CN101127385A - 氮化镓系发光二极管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氮化镓系发光二极管及其制造方法，该发光二极管包含一基板、一设于该基板上的N型半导体层、一设于该N型半导体层上的主动层、一设于该主动层上的P型半导体层、一设于该P型半导体层上的导电层、一设于该导电层上的第一电极及一设于部分暴露的该N型半导体层上的第二电极，本发明的发光二极管于该P型半导体层上并与该第一电极相对应处设置一阻抗反射层或一接触窗，如此使电流可往该阻抗反射层或该接触窗旁边通过，并传导至该主动层产生光，光传导至该导电层辐射出去时，不会受到该第一电极吸收或遮蔽，达到电流有效分布于导电层之功效，因此可增加该发光二极管的发光亮度及发光效率。

Description

氮化镓系发光二极管及其制造方法

技术领域：

本发明涉及一种氮化镓系发光二极管及其制造方法，尤指一种具有高阻抗与反射的氮化镓系发光二极管及其制造方法。

背景技术：

按，目前各国仍致力于开发新的发光二极管的材料及提升该发光二极管内部的量子效率，但该发光二极管的外部量子效率未提升，与该发光二极管的内部量子效率有着极大的差距，造成该发光二极管的外部量子效率未提升的原因在于：该发光二极管的主动层上的P型半导体层的电流分布关系，使该电流于该主动层所产生的光子被该P型半导体层上的电极遮蔽而被反射，并被该发光二极管的基板吸收，降低了光子辐射出二极管的机率。

一般传统的发光二极管至少包含一基板、一N型半导体层、一发光层及一P型半导体层，更于该第一电极设于该基板远离该N型半导体层的一侧上，该第二电极是设于该P型半导体层上。当该发光二极管通电后，该电流是由该第二电极流至该发光层，于该发光层中产生光子，因该P型半导体层具有较高的电阻，所以该电流于该P型半导体层中不易往横向展开，导致大部分电流集中于该第二电极的正下方，然后于该第二电极下的该发光层所产生的光子要辐射出该发光二极管时，会被该第二电极反射回来，进而被基板吸收，大幅降低该发光二极管的外部量子效率。故，该习用者是无法符合使用者于实际使用时之所需，本发明提出具有高阻抗与反射的发光二极管，以提高该发光二极管的发光效率。

发明内容：

本发明的主要目的，是在于提供一种氮化镓系发光二极管及其制造方法，增设一阻抗反射层，或蚀刻出一接触窗，使电流往其旁边通过，并传导至该主动层产生光，光传导至该导电层辐射出去时，不会受到该第一电极吸收或遮蔽，达到电流有效分布于导电层的功效，因此可增加该发光二极管的发光亮度及发光效率的功效。

本发明的次要目的，是在于提供一种氮化镓系发光二极管及其制造方法，形成一阻抗反射层或蚀刻出一接触窗于该P型半导体层上并与该第一电极相对应处，可增加该导电层与该P型半导体层的粘着性，因此可减少进行制程时所产生的金属剥落问题。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种氮化镓系发光二极管及其制造方法，该氮化镓系发光二极管包含一基板、一N型半导体层、一主动层、一P型半导体层、一阻抗反射层、一导电层、一第一电极及一第二电极，其制造方法是先取该基板，接着形成该N型半导体层于该基板上，再形成该主动层于该N型半导体层上，然后形成该P型半导体层于该主动层上，对该P型半导体层、该主动层及该N型半导体层进行一蚀刻制程，暴露部分的该N型半导体层，接着形成该阻抗反射层于该P型半导体层上，再形成该导电层于该阻抗反射层及该P型半导体层上，接着形成该第一电极于该导电层上，该第一电极是与该阻抗反射层相对应，最后形成该第二电极于部分暴露的该N型半导体层上。

该阻抗反射层系使该发光二极管通电后，该电流从该阻抗反射层旁边通过，进而该主动层因电流所产生的光，光从该主动层传导上来，使光经由阻抗反射层有效辐射至外部，将不被该第一电极遮蔽或吸收。

