CN101494262B - 发光二极管的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管的结构，包括：外延基板、第一n型半导体层、n型三维电子云结构、第二n型半导体层、有源层及p型半导体层。其中第一n型半导体层位于外延基板之上，n型三维电子云结构位于第一n型半导体层上，第二n型半导体层位于n型三维电子云结构上，有源层位于第二n型半导体层上，第一p型半导体层则位于有源层上。

Description

发光二极管的结构

技术领域

本发明涉及一种发光二极管的结构，且特别涉及一种具有三维电子云结构及(或)三维空穴云结构的发光二极管的结构。

背景技术

固态发光元件中的发光二极管元件(Light Emitting Diode；LED)具有低耗电量、低发热量、操作寿命长、耐撞击、体积小、反应速度快、以及可发出稳定波长的色光等良好光电特性，因此常应用于家电、仪表的指示灯及光电产品等领域。随着光电科技的进步，固态发光元件在提升发光效率、使用寿命以及亮度等方面已有长足的进步，在不久的将来将成为未来发光元件的主流。

图1为根据已知方法所绘示的发光二极管元件100的结构剖面图。已知发光二极管元件，包括基板101，位于基板101上外延成长的n型半导体层102、有源层103、p型半导体层104以及正面电极105和背面电极106。

其中，正面电极105位于发光二极管元件100的发光面上，背面电极106则位于基板101未成长外延结构的另一面上。电流R1经由正面电极105导入p型半导体层104，并通过包含有双异质结构或多量子阱结构的有源层103而发光。一般而言，为了增加发光二极管元件100的发光效率，必须将正面电极105的电流有效分散到二极管元件100的边缘，以促使有源层103能均匀地产生光线。

由于发光二极管元件100的半导体层与金属电极的接触电阻通常太高，无法将电流R1有效分散至有源层103中，电流R1容易就最短路径直接通过有源层103，流向背面电极106，而产生电流拥塞(Current crowding)的现象，且使有源层103的发光区域仅局限于有源层103对应正面电极105的部分，而大幅影响有源层103的发光效率。

为了解决此问题，目前的已知技术在发光二极管元件100的外延结构的最上层形成低电阻系数的窗户层(Window Layer)、电流阻隔层或采用氧化铟锡(ITO)的透明电极层，藉以使正面电极105所导入的电流R1均匀分散。亦或是改变正面电极105的外型与布局(Layout)使电流分散，以增进发光二极管元件100的发光效率。

然而，不管采用何种方法，皆需要额外的工艺步骤，不仅徒增工艺成本，也常因额外的工艺步骤损伤发光二极管管芯，降低工艺成品率。

因此有需要一种工艺简单且可有效分散电流以增进发光效率的发光二极管元件。

发明内容

本发明的一实施例提供一种发光二极管的结构，包括：外延基板、第n型半导体层、n型三维电子云结构、第二n型半导体层、有源层及p型半导体层。第一n型半导体层位于外延基板之上，n型三维电子云结构位于第一n型半导体层上，第二n型半导体层位于n型三维电子云结构上，有源层位于第二n型半导体层上，p型半导体层位于有源层上。

本发明的再一实施例提供一种发光二极管的制造方法，包括下述步骤：首先提供外延基板，于外延基板上形成第一n型半导体层，再于第一n型半导体层上形成n型三维电子云结构。然后，于该n型三维电子云结构上形成第二n型半导体层，于第二n型半导体层上形成有源层，再于该有源层上形成p型半导体层。

本发明的另一实施例提供一种发光二极管的结构，包括：外延基板、第一n型半导体层、n型三维电子云结构、第二n型半导体层、有源层、第一p型半导体层、p型三维空穴云结构、第二p型半导体层。第一n型半导体层位于外延基板之上，n型三维电子云结构位于第一n型半导体层上，第二n型半导体层位于n型三维电子云结构上，有源层位于第二n型半导体层上，第一p型半导体层位于有源层上，p型三维空穴云结构位于第一p型半导体层上，第二p型半导体层位于p型三维空穴云结构上。

