CN101527339B

CN101527339B - 发光二极管器件及其制造方法

Info

Publication number: CN101527339B
Application number: CN2008100823855A
Authority: CN
Inventors: 洪铭煌; 蔡宗良
Original assignee: GUANGJIA PHOTOELECTRIC CO Ltd
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2028-03-04
Also published as: CN101527339A

Abstract

本发明提供一种发光二极管器件及其制造方法。一种发光二极管器件包括基底。位于所述基底上方的缓冲层。位于所述缓冲层上方的第一导电性局限层。位于所述第一导电性局限层上方的发光层。位于所述发光层上方的第二导电性第一局限层。位于所述第二导电性第一局限层上方的具导电性第一接触层。位于所述具导电性第一接触层上方经图案化的第二导电性第二局限层。位于所述第二导电性第二局限层上方经图案化的具导电性第二接触层。位于所述第二接触层上方的透明导电层，具有多个接触穿经所述第二接触层及所述第二导电性第二局限层而电性接触所述第一接触层。位于所述第一导电性局限层上方的第一导电性电极及位于所述透明导电层上方的第二导电性电极。

Description

发光二极管器件及其制造方法

技术领域

本发明是关于一种发光器件及其制造方法，特别是，本发明是关于一种发光二极管及其制造方法。

背景技术

参阅图1，其示意性说明了已知发光二极管器件的结构组成；发光二极管器件1包含基材10、位于所述基材10上的缓冲层11、位于所述缓冲层11上方的第一局限层12、位于所述第一局限层12上方的发光层13、位于所述发光层13上方的第二局限层14、位于所述第二局限层14上方的接触层15、位于所述接触层15上方的透明导电层16，及一组电极单元17，其中电极单元17由位于所述第一局限层12上方的第一电极17a以及位于所述透明导电层16上方的第二电极17b所组成，第一电极17a与第二电极17b相配合以提供电能于发光二极管器件1。

在前述结构中，第一局限层12与第二局限层14具有彼此不同的导电性；举例而言，第一局限层12与第二局限层14分别为经掺杂而呈n型(n-type)导电性与经掺杂而呈p型(p-type)的氮化镓系列半导体材料。

电极单元17的第一电极17a及第二电极17b以例如金、铬等金属及/或其合金所构成，其中，第一电极17a设置在n型的第一局限层12上并与其形成欧姆接触，第二电极17b则设置于透明导电层16顶面上并与接触层15形成欧姆接触，以对n型的第一局限层12及p型的第二局限层14提供电能。

当通过第一电极17a与第二电极17b对发光二极管器件1施加电能时，电流分散流通过n型的第一局限层12及p型的第二局限层14，而当电流自第二电极17b通入发光二极管器件1后，其将经由第二电极17b而均匀散布，由此，电子与空穴于发光层13中结合，同时释放能量而转换成光能，进而向外发光。所述发光层13为一多重量子井结构，包含多层能障层13a及多层量子井层13b呈交互堆叠结构。

为了提高发光二极管器件1的光取出效率，可对p型的第二局限层14与接触层15予以图形化，以于其中形成多个开孔，由此使第二电极17b可与p型的第二局限层14以及接触层15充分接触，进而提升发光二极管器件1的发光亮度。

然而，p型的第二局限层14经过图形化后，其所需的操作电压亦随之升高；为此，本发明提出了一种新型发光二极管器件的结构及其制造方法，除解决了发光二极管器件操作电压升高的问题以减少耗电之外，亦达到制程简易、成本降低的目标。

发明内容

本发明的一目的，旨在提供一种发光二极管器件(1ight emitting diodes，LED)。

此外，本发明的另一目的，旨在提供一种发光二极管器件的制造方法。

根据本发明的一构想，所提供的发光二极管器件包括：基底；缓冲层，位于所述基底上方；第一导电性局限层，位于所述缓冲层上方；发光层，位于所述第一导电性局限层上方；第二导电性第一局限层，位于所述发光层上方；具导电性第一接触层，位于所述第二导电性第一局限层上方；经图案化第二导电性第二局限层，位于所述具导电性第一接触层上方；经图案化具导电性第二接触层，位于所述第二导电性第二局限层上方；透明导电层，位于所述第二接触层上方，所述透明导电层具有多个接触穿经所述第二接触层及所述第二导电性第二局限层而电性接触所述第一接触层；第一导电性电极，位于所述第一导电性局限层上方；及第二导电性电极，位于所述透明导电层上方。

