CN101278409B - 倒装芯片发光二极管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种倒装芯片氮化物基发光装置，该发光装置具有依次叠置在其上的的n-型覆层、活性层和p-型覆层，并且所述发光装置包括在所述p-型覆层上所形成的反射层和至少一个插在所述p-型覆层和所述反射层之间的透明导电薄膜层，该透明导电薄膜层由透明导电材料组成，所述透明导电材料能够抑制构成所述发射层的材料的扩散；以及所述发光装置的制备方法。根据本发明的倒装芯片氮化物基发光装置及其制备方法，提供了下述优点，例如改善了与p-型覆层的欧姆接触特性，导致引线结合效率和发光装置的封装良品率增加，由于低的接触电阻率和优良的电流-电压特性而能够改善发光效率和装置寿命。

Description

倒装芯片发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种倒装芯片氮化物基发光装置及其制备方法。更具体地说，本发明涉及一种具有能够改善发光效率的电极结构的倒装芯片氮化物基发光装置及其制备方法。

背景技术

半导体和电极之间的欧姆接触结构对实现使用氮化物基化合物半导体的发光装置，例如发光二极管(LED)和激光二级管(LD)是非常重要的，所述氮化物基化合物半导体例如是发射蓝和绿光以及紫外光的氮化镓(GaN)半导体。目前，可商购获得的氮化镓基发光装置主要形成在绝缘蓝宝石(Al₂O₃)衬底上。

同时，这些氮化镓基发光装置大致分为顶部发光二极管(TLED)和倒装芯片发光二极管(FCLED)。

配置目前使用的顶部发光二极管结构从而使其通过与p-型覆层接触的欧姆电极层来发光。

另外，通过开发具有透明性和低薄层电阻值的欧姆接触电极，顶部发光装置能够克服与电学特性差相关的问题，例如由具有低空穴浓度p-型覆层的薄膜特性引起的低电流注入和电流扩布。

通常，对于这些顶部发光装置，广泛使用氧化过的半透明镍(Ni)/金(Au)金属薄膜作为以过渡金属例如镍(Ni)金属为基础的金属薄膜结构。

据报导，当在氧气(O₂)环境中退火时，镍(Ni)基金属薄膜形成具有约10^-3-10^-4Ω/cm²接触电阻率的半透明欧姆接触层。

当在氧气(O₂)环境中在500-600℃的温度退火时，如此低的欧姆接触层的接触电阻率会导致在p-型氮化镓和镍(Ni)之间的界面的形成为岛形的金层之间及其上部形成氧化镍(NiO)，即一种p-型半导体氧化物，这导致了肖特基势垒高度(SBH)的降低，因此氮化镓层表面的周围容易供给起支配作用的载流子空穴，从而导致氮化镓层表面的周围有效载流子浓度的增加。另一方面，很清楚地，在与p-型氮化镓接触后对镍(Ni)/金(Au)的退火除去了Mg-H金属间络合物，因此导致在p-型氮化镓层表面的有效载流子浓度通过增加氮化镓层表面上镁掺杂剂浓度的再生过程而超过10¹⁹，这随后引起p-型氮化镓层和电极层(含有金的氧化过的镍层)之间隧道的反向，由此显示了欧姆导电特性。

然而，使用由镍/金组成的半透明电极薄膜的顶部发光二极管的光利用效率低，这使其难以实现大容量、高亮度的发光装置。

最近，为了实现大容量、高亮度的发光装置，需要开发使用正在受到广泛关注的银(Ag)、氧化银(Ag₂O)或铝(Al)作为高反射层材料的倒装芯片发光装置。

同时，这些用于反射层的金属材料具有高反射效率，因此能够提供高瞬时发光效率，但是由于它的低的功函数致使其难以形成具有低电阻值的欧姆接触，这导致装置寿命的减少和对氮化镓的低附着，因此不能提供稳定的装置可靠性。

更具体地评述有关使用银和铝作为反射层材料的问题：

首先，铝(Al)显示出低的功函数，并且即使在相对低的退火温度下也容易形成氮化物(AlN)，这使其难以形成与p-型氮化镓的欧姆接触。

其次，银(Ag)形成高质量的欧姆接触并且显示出高反射率，但它是热不稳定的，因此难以通过薄膜形成过程形成高质量的薄膜。也就是说，由于它的热不稳定性，银(Ag)薄膜在退火的早期阶段出现凝聚现象，并且在退火的最后阶段经过变化成为空隙、凸起和岛状物，由此导致电学和光学特性的退化。

最近，为了将发光装置的应用扩展到具有大面积和大容量的高亮度发光装置例如车辆尾灯、家用照明等，人们正在积极地进行广泛的研究来开发具有低接触电阻率值同时提供高反射率的欧姆接触层。