本发明的又另一实施例提供一种发光二极管元件的制造方法，包括下述步骤：

首先提供外延基板，于外延基板上形成第一n型半导体层，再于第一n型半导体层上形成n型三维电子云结构。于n型三维电子云结构上形成第二n型半导体层，然后于第二n型半导体层上形成有源层。于有源层上形成第一p型半导体层，接着于第一p型半导体层上形成p型三维空穴云结构，以及于p型三维空穴云结构上形成第二p型半导体层。

本发明的又一实施例提供一种发光二极管的结构，包括：外延基板、n型半导体层、有源层、第一p型半导体层、p型三维空穴云结构以及第二p型半导体层。n型半导体层位外延基板之上，有源层位于n型半导体层上，第一p型半导体层位于有源层上，p型三维空穴云结构位于第一p型半导体层上，第二p型半导体层位于p型三维空穴云结构上。

本发明的再一实施例提供一种发光二极管的制造方法，包括下述步骤：首先提供外延基板，再于外延基板上形成n型半导体层。于n型半导体层上形成有源层，然后于有源层上形成第一p型半导体层，于第一p型半导体层上形成p型三维空穴云结构，接着于p型三维空穴云结构上形成第二p型半导体层。

本发明的另一实施例提供一种发光二极管的结构，包括：永久基板、接合层、反射层、第二p型半导体层、p型三维空穴云结构、第一p型半导体层、有源层以及n型半导体层。其中，接合层位于永久基板上，反射层位于接合层上，第二p型半导体层位于反射层上，p型三维空穴云结构位于第二p型半导体层上，第一p型半导体层位于p型三维空穴云结构上。有源层位于第一p型半导体层上，n型半导体层位于有源层上。

本发明的又一实施例提供一种发光二极管的制造方法，包括下述步骤：首先提供外延基板。于外延基板上形成n型半导体层，于n型半导体层上形成有源层，于有源层上形成第一p型半导体层，于第一p型半导体层形成p型三维空穴云结构，于p型三维空穴云结构上形成第二p型半导体层，接着，于第二p型半导体层上形成反射层，于反射层上形成接合层，再提供永久基板，利用接合层将永久基板与反射层相结合，并移除外延基板。

本发明的另一实施例提供一种发光二极管的结构，包括：永久基板、接合层、反射层、第二p型半导体层、p型三维空穴云结构、第一p型半导体层、有源层、第二n型半导体层、n型三维电子云结构以及第一n型半导体层。其中，接合层位于永久基板上，反射层位于接合层上，第二p型半导体层位于反射层上，p型三维空穴云结构位于第二p型半导体层上，第一p型半导体位于p型三维空穴云结构上，有源层位于第一p型半导体上，第二n型半导体层位于有源层上，n型三维电子云结构位于第二n型半导体层，第一n型半导体层位于n型三维电子云结构上。

本发明的再一实施例提供一种发光二极管的制造方法，包括下述步骤：首先提供外延基板，再于外延基板上形成第一n型半导体层，于第一n型半导体层上形成n型三维电子云结构，于n型三维电子云结构上形成第二n型半导体层，于第二n型半导体层上形成有源层，于有源层上形成第一p型半导体层，于第一p型半导体层上形成p型三维空穴云结构，于p型三维空穴云结构上形成第二p型半导体层，接着于第二p型半导体层上形成反射层，于反射层上形成接合层，再提供永久基板，利用接合层将永久基板与反射层相结合，并移除外延基板。

本发明的另一实施例提供一种发光二极管的结构，包括：永久基板、接合层、反射层、p型半导体层、有源层、第二n型半导体层、n型三维电子云结构以及第一n型半导体层。其中，接合层位于永久基板上，反射层位于接合层上，p型半导体层位于反射层上，有源层位于p型半导体层上，第二n型半导体层位于有源层上，n型三维电子云结构位于第二n型半导体层上，第一n型半导体层位于n型三维电子云结构上。

