本發明專利技術涉及GAN-類LED用反射接觸。公開具有反射接觸的發光二極管(LED)組件的形成方法，和提供該方法形成的LED組件。在一個實施方案中，該方法包括形成在基板表面上形成LED，所述LED包括在具有第一導電性類型的包括化合物半導體材料的第一層與具有第二導電性類型的包括化合物半導體材料的第二層之間設置的發光層，所述化合物半導體材料包括III族元素和V族元素。該方法進一步包括形成從第一層的與第二層相反的表面向內延伸的氧化區域。在一個實施方案中，氧化區域通過將第一層的表面進行氧(O2)等離子體灰化來形成。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術一般涉及半導體發光二極管(LED)裝置和組件。
技術介紹
一般，發光二極管(LED)由半導體生長基板，典型地為III-V族化合物開始。外延半導體層生長在半導體生長基板上從而形成LED的N-型和P-型半導體層。發光層形成于LED的N-型與P-型半導體層之間的界面處。在形成外延半導體層之后，將電接觸連接至N-型和P-型半導體層。將單個的LED切成小塊且用引線接合安裝至封裝體。密封劑沉積在LED上，并且LED用也有助于光提取的保護鏡片密封。當電壓施加至電接觸時，電流將在各接觸之間流動，使光子通過發光層發出。有許多不同類型的LED組件，包括橫向LED、垂直LED、倒裝芯片型LED和混合LED(垂直和倒裝芯片型LED結構的組合)。大部分類型的LED組件利用LED和底層基板或基臺之間的反射接觸從而反射朝向基板或基臺向下產生的光子。通過使用反射接觸，使更多的光子逃脫LED而不是被基板或基臺吸收，改進LED組件的總體光輸出功率和光輸出效率。接觸的反射率越高，光輸出功率和光輸出效率的改進越大。典型地，銀(Ag)由于其高的反射率(在可見光波長范圍中大于90％)而用于反射接觸。然而，銀(Ag)在與LED、特別是氮化鎵(GaN)類LED形成歐姆接觸所要求的退火過程期間經歷聚集。銀(Ag)接觸的聚集嚴重地劣化該接觸的光學反射率。例如，在此以參考的方式引入的Song等人的Ohmic and Degredation Mechanisms of Ag Contacts on P-type GaN，Applied Physics Letters86,062104(2005)公開了銀(Ag)接觸的光學反射率退火之前在460nm波長下
是92.2％，但是在330℃下退火之后降低至84.2％，在530℃下退火之后降低至72.8％。上述討論的溫度在創建在LED的銀(Ag)接觸和半導體材料之間的歐姆接觸所必要的典型范圍內。銀(Ag)接觸的聚集效應可以在圖1和2中可見。圖1示出常規的具有退火之后的純銀(Ag)接觸的垂直LED組件的截面圖的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。圖2示出退火之后的純銀(Ag)接觸的表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。如圖1中所示，LED包括形成于P-型氮化鎵(p-GaN)層104與N-型氮化鎵(n-GaN)層108之間的發光層106。純銀(Ag)接觸110沉積在P-型氮化鎵(p-GaN)層104下方。退火之后，純銀(Ag)接觸110聚集，導致具有一些區域為其他區域近乎2倍厚的不均勻層。純銀(Ag)接觸110的聚集傳播至下方的金屬粘合層113。圖2中，聚集的銀(Ag)的表面非常不均勻，點綴有銀(Ag)島(較高濃度的銀(Ag)材料)，導致在一些區域中較厚的銀(Ag)層，而其他區域具有基本上較薄的銀(Ag)層。為防止銀(Ag)的聚集，一個常規的解決手段是將薄的鎳(Ni)層沉積在LED和銀(Ag)接觸之間。該解決手段例如在Son等人的Effects of Ni Cladding Layers on Suppression of Ag Agglomeration in Ag-based Ohmic Contacts on p-GaN，Applied Physics Letters 95,062108(2009)、和在Jang等人的Mechanism for Ohmic Contact Formation of Ni/Ag Contacts on P-type GaN，Applied Physics Letters 85,5920(2004)中詳細說明，在此以參考的方式將這兩篇引入。然而，還一般了解的是鎳(Ni)具有比銀(Ag)低的光學反射率，因此，鎳/銀(Ni/Ag)接觸的使用將具有對應的較低的光輸出功率和光輸出效率。為說明這點，如由Son等人所公開的，鎳/銀/鎳(Ni/Ag/Ni)層狀接觸的使用在500℃下退火之后僅能夠實現84.1％的光發射率，對聚集的純銀(Ag)接觸的改進，但是如上所述，仍遠遠小于純銀(Ag)的大于90％反射率。根據現有技術的利用鎳/銀(Ni/Ag)接觸的常規的垂直氮化鎵(GaN)類