本发明提供的一种氮化镓系发光二极管及其制造方法，该氮化镓系发光二极管包含一基板、一设于该基板上的N型半导体层、一设于该N型半导体层上的主动层、一设于该主动层上并具有一接触窗的P型半导体层、一设于该具有该接触窗的P型半导体层上的导电层、一设于该导电层上并与该接触窗相对应的第一电极及一设于部分暴露的该N型半导体层上的第二电极，其制造方法是先取该基板，接着形成该N型半导体层于该基板上，再形成该主动层于该N型半导体层上，接着形成该P型半导体层于该主动层上，然后对该P型半导体层、该主动层及该N型半导体层进行一蚀刻制程，于该P型半导体层上形暴露部分的该N型半导体层，接着形成该接触窗及该导电层于该P型半导体层上，该导电层是填满该接触窗，形成该第一电极于该导电层上，该第一电极是与该阻抗反射层相对应，最后形成该第二电极于部分暴露的该N型半导体层上。另外可于形成该导电层于该P型半导体层前时，形成一阻抗反射层于该P型半导体层上，并使该阻抗反射层填满该接触窗。

当该发光二极管通电后，该电流从该接触窗旁边通过，进而该主动层因电流所产生的光，光从该主动层传导上来，将不被该第一电极遮蔽或吸收，并有效将电流分布于主动层；若于接触窗中先填满该阻抗反射层时，使光经由阻抗反射层有效辐射至外部。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种氮化镓系发光二极管及其制造方法，所述的发光二极管具有高阻抗与反射的功效，不会使该电流垂直传导至该主动层，并有效将电流分布于该主动层，使光经由阻抗反射层辐射至外部，不被该第一电极遮蔽或吸收，如此可增强该发光二极管的发光亮度及发光效率，另外又可增加该导电层与该P型半导体层的粘着性，因此可减少进行制程时所产生的金属剥落问题。

附图说明：

图1A：本发明的一较佳实施例的发光二极管结构示意图；

图1B：本发明的一较佳实施例的发光二极管制造流程示意图；

图1C：本发明的一较佳实施例的发光二极管的亮度及波长关系图；

图2：本发明的另一较佳实施例的发光二极管结构示意图；

图3A：本发明的另一较佳实施例的发光二极管结构示意图；

图3B：本发明的另一较佳实施例的发光二极管制造流程示意图；及

图4：本发明的另一较佳实施例的发光二极管结构示意图。

图号说明：

1    发光二极管     10   基板

11   N型半导体层    13   主动层

14   P型半导体层    15   阻抗反射层

16   导电层         17   第一电极

18   第二电极       1a   发光二极管

15a  阻抗反射层     151a 金属反射层

152a 介电反射层     1b   发光二极管

14b  P型半导体层    141b 接触窗

1c   发光二极管     14c  P型半导体层

141c 接触窗         15c  阻抗反射层

2    电流           31   第一关系曲线

32   第二关系曲线

具体实施方式：

为使审查委员对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例及配合详细的说明，说明如后：

请参阅图1A及图1B，分别为本发明的一较佳实施例的发光二极管结构示意图及本发明的一较佳实施例的发光二极管制造流程示意图。如图所示，本实施例是提供一种氮化镓系发光二极管及其制造方法，该氮化镓系发光二极管1包含一基板10、一N型半导体层11、一主动层13、一P型半导体层14、一阻抗反射层15、一导电层16、一第一电极17及一第二电极18。该氮化镓系发光二极管的制造方法是先执行步骤S10，取该基板10，该基板10的材料是选自Al₂O₃、SiC、GaAs、GaN、AlN、GaP、Si、ZnO、MnO及上述的任意组合中择其中之一。接着执行步骤S11，形成该N型半导体层11于该基板10上，而该N型半导体层11是N型氮化镓系半导体层，其材料是选自氮化铝、氮化镓、氮化铝镓、氮化铟镓及氮化铝铟镓及其他由氮与铝、铟、镓三种元素中至少一种元素所组成的化合物中择其中之一。

