Ⅲ族氮化物发光二极管及其制造方法技术

一种ＩＩＩ族（化学元素周期表中）氮化物发光二极管，是在活性层与基板之间加入一层退化接面，此退化接面是由一层ｎ＋型层与其上的一层ｐ＋型层所构成。借助此退化接面，可使ＩＩＩ族氮化物发光二极管形成上ｎ下ｐ的形式，而发光二极管上的导电电极也皆为ｎ型。应用本发明专利技术ＩＩＩ族氮化物发光二极管，由于ｎ型氮化物的可掺杂浓度较ｐ型氮化物材料高，所以有较好的电流分散能力。另外，还由于ｐ型氮化物的暴露部分减少，因此较不易受到氢钝化的影响。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术有关一种氮化物发光二极管，特别是有关于具有上n下p形式的氮化物发光二极管。(2)
技术介绍
发光二极管目前被广泛应用在日常生活中，例如电子看板、指示灯和感应器等方面。图1所绘示为现有的III族(化学元素周期表中)氮化物发光二极管的结构剖面图。请参照图1，一般III族氮化物发光二极管为上p下n的形式，亦即由活性层18来区隔，上方为p型结构下方为n型结构。而III族氮化物发光二极管的制造方法如下在例如材质为蓝宝石(sapphire)的基板10上依序形成低温的缓冲层(buffer layer)12、材质例如为氮化镓(GaN)的n型欧姆接触层14、材质例如为氮化铝镓(AlxGa1-xN)的宽能隙的n型局限层16、活性层18、材质为例如氮化铝镓(AlxGa1-xN)的宽能隙的p型的局限层20以及材质为例如氮化镓(GaN)的p型欧姆接触层22，其中，上述的活性层18可为窄能隙的氮化铟镓(InxGa1-xN)的单层结构、或氮化铟镓/氮化镓(InxGa1-xN/GaN)的n个周期多重量子井结构(n≥1)，即完成III族氮化物发光二极管的磊晶结构。接着，在磊晶结构上镀上导电电极24与导电电极26即完成发光二极管的制作。此处所提及的导电电极24是为适合与p型半导体形成良好欧姆接触的金属，例如镍金合金(Ni/Au)；而导电电极26则为适合与n型半导体形成良好欧姆接触的金属，例如钛铝合金(Ti/Al)。现有的III族氮化物发光二极管中包括两个不同电性的导电电极p型的导电电极24、以及n型的导电电极26。所以在现有III族氮化物发光二极管的制作过程中，必须经过两次的蒸镀步骤才能完成金属电极的制作。另外，现有III族氮化物发光二极管的最上层结构中，大都为p型氮化物，例如p型欧姆接触层22，由于p型氮化物往往比n型氮化物的掺杂浓度低，并无法提供有效电流分散作用。另外，现有的III族氮化物发光二极管的结构中，由于p型氮化物暴露外界中，所以在经清洗或是蚀刻的步骤时，往往会使得外在的氢离子钻入p型氮化物，使得p型氮化物的有效载子浓度降低，影响到元件的发光特性。由于上述缺点会导致III族氮化物发光二极管的发光效率不佳，因此如何有效地进一步提升III族氮化物发光二极管的发光效率，仍是大家期盼的努力目标。(3)
技术实现思路
鉴于上述的专利技术背景中，现有III族氮化物发光二极管的发光效率不佳，因此本专利技术的目的是提供一种新的发光二极管结构及其制造方法，可获得较好的电流分散能力，并且较不易受到氢钝化(passivation)的作用，而且可减少不同电性的金属电极的蒸镀步骤，因此也同时减少元件制作的时间。为实现上述的目的，根据本专利技术一方面的III族氮化物发光二极管，包括一基板；一退化接面位于基板的一侧，此退化接面为一二极管，且由一n+型层与位于n+型层上的一p+型层所构成；一活性层位于退化接面上；一p型磊晶结构位于活性层与退化接面之间；一第一n型磊晶结构位于活性层上；以及一第一n型导电电极位于第一n型磊晶结构上。其中，本专利技术另一第二n型导电电极可位于基板的另一侧或位于具有暴露表面的n型欧姆接触层上。另外，上述的n+型层的材质是可选白于n+单层结构或n+超晶格结构，而p+型层的材质是可选自于p+单层结构或p+超晶格结构。本专利技术III族氮化物发光二极管中，还包括一透明导电薄膜位于第一n型磊晶结构与第一n型导电电极之间。根据本专利技术另一方面的III族氮化物发光二极管的制造方法，其特点是，至少包括提供一基板；形成一退化接面于该基板的一侧，其中，该退化接面为一二极管，且由一n+型层与位于该n+型层上的一p+型层所构成；形成一活性层于该退化接面上；形成一p型磊晶结构于该活性层与该退化接面之间；形成一n型磊晶结构于该活性层上；以及形成一第一n型导电电极位于该第一n型磊晶结构上。本专利技术的III族氮化物发光二极管的结构及其制造方法具有减少制作时间、提高电流分散能力以及减少氢钝化作用的优点，这样有助于发光二极管的生产与品质改善。为进一步说明本专利技术的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本专利技术进行详细的描述。(4)附图说明图1是现有的III族氮化物发光二极管的结构剖面图；图2是根据本专利技术的III族氮化物发光二极管的结构剖面图；图3是图2中n型欧姆接触层至p型局限层的能带示意图；图4是根据本专利技术一较佳实施例的III族氮化物发光二极管结构剖面图；以及图5是根据本专利技术另一实施例的III族氮化物发光二极管结构剖面图。