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CN100380697C - 第ⅲ族氮化物发光器件 - Google Patents

第ⅲ族氮化物发光器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种具有改善的外部量子效率和亮度的第III族氮化物发光器件。该发光器件包括依次形成的n型镀层、有源层、和p型镀层。而且，在p型镀层上形成p电极，其中，p电极包括在p型镀层上依次形成的CuInO2层、透明导电氧化物层、和反射金属层。该反射金属层可以是Ag层或Al层。

Description

第Ⅲ族氮化物发光器件
相关申请及其交叉参考
本申请要求于2005年3月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2005-26737号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种发光器件，更具体地，涉及一种具有增强的亮度和电特性的第III族氮化物发光器件。
背景技术
自从研制使用基于AlxGayIn1-x-yN的材料的第III族氮化物发光二极管(LED)以来，人们对提高亮度付出了很大的努力。一种用于增加亮度的方法包括提高发光层的发光效率，并且没有内部损耗地将内部产生的光引到外部。
已经提出了多种技术用以改善在器件内部产生的光的外部取出效率(external extraction efficiency)(外部量子效率(externalquantum efficiency))。例如，将具有较良好透射性的Ni/Au层很薄地(厚度高至100)沉积到将用作第III族氮化物发光器件的p电极的p型镀层上。这使得内部产生的光通过Ni/Au层射出到外部(光在p电极侧射出)。然而，即使以小厚度沉积Ni/Au层，大量的光还是会在Ni/Au层中被吸收，或再次被反射到内部中。此外，用作衬底的蓝宝石(Al2O3)具有低导热性，使得器件运行过程中产生的热很难释放到外部，从而使器件性能变差。
为了克服这些问题以及更显著地提升外部取出效率，开发了一种具有倒装芯片结构的第III族氮化物发光器件。这样，对于用于p电极的金属层，用具有良好反射性的Ni/Al层、Ni/Ag层、或Ni/Al(Ag)/Pt层代替具有良好透射性的Ni/Au层(Al或Ag具有比Au更高的反射性)。美国专利第6,445,011号披露了一种具有连接至基座(submount)的电极的倒装芯片结构的发光器件。
图1是示出了常规倒装芯片发光器件的一个实例的截面图。参照图1，发光器件10包括：依次形成在透明蓝宝石衬底11上的不掺杂GaN层13、n型掺杂的AlGaN层15、有源层17、和p型掺杂的AlGaN层19。在p型掺杂的AlGaN层19上形成由具有高反射性的Ni/Ag(或Al)/Pt层(Ni位于Pt之下)制成的p电极21。在n型掺杂的AlGaN层15的区域上形成n电极23。倒装芯片发光器件10被倒装，使得衬底11朝上，然后被安装在基座上。图2是示出了安装在基座上的倒装芯片发光器件10的侧视截面图。
参照图2，倒装芯片发光器件10安装在基座21上，使得发光器件10的p电极21和n电极23通过隆起焊盘31、33连接至基座21的电极部(未示出)。在此倒装芯片结构中，光射出到透明蓝宝石衬底11。P电极21使用具有较高反射性的Ag(或Al)，以通过Ag(Al)层向上反射光(朝向输出方向)。这增强了光的外部取出效率。
在由Ni/Ag(Al)/Pt层制成的p电极21中，较厚的Ni层降低了p电极21的反射性，而太薄的Ni层导致p电极21敞露。敞露的p电极21导致器件缺陷。因此，所采用的Ni层应该具有适当的厚度，并且Ag(Al)层应该被用作反射膜。但是使用具有恰好适当厚度的Ni层导致亮度下降。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的上述问题，因此，本发明的一个目的在于提供一种第III族氮化物发光器件，其能够改善外部量子效率和亮度，并增强了p电极的电特性和机械特性。
