/AlInGaN超晶格結(jié)構(gòu)層還可以具有摻雜在其中的硅。
通過形成上述分層結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)N/P/N發(fā)光二極管。N/P/N發(fā) 光二極管在其表面上利用絕緣膜來選擇性掩蔽，只有N/P氮化物半 導(dǎo)體再次生長，并且隨后移除所述選擇性掩蔽的絕緣膜，由此完成 具有凸起(鋸齒)形狀的發(fā)光二極管。
雖然沒有在附圖中示出，但是第一和第二 InGaN/InGaN超晶格 結(jié)構(gòu)也可以形成為第二和第三電極層，并且也可以具有摻雜在其中 的硅。
因此，將參考圖3詳細(xì)描^fr根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二 極管31中采用的有源層的結(jié)構(gòu)。圖3示意性說明根據(jù)本發(fā)明第三實 施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的分層結(jié)構(gòu)。在圖3的分層結(jié)構(gòu) 中，將省略圖l的層(相同的附圖標(biāo)記指示)的描述。
如圖3所示，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管31具有含用于 控制有源層應(yīng)變的低銦含量的低摩爾InxGai-xN層10,以便提高外 部量子效率。此外，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管31在低摩爾 InxGa^N層10之下和之上還包括被控制在原子XJL上的第一 SiNx 簇層33和第二 SiNx簇層35，以便改善由于銦波動導(dǎo)致的背面漏電
17流和光輸出。
此外，發(fā)射光的有源層可以形成為具有由IHyG札yN阱層 /InzGai-zN勢壘層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)或單量子阱結(jié)構(gòu)。
圖3示出具有多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的實施例，所述多量子 阱結(jié)構(gòu)還包括分別夾在IiiyGa^yN阱層37和43與InzGai_zN勢壘層 41和47之間的SiNx簇層39和45。在此，IiiyGa^yN阱層/SiNx簇層 /InzGaLZN勢壘層還可以被控制成具有0<y<0.35和0<z<0.1的組成 比，從而提高有源層的發(fā)光效率?？紤]到與具有低銦含量的低摩爾 IiixGa^N層10的關(guān)系，摻雜到IiiyGa^N阱層37和43/IiizGaLzN 勢壘層41和47中的銦含量和摻雜到低^爾IiixGa^N層10中的銦 含量可以被控制成具有0<x<0.1、 0<y<0.35和0<z<0.1的值。
雖然在附圖中沒有示出，但是還可以在構(gòu)成有源層的IllyG^yN
阱層和IiizGa^N勢壘層之間形成用于控制IiiyGa^yN阱層的In波動 量的GaN覆蓋層。在此，發(fā)射光的阱層和勢壘層可以分別具有提供 InyGaLyN((Xy〈(U5)/GaN覆蓋層/InzGa^N ((Xz〈0.1)構(gòu)造的銦含量。
在生長具有單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層的最后一層 之后，再次在原子尺度厚度上生長SiNx層，由此抑制第一 P-GaN層 14的鎂(Mg)擴散到有源層中。
圖3示出第二電極層采用超梯度N-InxGanN層16的情況，但 是第二電極層還可以采用InGaN/AlInGaN超晶格結(jié)構(gòu)層或 InGaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)層。
雖然在以上實施方案中(圖1到3 )沒有示出，但是在部分蝕刻 直至氮化物半導(dǎo)體的第一電極層之后，在第一電極層上形成第一電 極層的電極(電極墊)，并且可以在第二或第三電極層上形成的透明 電極上也形成電極墊。
如上所述，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管中，可以應(yīng)用 N/P/N結(jié)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)以降低操作電壓，同時改善電流注入，由 此改善由于在相關(guān)技術(shù)的P/N結(jié)發(fā)光二極管中用作P-型電極層的 P-GaN層自身的高接觸電阻導(dǎo)致的電流集中現(xiàn)象。只有N/P結(jié)層利 用絕緣膜再次選擇性生長，并且在發(fā)光二極管表面上形成鋸齒狀部 分(凸起部分)，由此提高外部量子效率。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管是(N/P)/N/P/N結(jié)發(fā)光二極管，用于減少發(fā)生在部分蝕刻的相關(guān)技術(shù)的P-GaN層中的表面損傷以及其操作電壓、提高發(fā)光二極管的外部量子效率、通過再生長提供優(yōu)異的結(jié)晶度、和根本改善外部量子效率。
此外，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管具有包含由N-型氮化物半導(dǎo)體形成的第一電極層和第二電極層的結(jié)構(gòu)，并且尤其是改善第二電極層的接觸電阻，由此提高光輸出。
工業(yè)實用性
在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制造方法中，構(gòu)成氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的有源層在結(jié)晶度、光輸出和可靠性方面得到改善。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層；在所述有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層；和部分突出在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的第四半導(dǎo)體層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第二 導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第四半導(dǎo)體層是p-型半導(dǎo)體層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述第 二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上形成的所述第四半導(dǎo)體層下的第三導(dǎo)電半導(dǎo)體 層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第三 導(dǎo)電半導(dǎo)體層是其銦含量順序變動的超梯度InxGai_xN層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述第 四半導(dǎo)體層上的第五半導(dǎo)體層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第五 半導(dǎo)體層形成為與所述第三導(dǎo)電半導(dǎo)體層接觸并包含摻雜于其中 的N-型摻雜劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第一導(dǎo) 電半導(dǎo)體層是硅和銦共摻雜的GaN層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述第一 導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述有源層之間的InxGai_xN層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述第一 導(dǎo)電半導(dǎo)體層下的In-摻雜的半導(dǎo)體層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述第一 導(dǎo)電半導(dǎo)體層下的襯底和緩沖層中的至少 一個。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中利用選自 AlInN/GaN分層結(jié)構(gòu)、InGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)、InxGaLXN/GaN分 層結(jié)構(gòu)和AlxInyGa^+y)N/InxGa^N/GaN分層結(jié)構(gòu)中的一種來形成所述緩沖層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述 Ii^Ga^N層之下和之上分別形成的第一 SiNx蔟層和第二 SiNx簇層。