本发明的再另一实施例提供一种发光二极管的制造方法，包括下述步骤：首先提供外延基板，于外延基板上形成第一n型半导体层，于第一n型半导体层上形成n型三维电子云结构，再于n型三维电子云结构上形成第二n型半导体层。于第二n型半导体层上形成有源层，于有源层上形成p型半导体层，于p型半导体层上形成反射层，于反射层上形成接合层，接着提供永久基板，再利用接合层将永久基板与反射层相结合，然后移除该外延基板。

根据上述实施例，本发明的特征是在发光二极管元件的p型或n型半导体层中，形成一个包含有至少一个宽能隙材料层以及一个窄能隙材料层的p型三维空穴云或n型三维电子云结构。由于宽能隙材料层以及窄能隙材料层是由三五族氮化物所形成，其具有高载流子迁移率及高载流子浓度的特性，可有效将正面电极所导入的电流平均地分散发光二极管元件的有源层之中，以解决已知发光二极管元件电流拥塞的问题。运用本发明技术特征，具有工艺简单且增进发光二极管元件的发光效率的优点。

附图说明

根据以上所述的优选实施例，并配合附图说明，读者当能对本发明的目的、特征、和优点有更深入的理解。但值得注意的是，为了清楚描述起见，本说明书所附的图式并未按照比例尺加以绘示。

图式简单说明如下：

图1为根据已知方法所绘示的发光二极管管芯100的结构剖面图。

图2A为依照本发明第一优选实施例所绘示的一种发光二极管元件200的结构剖面图。

图2B为依照本发明第二优选实施例所绘示的一种发光二极管元件200’的结构剖面图。

图3为依照本发明第三优选实施例所绘示的一种发光二极管元件300的结构剖面图。

图4A至图4C为依照本发明第四优选实施例所绘示的一种发光二极管元件500的工艺结构剖面图。

图5A至图5C为依照本发明第五优选实施例所绘示的一种发光二极管元件500的工艺结构剖面图。

图6A至图6C为依照本发明第六优选实施例所绘示的一种发光二极管元件600的工艺结构剖面图。

图7A为绘示一种已知发光二极管元件的电流分布影像上视图。

图7B为绘示本发明的发光二极管元件的电流分布影像上视图。

附图标记说明

100：发光二极管元件      101：基板

102：n型半导体层         103：有源层

104：p型半导体层         105：正面电极

106：背面电极            200：发光二极管元件

200’：发光二极管元件    201：外延基板

202：第一n型半导体层     203：n型三维电子云结构

203a：宽能隙材料层       203b：窄能隙材料层

204：第二n型半导体层     205：有源层

206：p型半导体层         207：p型三维空穴云结构

207a：宽能隙材料层       207b：窄能隙材料层

208：p型半导体层         209：第一金属电极

210：第二金属电极        300：发光二极管元件

301：外延基板           302：第一p型半导体层

303：p型三维空穴云结构  303a：宽能隙材料层

303b：窄能隙材料层      304：第二p型半导体层

305：有源层             306：n型半导体层

307：第一金属电极       308：第二金属电极

400：发光二极管元件     401：外延基板

402：第一n型半导体层    403：n型三维电子云结构

403a：宽能隙材料层      403b：窄能隙材料层

404：第二n型半导体层    405：有源层

406：第一p型半导体层    407：p型三维空穴云结构

407a：宽能隙材料层      407b：窄能隙材料层

408：第二p型半导体层    409：反射层

410：接合层             411：永久基板

412：金属电极           500：发光二极管元件

501：外延基板           502：第一n型半导体层

503：n型三维电子云结构  503a：宽能隙材料层

503b：窄能隙材料层      504：第二n型半导体层

505：有源层             506：p型半导体层

507：反射层             508：接合层

509：永久基板           510：金属电极

600：发光二极管元件     601：外延基板

602：n型半导体层        605：有源层

606：第一p型半导体层    607：p型三维空穴云结构

607a：宽能隙材料层      607b：窄能隙材料层

608：第二p型半导体层    609：反射层

610：接合层             611：永久基板

612：金属电极           R6：电流

R1：电流                R2：电流

R2’：电流              R3：电流

R4：电流                R4’：电流

R5：电流

具体实施方式

为让本发明的目的、特征、和优点能更明显易懂，特举数种发光二极管元件作为优选实施例详述如下。

请参照图2A和图2B，图2A为依照本发明第一优选实施例所绘示的一种发光二极管元件200的结构剖面图。图2B为依照本发明第二优选实施例所绘示的一种发光二极管元件200’的结构剖面图。

