發(fā)光二極管組件的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明有關于一種發(fā)光二極管組件，特別的是一種將納米結(jié)構(gòu)層及超晶格結(jié)構(gòu)層設置在以硅基板為主的發(fā)光二極管組件。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light emitting d1de, LED)在各種電子產(chǎn)品與工業(yè)上的應用日益普及，由于所需的能源成本遠低于傳統(tǒng)的白熱燈或熒光燈，且單一的發(fā)光二極管的尺寸非常的輕巧，乃傳統(tǒng)光源所不及，因此在電子產(chǎn)品體積日益輕薄短小的趨勢之下，發(fā)光二極管的需求也與日俱增。
[0003]發(fā)光二極管是一種可以將電能直接轉(zhuǎn)換為光能的發(fā)光組件，由于不需經(jīng)由將電能轉(zhuǎn)換成熱能的熱熾發(fā)光過程。因此也稱為冷發(fā)光組件。發(fā)光二極管除了具有高發(fā)光效率之夕卜，也是一種微小的固態(tài)光源(solid state illuminator),可制作成一半導體芯片形式，具有一半導體P-η接面結(jié)構(gòu)。在此P-η接面的兩端施加電壓以通入電流之后，隨即產(chǎn)生電子與電洞往此P-η接面流動，并結(jié)合而釋放出光子。
[0004]就發(fā)光二極管的亮度方面而言，一般認為現(xiàn)階段的發(fā)光二極管，其技術(shù)上已經(jīng)具備冷陰極燈管一半左右的效率，甚至其發(fā)光效能可以與冷陰極燈管并駕齊驅(qū)，發(fā)光二極管的光效率主要與兩者有關:一是與半導體芯片本身的發(fā)光效率，另一個是將半導體芯片封裝完成之后的光取出率。關于半導體芯片發(fā)光效率的主要發(fā)展方向為:電致發(fā)光材料的研發(fā)、以及提高半導體芯片結(jié)晶性的研究，以增加半導體芯片內(nèi)部的量子效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)已知技術(shù)的缺點，本發(fā)明的主要目的是揭示一種以硅基板為主的發(fā)光二極管組件，在發(fā)光二極管組件內(nèi)設置超晶格結(jié)構(gòu)層，由于超晶格結(jié)構(gòu)層的厚度極薄，且根據(jù)其材料特性可以降有效釋放應力、降低發(fā)光二極管量子下降效應并且可以增加磊晶質(zhì)量。
[0006]本發(fā)明的目的在于揭示一種以硅基板為主的發(fā)光二極管組件，而于發(fā)光二極管組件中的超晶格結(jié)構(gòu)，主要用于緩沖基板與所成長上去的第一半導體氮化鎵層所產(chǎn)生的應力，借著調(diào)制兩種不同材料厚度，例如氮化鎵鋁/氮化鎵(AlGaN/GaN)，可減少相對應厚度的應力。
[0007]本發(fā)明另一目的是揭露一種以硅基板為主的發(fā)光二極管組件，于發(fā)光二極管組件內(nèi)設置納米結(jié)構(gòu)層，其可以降低磊晶缺陷、提升磊晶質(zhì)量、提升內(nèi)部量子效率(IQE)、提升背向光散射效果，即提升發(fā)光層往硅基板方向的光的散射效果以提升其發(fā)光二極管的出光效率以及增加外部量子效率(EQE)。
[0008]根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明揭示的發(fā)光二極管組件包含:硅基板、緩沖層、超晶格結(jié)構(gòu)層(super lattice structure layer)、納米結(jié)構(gòu)層(nano-structure layer)、第一半導體層、發(fā)光層及第二半導體層，其中緩沖層設置在硅基板上、超晶格結(jié)構(gòu)層設置在緩沖層上、納米結(jié)構(gòu)層設置在超晶格結(jié)構(gòu)層上、第一半導體層設置在納米結(jié)構(gòu)層上以及發(fā)光層設置在第一半導體層及第二半導體層之間，藉由超晶格結(jié)構(gòu)層及納米結(jié)構(gòu)層可以有效的釋放發(fā)光二極管組件的應力以及降低磊晶缺陷，并且可以提高內(nèi)部量子效率以及外部量子效率。