根据本发明的另一构想，所提供的发光二极管器件包括：基底；缓冲层，位于所述基底上方；第一导电性局限层，位于所述缓冲层上方；发光层，位于所述第一导电性局限层上方；第二导电性第一局限层，位于所述发光层上方；具导电性第一接触层，位于所述第二导电性第一局限层上方；经图案化第二导电性第二局限层，位于所述具导电性第一接触层上方；经图案化具导电性第二接触层，位于所述第二导电性第二局限层上方；透明导电层，位于所述第二接触层上方，所述透明导电层具有多个第一接触穿经所述第二接触层及所述第二导电性第二局限层而电性接触所述第一接触层；第一导电性电极，位于所述第一导电性局限层上方；及第二导电性电极，位于所述透明导电层上方，所述第二导电性电极具有多个第二接触穿经所述透明导电层、所述第二接触层及所述第二导电性第二局限层而电性接触所述第一接触层。

根据上述构想，其中所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于50纳米。

根据上述构想，其中所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于10纳米。

根据上述构想，其中所述第一接触层及所述第二接触层的厚度约3纳米。

根据上述构想，其中所述发光二极管器件为氮化镓系发光二极管器件。

根据上述构想，其中所述第一接触层及所述第二接触层选自下列任一材质：重浓度掺杂的P⁺⁺型或N⁺⁺型的IIIA族氮化物材料、重浓度掺杂的P⁺⁺型或N⁺⁺型的IIA-VA族材料，其中包含第IIA族元素：铍(Be)，镁(Mg)，钙(Ca)，及第VA族元素：氮(N)，砷(As)，磷(P)，锑(Sb)，及重浓度掺杂的P⁺⁺型或N⁺⁺型第IIA-VIA租材料，其中第VIA族元素包含：氧(O)，硫(S)，硒(Se)，碲(Te)，钋(Po)。

根据上述构想，其中所述发光层具有多重量子井结构。

根据上述构想，其中所述第一接触层及所述第二接触层的导电性可为第一导电性或第二导电性。

根据本发明的又一构想，所提供的发光二极管器件的制造方法包括的步骤有：形成缓冲层于基底上；形成第一导电性局限层于所述缓冲层上方；形成发光层于所述第一导电性局限层上方；形成第二导电性第一局限层于所述发光层上方；形成具导电性第一接触层于所述第二导电性第一局限层上方；形成第二导电性第二局限层于所述第一接触层上方；形成具导电性第二接触层于所述第二导电性第二局限层上方；移除部份所述第二接触层、所述第二导电性第二局限层、所述第一接触层、所述第二导电性第一局限层、所述发光层及所述第一导电性局限层，以形成平台于所述第一导电性局限层上；形成第一导电性电极于所述第一导电性局限层的所述平台上；形成多个第一开口穿经所述第二接触层及所述第二导电性第二局限层，并使部份所述第一接触层裸露出来；形成透明导电层于所述第二接触层上；及形成第二导电性电极于所述透明导电层上方。

根据上述构想，其中所述透明导电层形成之后还包含形成多个第二开口穿经所述透明导电层、所述第二接触层及所述第二导电性第二局限层，并使部份所述第一接触层裸露出来。

在本发明的制造方法中，所述第二导电性第二局限层以及所述具导电性的第二接触层经图案化所制成，由此形成多开口于其中，使所述具导电性的第一接触层裸露。

根据上述构想，所述透明导电层位于所述第二接触层上方，而所述透明导电层具有多个接触所述第二接触层及所述第二导电性第二局限层造成电性接触所述第一接触层。

根据上述构想，所形成的电极相分离地设置，并分别与不同导电性的两局限层欧姆接触以对所述两层局限层提供电能而产生电子-空穴复合，释放能量并于发光层转换为光能。

根据上述构想，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于50纳米，其中厚度小于10纳米为较佳的厚度，而所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于3纳米则为实施例最佳的厚度。