首先提供外延基板201，在本发明的优选实施例中，外延基板201的材料可以是氧化铝(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)或上述的任意组合所组成的材料。

接着，利用有机金属化学气相沉积技术，于外延基板201上形成第一n型半导体层202。其中，第一n型半导体层202的材料优选实施例为n型氮化铝铟镓(AlGaInN)或n型氮化镓(GaN)。

再于第一n型半导体层202上形成n型三维电子云结构203。在本发明的实施例中，n型三维电子云结构203为一种与n型半导体层202不同的材料，且为具有不同能隙的单异质结结构、双异质结结构或多层结构。

其中，n型三维电子云结构203包括宽能隙材料层203a以及窄能隙材料层203b，且宽能隙材料层203a和窄能隙材料层203b之中至少其一掺杂有n型掺杂剂。较佳的n型三维电子云结构，是由两个异质n型氮化铝镓铟层，例如n型Al_xIn_yGa_1-x-yN(0＜x＜1，0＜y＜1)层和n型Al_aIn_bGa_1-a-bN(0＜a＜1，0＜b＜1)层，所组成的一种双异质结结构。其中n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层的能隙大于n型Al_aIn_bGa_l-a-bN层的能隙。在本实施例中，n型Al_xIn_yGa_1-x-yN宽能隙材料层及n型Al_aIn_bGa_1-a-bN窄能隙材料层的厚度分别介于1nm至1000nm之间。

然后再于n型三维电子云结构上形成第二n型半导体层204。在本发明的优选实施例中，第二n型半导体层204的材料与第一n型半导体层202所使用的材料实质相同。

接着，于第二n型半导体层204上，外延成长有源层205，其中有源层205优选实施例为由氮化铝铟镓(AlGaInN)或氮化镓(GaN)所组成的多量子阱(MQW)结构。并且于有源层205之上外延成长第一p型半导体层206。之后再于第一p型半导体层206上形成第一金属电极209，并于外延基板201未成长外延结构的另一面形成第二金属电极210，以完成发光二极管元件200的制作。

另外在本发明的一些实施例中，发光二极管元件200还包括位于第一p型半导体层206上的p型三维空穴云结构207及第二p型半导体层208。请参照图2B的发光二极管元件200’，其结构与图2A所绘示的发光二极管元件200大致相同，差别仅在于发光二极管元件200’更具有p型三维空穴云结构207形成于第一p型半导体层206上，以及第二p型半导体层208形成于p型三维空穴云结构207上。而第一金属电极209形成于第二p型半导体层208上，第二金属电极210则形成于外延基板201未成长外延结构的另一面。

其中，在本发明的实施例中，p型三维空穴云结构207为一种与第一p型半导体层206不同的材料，且为具有不同能隙的单异质结结构、双异质结结构或多层结构。其中，p型三维空穴云结构207包括宽能隙材料层207a以及窄能隙材料层207b，且宽能隙材料层207a和窄能隙材料层207b之中至少其一掺杂有p型掺杂剂。较佳的p型三维空穴云结构，是由两个p型氮化铝镓铟层，例如p型Al_xIn_yGa_1-x-yN(0＜x＜1，0＜y＜1)层和  p型Al_aIn_bGa_1-a-bN(0＜a＜1，0＜b＜1)所组成的一种双异质结结构。其中p型Al_xIn_yGa_1-x-yN层的能隙大于p型Al_aIn_bGa_1-a-bN层的能隙。在本实施例中，p型Al_xIn_yGa_1-x-yN宽能隙材料层及p型Al_aIn_bGa_1-a-bN窄能隙材料层的厚度分别介于1nm至1000nm之间