[0009]故而，關于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以藉由以下發(fā)明詳述及附圖得到進一步的了解。
【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明所揭示的技術(shù)，發(fā)光二極管組件的截面示意圖。
【具體實施方式】
[0011]請參考圖1。圖為本發(fā)明所揭示的發(fā)光二極管組件的截面示意圖。在圖1的發(fā)光二極管組件I中，其由下而上包括基板10、緩沖層12、超晶格結(jié)構(gòu)層(super latticestructure layer) 14、納米結(jié)構(gòu)層(nano-structure layer) 16、第一半導體層 18、發(fā)光層 20以及第二半導體層22。
[0012]于本發(fā)明的實施例中，基板10為硅基板，其取代傳統(tǒng)發(fā)光二極管利用藍寶石做為基板10。于本實施例中，使用硅基板的原因在于，由于其材料便宜，且可往大尺寸晶圓例如12寸(12〃)制作，且其具有散熱性佳等優(yōu)點，故本發(fā)明亦有利于與其他大尺寸硅基半導體制程設備進行整合等優(yōu)點。
[0013]緩沖層12設置在硅基板10上，其中緩沖層12以磊晶成長的方式形成在硅基板10上，且緩沖層12的材料可以是氮化鎵鋁(AlNGa)。接著，超晶格結(jié)構(gòu)層14設置在緩沖層12上，其中超晶格結(jié)構(gòu)層14可以是由多層氮化鎵鋁/氮化鎵(AlGaN/GaN)對(pairs)所組成的結(jié)構(gòu)。于一實施例中，超晶格結(jié)構(gòu)層14可以是單層結(jié)構(gòu)設置于緩沖層12上；而于另一實施例中，超晶格結(jié)構(gòu)層14可以是多層結(jié)構(gòu)設置于緩沖層12上。無論是單層結(jié)構(gòu)或是多層結(jié)構(gòu)的超晶格結(jié)構(gòu)層14其設置在緩沖層12上的厚度薄，其單層厚度(AlGaN or GaN)約為Inm至1nm,總厚度約10nm至100nm,要說明的是其厚度還是要根據(jù)其多層結(jié)構(gòu)的超晶格結(jié)構(gòu)層14的形成對數(shù)而定，例如超晶格結(jié)構(gòu)，一般為兩納米尺度介電材料的堆棧，如氮化鎵招/氮化鎵(AlGaN/GaN)厚度有l(wèi)nm/lnm, 2nm/2nm or2nm/6nm,并沒有固定的形式,一般視成長環(huán)境而定，如成長溫度、成長的機臺、以及應力控制的需求等等。藉由超晶格結(jié)構(gòu)層14設置于發(fā)光二極管組件1，可以有效的釋放應力、降低發(fā)光二極管量子下降效應以及增加磊晶質(zhì)量，因此藉由本發(fā)明所揭示具有超晶格結(jié)構(gòu)層14的發(fā)光二極管組件1，可以增加發(fā)光二極管組件I的發(fā)光效率。
[0014]接著同樣參考圖1。納米結(jié)構(gòu)層16設置在超晶格結(jié)構(gòu)層14上，其中納米結(jié)構(gòu)層16的材料為二氧化娃(Si02),氮化娃(SiNx),空氣洞(air voids)或是復合式多層介電質(zhì)材料，且設置于超晶格結(jié)構(gòu)層14上的厚度約1nm至2000nm。于本發(fā)明的實施例中，其納米結(jié)構(gòu)層16可以連續(xù)結(jié)構(gòu)或非連續(xù)結(jié)構(gòu)設置在超晶格結(jié)構(gòu)層14上，其優(yōu)點在于可以降低磊晶缺陷、提升內(nèi)部量子效率(IQE)、散射效果提升以及增加外部量子效率(EQE)。因此，藉由本發(fā)明所揭示具有納米結(jié)構(gòu)層16的發(fā)光二極管組件1，可以增加發(fā)光二極管組件I的發(fā)光效率。
[0015]接著，同樣參考圖1。在本發(fā)明所揭示的發(fā)光二極管組件I中，其第一半導體層18設置在納米結(jié)構(gòu)層16上以及發(fā)光層20設置在第一半導體層18及第二半導體22之間，其中第一半導體層18系為η-型氮化鎵層(n-type GaN)，而第二半導體層22為p-型氮化鎵層(p-type GaN)。而發(fā)光層20可以是單層量子井(single quantum well)或是多層量子井(mult1-quantum well)。于本發(fā)明實施例中其第一半導體層18、發(fā)光層20以及第二半導體層22以磊晶成長的方式依序形成在發(fā)光二極管組件I上。