Mensz等人已经提出了作为双层结构的镍(Ni)/铝(Al)和镍(Ni)/银(Ag)结构(Electronics Letters，33(24)，第2066页)，但是这种结构难以形成欧姆接触，并因此引起了与产生大量热相关的问题，所述大量的热是由于操作发光二极管时的高操作电压而产生的。

此外，Michael R.Krames等人最近报导了对镍(Ni)/银(Ag)和金(Au)/氧化镍(NiO_x)/铝(Al)电极结构的研究和开发(美国专利公开号2002/0171087A1)。然而，这些电极结构也具有缺点，例如低附着性和由于反射的散射(reflective scattering)而导致的低发光效率。

发明内容

技术问题

因此，考虑到上述问题已经进行了本发明，并且本发明的一个目的是通过应用具有热稳定性和高可靠性的高质量欧姆接触电极来提供具有优良电学特性的倒装芯片氮化物基发光装置及其制备方法。

技术方案

根据本发明的第一个实施方案，上述目的和其它目的可以通过提供一种在n-型覆层和p-型覆层之间具有活性层的倒装芯片氮化物基发光装置来实现，所述发光装置包括在所述p-型覆层上所形成的反射层；和至少一个插在所述p-型覆层和所述反射层之间的由透明导电材料组成的透明导电薄膜层，所述透明导电材料能够抑制构成反射层的材料的扩散。

根据本发明第二个实施方式的倒装芯片氮化物基发光装置可以进一步包括在所述p-型覆层和透明导电薄膜层之间所形成的界面改性层。

根据本发明第三个实施方式的倒装芯片氮化物基发光装置可以进一步包括在界面改性层和透明导电薄膜层之间所形成的插入金属层。

根据本发明第四个到第六个实施方式，在n-型覆层和p-型覆层之间具有活性层的倒装芯片氮化物基发光装置包括多欧姆接触层和在所述多欧姆接触层上由反射材料组成的反射层，所述多欧姆接触层包括作为叠置重复单元叠置在p-型覆层上的界面改性层和至少一个透明导电薄膜层。

为了达到本发明的上述目的，本发明提供了一种在n-型覆层和p-型覆层之间具有活性层的倒装芯片氮化物基发光装置的制备方法，该方法包括：

a)在发光结构的p-型覆层上形成至少一个透明导电薄膜层，所述发光结构包括依次叠置在衬底上的n-型覆层、活性层和p-型覆层；

b)在所述透明导电薄膜层上形成反射层；和

c)将所得到的包括所述反射层的结构退火。

优选地，倒装芯片氮化物基发光装置的制备方法可以进一步包括在步骤a)之后并且在形成所述反射层之前的退火步骤。

此外，根据本发明的另一个方法，提供了在n-型覆层和p-型覆层之间具有活性层的倒装芯片氮化物基发光装置的制备方法，该方法包括：

a)在发光结构的p-型覆层上形成界面改性层，所述发光结构包括依次叠置在衬底上的n-型覆层、活性层和p-型覆层；

b)在所述界面改性层上形成至少一个由透明导电材料组成的透明导电薄膜层；

c)在所述透明导电薄膜层上形成反射层；和

d)将在步骤c)中所形成的结构退火。

优选地，上述方法可以进一步包括在步骤b)之后并且在形成所述反射层之前的退火步骤。

优选地，上述方法可以进一步包括在形成所述透明导电薄膜层之前在界面改性层上形成插入金属层。

此外，根据本发明进一步的方法，提供了在n-型覆层和p-型覆层之间具有活性层的倒装芯片氮化物基发光装置的制备方法，该方法包括：

a)在发光结构的p-型覆层上通过叠置作为叠置重复单元的界面改性层和至少一个透明导电薄膜层以形成多欧姆接触层，所述发光结构包括依次叠置在衬底上的n-型覆层、活性层和p-型覆层；

b)在所述多欧姆接触层上形成反射层；和

c)将在步骤b)中所形成的结构退火。

优选地，上述方法可以进一步包括在步骤a)之后并且在形成所述反射层之前将所述多欧姆接触层退火。

有益效果

如上所述，根据本发明的倒装芯片氮化物基发光装置及其制备方法，提供了下述优点，例如改善了与p-型覆层的欧姆接触特性，导致引线结合效率和发光装置的封装良品率增加，由于低的接触电阻率和优良的电流-电压特性而能够改善发光效率和装置寿命。