根据上述构想，所述发光二极管器件材料为氮化镓系，其中所述第一接触层及所述第二接触层的材料是选自于氮化镓铟、二价磷掺杂氮化镓，及二价氮掺杂氮化镓所组成。

根据上述构想，所述发光层具有多重量子井结构，而所述第一接触层及所述第二接触层的导电性可视为第一导电性或第二导电性。

本发明通过在发光二极管器件中配置另一接触层而形成双层接触层结构，以增加本发明结构中接触层的欧姆接触面积，以降低本发明发光二极管器件的操作电压。

附图说明

图1是截面示意图，其说明了已知发光二极管器件的结构；

图2A至图2D是截面示意图，其根据本发明的一较佳实施例，说明了本发明的发光二极管器件的制造方法及各步骤中对应形成的结构；以及

图3A至图3E是截面示意图，其根据本发明的另一较佳实施例，说明了本发明的发光二极管器件的制造方法及各步骤中对应形成的结构。

附图标号：

1、2、3---发光二极管器件

10、20、30---基材

11、21、31---缓冲层

12、22、32---第一导电性局限层

13、23、33---发光层

14、24、34---第二导电性局限层

24a、34a---第二导电性第一局限层

24b、34b---第二导电性第二局限层

15、25、35---接触层

25a、35a---第一接触层

25b、35b---第二接触层

16、27、37---透明导电层

17---电极单元

17a、26a、36a---第一电极

17b、26b、36b---第二电极

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的器件是以相同的编号来表示。

参阅图2A至图2D，其根据本发明的一较佳实施例，说明了本发明的发光二极管器件的制造方法及各步骤中对应形成的结构。

如图2A所示，利用本领域已知方法在基底20上方形成氮化镓材料的缓冲层21，并于缓冲层21上方依序形成氮化镓系列的半导体材料，亦即于缓冲层21上分别依序形成第一导电性局限层22、发光层23、第二导电性第一局限层24a、具导电性的第一接触层25a、第二导电性第二局限层24b以及具导电性第二接触层25b。根据本发明的一较佳实施例，发光层23具有多重量子井23a、23b的结构，包含多个能障层23a及多个量子井层23b呈交互堆叠结构，其中该等量子井层23b的材料组成成份可以相同或彼此不相同；第一导电性局限层22是经掺杂而呈n型导电性，即所谓的n型局限层；而第二导电性第一局限层24a与第二导电性第二局限层24b是经掺杂而呈p型导电性，即分别称为第一p型局限层与第二p型局限层。

在形成上述结构后，实施如图2B所示步骤以形成发光二极管器件的第一电极：首先移除一部份的具导电性第二接触层25b、第二导电性第二局限层24b、具导电性的第一接触层25a、第二导电性第一局限层24a、发光层23，及第一导电性局限层22，由此形成已知的mesa平台。

然后，利用例如湿蚀刻、感应耦合电浆蚀刻、或光辅助电化学蚀刻等方式来图形化具导电性第二接触层25b与第二p型局限层24b，以形成多开口而暴露出具导电性第一接触层25a；接着在经图形化的具导电性第二接触层25b上方形成透明导电层27，透明导电层27填入凹槽中而与具导电性第二接触层25b及第二p型局限层24b接触，如图2C所示。所述透明导电层27可以是氧化铟锡(ITO)层。

在形成透明导电层27之后，进一步于透明导电层27上形成第一导电性电极26a，其是n型电极且与第一导电性局限层22形成欧姆接触。由此即完成本发明的发光二极管器件2。在此较佳实施例中，所述具导电性第一接触层25a及所述具导电性第二接触层25b可以是掺杂浓度约1E17/cm³-5E22/cm³的N⁺⁺接触层或P⁺⁺接触层。所述具导电性第一接触层25a及所述具导电性第二接触层25b的厚度小于50纳米，其中厚度小于10纳米为较佳的厚度，而所述具导电性第一接触层25a及所述具导电性第二接触层25b的厚度小于3纳米则为实施例最佳的厚度。再者，在此较佳实施例中，虽然以第一导电性为n型，而第二导电性为p型例示说明，但所述发光二极管器件2的第一导电性及第二导电性的电性可以互换。

参阅图3A至图3E，其根据本发明的另一较佳实施例，说明了本发明的发光二极管器件的制造方法及各步骤中对应形成的结构。在此实施例中，图3A至图3C所示的发光二极管器件3的前段制程与前一实施例相同；换言之，在此实施例中，是同样利用本领域已知方法在基底30上方形成氮化镓材料的缓冲层31，并于缓冲层31上方依序形成氮化镓系列的半导体材料，包括：第一导电性局限层32、发光层33、第二导电性第一局限层34a、具导电性的第一接触层35a、第二导电性第二局限层34b以及具导电性第二接触层35b，其中发光层33具有多重量子井33a、33b的结构，包含多层能障层33a及多层量子井层33b呈交互堆叠结构，该等量子井层33b的材料组成成份可以相同或彼此不相同；第一导电性局限层32经掺杂而呈n型导电性，即所谓的n型局限层；而第二导电性第一局限层34a与第二导电性第二局限层34b经掺杂而呈p型导电性，即分别称为第一p型局限层与第二p型局限层，如图3A所示。

