CN102544279A - 发光二极管及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光二极管包括：基板、N型氮化镓薄膜层、绝缘层、N型氮化镓纳米线层、量子阱层以及P型氮化镓纳米线层。该N型氮化镓薄膜层形成在该基板上。该绝缘层形成在该N型氮化镓薄膜层的上，该绝缘层具有一个远离该N型氮化镓薄膜层的上表面，该绝缘层的上表面上形成至少一个凹槽，以使该N型氮化镓薄膜层具有暴露在该凹槽的部分。该N型氮化镓纳米线层形成在该绝缘层的至少一个凹槽内，且该N型氮化镓纳米线层的端部突出在该绝缘层外。该量子阱层包覆该N型氮化镓纳米线层突出在绝缘层外的部分。该P型氮化镓纳米线层包覆于该量子阱层。本发明还涉及一种发光二极管的形成方法。

Description

发光二极管及其形成方法
技术领域
本发明涉及一种半导体元件，尤其涉及一种发光二极管以及该发光二极管的形成方法。
背景技术
目前，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)因具有功耗低、寿命长、体积小及亮度高等特性已经被广泛应用到很多领域。
发光二极管包括第一型半导体层(如N型半导体层)、第二型半导体层(如P型半导体层)、以及设置在该第一型半导体层与该第二型半导体层之间的发光层。现有的发光层一般用二维度的方式制作而成，其容易因表面缺陷造成电子与空穴结合的量子效率(Quantum Efficiency)下降，从而使发光二极管的应用受到了一定的限制。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种量子效率高的发光二极管以一种发光二极管的形成方法。
一种发光二极管包括：基板、N型氮化镓薄膜层、绝缘层、N型氮化镓纳米线层、量子阱层以及P型氮化镓纳米线层。该N型氮化镓薄膜层形成在该基板上。该绝缘层形成在该N型氮化镓薄膜层的上，该绝缘层具有一个远离该N型氮化镓薄膜层的上表面，该绝缘层的上表面上形成至少一个凹槽，以使该N型氮化镓薄膜层具有暴露在该凹槽的部分。该N型氮化镓纳米线层形成在该绝缘层的至少一个凹槽内，且该N型氮化镓纳米线层的端部突出在该绝缘层外。该量子阱层包覆该N型氮化镓纳米线层突出在绝缘层外的部分。该P型氮化镓纳米线层包覆于该量子阱层。
一种发光二极管的形成方法，其包括：
提供一个基板；
在该基板上形成一个N型氮化镓薄膜层；
在该N型氮化镓薄膜层上形成一个绝缘层，该绝缘层具有一个远离该N型氮化镓薄膜层的上表面，该绝缘层的上表面上形成有至少一个凹槽，以使该N型氮化镓薄膜层具有暴露在该凹槽的部分；
在该绝缘层的至少一个凹槽内形成N型氮化镓纳米线层，且该N型氮化镓纳米线层的端部突出在该绝缘层外；
在该N型氮化镓纳米线突出在绝缘层外的部分上形成量子阱层；
在该量子阱层上形成P型氮化镓纳米线层，该P型氮化镓纳米线层包覆于该量子阱层。
所述发光二极管以及发光二极管形成方法所形成的发光二极管，其具有的N型氮化镓纳米线层与P型氮化镓纳米线层均为一维结构，可有效地减少平面磊晶产生的表面缺陷，从而提高量子效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的发光二极管的示意图。
图2是本发明实施例提供的发光二极管的形成方法的流程图。
主要元件符号说明
发光二极管           100
基板                 10
N型氮化镓薄膜层      20
绝缘层               30
上表面               31
凹槽                 32
N型氮化镓纳米线层    40
量子阱层             50
P型氮化镓纳米线层    60
P型氧化锌纳米线层    70
P型透明电极层        80
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明实施例提供的发光二极管100。该发光二极管100包括基板10、一个N型氮化镓薄膜层20、一个绝缘层30、N型氮化镓纳米线层40，量子阱层50，P型氮化镓纳米线层60，P型氧化锌纳米线层70、以及P型透明电极层80。
在本实施例中，该基板10为一个单晶氧化铝基板。
该N型氮化镓薄膜层20形成在该基板10上，其作为该发光二极管100的N型电极。
该绝缘层30形成在该N型氮化镓薄膜层20上。该绝缘层30具有一个远离该N型氮化镓薄膜层20的上表面31。该绝缘层的上表面蚀刻形成多个凹槽32，以使该N型氮化镓薄膜层20具有暴露在该凹槽32的部分。在本实施例中，该凹槽32是利用阳极氧化铝模板(Anodic Aluminum oxide，AAO)作为掩膜在绝缘层30上蚀刻而成。该多个凹槽32之间间隔的距离相同，且该多个凹槽32的开口大小相同。该绝缘层30为二氧化硅层。
该N型氮化镓纳米线层40分别成长在该绝缘层30的多个凹槽32内，并且该N型氮化镓纳米线层40的端部突出在该绝缘层30外。
该量子阱层50包覆该N型氮化镓纳米线层40突出在绝缘层30外的部分。在本实施例中，该量子阱层50为多层氮化铟钾量子阱结构，其通过磊晶的方式形成在该N型氮化镓纳米线层40的外表面上。
该P型氮化镓纳米线层60包覆于该量子阱层50的外表面。