附图说明

本发明的上述目的和其它目的、特点和其它优点将通过以下结合附图的详细说明被更加清楚地理解，其中：

图1是根据本发明第一个实施方式的发光装置的截面图；

图2是根据本发明第二个实施方式的发光装置的截面图；

图3是根据本发明第三个实施方式的发光装置的截面图；

图4是根据本发明第四个实施方式的发光装置的截面图；

图5是根据本发明第五个实施方式的发光装置的截面图；

图6显示了对省略了反射层的发光装置所测定的电流-电压特性结果的图；和

图7显示了对根据本发明的发光装置所测定的电流-电压特性结果的图。

具体实施方式

以下，参照附图，根据本发明优选实施方式的倒装芯片氮化物基发光装置将被更加详细地描述。

图1显示了根据本发明第一个实施方式的倒装芯片氮化物基发光装置的截面图。

现在参照图1，倒装芯片氮化物基发光装置是由下述结构形成的，所述结构包括依次叠置其上的衬底110、缓冲层120、n-型覆层130、活性层140、p-型覆层150、透明导电薄膜层170和反射层180。参考标记190和200分别代表p-型电极极板和n-型电极极板。

从衬底110到p-型覆层150的部分相当于发光结构，叠置在p-型覆层150上的透明导电薄膜层170相当于欧姆接触结构。

衬底110优选由选自蓝宝石(Al₂O₃)、金刚砂(SiC)、硅(Si)和砷化镓(GaAs)的任意一种材料形成。

可以省略缓冲层120。

从缓冲层120到p-型覆层150的各层是以选自由通式：Al_xIn_yGa_zN(0＝x＝1，0＝y＝1，0＝z＝1，0＝x+y+z＝1)代表的III族氮化物基化合物中的任一化合物为基础形成的。n-型覆层130和p-型覆层150含有加入其中的相应的掺杂剂。

可以配置活性层140从而使其具有各种已知结构例如单层或MQW层。

例如，当应用氮化镓基化合物半导体时，缓冲层120由GaN形成，n-型覆层130通过向GaN中加入n-型掺杂剂例如Si、Ge、Se和Te而形成，活性层140由InGaN/GaN MQW或AlGaN/GaN MQW形成，以及p-型覆层150通过向GaN中加入p-型掺杂剂例如Mg、Zn、Ca、Sr和Ba而形成。

可以在n-型覆层130和n-型电极极板200之间插入n-型欧姆接触层(未示出)，并且各种已知结构例如具有依次叠置其上的钛(Ti)和铝(Al)的层结构等可用作n-型欧姆接触层。

作为p-型电极极板190，可以应用具有依次叠置其上的镍(Ni)/金(Au)或银(Ag)金/(Au)的层结构。

可以通过使用电子束蒸镀器、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体激光沉积(PLD)或双型(dual-type)热蒸镀器溅射等来形成各层。

用作欧姆接触结构的透明导电薄膜层170，是由抑制反射层180的材料扩散到p-型覆层150中的材料形成的，反射层180将在接下来的过程中形成，因此透明导电薄膜层170充当了上述材料的扩散膜，同时提供了高透光率和导电性。

此外，对于透明导电薄膜层170，使用能增加p-型覆层150的有效载流子浓度的材料，并且优选能够与组成p-型覆层150的化合物中除氮原子以外的其它成分反应的材料。例如，在发光装置含有GaN基化合物作为主要成分的情况中，对于透明导电薄膜层170，使用与镓(Ga)反应比与氮反应更具活性的材料。

在这种情况下，例如，由于透明导电薄膜层170具有上述性质，含有氮化镓(GaN)作为主要成分的p-型覆层150通过其与透明导电薄膜层170之间的反应在p-型覆层150的表面上形成镓空位。在此，由于在p-型覆层150上所形成的镓空位充当了p-型掺杂剂，p-型覆层150与透明导电薄膜层170之间的反应导致p-型覆层150表面上的有效载流子浓度增加。

此外，对于透明导电薄膜层170，可以使用能够减少氧化镓(Ga₂O₃)的材料，所述氧化镓是一种自然氧化物层，其保留在p-型覆层150表面上，并充当载流子在透明导电薄膜层170和p-型覆层150之间的界面上流动的势垒，因此减少氧化镓的材料降低了肖特基势垒的高度和宽度。

由于用于透明导电薄膜层170的材料能够满足上述的条件，其可以使用透明导电氧化物(TCO)或透明导电氮化物(TCN)。

作为透明导电氧化物，可以使用由至少一种选自铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镓(Ga)、镉(Cd)、镁(Mg)、铍(Be)、银(Ag)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、钯(Pd)、铂(Pt)和镧(La)的成分与氧组合的材料。

此外，透明导电氮化物包括那些具有低薄层电阻和高透光率所并且至少含有钛(Ti)和氮(N)的氮化物。例如，可以提到氮化钛(TiN)或氮氧化钛(Ti-N-O)。

为了改善电学特性，可以向透明导电氧化物或透明导电氮化物中加入至少一种周期表中的金属元素作为掺杂剂。

优选地，加入到透明导电氧化物或透明导电氮化物中的掺杂剂的比例在0.001-20wt％的范围内。此处，wt％是指加入的材料之间的重量比。

通过考虑由发光装置的用途所决定的功函数和薄层电阻，来选择透明导电薄膜层170的材料。

为了具有适当的透光率和导电性，透明导电薄膜层170的厚度优选在1nm-1,000nm范围内。

这种透明导电薄膜层170优选是单层或由两层或更多层组成的多层结构的形式。图5显示了它的一个例子。

反射层180是由具有高反射率的材料形成的，例如，至少一种选自银(Ag)、氧化银(Ag₂O)、铝(Al)、锌(Zn)、钛(Ti)、铑(Rh)、镁(Mg)、钯(Pd)、钌(Ru)、和铂(Pt)的材料。