LED組件示出在圖3A-3C中。圖3A為垂直LED組件300的截面圖，圖3B為垂直LED組件300的對應于圖3A中示出的區域AA的放大的截面圖。圖3C是對應于圖3A的垂直LED組件300的放大的截面圖的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。如圖3A-3C中所示，發光層306形成于P-型氮化鎵(p-GaN)層304和N-型氮化鎵(n-GaN)層308之間。P-型氮化鎵(p-GaN)層304、發光層306、和N-型氮化鎵(n-GaN)層308構成LED 301。鎳(Ni)層314設置于P-型氮化鎵(p-GaN)層304與銀(Ag)層310之間。與此同時，鎳(Ni)層314和銀(Ag)層310包括退火之后電連接至P-型氮化鎵(p-GaN)層304的電接觸。LED 301通過粘合層313接合至基板302。第二接觸312電連接至N-型氮化鎵(n-GaN)層308。在裝置操作期間，當電壓施加至接觸312、310、和314時，發光層發射光子311。朝向基板302向下發射的光子311被鎳(Ni)層314和銀(Ag)層310反射回。如圖3C中所示，鎳(Ni)層314有效地起到銀(Ag)層310的錨的作用，以致在退火期間，銀(Ag)層310的聚集減少，并且銀(Ag)層310保持遍及該層基本上均一的厚度。然而，如由Son等人所公開的，鎳(Ni)層314降低接觸的總體反射率，這轉而降低總體光輸出功率和光輸出效率。圖4示出包括銀(Ag)的接觸的沉態反射率相對于用于避免銀(Ag)的聚集的鎳(Ni)層的厚度的圖。一個鎳(Ni)的原子層的厚度大約為0.29nm。如圖4中所示，厚度為0.29nm的僅一個鎳(Ni)的原子層將反射率降低約1.5％。隨著鎳(Ni)層增多，反射率對應地降低。在鎳(Ni)的厚度大于1nm時，接觸的反射率落在90％之下。圖5為圖3A的垂直LED組件的二次離子質譜(SIMS)圖。線502對應于銀(Ag)，線504對應于鎵(Ga)，線506對應于鎂(Mg)，線508對應于氮(N)，線510對應于鎳(Ni)，線512對應于氧(O)。如圖5中所示，線502(銀(Ag))、504(鎵(Ga))、508(氮(N))、510(鎳(Ni))、和512(氧(O))對應于標記為“二次離子強度”的左側y軸，線506(鎂(Mg))對應于標記為“濃度”的右側y軸。如圖5中所示，
鎳(Ni)層314(由線510表示)在氮化鎵(GaN)層的界面處(其中鎵(Ga)(線506)、和氮(N)(線508)在0.12μm深度左右開始濃度升高)、對應于在銀(Ag)接觸(線502)和氮化鎵(GaN)層之間的約1nm鎳層大約達到最高。返回參考圖4的圖，1nm的鎳(Ni)層容易降低接觸的反射率在90％之下。防止銀(Ag)的聚集的另一常規的解決手段是在退火之前圍繞銀(Ag)接觸沉積二氧化鈦(TiO2)層以致二氧化鈦(TiO2)本質上形成圍繞銀(Ag)的密封件，防止銀(Ag)的聚集。該解決手段公開在例如Kondoh等人的美國專利N本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種發光二極管LED組件，其包括：包括在具有第一導電性類型的包括III?V族半導體材料的第一層與具有第二導電性類型的包括III?V族半導體材料的第二層之間設置的發光層的LED，所述第一層具有從所述第一層的與所述第二層相反的表面向內延伸的氧化區域；和設置于所述第一層的與所述第二層相反的表面上且電連接至所述第一層的第一接觸。
【技術特征摘要】
2015.03.23 US 14/665,6321.一種發光二極管LED組件，其包括：包括在具有第一導電性類型的包括III-V族半導體材料的第一層與具有第二導電性類型的包括III-V族半導體材料的第二層之間設置的發光層的LED，所述第一層具有從所述第一層的與所述第二層相反的表面向內延伸的氧化區域；和設置于所述第一層的與所述第二層相反的表面上且電連接至所述第一層的第一接觸。2.根據權利要求1所述的LED組件，其進一步包括設置于所述第二層的表面上且電連接至所述第二層的第二接觸。3.根據權利要求1所述的LED組件，其中所述氧化區域的氧的濃度與III族元素的濃度的比例為1:1000至1:10。4.根據權利要求1所述的LED組件，其中所述氧化區域從所述第一層的與所述第二層相反的表面向內延伸至多70nm。5.根據權利要求1所述的LED組件，其中所述III-V族半導體材料為氮化鎵GaN。6.根據權利要求5所述的LED組件，其中所述氧化區域包括氧化鎵Ga2O3。7.根據權利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸包括單質或合金。8.根據權利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸為銀Ag。9.根據權利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸在所述第一接觸與所述第一層的界面處基本上沒有鎳Ni、鋅Zn、鈀Pd、鈦Ti、或具有比銀Ag低的光學反射率的任何材料。10.根據權利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸與所述第一層形成歐姆接觸。11.根據權利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸具有基本上均一
\t的厚度。12.根據權利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸的與所述第一層相反的表面是基本上平的。13.根據權利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸的與所述第一層相反的表面基本上沒有凸起和凹陷。14.根據權利要求1所述的LED組件，其中所述第一接觸具有在90％至99％之間的光學反射率。15.一種發光二極管LED組件的形成方法，其包括：提供基板；在所述基板的表面上形成LED，所述LED包括在具有第一導電性類型的包括III-V族半導體材料的第一層與具有第二導電性類型的包括III-V族半導體材料的第二層之間設置的發光層；形成從所述第一層的與所述第二層相反的表面向內延伸的氧化區域；和在所述第一層的所述表面上沉積第一接觸。16.根...
【專利技術屬性】
技術研發人員：佐藤泰介，
申請(專利權)人：株式會社東芝，
類型：發明
國別省市：日本;JP
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