再执行步骤S12，形成该主动层13于该N型半导体层11上，该主动层13是多重量子井结构，其材料是选自选自氮化铝、氮化镓、氮化铝镓、氮化铟镓及氮化铝铟镓及其他由氮与铝、铟、镓三种元素中至少一种元素所组成的化合物中择其中之一。接着执行步骤S13，形成该P型半导体层14于该主动层13上，该P型半导体层14是P型氮化镓系半导体层，其材料是选自选自氮化铝、氮化镓、氮化铝镓、氮化铟镓及氮化铝铟镓及其他由氮与铝、铟、镓三种元素中至少一种元素所组成的化合物中择其中之一。

然后执行步骤S14，对该P型半导体层14、该主动层13及该N型半导体层11进行一蚀刻制程，暴露部分的该N型半导体层11，接着执行步骤S15，形成该阻抗反射层15于该P型半导体层14上，其中该阻抗反射层15选自一介电反射层或一金属反射层，该介电反射层的材料为选自二氧化硅、一氧化硅、四氮化硅、氮化物、非晶体半导体、非结晶体半导体、氧化锌、氧化镍、二氧化钛、氧化物及上述任意组合中择其中之一；或者该介电反射层的材料为包含两种以上的不同折射指数材料的组合，而该金属反射层的材料是选自Al、Ag、Pt、Ni、Cr、Pd、Sn、Au、Zn、Ti、Pb、Ge、Cu、AuBe、AuGe、PbSn、AuZn及上述所构成材料组群中的组合中择其中之一；或者该金属反射层是具有多个金属粒子，该金属粒子是铬粒子、镍粒子铝粒子、银粒子或钛粒子。

再执行步骤S16，形成该导电层16于该阻抗反射层15及该P型半导体层14上，其中该导电层的材料为选自Ni/Au、氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、透明导电粘剂及上述所组成材料群组中的组合中择其中之一。接着执行步骤S17，形成该第一电极17于该导电层16上，该第一电极17是与该阻抗反射层15相对应，最后执行步骤S18，形成该第二电极18于部分暴露的该N型半导体层11上。

而本实施例的特征在于，于该P型半导体层14上及与该第一电极17相对应的位置上设置该阻抗反射层15。传统的发光二极管当该第一电极17与该第二电极18通电后，产生一电流2，该电流2从该导电层16传导至该主动层13，进而使该主动层13产生光，传统的发光二极管因该P型半导体层14具有较高的电阻，使该电流2不易展开，进而及集中于该第一电极17下方，当光传回至该导电层16表面辐射至外部时，会受该第一电极14遮蔽或吸收，如此大大降低该发光二极管的发光效率。为解决上述问题，本发明的发光二极管1是设有该阻抗反射层15，使该电流2由该阻抗反射层15旁边通过，使阻抗反射层下方不会有电流通过并该电流2传至该主动层13产生光，光从该主动层13传导上来，使光经由阻抗反射层有效辐射至外部，将不被该第一电极17遮蔽或吸收，如此可增强该发光二极管1的发光亮度及发光效率。

请参阅图1C，是本发明的一较佳实施例的发光二极管的发光强度及波长关系图。如图所示，该关系图包含一第一关系曲线31及一第二关系曲线32，该第一关系曲线31是检测未加设该阻抗反射层的发光二极管的结果，该第二关系曲线32是检测图1A的发光二极管的结果，由该第一关系曲线31及该第二关系曲线32可知，本发明的发光二极管的发光亮度较佳，故本发明的发光二极管的发光效率较未加设该阻抗反射层的发光二极管佳。

请参阅图2，是本发明的另一较佳实施例的发光二极管结构示意图。如图所示，本实施例的氮化镓系发光二极管1a包含一基板10、一设于该基板10上的N型半导体层11、一设于该N型半导体层11上的主动层13、一设于该主动层13上的P型半导体层14、一设于该P型半导体层14上的阻抗反射层15a、一设于该阻抗反射层15a及该P型半导体层14上的导电层16、一设于该导电层16上并与该阻抗反射层15a相对应的第一电极17及一设于部分暴露的该N型半导体层11上的第二电极18，本实施例的该阻抗反射层15a是一介电反射层152a及一金属反射层151a，该介电反射层152a是设于该P型半导体层14上，该金属反射层151a是设于该介电反射层152a上。另外，该介电反射层152a亦可设于该金属反射层151a上。