根据本发明的另一个方面，反射层180是由含有银(Ag)作为主要成分的合金或其固溶体形成的，并且其中银中含有少于5wt％的至少一种选自铝(Al)、氧化银(Ag₂O)、锌(Zn)、钛(Ti)、铑(Rh)、镁(Mg)、钯(Pd)、钌(Ru)、铂(Pt)和铱(Ir)的元素。这种银(Ag)基合金减轻了单独使用银(Ag)时出现的低附着性和热不稳定性，因此提供了优良的接触性和耐热性并且保持了高的光反射率。

反射层180由具有100nm-1000nm厚度的厚膜形成以提供合适的反射率。优选地，使用以上提到的材料沉积成反射层180然后将其退火。

在具有这种结构的发光装置中，当使用以上提到的材料形成透明导电薄膜层170并接着将其于适当的温度在氧气或空气环境中退火时，所述层170变为具有高透光率(即在400nm波长下透射比超过90％)和低薄层电阻值(小于10Ω/单位面积)的透明导电材料，同时所述层170减少氧化镓(Ga₂O₃)，氧化镓是一种自然氧化物层，其保留在p-型覆层150表面上，并充当载流子在透明导电薄膜层170和p-型覆层150之间的界面上流动的势垒，因此所述层170降低了肖特基势垒的高度和宽度，引起了有利于形成欧姆接触的隧道效应，因此改善了电学特性，并且具有接近于100％的透光率。

此外，当反射层180是由上述材料形成的时候，透明导电薄膜层170抑制组成反射层的材料扩散进入p-型覆层150/接触p-型覆层150。

图2显示了根据本发明另一个实施方式的倒装芯片氮化物基发光装置的截面图。对于与在先前显示的图中具有相同功能的元素，以下相同的数字是指相同的元素。

现在参照图2，发光装置是由下述结构形成的，所述结构包括依次叠置其上的衬底110、缓冲层120、n-型覆层130、活性层140、p-型覆层150、界面改性层160、透明导电薄膜层170和反射层180。

界面改性层160用于改善p-型覆层150和透明导电薄膜层170之间的欧姆接触。

作为界面改性层160，其所使用的材料具有导电性，并在小于800℃的温度下在各种气体环境例如氧气、氮气和氩气中退火时，能够容易地分解为导电纳米相氧化物颗粒，或着能够形成透明导电薄膜层，并且同时所述材料减少薄薄地形成于p-型覆层150上部的自然氧化物层，即氧化镓(Ga₂O₃)，或者将氧化镓层转变为导电氧化物层。℃

用于界面改性层160的满足上述条件的材料可以选自如下的各种材料：

1)任一选自铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镁(Mg)、银(Ag)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)、铂(Pt)、镍(Ni)和钯(Pd)的元素，含有至少一种选自上述元素的合金，以及它们的固溶体。

1-1)用于界面改性层的材料优选由上述元素中的铟、加入有添加元素并含有铟作为主要成分的合金以及它们的固溶体中的任意一种所形成。此处，加入到铟中作为用于界面改性层的材料的添加元素包括至少一种选自锡(Sn)、锌(Zn)、镓(Ga)、镉(Cd)、镁(Mg)、铍(Be)、银(Ag)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、钯(Pd)、铂(Pt)和镧(La)的元素。所加入的添加元素相对于铟的比例并不是特别限定的，但是优选在0.001-50wt％的范围内。

1-2)用于界面改性层的材料还优选由上述元素中的锡、加入有添加元素并含有锡作为主要成分的合金以及它们的固溶体中的任意一种所形成。此处，加入到锡中作为用于界面改性层的材料的添加元素包括至少一种选自铟(In)、锌(Zn)、镓(Ga)、镉(Cd)、镁(Mg)、铍(Be)、银(Ag)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、钯(Pd)、铂(Pt)和镧(La)的元素。所加入的添加元素相对于锡的比例不是特别限定的，但是优选在0.001-50wt％的范围内。

2)p-型透明导电氧化物

对于界面改性层160，其使用的材料能够提供10¹⁵-10¹⁸/cm³的p-型透明导电氧化物的空穴浓度，所述p-型透明导电氧化物形成于p-型覆层150的上部，这样能够减少在p-型覆层150和界面改性层160之间形成的肖特基势垒的高度和宽度。

