發(fā)光二極管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，發(fā)光二極管不包含P型氮化鎵層。此發(fā)光二極管依序包含N型半導體層、多重量子井層、P型氮化銦鎵(InGaN)層以及氧化銦錫層。氧化銦錫層的晶粒尺寸介于5埃至1000埃間。
【專利說明】發(fā)光二極管及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是有關于一種發(fā)光二極管及其制造方法，且特別是有關于一種高亮度發(fā)光二極管及其制造方法。
【背景技術】
[0002]發(fā)光二極管(light emitting diode)為一種具有N型半導體與P型半導體接合的光電轉換裝置(photoelectric conversion device),其是通過電子與空穴的再結合而發(fā)光。目前，因發(fā)光二極管的使用壽命長且體積小，故已廣泛地應用于背光模組與照明領域。
[0003]其中，又以氮化鎵基底(GaN-based)的發(fā)光二極管最具代表性。氮化鎵基底的發(fā)光二極管包含N型氮化鎵層、多重量子井層(或主動層)及P型氮化鎵層的發(fā)光單元(lightemitting cell)。然而，各層材料皆會吸收主動層所發(fā)出的光，導致出光率降低。
[0004]因此，仍需一種改良的發(fā)光二極管及其制造方法，以期能提高發(fā)光二極管的出光率，而可解決現(xiàn)有技術所面臨的問題。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的一方面是提供一種具有高亮度的發(fā)光二極管，其不包含P型氮化鎵層。此發(fā)光二極管包含N型半導體層、多重量子井層、P型氮化銦鎵層以及氧化銦錫層。此氧化銦錫層的晶粒尺寸介于5埃至1000埃間。N型半導體層設置于基板上。多重量子井層設置于N型半導體層上。P型氮化銦鎵層設置于多重量子井層上。氧化銦錫層設置于P型氮化銦鎵層上。
[0006]本發(fā)明的另一方面是在提供一種制造高亮度的發(fā)光二極管的方法，其包含下列步驟:提供一基板。形成N型半導體層于基板上。形成多重量子井層于N型半導體層上。形成P型氮化銦鎵層于多重量子井層上。形成氧化銦錫層于P型氮化銦鎵層上，此氧化銦錫層的晶粒尺寸介于5埃至1000埃間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下:
[0008]圖1是顯示依照本發(fā)明一實施方式的一種發(fā)光二極管的示意圖；
[0009]圖2是顯示依照本發(fā)明另一實施方式的一種發(fā)光二極管的示意圖；
[0010]圖3是顯示依照本發(fā)明一實施方式的一種制造發(fā)光二極管的方法的流程圖；
[0011]圖4是顯示依照本發(fā)明一實施方式的一種制造發(fā)光二極管的方法中各制程階段的不意圖；
[0012]圖5是顯示依照本發(fā)明另實施方式的一種制造發(fā)光二極管的方法中各制程階段的不意圖；
[0013]圖6是顯示依照本發(fā)明又實施方式的一種制造發(fā)光二極管的方法中各制程階段的示意圖。
[0014]【主要元件符號說明】
[0015]100、200:發(fā)光二極管
[0016]110:某板
[0017]120:未摻雜氮化鎵層
[0018]130:N型半導體層
[0019]140:多重量子井層
[0020]142:氮化銦鎵中間層
[0021]144:氮化鎵中間層
[0022]146:頂層
[0023]148:未摻雜氮化銦鎵層
[0024]150:P型氮化銦鎵層
[0025]150a:P 型雜質
[0026]150b:P 型雜質
[0027]150c:堿土 金屬離子
[0028]160:堿土金屬合金層
[0029]170:氧化銦錫層
[0030]182:P型接觸墊
[0031]184:N型接觸墊
[0032]300:制造發(fā)光二極管的方法
[0033]310、320、330、340、350:步驟
【具體實施方式】
[0034]以下將以附圖揭露本發(fā)明的多個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節(jié)將在以下敘述中一并說明。然而，應了解到，這些實務上的細節(jié)不應用以限制本發(fā)明。也就是說，在本發(fā)明部分實施方式中，這些實務上的細節(jié)是非必要的。此外，為簡化附圖起見，一些已知慣用的結構與元件在附圖中將以簡單示意的方式繪示。