由于发光二极管元件200和200’中的n型电子云结构或p型空穴云结构皆具有多个不同能隙的异质结结构，可使宽能隙材料层/窄能隙材料层的界面能带弯曲(Band Bending)，而产生载流子能级量化的现象。利用此可以使发光二极管元件具有高载流子迁移率及高载流子浓度的特性，可有效地将第一金属电极209或第二金属电极210所导入的电流R2或电流R2’平均地分散发光二极管元件的有源层之中。

图3为依照本发明第三优选实施例所绘示的一种发光二极管元件300的结构剖面图。首先提供外延基板301，在本发明的优选实施例中，外延基板301的材料可以是氧化铝(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)或上述的任意组合所组成的材料。接着，再利用有机金属化学气相沉积技术，于外延基板301上形成n型半导体层306，n型半导体层306的材料优选为n型氮化铝铟镓(AlGaInN)或n型氮化镓(GaN)。之后再于n型半导体层306上外延成长有源层305，其中有源层305优选实施例为由氮化铝铟镓(AlGaInN)或氮化镓(GaN)所组成的多量子阱(MQW)结构。然后，于有源层305外延成长第一p型半导体层302。其中，第一p型半导体层302的材料优选为p型氮化铝铟镓(AlGaInN)或p型氮化镓(GaN)。

再于第一p型半导体层302上形成p型三维空穴云结构303。在本实施例中，p型三维空穴云结构303为一种与p型半导体层302不同的材料，且为具有不同能隙的单异质结结构、双异质结结构或多层结构。其中，p型三维空穴云结构303包括宽能隙材料层303a以及窄能隙材料层303b，且宽能隙材料层303a和窄能隙材料层303b之中至少其一掺杂有p型掺杂剂。较佳的p型三维电子云结构，是由p型氮化铝镓铟(Al_xIn_yGa_1-x-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN(0＜x＜1，0＜y＜1，0＜a＜1，0＜b＜1)所组成的一种双异质结结构，其中p型Al_xIn_yGa_1-x-yN的能隙大于p型Al_aIn_bGa_1-a-bN的能隙。在本实施例中，p型Al_xIn_yGa_1-x-yN宽能隙材料层及p型Al_aIn_bGa_1-a-bN窄能隙材料层的厚度分别介于1nm至1000nm之间。

然后，在p型三维空穴云结构303上形成第二p型半导体层304。在本发明的优选实施例中，第二p型半导体层304的材料与第一p型半导体层302所使用的材料实质相同。

再于第二p型半导体层304上形成第一金属电极307，并于外延基板301未成长外延结构的另一面形成第二金属电极308，以完成发光二极管元件300的制作。

由于p型空穴云结构303具有多个不同能隙的异质结结构，可使宽能隙材料层/窄能隙材料层的界面能带弯曲，而产生载流子能级量化的现象。利用此可以使发光二极管元件具有高载流子迁移率及高载流子浓度的特性，可将金属电极308所导入的电流R3平均地分散发光二极管元件的有源层之中。

图4A至图4C为依照本发明第四优选实施例所绘示的一种发光二极管元件400的工艺结构剖面图。请参照图4A，首先提供外延基板401，在本发明的优选实施例中，外延基板401的材料可以是氧化铝(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)或上述的任意组合所组成的材料。接着，利用有机金属化学气相沉积技术，于外延基板401上形成第一n型半导体层402。其中，第一n型半导体层402的材料优选为n型氮化铝铟镓(AlGaInN)或n型氮化镓(GaN)。

再于第一n型半导体层402上形成n型三维电子云结构403。在本实施例中，n型三维电子云结构403为一种与第一n型半导体层402不同的材料，且为具有不同能隙的单异质结结构、双异质结结构或多层结构。其中，n型三维电子云结构403包括宽能隙材料层403a以及窄能隙材料层403b，且宽能隙材料层403a和窄能隙材料层403b之中至少其一掺杂有n型掺杂剂。较佳的n型三维电子云结构，是由n型氮化铝镓铟Al_xIn_yGa_1-x-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN(0＜x＜1，0＜y＜1，0＜a＜1，0＜b＜1)所组成的一种双异质结结构，其中n型Al_xIn_yGa_1-x-yN的能隙大于n型Al_aIn_bGa_1-a-bN的能隙。在本实施例中，n型Al_xIn_yGa_1-x-yN宽能隙材料层及n型Al_aIn_bGa_1-a-bN窄能隙材料层的厚度分别介于lnm至1000nm之间。