[0016]根據(jù)本發(fā)明所揭示的發(fā)光二極管組件1，其優(yōu)點在于使用硅基板其材料便宜，且可以朝大尺寸晶圓，例如12寸或更大尺寸的方向來制作,有利于與其他大尺寸硅基半導體設備進行整合，且其具有良好的散熱性，可以將發(fā)光二極管組件I在進行操作時所產(chǎn)生的熱釋放至外界環(huán)境中。另外，其可藉由超晶格結(jié)構(gòu)層14主要是緩沖硅基板與在硅基板成長上去的氮化鎵所產(chǎn)生，并藉由調(diào)整兩種材料不同的厚度，例如，氮化鎵鋁/氮化鎵(AlGaN/GaN)的厚度，其可以減少其相對應厚度的應力，故可以降低發(fā)光二極管量子效率下降效應。另一個優(yōu)點在于，藉由納米結(jié)構(gòu)層16可以降低磊晶缺陷以提升磊晶質(zhì)量，并增加發(fā)光層往基板方向的光的散射，即增加背向光散射效率，而提升發(fā)光二極管組件I的出光效率，以及其可以藉由提升內(nèi)部量子效率以及外部量子效率來提升發(fā)光二極管組件I的散射效率以提升發(fā)光二極管組件I的發(fā)光效率。
[0017]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種發(fā)光二極管組件，其特征在于，包含: 一娃基板; 一緩沖層，設置在該硅基板上； 一超晶格結(jié)構(gòu)層，設置在該緩沖層上； 一納米結(jié)構(gòu)層，設置在該超晶格結(jié)構(gòu)層上； 一第一半導體層，設置在該納米結(jié)構(gòu)層上； 一發(fā)光層，設置在該第一半導體層上；以及 一第二半導體層，設置在該發(fā)光層上。2.如權(quán)利要求1項所述之發(fā)光二極管組件，其特征在于，該緩沖層為氮化鎵鋁。3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管組件，其特征在于，該超晶格結(jié)構(gòu)層為氮化鎵/氮化嫁招O4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管組件，其特征在于，該超晶格結(jié)構(gòu)層由單層結(jié)構(gòu)以及多層結(jié)構(gòu)群組中所選出。5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管組件，其特征在于，該納米結(jié)構(gòu)層由Si02、SiNx,SiC、空氣洞以及復合式多層介電質(zhì)材料群組中所選出。6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管組件，其特征在于，該納米結(jié)構(gòu)層由連續(xù)結(jié)構(gòu)以及非連續(xù)結(jié)構(gòu)群組中所選出設置在該超晶格結(jié)構(gòu)層上。7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管組件，其特征在于，該發(fā)光層由單層量子井以及多層量子井群組中所選出。
【專利摘要】本發(fā)明揭示一種發(fā)光二極管組件，包含：硅基板、緩沖層、超晶格結(jié)構(gòu)層、納米結(jié)構(gòu)層、第一半導體層、發(fā)光層及第二半導體層，其中緩沖層設置在硅基板上、超晶格結(jié)構(gòu)層設置在緩沖層上、奈米結(jié)構(gòu)層設置在超晶格結(jié)構(gòu)層上、第一半導體層設置在奈米結(jié)構(gòu)層上以及發(fā)光層設置在第一半導體層及第二半導體層之間，藉由超晶格結(jié)構(gòu)層及奈米結(jié)構(gòu)層可以有效的釋放發(fā)光二極管組件的應力以及降低磊晶缺陷，并且可以提高內(nèi)部量子效率以及外部量子效率。
【IPC分類】H01L33/48
【公開號】CN104979448
【申請?zhí)枴緾N201410394673
【發(fā)明人】李佳佑, 林大為, 鄒安杰, 郭浩中
【申請人】財團法人交大思源基金會
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2014年8月12日
【公告號】US20150287879