请参阅图3A及图3B，是分别为本发明的另一较佳实施例的发光二极管结构示意图及本发明的另一较佳实施例的发光二极管制造流程示意图。如图所示，本实施例是提供一种氮化镓系发光二极管及其制造方法，该氮化镓系发光二极管1b包含一基板10、一N型半导体层11、一主动层13、一P型半导体层14b、一导电层16、一第一电极17及一第二电极18。该氮化镓系发光二极管1b的制造方法是先执行步骤S20，取该基板10，接着执行步骤S21，形成该N型半导体层11于该基板10上，再执行步骤S22，形成该主动层13于该N型半导体层11上，接着执行步骤S23，形成该P型半导体层14c于该主动层13上，然后执行步骤S24，对该P型半导体层14c、该主动层13及该N型半导体层11进行一蚀刻制程，暴露部分的该N型半导体层11，接着执行步骤S25，形成该导电层16及一接触窗141b于该P型半导体层14b上，该导电层16是填满该接触窗141b，其中形成该接触窗141c是利用蚀刻制程或离子布植制程，该蚀刻制程是选自于由一干式蚀刻制程、一湿式蚀刻制程及上述两者的组合，接着执行步骤S26，形成该第一电极17于该导电层16上，该第一电极17是与该接触窗141b相对应，最后执行步骤S27，形成该第二电极18于部分暴露的该N型半导体层11上。

本实施例的特征在于，于该P型半导体层14b上及与该第一电极17相对应的位置上利用蚀刻制程或离子布植制程，于该P型半导体层14b上形成该接触窗141b，因该蚀刻制程使该接触窗141b形成高阻抗层，当该第一电极17与该第二电极18通电后，产生一电流2，因该接触窗141b形成高阻抗层，使该电流2由该接触窗141b旁边通过，使接触窗141b下方不会有电流通过，进而有效将电流分布于主动层，并该电流2传至该主动层13产生光，光从该主动层13传导上来，使光经由阻抗反射层有效辐射至外部，将不被该第一电极17遮蔽或吸收，如此可增强该发光二极管的发光亮度及发光效率。

请参阅图4，是本发明的另一较佳实施例的发光二极管结构示意图。如图所示，本实施例的氮化镓系发光二极管1c包含一基板10、一设于该基板10上的N型半导体层11、一设于该N型半导体层11上的主动层13、一设于该主动层13上的具有接触窗141c的P型半导体层14c、一设于该具有接触窗141c的P型半导体层14c上的阻抗反射层15c、一设于该阻抗反射层15c及具有接触窗141c的P型半导体层14c上的导电层16、一设于该导电层16上并与该阻抗反射层15c相对应的第一电极17及一设于部分暴露的该N型半导体层11上的第二电极18，本实施例的该阻抗反射层15c为一介电反射层或一金属反射层，为介电反射层或金属反射层的阻抗反射层15c是填满该具有接触窗141c的P型半导体层14c。

由上述可知，本发明是提供一种氮化镓系发光二极管及其制造方法，本发明的发光二极管具有高阻抗与反射的功效，不会使该电流垂直传导至该主动层，并有效将电流分布于该主动层，使光经由阻抗反射层辐射至外部，不被该第一电极遮蔽或吸收，如此可增强该发光二极管的发光亮度及发光效率，另外又可增加该导电层与该P型半导体层的粘着性，因此可减少进行制程时所产生的金属剥落问题。

以上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (24)

1.一种氮化镓系发光二极管，其特征在于，其包含：

一基板；

一N型半导体层，是设置于该基板上；

一主动层，是设置于该N型半导体层上，并暴露部分的该N型半导体层；

一P型半导体层，是设置于该主动层上；

一阻抗反射层，是设置于该P型半导体层上；

一导电层，是设置于该P型半导体层及该阻抗反射层上；

一第一电极，是设置于该导电层上，并与该阻抗反射层相对应；以及

一第二电极，是设置于部分暴露的该N型半导体层上；

其中，当该第二电极及第一电极通电后，产生一电流，该电流从该阻抗反射层旁边通过，进而该主动层因电流所产生的光，光从该主动层传导上来，使光经由阻抗反射层有效辐射至外部，不被该第一电极遮蔽或吸收，并有效将电流分布于主动层。