在形成上述结构后，实施如图3B所示步骤以形成发光二极管器件的第一电极：首先移除一部份的具导电性第二接触层35b、第二导电性第二局限层34b、具导电性的第一接触层35a、第二导电性第一局限层34a、发光层33，及第一导电性局限层32，由此形成已知的mesa平台。

然后，利用例如湿蚀刻、感应耦合电浆蚀刻、或光辅助电化学蚀刻等方式来图形化具导电性第二接触层35b与第二p型局限层34b，以形成多凹槽而暴露出具导电性第一接触层35a；接着在经图形化的具导电性第二接触层35b上方形成透明导电层37，透明导电层37填入凹槽中而与具导电性第二接触层35b及第二p型局限层34b接触，如图3C所示。

与前一实施例不同的是，在本实施例中，是于形成透明导电层37后，再次利用蚀刻方式来图形化部份的透明导电层37、第二接触层35b及第二p型局限层34b，用以形成多开口于其中以暴露出第一接触层35a，如图3D所示。

在完成第二次的蚀刻程序之后，于透明导电层37上形成第二电极36b；第二电极36b是填入前述开口中而与透明导电层37、第二接触层35b以及第二p型局限层34b欧姆接触，即完成如图3E所示的发光二极管器件3。

在本发明中，发光二极管器件2、3的基底20、30是由例如蓝宝石(Sapphire)材料所构成，且为提升氮化镓半导体材料与基底之间的晶格匹配度，在生长局限层22、24、32、34之前，先于基底20、30上成长出一层氮化镓缓冲层21、31(GaN buffer layer)，以避免因晶格不匹配而产生膜层缺陷的问题。

局限层22、24、32、34由氮化镓铟所制成，其分别掺杂有二价磷、二价氮等掺质组合，而具有两种不同的导电性，其中第一局限层22、32具有n型导电性，第二局限层24、34则具有p型导电性，但反之亦可采用。

第一电极26a、36a以及第二电极26b、36b是以例如金、铬及/或其合金为材料制成，其中第一电极26a、36a设置为与n型的局限层22、32形成欧姆接触，故称为n型电极，而第二电极26b、36b则设置于透明导电层27，37上且与p型的局限层24、34形成欧姆接触，故称为p型电极。通过对n型电极26a、36a及p型电极26b、36b施加电能，电流流通过n型的局限层22、32及p型的局限层24、34，由此促成电子与空穴复合于发光层中而产生光能。

在本发明中，第二接触层25b、35b及第二p型局限层24b、34b经图形化而具有多开口；且较佳为，透明导电层27、37、第二接触层25b、35b及第二p型局限层24b、34b皆经过图形化而具有多开口，所以相对使得第一接触层25a、35a得以裸露，由此可有效增加接触层25、35与第二电极26b、36b的接触面积，进而使得有效电流上升，则可维持本发明的发光二极管器件2、3的低操作电压；相较于仅具有一接触层的已知发光二极管器件1而言，本发明的发光二极管器件结构及其制造方法可确实达到提高发光效率、降低操作电压的目的。