2-1)作为p-型透明导电氧化物的例子，优选由至少一种选自包括镁(Mg)、锌(Zn)、和铍(Be)的II族元素的元素所形成的二元或三元氧化物。

2-2)作为p-型氧化物的例子，优选任意一种选自Ag₂O、CuAlO₂、SrCu₂O₂、LaMnO₃、LaNiO₃和In_xO_1-x的氧化物。

可以向p-型氧化物中适当地加入p-型掺杂剂，这样能够控制p-型透明导电氧化物的浓度和功函数，并且同时降低肖特基势垒的高度和宽度。

此外，除了以上提到的p-型透明导电氧化物外，还可以使用下述材料，该材料能够提供值为10¹⁵-10¹⁷/cm³的透明导电纳米相粒子或薄膜层的电子浓度，所述纳米相粒子或薄膜层形成于p-型覆层150上部，这样能够降低在p-型覆层150和界面改性层160之间形成的肖特基势垒的高度和宽度。

2-3)在以上提到的材料中，优选铟基氧化物、锡基氧化物或锌基氧化物。

在铟基氧化物的情况下，优选地向主要成分氧化铟(In₂O₃)中加入能够调节氧化铟(In₂O₃)的浓度和功函数并且同时能够降低肖特基势垒的高度和宽度的添加元素。作为添加元素，可以提到至少一种选自镓(Ga)、镁(Mg)、铍(Be)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和镧(La)的成分。

在锡基氧化物的情况下，优选地向氧化锡中进一步加入能够调节氧化锡的浓度和功函数并且同时能够降低肖特基势垒的高度和宽度的添加元素。作为添加元素，可以提到至少一种选自锌(Zn)、镓(Ga)、镁(Mg)、铍(Be)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和镧(La)的成分。

在锌基氧化物地情况下，优选地向氧化锌中进一步加入能够调节氧化锌的浓度和功函数并且同时能够降低肖特基势垒的高度和宽度的添加元素。作为可以加入的添加元素，可以提到至少一种选自铟(In)、锡(Sn)、镓(Ga)、镁(Mg)、铍(Be)、钼(Mo)、钒(V)、铜(Cu)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和镧(La)的成分。

在这方面，所加入的添加元素相对于以上提到的主要成分的比例并不是特别限定的，但是优选在0.001-50wt％的范围内。此处，wt％是指所加入的材料之间的重量比。

由以上提到的材料组成的界面改性层160优选以0.1nm-100nm的厚度形成，在此厚度下在退火时，界面改性层160能够很容易地分解为导电纳米相氧化物或者能够形成薄膜层，载流子的量子隧道能够通过所述纳米相氧化物或薄膜层起效。

透明导电氧化物170是由以上提到的材料形成的。

多欧姆接触层和反射层180的这种结构，防止在超过200℃的温度下发生表面降解，对氧化是稳定的并且仍具有高反射率，因此其使实现高效率的发光装置成为可能。

以下，参照图1和2说明具有根据本发明第一个和第二个实施方式结构的发光装置的制备方法。

首先，在衬底110上依次叠置缓冲层120、n-型覆层130、活性层140和p-型覆层150。

其次，为了确保n-型电极极板200的形成空间，部分蚀刻从p-型覆层150至n-型覆层130的区域以形成MESA结构。

接着，当应用图1结构时，在p-型覆层150上仅形成透明导电薄膜层170，在应用图2结构时，在p-型覆层150上依次形成界面改性层160和透明导电薄膜层170。

通过使用已知的沉积方法，例如电子束蒸镀、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体激光沉积(PLD)或双型热蒸镀器溅射等形成透明导电薄膜层170或者界面改性层160和透明导电薄膜层170。

沉积温度为20℃-1500℃，蒸镀器的内压为大气压至10-12托。

在p-型覆层150上形成透明导电薄膜层170或者界面改性层160和透明导电薄膜层170后，所得结构优选在含有氧气的气体环境，例如氧气环境或空气中退火。

在100℃-800℃的温度下于反应器内进行退火10秒钟至3小时。

此后，在透明导电薄膜层170上形成反射层180。通过以上提到的已知沉积方法沉积反射层180。

在反射层180形成后为了改善其附着性和热稳定性，在100℃-800℃的温度下于反应器内将发光结构在真空、氮气或氩气气体环境中退火10秒钟至3小时。

实验证明，将反射层180在除真空、氮气和氩气以外的环境中退火会导致其特性的退化。

图3显示了根据本发明第三个实施方式的倒装芯片氮化物基发光装置的截面图。对于与先前显示的图中具有相同功能的元素，以下相同的数字是指相同的元素。

现在参照图3，倒装芯片发光装置是由下述结构形成的，所述结构包括依次叠置其上的衬底110、缓冲层120、n-型覆层130、活性层140、p-型覆层150、界面改性层160、插入金属层165、透明导电薄膜层170和反射层180。