2.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，该阻抗反射层是选自一介电反射层、一金属反射层及上述两者的组合中择其中之一。

3.如权利要求2所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，该介电反射层的材料为选自二氧化硅、一氧化硅、四氮化硅、氮化物、非晶体半导体、非结晶体半导体、氧化锌、氧化镍、二氧化钛、氧化物及上述任意组合中择其中之一。

4.如权利要求2所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，该介电反射层的材料为包含两种以上的不同折射指数材料的组合。

5.如权利要求2所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，该金属反射层是具有多个金属粒子。

6.一种氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，其包含：

提供一基板；

形成一N型半导体层于该基板上；

形成一主动层于该N型半导体层上；及

形成一P型半导体层于该主动层上；

进行一蚀刻制程，暴露部分的该N型半导体层；

形成一阻抗反射层于该P型半导体层上；

形成一导电层于该阻抗反射层及该P型半导体层上；

形成一第一电极于该导电层上，并与该阻抗反射层相对应；

形成一第二电极于部分暴露的该N型半导体层上。

7.如权利要求6所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该阻抗反射层是一介电反射层、一金属反射层及上述两者的组合中择其中之一。

8.如权利要求7所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该介电反射层的材料为选自二氧化硅、一氧化硅、四氮化硅、氮化物、非晶体半导体、非结晶体半导体、氧化锌、氧化镍、二氧化钛、氧化物及上述任意组合中择其中之一。

9.如权利要求7所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该介电反射层的材料为包含两种以上的不同折射指数材料的组合。

10.如权利要求7所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该金属反射层是具有多个金属粒子。

11.一种氮化镓系发光二极管，其特征在于，其包含：

一基板；

一N型半导体层，是设置于该基板上；

一主动层，是设置于该N型半导体层上，并暴露部分的该N型半导体层；

一P型半导体层，是设置于该主动层上，并包含一接触窗；

一导电层，是设置于该P型半导体层上；

一第一电极，是设置于该导电层上，并与该接触窗相对应；

一第二电极，是设置于部分暴露的该N型半导体层上；

其中，当该第二电极及第一电极通电后，产生一电流，该电流从该接触窗旁边通过，有效将电流分布于主动层。

12.如权利要求11所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，该接触窗是利用蚀刻或离子布植所形成。

13.如权利要求11所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，该接触窗上是设置于一阻抗反射层。

14.如权利要求13所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，该阻抗反射层是选自一介电反射层、一金属反射层及上述两者的组合中择其中之一。

15.如权利要求14所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，该介电反射层的材料为选自二氧化硅、一氧化硅、四氮化硅、氮化物、非晶体半导体、非结晶体半导体、氧化锌、氧化镍、二氧化钛、氧化物及上述任意组合中择其中之一。

16.如权利要求14所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，该介电反射层的材料为包含两种以上的不同折射指数材料的组合。

17.如权利要求14所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，该金属反射层是具有多个金属粒子。

18.一种氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，其包含：

提供一基板；

形成一N型半导体层于该基板上；

形成一主动层于该N型半导体层上；及

形成一P型半导体层于该主动层上；

形成一接触窗于该P型半导体层上；

进行一蚀刻制程，产生一暴露部分的该N型半导体层；

形成一导电层于该接触窗及P型半导体层上；

形成一第一电极于该导电层上，并与该接触窗相对应；

形成一第二电极于部分暴露的该N型半导体层上。

19.如权利要求18所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，形成该接触窗的步骤是利用蚀刻制程或离子布植制程。

20.如权利要求18所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该接触窗上是设置一阻抗反射层。

21.如权利要求20所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该阻抗反射层是一介电反射层、一金属反射层及上述两者的组合中择其中之一。

22.如权利要求21所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该介电反射层的材料为选自二氧化硅、一氧化硅、四氮化硅、氮化物、非晶体半导体、非结晶体半导体、氧化锌、氧化镍、二氧化钛、氧化物及上述任意组合中择其中之一。

23.如权利要求21所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该介电反射层的材料为包含两种以上的不同折射指数材料的组合。

24.如权利要求21所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该金属反射层是具有多个金属粒子。

Images