[0035]圖1是顯示依照本發(fā)明一實施方式的一種發(fā)光二極管的示意圖。本發(fā)明的一方面是在提供一種具有高亮度的發(fā)光二極管，且其未包含P型氮化鎵層。發(fā)光二極管100依序包含N型半導體層130、多重量子井層140、P型氮化銦鎵(InGaN)層150以及氧化銦錫層170。
[0036]N型半導體層130設置于基板110上?；?10的材料可為玻璃、石英、藍寶石、碳化硅、氮化鎵、氮化鋁或其它合適的材料。N型半導體層130可依序使用化學氣相沉積制程及摻雜制程來形成。N型半導體層130的材料可為II1- V族半導體化合物,如摻雜娃的氮化鎵化合物，但不限于此。
[0037]在一實施方式中，還包含未摻雜氮化鎵(U-GaN)層120夾設于N型半導體層130及基板110間。未摻雜氮化鎵層120可使用化學氣相沉積制程來形成，其是用以做為緩沖層。
[0038]多重量子井層140設置于N型半導體層130上。在一實施方式中，多重量子井層140為氮化銦鎵層與氮化鎵層相互堆疊而形成的結構，可利用化學氣相沉積制程來形成。多重量子井層140是用來局限載子于量子井中，而可提升發(fā)光強度。
[0039]P型氮化銦鎵層150設置于多量子井140層上。P型氮化銦鎵層中的P型雜質是選自由鈹、鎂及其組合所構成的群組。為了降低P型氮化銦鎵層150的光吸收量，因此，在一實施方式中，P型氮化銦鎵層150的厚度介于5埃至1000埃間，較佳為5埃至20埃間。換言之，減薄的P型氮化銦鎵層150有助于大幅降低對光的吸收量，而可提升發(fā)光二極管100的出光率。
[0040]氧化銦錫層170設置于P型氮化銦鎵層150上。氧化銦錫層170用以使電流能夠均勻分布。由上述可知，為了減少P型氮化銦鎵層150的光吸收量，而降低了 P型氮化銦鎵層150的厚度，但會因此喪失電流散布的功能。所以，在一實施方式中，氧化銦錫層170是以濺鍍制程形成。這是因為與蒸鍍制程相較之下，濺鍍制程可形成品質較佳且較為致密的氧化銦錫層170，而有助于大幅提升電流均勻分布的功能。在一實施方式中，氧化銦錫層170的晶粒尺寸介于5埃至1000埃間。并且在形成相同氧化銦錫層170的厚度之下，以濺鍍制程形成的氧化銦錫層170的表面電阻會比以蒸鍍制程形成的氧化銦錫層170的表面電阻更低。因此，在一實施方式中，氧化銦錫層170的表面電阻介于100歐姆至5歐姆間。在一實施方式中，氧化銦錫層170的厚度介于5埃至1000埃間。換言之，減薄的氧化銦錫層170可減少吸光，并且又具有足夠低的表面電阻與良好的電流散布效果。此外，氧化銦錫層170與P型氮化銦鎵層150間具有良好的歐姆接觸。
[0041]在一實施方式中，還包含堿土金屬合金層160夾設于P型氮化銦鎵層150及氧化銦錫層170間，如圖2所示。堿土金屬合金層160的材料是選自由金鈹(AuBe)合金及金鎂(AuMg)合金及其組合所構成的群組。這是因為在形成P型氮化銦鎵層150的過程中，需要退火堿土金屬合金層160來使堿土金屬離子擴散進入未摻雜的氮化銦鎵層。下述制程方法中將詳細說明此退火步驟。
[0042]P型接觸墊182以及N型接觸墊184分別設置于氧化銦錫層170和露出的N型半導體層130上，如圖1及圖2所示。
[0043]圖3是顯示依照本發(fā)明一實施方式的一種制造發(fā)光二極管的方法的流程圖。本發(fā)明的另一方面是在提供一種制造高亮度的發(fā)光二極管的方法，其包含下列步驟。
[0044]在步驟310中，提供基板110。在一實施方式中，還包含形成未摻雜氮化鎵層120于基板110上?；?10與未摻雜氮化鎵層120的【具體實施方式】可與圖1中的基板110與未摻雜氮化鎵層120的【具體實施方式】相同。
[0045]在步驟320中，形成N型半導體層130于基板110上。N型半導體層130的【具體實施方式】可與圖1中的N型半導體層130的【具體實施方式】相同。
[0046]在步驟330中，形成多重量子井層140于N型半導體層130上。多重量子井層140的【具體實施方式】可與圖1中的多重量子井層140的【具體實施方式】相同。
[0047]在步驟340中，形成P型氮化銦鎵層150于多重量子井層140上。形成P型氮化銦鎵層150的方法例如可為有機金屬化學氣相沉積(metal chemicalvapor deposition)、離子布植(ion implantation)或熱擴散(thermal diffusion)方式，下述將詳細說明。
[0048]在一實施方式中，步驟330包含形成多個氮化銦鎵中間層142與多個氮化鎵中間層144交互堆疊，且最后形成一頂層146，如圖4所示。頂層146與氮化銦鎵中間層142可為相同的材料，差異僅在于設置的位置。例如可使用有機金屬化學氣相沉積方式形成厚度小于20埃的頂層146。詳細而言，可利用有機金屬化學氣相沉積法，同步(in-situ)摻雜P型雜質150a于頂層146中，以將頂層146轉變?yōu)镻型氧化銦鎵層150。P型雜質150a是選自由有機堿土金屬、鈹、鎂及其組合所構成的群組。有機堿土金屬的材料是選自由二茂基被([bis (cyclopentadienyl) beryllium], Cp2Be)及二茂基續(xù)([bis (cyclopentadienyl)magnesium], Cp2Mg)及其組合所構成的群組。例如可使用濃度1019cm_3以上的二茂基鎂來進行上述沉積P型雜質150a步驟。