13. 才艮據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述有源 層包含阱層、在所述阱層上的勢壘層、以及在所述阱層和所述 勢壘層之間形成的第三SiNx簇層，所述阱層和所述勢壘層具有包含InyGa^yN阱層/InzGa^N勢壘 層的多量子阱結(jié)構(gòu)或單量子阱結(jié)構(gòu)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述 InyGaLyN阱層和所述InzGai.zN勢壘層之間形成的GaN覆蓋層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中摻雜到所 述InyGai.yN阱層/InzGa^N勢壘層中的錮含量和摻雜到所述 InxGa^N層中的銦含量分別具有0<x<0.1、 0<y<0.35和0<z<0.1的 值。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述有 源層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間形成的SiNx簇層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求4的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述超梯度 IiixGa! JV層具有0<x<0.2的范圍。
18. 根據(jù)權(quán)利要求5的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第三 半導(dǎo)體和/或所述第五半導(dǎo)體層具有InGaN/InGaN或InGaN/AlInGaN超晶格結(jié)構(gòu)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求8的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述 IiixGa^N層是具有低銦含量的低摩爾InxGai-xN層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述第 四半導(dǎo)體層上的電極。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述電極 由透射金屬氧化物或抗透射金屬形成。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述透射 金屬氧化物是選自氧化銦錫(ITO )、氧化鋅(ZnO )、氧化銥(IrOx )、氧化釕(RuOx)和氧化鎳(NiO)中的一種。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述抗透 射金屬是含鎳(Ni)的金(Au) M。
24. —種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含 第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層； 在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層； 在所述有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層；和 銦含量順序變動的超梯度半導(dǎo)體層。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所i^梯 度半導(dǎo)體層是具有0<x<0.2的范圍的InxGa^N層并包含摻雜于其中 的n-型摻雜劑。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含部分突出 在所述超梯度半導(dǎo)體層上的第四半導(dǎo)體層和在所述第四半導(dǎo)體層 上的第五半導(dǎo)體層。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第二 導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第五半導(dǎo)體層是其中摻雜p-型摻雜劑的。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第一 導(dǎo)電半導(dǎo)體層、所述超梯度半導(dǎo)體層和所述第五半導(dǎo)體層是其中摻 雜n-型摻雜劑的。
29. 根據(jù)權(quán)利要求16的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第一 導(dǎo)電半導(dǎo)體層、所述超梯度半導(dǎo)體層和所述第五半導(dǎo)體層是其中摻 雜n-型摻雜劑的。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述超 梯度半導(dǎo)體層、所述第四半導(dǎo)體層和所述第五半導(dǎo)體層中的至少 一個上形成的電極。
31. 根據(jù)權(quán)利要求26的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述超 梯度半導(dǎo)體層、所述第四半導(dǎo)體層和所述第五半導(dǎo)體層中的至少 一個上形成的電極。
32. 根據(jù)權(quán)利要求26的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述超梯度半導(dǎo)體層和所述第五半導(dǎo)體層中的至少一個具有InGaN/InGaN 或InGaN/AlInGaN超晶格結(jié)構(gòu)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求26的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述 InGaN/InGaN或InGaN/AlInGaN超晶格結(jié)構(gòu)具有摻雜于其中的n-型摻雜劑。
34. 根據(jù)權(quán)利要求26的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述第 一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述有源層之間的InxGa^N層。
35. 根據(jù)權(quán)利要求26的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述第 一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述有源層之間的In,Ga^N層。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述第一 導(dǎo)電半導(dǎo)體層是硅和銦共摻雜的半導(dǎo)體層。
37. 根據(jù)權(quán)利要求24的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中所述有源 層包含形成為具有原子尺度的厚度的SiNx簇層。
38. 根據(jù)權(quán)利要求24的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含在所述第 一導(dǎo)電半導(dǎo)體層下的In-摻雜的半導(dǎo)體層、緩沖層和襯底中的至少 一水
全文摘要
本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體LED。根據(jù)本發(fā)明的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層；在所述有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層；和部分突出在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的第四半導(dǎo)體層。根據(jù)本發(fā)明的另一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包含第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層；在所述有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層；和銦含量順序變動的超梯度半導(dǎo)體層。
文檔編號H01L33/00GK101656288SQ20091017205
公開日2010年2月24日 申請日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月6日
發(fā)明者李昔憲 申請人:Lg伊諾特有限公司