此处，界面改性层160、插入金属层165和透明导电薄膜层170对应于多欧姆接触层。

插入金属层165形成在界面改性层160和透明导电薄膜层170之间。

插入金属层165优选由在退火时容易转化为透明导电氧化物并且同时能够调节界面改性层160或透明导电薄膜层170的电学或光学特性的金属组成，所述透明导电薄膜层170在随后的步骤中形成于界面改进层160的上部。

优选地，插入金属层165由至少一种选自锌(Zn)、铟(In)、锡(Sn)、镍(Ni)、镁(Mg)、镓(Ga)、铜(Cu)、铍(Be)、铱(Ir)、钌(Ru)和钼(Mo)的成分形成。

当然，插入金属层165可以由使用以上列举材料的多个层形成。

优选地，插入金属层165以1nm-100nm的厚度形成。

以下，参照图3说明具有根据本发明第三个实施方式结构的发光装置的制备方法。

首先，在衬底110上依次沉积缓冲层120、n-型覆层130、活性层140和p-型覆层150，由此形成发光结构。

其次，为了确保n-型电极极板200的形成空间，部分蚀刻从p-型覆层150至n-型覆层130的区域以形成MESA结构。

接着，形成多欧姆接触层，所述多欧姆接触层包括依次叠置在p-型覆层150上的界面改性层160、插入金属层165和透明导电薄膜层170。

通过使用已知的沉积方法，例如电子束蒸镀、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体激光沉积(PLD)或双型热蒸镀器溅射等形成界面改性层160、插入金属层165和透明导电薄膜层170。

此外，用于依次形成从界面改性层160至透明导电薄膜层170的各层的沉积温度为20℃-1500℃，蒸镀器的内压为大气压至10^-12托。

优选地，在形成从界面改性层160至透明导电薄膜层170的各层后接着进行退火过程。

在100℃-800℃的温度下于反应器内在真空或合适的气体环境中进行退火10秒钟至3小时。

作为在退火时引入反应器内的气体，可以使用至少一种选自氮气、氩气、氦气、氧气、氢气和空气的气体。

退火后，使用先前说明的材料在透明导电薄膜层170上形成反射层180。

通过前面提到的沉积方法来沉积反射层180。

在反射层180形成后为了改善其附着性和热稳定性，通过以上说明的方法将发光结构退火。

或者，在p-型覆层150上依次沉积从界面改性层160至反射层180的各层，接着可以只需对发光结构进行一次退火。

实验证明，当第一次退火在直到透明导电薄膜层170的各层形成后进行并且第二次退火在反射层180形成后进行时，多欧姆接触层的透光率进一步被提高并且反射层180的反射率也被提高。

以下，参照图4和5说明具有根据本发明第四个和第五个实施方式结构的发光装置的制备方法。

图4显示了根据本发明第四个实施方式的倒装芯片发光装置的截面图。现在参照图4，倒装芯片发光装置由下述结构形成，所述结构包括依次叠置其上的衬底210、缓冲层220、n-型覆层230、活性层240、p-型覆层250、多欧姆接触层260和反射层270形成。参考标记280和290分别代表p-型电极极板和n-型电极极板。

由于上述倒装芯片发光装置的组成除多欧姆接触层260外基本上与第一个实施方式中的相同，因此省略了对它们的详细说明。以下，将对多欧姆接触层260进行说明。

多欧姆接触层260是通过重复叠置作为叠置单元的界面改性层260a/透明导电薄膜层260b形成的。图4显示了这种重复叠置结构的例子。

现在参照图4，多欧姆接触层260是下述结构形成的，该结构包括依次叠置其上的第一界面改性层260a/第一透明导电薄膜层260b/第二界面改性层260c/第二透明导电薄膜层260d。

第一界面改性层260a和第一透明导电薄膜层260b可以根据在本发明第一个至第三个实施方式中对界面改性层160和透明导电薄膜层170所描述的方法形成。

在退火时，由第一透明导电薄膜层260b或由将在随后步骤中形成的第二透明导电薄膜层260d向第二界面改性层260c提供氧，并且形成透明导电氧化物薄膜层，并且同时，进一步增加了第一和第二透明导电薄膜层260b和260d的载流子浓度。

为了降低薄层电阻，用于第二界面改性层260c的材料可以与第一界面改性层260a的成分相同或不同。

优选地，第一和第二界面改性层260a和260c分别地以0.1nm-100nm的厚度形成，在该厚度范围内在退火时这些层可以容易地分解并氧化为导电纳米相粒子。

此外，第一透明导电薄膜层260b和第二透明导电薄膜层260d也可以由上述材料形成，但是为了降低薄层电阻，第一透明导电薄膜层260b的成分可以与第二透明导电薄膜层260d的相同或不同。