(5)具体实施方式图2是根据本专利技术的III族氮化物发光二极管的结构剖面图。请参照图2，本专利技术是利用III族氮化物发光二极管的制造方法来同步说明III族氮化物发光二极管的结构。首先，于基板50上形成一磊晶结构，此磊晶结构可依序包括低温的缓冲层52(又称成核层)、n型欧姆接触层54、退化接面(DegenerateJunction)72、宽能隙的p型局限层60、活性层62、宽能隙的n型局限层64、以及n型欧姆接触层66。接着，蒸镀上n型的导电电极68与导电电极70即完成本专利技术III族氮化物发光二极管的制作。其中，本专利技术III族氮化物发光二极管的特点在于形成一退化接面72于活性层62下，通过退化接面72，使得元件由活性层62区分，可形成上n下p的结构。因此，请参照图1与图2，本专利技术的III族氮化物发光二极管与现有的III族氮化物发光二极管的结构极性相反，所以操作偏压的极性也不相同。其中，现有结构的正极加在上电极，负极加在下电极；而本专利技术结构则为上电极加负极，下电极加正极。本专利技术的III族氮化物发光二极管中的退化接面72，又称为江崎(Esaki)二极管，可以是高浓度的n+单层及高浓度的p+单层组合，也可以是高浓度n+超晶格加上高浓度p+超晶格组合，或者由单层搭配超晶格的组合等不同极性的组合，其中必须先形成一层n+型层56，再于其上形成p+型层58。退化接面72的主要原理在于当半导体在高度掺杂时，n型材料的费米能阶(Fermi level)会高于导电能带边缘(conduction band edge)，而p型材料的费米能阶会低于价电能带边缘(valence band edge)，将两者相连接时因内建电场的关系会使得n型材料与p型材料的接面厚度变窄，由量子力学的观点看，载子穿透此薄层的机率将大为增加。当此p+-n+接面顺偏时，会产生负微分电阻(NDR)的现象，若p+-n+接面反偏时，则接面电场愈显强烈，能带将更为陡峭，连带使得接面更薄，将更有利于载子以穿透的方式由p型价带往n型导带迁移，如图3所示。图3所示为图2中n型欧姆接触层至p型局限层的能带示意图，其中由左至右分别为p型局限层60、p+型层58、n+型层56与n型欧姆接触层54。请参照图3，当发光二极管元件受到反偏时，p+-n+接面变得陡峭，使得电子由p+的价带轻易能穿透至n+导带，如箭头74所示。换句话说，即相当于空穴往反方向移动至p型局限层60，往活性层贡献空穴，如箭头76所示。故若此退化接面72浓度够高，薄膜品质够好，则此p+-n+接面即相当于一个非常小的线性电阻，对顺向电压降改变不大，但却可使下p上n的发光二极管架构顺利实现，对元件的光特性将更有帮助。由于本专利技术的III族氮化物发光二极管中，元件最上层为高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ⅲ族氮化物发光二极管，其特征在于，至少包括：一基板；一退化接面位于该基板的一侧，其中该退化接面为一二极管，且由一ｎ＋型层与位于该ｎ＋型层上的一ｐ＋型层所构成；一活性层位于该退化接面上；一ｐ型磊晶结构位于该活性层与该退化接 面之间；一ｎ型磊晶结构位于该活性层上；以及一第一ｎ型导电电极位于该ｎ型磊晶结构上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种III族氮化物发光二极管，其特征在于，至少包括一基板；一退化接面位于该基板的一侧，其中该退化接面为一二极管，且由一n+型层与位于该n+型层上的一p+型层所构成；一活性层位于该退化接面上；一p型磊晶结构位于该活性层与该退化接面之间；一n型磊晶结构位于该活性层上；以及一第一n型导电电极位于该n型磊晶结构上。2.如权利要求1所述的III族氮化物发光二极管，其特征在于，所述的基板的材质可选自于蓝宝石、氧化锂钙、氧化锂铝、氧化镁铝、碳化硅、硅、砷化镓与氮化铝镓铟(AlGaInN)之一。3.如权利要求1所述的III族氮化物发光二极管，其特征在于，还包括暴露一表面的一n型欧姆接触层，且一第二n型导电电极是位于该n型欧姆接触层的该表面上。4.如权利要求1所述的III族氮化物发光二极管，其特征在于，还包括一第二n型导电电极位于该基板的另一侧。5.如权利要求1所述的III族氮化物发光二极管，其特征在于，所述的p型磊晶结构、该n型磊晶结构、与该退化接面是由氮化铝镓铟所构成，且0≤x、y、z≤1，以及x+y+z＝1。6.如权利要求1所述的III族氮化物发光二极管，其特征在于，所述的n+型层的材质可选自于一n+单层...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪信全，陈锡铭，
申请(专利权)人：联铨科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]