然后，于n型三维电子云结构上形成第二n型半导体层404。在本发明的优选实施例中，第二n型半导体层404的材料与第一n型半导体层402所使用的材料实质相同。接着，于第二n型半导体层404上，外延成长有源层405，其中有源层405优选实施例为由氮化铝铟镓(AlGaInN)或氮化镓(GaN)所组成的多量子阱(MQW)结构。并且于有源层405之上外延成长第一p型半导体层406。于第一p型半导体层406上形成p型三维空穴云结构407。再于p型三维空穴云结构407上形成第二p型半导体层408。

其中，较佳的p型三维空穴云结构407，是由p型氮化铝镓铟Al_xIn_yGa_1-x-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN(0＜x＜1，0＜y＜1，0＜a＜1，0＜b＜1)所组成的一种双异质结结构，其中p型Al_xIn_yGa_1-x-yN的能隙大于p型Al_aIn_bGa_1-a-bN的能隙。在本实施例中，p型Al_xIn_yGa_1-x-yN宽能隙材料层407a及p型Al_aIn_bGa_1-a-bN窄能隙材料层407b的厚度分别介于1nm至1000nm之间。而第一p型半导体层406优选为p型氮化铝铟镓(AlGaInN)或p型氮化镓(GaN)。第二p型半导体层408的材料则与第一p型半导体层406所使用的材料实质相同。

请再参照图4B，于第二p型半导体层408上形成反射层409。于反射层409上形成接合层410。再提供永久基板411，利用接合层410将永久基板411与反射层409相结合。在本实施例中，永久基板411为金属基板，亦可作为发光二极管元件400的金属电极。

后续请参照图4C，在移除外延基板401以后，于第一n型半导体层402上形成另一金属电极412，以完成发光二极管元件400的制作。

由于n型三维电子云结构403和p型三维空穴云结构407具有多个不同能隙的异质结结构，可使宽能隙材料层/窄能隙材料层的界面能带弯曲，而产生载流子能级量化的现象。利用此可以使发光二极管元件具有高载流子迁移率及高载流子浓度的特性，可将永久基板411或金属电极412所导入的电流R4或R4’平均地分散发光二极管元件的有源层之中。

请参照图5A至图5C，图5A至图5C为依照本发明第五优选实施例所绘示的一种发光二极管元件500的工艺结构剖面图。请参照图5A，首先提供外延基板501，在本发明的优选实施例中，外延基板501的材料可以是氧化铝(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)或上述的任意组合所组成的材料。接着，再利用有机金属化学气相沉积技术，于外延基板501上形成第一n型半导体层502。其中，第一n型半导体层502的材料优选为n型氮化铝铟镓(AlGaInN)或n型氮化镓(GaN)。

于第一n型半导体层502上形成n型三维电子云结构503。在本发明的实施例中，n型三维电子云结构503为一种与第一n型半导体层502不同的材料，且为具有不同能隙的单异质结结构、双异质结结构或多层结构。其中，n型三维电子云结构503包括宽能隙材料层503a以及窄能隙材料层503b，且宽能隙材料层503a和窄能隙材料层503b之中至少其一掺杂有n型掺杂剂。较佳的n型三维电子云结构，是由n型氮化铝镓铟Al_xIn_yGa_1-x-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN(0＜x＜1，0＜y＜1，0＜a＜1，0＜b＜1)所组成的一种双异质结结构，其中n型Al_xIn_yGa_1-x-yN的能隙大于n型Al_aIn_bGa_1-a-bN的能隙。在本实施例中，n型Al_xIn_yGa_1-x-yN宽能隙材料层及n型Al_aIn_bGa_1-a-bN窄能隙材料层的厚度分别介于1nm至1000nm之间。