如上所述，第一透明导电薄膜层260b和第二透明导电薄膜层260d也独立地以1nm-1000nm的厚度形成。

同时，图5显示了应用了另一个多欧姆接触层的发光装置。对于与先前显示的图中具有相同功能的元素，以下相同的数字是指相同的元素。

现在参照图5，多欧姆接触层260由包括依次叠置其上的第一界面改性层260a/第一透明导电薄膜层260b/第二透明导电薄膜层260d的结构形成。

此处，叠置重复单元是第一界面改性层260a/第一透明导电薄膜层260b/第二透明导电薄膜层260d。

在具有这种结构的多欧姆接触层260中，可以使用如前所述的材料和方法形成第一界面改性层260a/第一透明导电薄膜层260b/第二透明导电薄膜层260d。

以下，参照图4和5说明具有根据本发明第四个和第五个实施方式结构的发光装置的制备方法。

首先，在衬底210上依次沉积缓冲层220、n-型覆层230、活性层240和p-型覆层250，由此形成发光结构。

其次，为确保n-型电极极板290的形成空间，部分蚀刻从p-型覆层250至n-型覆层230的各层以形成MESA结构。

接着，在发光结构的p-型覆层250上形成多欧姆接触层260。

组成多欧姆接触层260的各层可以通使用已知的沉积方法例如电子束蒸镀、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体激光沉积(PLD)、双型热蒸镀器溅射形成。

此外，用于依次形成多欧姆接触层260的各层的沉积温度为20℃-1500℃，蒸镀器的内压为大气压至10^-12托。

优选地，在多欧姆接触层260形成后进行退火过程。

在100℃-800℃的温度下于反应器内在真空或合适的气体环境中进行退火10秒钟至3小时。

作为在退火时引入反应器的气体，可以使用至少一种选自氮气、氩气、氦气、氧气、氢气和空气的气体。

退火后，使用先前列举的材料，在多欧姆接触层260上形成反射层270。

通过先前提到的沉积方法沉积反射层270。

在反射层270形成后为了改善其附着性和热稳定性，通过先前描述的方法对发光结构进行退火。

或者，在p-型覆层250上依次形成多欧姆接触层260和反射层270后，可以仅对所得发光结构进行一次退火。

实验证明，当第一次退火在多欧姆接触层260形成后进行并且第二次退火在反射层270形成后进行时，多欧姆接触层260的透光率进一步增加，并且反射层270的反射率增加。

图6和7显示了测定发光装置特性的实验结果，所述发光装置是根据以上描述的本发明的方法制备的。

图6是显示了对下述发光装置测定的电流-电压特性结果的图，所述发光装置是通过在p-型覆层上部依次叠置Ag/ITO，然后在330℃-530℃的温度下在空气环境中退火而制备的。

图7是显示了对下述发光装置测定的电流-电压特性结果的图，所述发光装置是通过在p-型覆层上部依次叠置Ag/ITO，然后在330℃-530℃的温度下在空气环境中退火，以及沉积铝反射层接着在330℃温度下在真空中退火而制备的。

通过比较图6和7可以看出，通过用铝进一步形成反射层接着退火而制备的发光结构，显示出改善了的电流-电压驱动特性。

虽然出于示例性的目的公开了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员能够了解，可以进行各种改进、填加和替换而不背离如所附权利要求书中公开的本发明的范围和精神。

Claims (32)

1.一种倒装芯片氮化物基发光装置，该发光装置在n-型覆层和p-型覆层之间具有活性层，并且所述发光装置包括：

在所述p-型覆层上所形成的反射层；

至少一个插在所述p-型覆层和所述反射层之间的透明导电薄膜层，该透明导电薄膜层由透明导电材料组成，所述透明导电材料能够抑制构成所述反射层的材料的扩散；

在所述p-型覆层和透明导电薄膜层之间形成的界面改性层；和

在所述界面改性层和透明导电薄膜层之间形成的插入金属层。

2.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述透明导电薄膜层由透明导电氧化物和透明导电氮化物中的任一种形成。

3.如权利要求2所述的发光装置，其中，所述透明导电氧化物含有至少一种选自铟、锡、锌、镓、镉、镁、铍、银、钼、钒、铜、铱、铑、钌、钨、钴、镍、锰、钯、铂和镧的成分和氧。

4.如权利要求2所述的发光装置，其中，所述透明导电氮化物至少含有钛和氮。

5.如权利要求4所述的发光装置，其中，所述透明导电氮化物是氮化钛或氮氧化钛。

6.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述透明导电薄膜层以1nm-1000nm的厚度形成。

7.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述反射层由选自银、氧化银、铝、锌、钛、铑、镁、钯、钌、铂和铱的至少一种元素、含有至少一种选自上述元素的材料的合金或者它们的固溶体形成。