根据本发明的用于实现上述目的的一个方面，提供了一种第III族氮化物发光器件，包括：N型镀层；有源层，形成于n型镀层上；p型镀层，形成于所述有源层上；以及p电极，其包括依次形成于所述p型镀层上的CuInO2层、透明导电氧化物(TCO)层、和反射金属层。所述反射金属层包括Ag层。
CuInO2层确保了p型镀层与电极材料之间的欧姆接触。TCO层有助于电流散布，以及反射金属层反射光以提高光的外部取出效率。根据优选实施例，第III族氮化物LED包括倒装芯片LED。
根据本发明的实施例，所述透明导电氧化物层由选自于包括ZnO、AZO(掺杂Al的ZnO)、Zn1-XAlXO、Zn1-XMgXO、SnO2、RuO2、PdO、Bi2Ru2O7、Bi2Ir2O7、和铟锡氧化物(ITO)的组中的至少一种所制成。优选地，所述透明导电氧化物层包括ITO层。
根据本发明的一个实施例，所述发光器件还包括蓝宝石衬底，其设置于所述n型镀层之下。根据另一个实施例，所述发光器件可不包括诸如蓝宝石衬底的衬底。
根据一个实施例，所述p电极还包括Pt层或Pt/Ni层，其形成于所述反射金属层上。所述Pt层或Pt/Ni层用于防止所述反射金属层的组成原子的迁移。
根据一个实施例，所述发光器件还包括不掺杂GaN层，其形成于所述n型镀层之下。这样，所述n型镀层可以包括n型掺杂GaN层和形成于所述n型掺杂GaN层上的n型掺杂AlGaN层。
在本说明书中，第III族氮化物是指由AlxGayIn1-x-yN表示的二元、三元、或四元化合物半导体，其中0≤x≤1、0≤y≤1、以及0≤x+y≤1。并且，第III族氮化物发光器件意味着构成发光结构的n型镀层、有源层、和p型镀层是由第III族氮化物制成的。
附图说明
结合附图，本发明的上述和其他目的、特征以及其他优点通过下面的详细描述将变得更加显而易见，其中：
图1是示出了常规倒装芯片第III族氮化物发光器件的侧视截面图；
图2是示出了安装在硅基座上的常规第III族氮化物发光器件的侧视截面图；
图3是示出了根据本发明的一个实施例的第III族氮化物发光器件的侧视截面图；以及
图4是示出了安装在硅基座上的图3所示的第III族氮化物发光器件的侧视截面图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明，这些附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以多种形式实现，不应该解释为限定于在此所举出的实施例。相反，给出这些实施例是为了更充分完全地公开，并且对于本领域的技术人员而言，完全地给出了本发明的范围。附图中，为了清晰起见，层和区域的厚度被放大。
图3是示出了根据本发明的一个实施例的第III族氮化物发光器件的截面图。参照图3，发光器件100包括：在衬底101上依次层叠的不掺杂GaN层103、n型掺杂GaN层104、n型掺杂AlGaN层105、有源层107、和p型镀层109。n型掺杂GaN层104和n型掺杂AlGaN层105构成n型镀层106。
如图3所示，在p型掺杂AlxGayIn1-x-yN层109上依次形成CuInO2层110、ITO层111、和Ag层121。CuInO2层110、ITO层111、和Ag层121构成发光器件100的p电极。在通过台面蚀刻暴露的n型掺杂GaN层104上形成n电极123。
在包括有CuInO2层110、ITO层111、和Ag层121的p电极结构中，Ag层121用于增大p电极的反射率，以将入射到Ag层121上的光再反射向蓝宝石衬底151。另外，ITO层111有助于在p型镀层109中的电流散布。这防止了沟道电流(current channeling)，从而降低了发光器件100的工作电压。此外，CuInO2层110确保了p型镀层109与电极材料之间的欧姆接触。仅仅ITO层111不能获得充分的欧姆接触。
根据该实施例，CuInO2层110和ITO层111布置在p型电极侧的欧姆接触区域中，从而可获得充分的欧姆接触以降低接触电阻并获得经由ITO层111的电流散布效应。而且，Ag层121布置在最上层部分，使得到达Ag层121的光更好地反射到蓝宝石衬底101中。此外，CuInO2层110、ITO层111、和Ag层121之间良好的粘附性导致电极材料很难露出，而不会象常规的发光器件那样。