Claims

1.一种发光二极管器件，其特征在于，所述发光二极管器件包括：

基底；

缓冲层，位于所述基底上方；

第一导电性局限层，位于所述缓冲层上方；

发光层，位于所述第一导电性局限层上方；

第二导电性第一局限层，位于所述发光层上方；

具导电性第一接触层，位于所述第二导电性第一局限层上方；

经图案化第二导电性第二局限层，位于所述具导电性第一接触层上方；

经图案化具导电性第二接触层，位于所述第二导电性第二局限层上方；

透明导电层，位于所述第二接触层上方，所述透明导电层具有多个接触穿经所述第二接触层及所述第二导电性第二局限层而电性接触所述第一接触层；

第一导电性电极，位于所述第一导电性局限层上方；及

第二导电性电极，位于所述透明导电层上方。

2.如权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于50纳米。

3.如权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于10纳米。

4.如权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度为3纳米。

5.如权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述发光二极管器件为氮化镓系发光二极管器件。

6.如权利要求5所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层选自下列任一材质：重浓度掺杂的P⁺⁺型或N⁺⁺型的ⅢA族氮化物材料、重浓度掺杂的P⁺⁺型或N⁺⁺型的IIA-VA族材料，其中包含以下任一种第IIA族元素：铍，镁，钙，及以下任一种第VA族元素：氮，砷，磷，锑、及重浓度掺杂的P⁺⁺型或N⁺⁺型第IIA-VIA族材料，其中包含以下任一种第VIA族元素：氧，硫，硒，碲，钋。

7.如权利要求6所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于50纳米。

8.如权利要求6所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于10纳米。

9.如权利要求6所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度为3纳米。

10.如权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述发光层具有多重量子井结构。

11.如权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的导电性可为第一导电性或第二导电性。

12.一种发光二极管器件，其特征在于，所述发光二极管器件包括：

基底；

缓冲层，位于所述基底上方；

第一导电性局限层，位于所述缓冲层上方；

发光层，位于所述第一导电性局限层上方；

第二导电性第一局限层，位于所述发光层上方；

透明导电层，位于所述第二接触层上方，所述透明导电层具有多个第一接触穿经所述第二接触层及所述第二导电性第二局限层而电性接触所述第一接触层；

第一导电性电极，位于所述第一导电性局限层上方；及

第二导电性电极，位于所述透明导电层上方，所述第二导电性电极具有多个第二接触穿经所述透明导电层、所述第二接触层及所述第二导电性第二局限层而电性接触所述第一接触层。

13.如权利要求12所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于50纳米。

14.如权利要求12所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于10纳米。

15.如权利要求12所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度为3纳米。

16.如权利要求12所述的发光二极管器件，其特征在于，所述发光二极管器件为氮化镓系发光二极管器件。

17.如权利要求16所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层选自下列任一材质：重浓度掺杂的P⁺⁺型或N⁺⁺型的ⅢA族氮化物材料、重浓度掺杂的P⁺⁺型或N⁺⁺型的IIA-VA族材料，其中包含以下任一种第IIA族元素：铍，镁，钙，及以下任一种第VA族元素：氮，砷，磷，锑、及重浓度掺杂的P⁺⁺型或N⁺⁺型第IIA-VIA族材料，其中包含以下任一种第VIA族元素：氧，硫，硒，碲，钋。

18.如权利要求17所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于50纳米。

19.如权利要求17所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于10纳米。

20.如权利要求17所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度为3纳米。

21.如权利要求12所述的发光二极管器件，其特征在于，所述发光层具有多重量子井结构。

22.如权利要求12所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的导电性可为第一导电性或第二导电性。

23.一种发光二极管器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括：

形成缓冲层于基底上；

形成第一导电性局限层于所述缓冲层上方；

形成发光层于所述第一导电性局限层上方；

形成第二导电性第一局限层于所述发光层上方；

形成具导电性第一接触层于所述第二导电性第一局限层上方；

形成第二导电性第二局限层于所述第一接触层上方；

形成具导电性第二接触层于所述第二导电性第二局限层上方；

移除部份所述第二接触层、所述第二导电性第二局限层、所述第一接触层、所述第二导电性第一局限层、所述发光层及所述第一导电性局限层，以形成平台于所述第一导电性局限层上；

形成第一导电性电极于所述第一导电性局限层的所述平台上；

形成多个第一开口穿经所述第二接触层及所述第二导电性第二局限层，并使部份所述第一接触层裸露出来；

形成透明导电层于所述第二接触层上；及

形成第二导电性电极于所述透明导电层上方。

24.如权利要求23所述的发光二极管器件的制造方法，其特征在于，所述发光层具有多重量子井结构。

25.如权利要求23所述的发光二极管器件的制造方法，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于50纳米。

26.如权利要求23所述的发光二极管器件的制造方法，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度小于10纳米。

27.如权利要求23项所述的发光二极管器件的制造方法，其特征在于，所述第一接触层及所述第二接触层的厚度为3纳米。

28.如权利要求23项所述的发光二极管器件的制造方法，其中所述透明导电层形成之后还包含形成多个第二开口穿经所述透明导电层、所述第二接触层及所述第二导电性第二局限层，并使部份所述第一接触层裸露出来。