在本实施例中，P型氧化锌纳米线层70形成在该P型氮化镓纳米线层60的远离该量子阱层50的一端，该P型氧化锌纳米线层70用于增加光萃取效率。
该P型透明电极层80包覆该P型氧化锌纳米线层70暴露在外的表面以及该P型氮化镓纳米线层60暴露在外的表面。在本实施例中，该P型透明电极层80为P型掺杂镓氧化锌层。该P型透明电极层80为该发光二极管100的P型电极。
该发光二极管100具有的N型氮化镓纳米线层40与P型氮化镓纳米线层60为一维结构，可有效地减少平面磊晶产生的表面缺陷，从而提高量子效率。进一步地，该发光二极管100的P型氮化镓纳米线层60上形成有一个P型氧化锌纳米线层70，该P型氧化锌纳米线层70可以增加该发光二极管100的光萃取效率。
请参阅图2，本发明实施例提供的一种发光二极管的形成方法的流程示意图。该发光二极管的形成方法包括如下步骤：
步骤一：提供一个基板，请一并参见图1。
步骤二：在该基板上形成一个N型氮化镓薄膜层。该N型氮化镓薄膜层20作为该发光二极管的N型电极。
步骤三：在该N型氮化镓薄膜层上形成一个绝缘层，该绝缘层具有一个远离该N型氮化镓薄膜层的上表面，该绝缘层的上表面上形成有至少一个凹槽，以使该N型氮化镓薄膜层具有暴露在该凹槽的部分。在本实施例中，该凹槽32是利用阳极氧化铝模板(Anodic Aluminum oxide，AAO)作为掩膜在绝缘层30上蚀刻而成。该绝缘层30为二氧化硅层。
步骤四：在该绝缘层的至少一个凹槽内形成N型氮化镓纳米线层，且该N型氮化镓纳米线层的端部突出在该绝缘层外。
步骤五：在该N型氮化镓纳米线突出在绝缘层外的部分上形成量子阱层。在本实施例中，该量子阱层50为多层氮化铟钾量子阱结构，其通过磊晶的方式形成在该N型氮化镓纳米线层40的外表面上。
步骤六：在该量子阱层上形成P型氮化镓纳米线层，该P型氮化镓纳米线层包覆于该量子阱层。
步骤七：在该P型氮化镓纳米线层的远离该量子阱层的一端形成一个P型氧化锌纳米线层。
步骤八：在该P型氧化锌纳米线层暴露在外的表面上形成一个P型透明电极层。该P型透明电极层80为P型掺杂镓氧化锌层。该P型透明电极层80为该发光二极管100的P型电极。在本实施例中，该P型透明电极层包覆该P型氧化锌纳米线层70暴露在外的表面以及该P型氮化镓纳米线层60暴露在外的表面。
可以理解的是，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管，其特征在于，该发光二极管包括：
基板；
N型氮化镓薄膜层，其形成在该基板上；
绝缘层，其形成在该N型氮化镓薄膜层的上，该绝缘层具有一个远离该N型氮化镓薄膜层的上表面，该绝缘层的上表面上形成至少一个凹槽，以使该N型氮化镓薄膜层具有暴露在该凹槽的部分；
N型氮化镓纳米线层，其形成在该绝缘层的至少一个凹槽内，且该N型氮化镓纳米线层的端部突出在该绝缘层外；
量子阱层，其包覆该N型氮化镓纳米线层突出在绝缘层外的部分；及
P型氮化镓纳米线层，其包覆于该量子阱层。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该发光二极管进一步包括一个P型透明电极层，该P型透明电极层覆盖该P型氮化镓纳米线层的外表面。
3.如权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，该发光二极管进一步包括一个P型氧化锌纳米线层，该P型氧化锌纳米线层形成在该P型氮化镓纳米线层的远离该量子阱层的一端，该P型透明电极层覆盖P型氧化锌纳米线层。
4.如权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，P型透明电极层为P型掺杂镓氧化锌层。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该绝缘层为二氧化硅薄膜。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该绝缘层上的至少一个凹槽是利用阳极氧化铝模板作为掩膜在绝缘层上蚀刻而成。
7.一种发光二极管的形成方法，其包括：
提供一个基板；
在该基板上形成一个N型氮化镓薄膜层；
在该N型氮化镓薄膜层上形成一个绝缘层，该绝缘层具有一个远离该N型氮化镓薄膜层的上表面，该绝缘层的上表面上形成有至少一个凹槽，以使该N型氮化镓薄膜层具有暴露在该凹槽的部分；
在该绝缘层的至少一个凹槽内形成N型氮化镓纳米线层，且
该N型氮化镓纳米线层的端部突出在该绝缘层外；
在该N型氮化镓纳米线突出在绝缘层外的部分上形成量子阱层；
在该量子阱层上形成P型氮化镓纳米线层，该P型氮化镓纳米线层包覆于该量子阱层。
8.如权利要求7所述的发光二极管的形成方法，其特征在于，在该P型氮化镓纳米线层的外表面上形成一个P型透明电极层。
9.如权利要求8所述的发光二极管的形成方法，其特征在于，在该P型氮化镓纳米线层的远离该量子阱层的一端形成一个P型氧化锌纳米线层，该P型透明电极层覆盖P型氧化锌纳米线层。
10.如权利要求7所述的发光二极管的形成方法，其特征在于，该绝缘层上的至少一个凹槽是利用阳极氧化铝模板作为掩膜在绝缘层上蚀刻而成。
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