[0049]在另一實施方式中，如圖5所不,步驟340包含有機金屬化學氣相沉積未摻雜氮化銦鎵層148于多重量子井層130上。然后，植入P型雜質150b至未摻雜氮化銦鎵層148中。P型雜質150b是選自由鎂離子(Mg+)、鈹離子(Be+)及其組合所構成的群組。例如可使用有機金屬化學氣相沉積方式形成厚度小于20埃的未摻雜氮化銦鎵層148。接著，使用濃度IO19CnT3以上的鎂離子來進行上述植入P型雜質150b步驟。
[0050]在又一實施方式中，如圖6所不,步驟340包含有機金屬化學氣相沉積未摻雜氮化銦鎵層148于多重量子井層140的頂面上，然后形成堿土金屬合金層160于未摻雜氮化銦鎵層148上。最后，施以一退火程序，使堿土金屬合金層160中的堿土金屬離子擴散進入未摻雜氮化銦鎵層148中。在一實施方式中，退火程序是在溫度大于或等于800度C的環(huán)境下進行。堿土金屬合金層的材料是選自由金鈹(AuBe)合金、金鎂(AuMg)合金及其組合所構成的群組。例如可使用有機金屬化學氣相沉積方式形成厚度小于20埃的未摻雜氮化銦鎵層148，再沉積金鈹層于未摻雜氮化銦鎵層148上。然后進行退火步驟，以使鈹離子擴散至未摻雜氮化銦鎵層148中。
[0051]在步驟350中，形成氧化銦錫層170于P型氮化銦鎵層150上，如圖1及圖2所示。例如可使用濺鍍的方式形成氧化銦錫層170于P型氮化銦鎵層150上。氧化銦錫層170的晶粒尺寸介于5埃至1000埃間。氧化銦錫層170的表面電阻介于100歐姆至5歐姆間。氧化銦錫層170的厚度介于5埃至1000埃間。此外，氧化銦錫層170與P型氮化銦鎵層150間具有良好的歐姆接觸。
[0052]然后，可利用蝕刻制程讓N型半導體層130露出一部分，如圖1及圖2所示。
[0053]最后，分別形成P型接觸墊182及N型接觸墊184于氧化銦錫層170和露出部分的N型半導體層130上，如圖1及圖2所示，而完成了發(fā)光二極管100,200的制作。例如可使用電鍍或沉積方式來形成P型接觸墊182以及N型接觸墊184。
[0054]由此可知，上述發(fā)光二極管不包含P型氮化鎵層。并且，本發(fā)明的實施方式使用非常薄的P型氮化銦鎵層搭配小晶粒尺寸的高品質氧化銦錫層，以減少光吸收量以及幫助電流散布。此外，高品質氧化銦錫層也可減薄，而可減少吸光，同時又具有足夠低的表面電阻與良好的電流散布效果。因此，此高出光率的發(fā)光二極管及其制造方法能夠有效地解決上述問題。
[0055]雖然本發(fā)明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視所附的權利要求書所界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種發(fā)光二極管，其特征在于，包含: 一 N型半導體層，設置于一基板上； 一多重量子井層，設置于該N型半導體層上； 一 P型氮化銦鎵層，設置于該多重量子井層上；以及 一氧化銦錫層，設置于該P型氮化銦鎵層上，該氧化銦錫層的晶粒尺寸介于5埃至1000埃間。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，該P型氮化銦鎵層的P型雜質是選自由鈹、鎂及其組合所構成的群組。
3.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，該氧化銦錫層是以濺鍍制程形成。
4.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包含一堿土金屬合金層夾設于該P型氮化銦鎵層及該氧化銦錫層間。
5.根據(jù)權利要求4所述的發(fā)光二極管，其特征在于，該堿土金屬合金層的材料是選自由金鈹合金、金鎂合金及其組合所構成的群組。
6.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包含一未摻雜氮化鎵層夾設于該N型半導體層及該基板間。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項權利要求所述的發(fā)光二極管，其特征在于，該P型氮化銦鎵層的厚度介于5埃至1000埃間。
8.根據(jù)權利要求7所述的 發(fā)光二極管，其特征在于，該P型氮化銦鎵層的厚度介于5埃至20埃間。