发光器件100具有适合于倒装芯片发光器件的合适结构。即，将发光器件100倒装以将反射金属层121和n电极123连接至基座衬底上的电极结构，以使发光器件可安装于基座上。
参照图4，上述的LED 100安装于基座上。发光器件100以倒装位置安装于硅基座121上。p电极的Ag层121和n电极123通过焊接隆起焊盘131、133连接至硅基座121的电极部(未示出)。光向上射出，透过蓝宝石衬底101。将具有高反射性的Ag层121布置于p型镀层109中，使到达Ag层121的光更好地沿输出方向反射。这增大了发光器件100的外部量子效率，从而增强了其亮度。
在图3所示的发光器件100中，Ag层121形成于ITO层111的整个表面上。但是，Ag层121可以仅形成于ITO层111的部分表面区域上，以实现具有常规结构而不是倒装芯片结构的发光器件(未示出)。这也降低了CuInO2层与ITO层之间的接触电阻，并保证了电流散布效应。此外，使光透过丝焊的Ag层再反射到衬底中，以增强光取出效率。
在该实施例中，ITO层111形成于CuInO2层110上，而其他的透明导电氧化物(TCO)层通常可代替它。例如，不用ITO层111，而可使用包括选自于包括ZnO、AZO、Zn1-XAlXO、Zn1-XMgXO、SnO2、RuO2、PdO、Bi2Ru2O7、和Bi2Ir2O7的组中的至少一种的层。而且，当使用除ITO层111之外的其他TCO层时，可获得近似的电流散布效应。
另外，可用Al层代替Ag层111。Al层也确保了相当于Ag层111的反光效果，从而Al层可用作一种反射金属层。此外，Ag层111或Al层上可形成Pt层或Pt/Ni层(Pt位于Ni层之下)。Pt层或Pt/Ni层防止了反射金属层的组成原子的迁移。
此外，蓝宝石衬底101可从发光器件100中分离或卸除。即，蓝宝石衬底101通过使用电子束的拆下处理与LED分开，以实现基于GaN的薄膜LED器件，从而减少光的内部损耗。这更显著地增强了发光器件的亮度。
如上所述，根据本发明，采用诸如CuInO2/TCO/Ag(Al)的p电极结构更显著地提高了光的外部取出效率，并增强了其亮度。另外，CuInO2层降低了接触电阻，以及TCO层防止了沟道电流。由此，改善了发光器件的工作电压特性。此外，CuInO2层、ITO层、和Ag(Al)层之间的高粘附性减少了p电极部件的缺陷。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种第III族氮化物发光器件，包括：
n型镀层；
有源层，形成于所述n型镀层上；
p型镀层，形成于所述有源层上；以及
p电极，其包括依次形成于所述p型镀层上的CuInO2层、透明导电氧化物层、和反射金属层。
2.根据权利要求1所述的第III族氮化物发光器件，其中所述反射金属层包括Ag层。
3.根据权利要求1所述的第III族氮化物发光器件，其中所述反射金属层包括Al层。
4.根据权利要求1所述的第III族氮化物发光器件，其中所述发光器件包括倒装芯片LED。
5.根据权利要求1所述的第III族氮化物发光器件，其中所述透明导电氧化物层由选自于包括ZnO、AZO、Zn1-XAlXO、Zn1-XMgXO、SnO2、RuO2、PdO、Bi2Ru2O7、Bi2Ir2O7、和ITO的组中的至少一种制成。
6.根据权利要求5所述的第III族氮化物发光器件，其中所述透明导电氧化物层包括ITO层。
7.根据权利要求1所述的第III族氮化物发光器件，还包括蓝宝石衬底，其设置于所述n型镀层之下。
8.根据权利要求1所述的第III族氮化物发光器件，其中所述p电极还包括Pt层，其形成于所述反射金属层上。
9.根据权利要求1所述的第III族氮化物发光器件，其中所述p电极还包括Pt/Ni层，其形成于所述反射金属层上，所述Pt层位于所述Ni层之下。
10.根据权利要求1所述的第III族氮化物发光器件，还包括不掺杂GaN层，其形成于所述n型镀层之下。
11.根据权利要求10所述的第III族氮化物发光器件，其中所述n型镀层包括n型掺杂GaN层和形成于所述n型掺杂GaN层上的n型掺杂AlGaN层。
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