然后，于n型三维电子云结构503上形成第二n型半导体层504。在本发明的优选实施例中，第二n型半导体层504的材料与第一n型半导体层502所使用的材料实质相同。接着，于第二n型半导体层504上外延成长有源层505。其中有源层505优选实施例为由氮化铝铟镓(AlGaInN)或氮化镓(GaN)所组成的多量子阱(MQW)结构。并且于有源层505上外延成长p型半导体层506。而p型半导体层506的材料优选为p型氮化铝铟镓(AlGaInN)或p型氮化镓(GaN)。

参照图5B，于p型半导体层506上形成反射层507。于反射层507上形成接合层508。再提供永久基板509，利用接合层508将永久基板509与反射层507相结合。在本实施例中，永久基板509为金属基板，亦可作为发光二极管元件500的金属电极。

请参照图5C，在移除外延基板501以后，于n型半导体层502上形成另一金属电极510，以完成发光二极管元件500的制作。

由于n型三维电子云结构503具有多个不同能隙的异质结结构，可使宽能隙材料层/窄能隙材料层的界面能带弯曲，而产生载流子能级量化的现象。利用此特性可以使发光二极管元件具有高载流子迁移率及高载流子浓度的特性，可将金属电极510所导入的电流R5平均地分散发光二极管元件的有源层之中。

请参照图6A至图6C，图6A至图6C为依照本发明第四优选实施例所绘示的一种发光二极管元件600的工艺结构剖面图。请参照图6A，首先提供外延基板601，在本发明的优选实施例中，外延基板601的材料可以是氧化铝(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)或上述的任意组合所组成的材料。接着，利用有机金属化学气相沉积技术，于外延基板601上形成n型半导体层602。其中，n型半导体层602的材料优选为n型氮化铝铟镓(AlGaInN)或n型氮化镓(GaN)。再于n型半导体层602上外延成长有源层605，其中有源层605优选为由氮化铝铟镓(AlGaInN)或氮化镓(GaN)所组成的多量子阱(MQW)结构。

接着，于有源层605之上外延成长第一p型半导体层606。于第一p型半导体层606上形成p型三维空穴云结构607。再于p型三维空穴云结构607上形成第二p型半导体层608。其中，较佳的p型三维空穴云结构607，是由p型氮化铝镓铟Al_xIn_yGa_1-x-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN(0＜x＜1，0＜y＜1，0＜a＜1，0＜b＜1)所组成的一种双异质结结构，其中p型Al_xIn_yGa_1-x-yN的能隙大于p型Al_aIn_bGa_1-a-bN的能隙。在本实施例中，p型Al_xIn_yGa_1-x-yN宽能隙材料层407a及p型Al_aIn_bGa_1-a-bN窄能隙材料层607b的厚度分别介于1nm至1000nm之间。而第一p型半导体层606优选为p型氮化铝铟镓(AlGaInN)或p型氮化镓(GaN)。第二p型半导体层608的材料则与第一p型半导体层606所使用的材料实质相同。

请再参照图6B，于第二p型半导体层608上形成反射层609。于反射层609上形成接合层610。再提供永久基板611，利用接合层610将永久基板611与反射层609相结合。在本实施例中，永久基板611为金属基板，亦可作为发光二极管元件600的金属电极。

后续请参照图6C图，在移除外延基板601以后，于n型半导体层602上形成另一金属电极612，以完成发光二极管元件600的制作。

由于p型三维空穴云结构607具有多个不同能隙的异质结结构，可使宽能隙材料层/窄能隙材料层的界面能带弯曲，而产生载流子能级量化的现象。利用此可以使发光二极管元件具有高载流子迁移率及高载流子浓度的特性，可将永久基板611所导入的电流R6平均地分散发光二极管元件的有源层之中。

参照图7A及图7B，图7A为绘示一种已知发光二极管元件的电流分布影像上视图。图7B为绘示本发明的发光二极管元件的电流分布影像上视图。图7A及图7B将20mA的电流通过正面电极，例如金属电极，导入发光二极管元件，再通过电子显微镜影像观察，电流在发光二极管元件的分布情形。比较图7A和图7B，可发现具有n型三维电子云结构或p型三维空穴云结构的发光二极管元件，其电流分散效果较已知发光二极管元件佳。