9.根據(jù)權利要求7所述的發(fā)光二極管，其特征在于，該氧化銦錫層的厚度介于5埃至1000埃間。
10.根據(jù)權利要求7所述的發(fā)光二極管，其特征在于，該氧化銦錫層的表面電阻介于100歐姆至5歐姆間。
11.一種發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，包含: 提供一基板； 形成一 N型半導體層于該基板上； 形成一多重量子井層于該N型半導體層上； 形成一 P型氮化銦鎵層于該多重量子井層上；以及 形成一氧化銦錫層于該P型氮化銦鎵層上，該氧化銦錫層的晶粒尺寸介于5埃至1000埃間。
12.根據(jù)權利要求11所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該多重量子井層是由多個氮化銦鎵中間層與多個氮化鎵中間層交互堆疊而成，且該多重量子井層的頂層為一氮化銦鎵層。
13.根據(jù)權利要求12所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，形成該P型氮化銦鎵層步驟是通過有機金屬化學氣相沉積法，同步摻雜一 P型雜質于該頂層中，以將該頂層轉變?yōu)樵揚型氮化銦鎵層。
14.根據(jù)權利要求13的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該P型雜質是選自有機堿土金屬、鈹、鎂及其組合所構成的群組。
15.根據(jù)權利要求14所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該有機堿土金屬的材料是選自由二茂基鈹、二茂基鎂及其組合所構成的群組。
16.根據(jù)權利要求11所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，形成該P型氮化銦鎵層步驟包含: 利用有機金屬化學氣相沉積一未摻雜的氮化銦鎵層于該多重量子井層的一頂面上；以及 將P型雜質植入該未摻雜氮化銦鎵層中。
17.根據(jù)權利要求16所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該P型雜質是選自由鎂離子、鈹離子及其組合所構成的群組。
18.根據(jù)權利要求11所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，形成該P型氮化銦鎵層步驟包含: 利用有機金屬化學氣相沉積一未摻雜的氮化銦鎵層于該多重量子井層的該頂面上； 形成一堿土金屬合金層于該未摻雜氮化銦鎵層上；以及 施以一退火程序，使該堿土金屬合金層中的堿土金屬離子擴散進入該未摻雜氮化銦鎵層中。
19.根據(jù)權利要求18所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該退火程序是于溫度大于或等于800度C的環(huán)境下進行。
20.根據(jù)權利要求18所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該堿土金屬合金層的材料是選自由金鈹合金、金鎂合金及其組合所構成的群組。
21.根據(jù)權利要求11至20中任一項權利要求所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該氧化銦錫層是以濺鍍法形成。
22.根據(jù)權利要求21所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該P型氮化銦鎵層的厚度介于5埃至1000埃間。
23.根據(jù)權利要求22所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該P型氮化銦鎵層的厚度介于5埃至20埃間。
24.根據(jù)權利要求22所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該氧化銦錫層的厚度介于5埃至1000埃間。
25.根據(jù)權利要求22所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該氧化銦錫層的表面電阻介于100歐姆至5歐姆間。
【文檔編號】H01L33/00GK103489981SQ201210410261
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年10月24日 優(yōu)先權日:2012年6月7日
【發(fā)明者】余長治, 唐修穆, 林孟毅 申請人:隆達電子股份有限公司