8.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述反射层以1nm-1000nm的厚度形成。

9.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层由选自铟、锡、锌、镁、银、铱、钌、铑、铂、镍和钯的任一元素、含有至少一种选自上述元素的元素的合金或它们的固溶体形成。

10.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层由铟、加入有添加元素并含有铟作为主要成分的合金或者它们的固溶体形成。

11.如权利要求10所述的发光装置，其中，加入到铟中作为用于界面改性层的材料的添加元素包括选自锡、锌、镓、镉、镁、铍、银、钼、钒、铜、铱、铑、钌、钨、钴、镍、锰、钯、铂和镧中的至少一种。

12.如权利要求11所述的发光装置，其中，所加入的添加元素相对于铟的比例在0.001-50重量％的范围内。

13.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层由锡、加入有添加元素并含有锡作为主要成分的合金或者它们的固溶体形成。

14.如权利要求13所述的发光装置，其中，加入到锡中作为用于界面改性层的材料的添加元素包括选自铟、锌、镓、镉、镁、铍、银、钼、钒、铜、铱、铑、钌、钨、钴、镍、锰、钯、铂和镧中的至少一种。

15.如权利要求14所述的发光装置，其中，所加入的添加元素相对于锡的比例在0.001-50重量％的范围内。

16.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层由p-型透明导电氧化物形成。

17.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层含有由至少一种选自包括镁、锌和铍的II族元素的元素所形成的二元或三元氧化物。

18.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层含有任意一种选自Ag₂O、CuAlO₂、SrCu₂O₂、LaMnO₃、LaNiO₃和In_xO_1-x的氧化物。

19.如权利要求17或18所述的发光装置，其中，所述界面改性层通过向所述氧化物中进一步加入p-型掺杂剂而形成。

20.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层是铟基氧化物、锡基氧化物或锌基氧化物。

21.如权利要求20所述的发光装置，其中，所述铟基氧化物含有氧化铟(In₂O₃)作为主要成分和至少一种选自镓、镁、铍、钼、钒、铜、铱、铑、钌、钨、钴、镍、锰和镧的成分作为添加元素。

22.如权利要求20所述的发光装置，其中，所述锡基氧化物含有氧化锡(SnO₂)作为主要成分和至少一种选自锌、镓、镁、铍、钼、钒、铜、铱、铑、钌、钨、钴、镍、锰和镧的成分作为添加元素。

23.如权利要求20所述的发光装置，其中，所述锌基氧化物含有氧化锌作为主要成分和至少一种选自铟、锡、镓、镁、铍、钼、钒、铜、铱、铑、钌、钨、钴、镍、锰和镧的成分作为添加元素。

24.如权利要求21-23任一项所述的发光装置，其中，所加入的添加元素相对于所述界面改性层的主要成分的比例在0.001-50重量％的范围内。

25.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述界面改性层以0.1nm-100nm的厚度形成。

26.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述插入金属层由至少一种选自锌、铟、锡、镍、镁、镓、铜、铍、铱、钌和钼的成分形成。

27.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述插入金属层以1nm-100nm的厚度形成。

28.一种倒装芯片氮化物基发光装置，该发光装置在n-型覆层和p-型覆层之间具有活性层，并且所述发光装置包括：

多欧姆接触层和在所述多欧姆接触层上由反射材料组成的反射层，所述多欧姆接触层包含叠置在所述p-型覆层上的第一界面改性层、第一透明导电薄膜层、第二界面改性层和第二透明导电薄膜层。

29.一种倒装芯片氮化物基发光装置的制备方法，所述发光装置在n-型覆层和p-型覆层之间具有活性层，所述制备方法包括：

a)在发光结构的p-型覆层上形成界面改性层，所述发光结构包括依次叠置在衬底上的n-型覆层、活性层和p-型覆层；

b)在所述界面改性层上形成至少一个由透明导电材料组成的透明导电薄膜层；

c)在所述透明导电薄膜层上形成反射层；

d)将步骤c)中所形成的结构退火；和

f)在形成所述透明导电薄膜层之前在所述界面改性层上形成插入金属层。

30.如权利要求29所述的方法，该方法进一步包括：

在步骤b)之后并且在形成所述反射层之前的退火步骤。

31.一种倒装芯片氮化物基发光装置的制备方法，所述发光装置在n-型覆层和p-型覆层之间具有活性层，所述制备方法包括：

a)通过在发光结构的p-型覆层上叠置第一界面改性层、第一透明导电薄膜层、第二界面改性层和第二透明导电薄膜层以形成多欧姆接触层，所述发光结构包括依次叠置在衬底上的n-型覆层、活性层和p-型覆层；

b)在所述多欧姆接触层上形成反射层；和

c)将在步骤b)中所形成的结构退火。

32.如权利要求31所述的方法，该方法进一步包括：

在步骤a)之后并且在形成所述反射层之前将所述多欧姆接触层退火。

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