根据上述实施例，本发明的特征是在发光二极管元件的p型或n型半导体层之中，形成一个p型三维空穴云或n型三维电子云结构。其中每一个p型三维空穴云或n型三维电子云结构都包含有由至少一个宽能隙材料层和至少一个窄能隙材料层所构成的异质结。

由于上述宽能隙材料层以及窄能隙材料层是由三五族氮化物所形成，具有高载流子迁移率及高载流子浓度的特性，可将电极所导入的电流平均地分散发光二极管元件的有源层之中，以解决已知发光二极管元件电流拥塞的问题。因此运用本发明技术特征，具有工艺简单，且增进发光二极管元件的发光效率的优点。

虽然本发明已以上述优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

Claims (6)

1.一种发光二极管的结构，包括：

基板；

第一n型氮化镓层，位于该基板之上；

n型三维电子云结构，位于该第一n型氮化镓层上，该n型三维电子云结构包括宽能隙材料层以及窄能隙材料层，且该宽能隙材料层和该窄能隙材料层的至少其一掺杂有n型掺杂剂；

第二n型氮化镓层，位于该n型三维电子云结构上；

有源层，位于该第二n型氮化镓层上；以及

第一p型半导体层，位于该有源层上，

其中，所述n型三维电子云结构与所述第一n型氮化镓层包含不同的材料。

2.如权利要求1所述的发光二极管的结构，还包括：

p型三维空穴云结构，位于该第一p型半导体层上，该p型三维空穴云结构包括宽能隙材料层以及窄能隙材料层，且该宽能隙材料层和该窄能隙材料层的至少其一掺杂有p型掺杂剂；以及

第二p型半导体层，位于该p型三维空穴云结构上。

3.一种发光二极管的结构，包括：

基板；

n型半导体层，位于该基板之上；

有源层，位于该n型半导体层上；

第一p型氮化镓层，位于该有源层上；

p型三维空穴云结构，位于该第一p型氮化镓层上，该p型三维空穴云结构包括宽能隙材料层以及窄能隙材料层，且该宽能隙材料层和该窄能隙材料层的至少其一掺杂有p型掺杂剂；以及

第二p型氮化镓层，位于该p型三维空穴云结构上，

其中，所述p型三维空穴云结构与所述第一p型氮化镓层包含不同的材料。

4.一种发光二极管的结构，包括：

永久基板；

接合层，位于该永久基板上；

反射层，位于该接合层上；

第一p型氮化镓层，位于该反射层上；

p型三维空穴云结构，位于该第一p型氮化镓层上，该p型三维空穴云结构包括宽能隙材料层以及窄能隙材料层，且该宽能隙材料层和该窄能隙材料层的至少其一掺杂有p型掺杂剂；

第二p型氮化镓层，位于该p型三维空穴云结构上；

有源层，位于该第二p型氮化镓层上；以及

第一n型半导体层，位于该有源层上，

其中，所述p型三维空穴云结构与所述第一p型氮化镓层包含不同的材料。

5.如权利要求4所述的发光二极管的结构，该有源层与该第一n型半导体层之间还包括：

第二n型半导体层，位于该有源层上；以及

n型三维电子云结构，位于该第二n型半导体层上，该n型三维电子云结构包括宽能隙材料层以及窄能隙材料层，且该宽能隙材料层和该窄能隙材料层的至少其一掺杂有n型掺杂剂。

6.一种发光二极管的结构，包括：

永久基板；

接合层，位于该永久基板上；

反射层，位于该接合层上；

p型半导体层，位于该反射层上；

有源层，位于该p型半导体层上；

第二n型氮化镓层，位于该有源层上；

n型三维电子云结构，位于该第二n型氮化镓层上，该n型三维电子云结构包括宽能隙材料层以及窄能隙材料层，且该宽能隙材料层和该窄能隙材料层的至少其一掺杂有n型掺杂剂；以及

第一n型氮化镓层，位于n型三维电子云结构上，

其中，所述n型三维电子云结构与所述第二n型氮化镓层包含不同的材料。

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