CN103489981B - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管及其制造方法，发光二极管不包含P型氮化镓层。此发光二极管依序包含N型半导体层、多重量子井层、P型氮化铟镓(InGaN)层以及氧化铟锡层。氧化铟锡层的晶粒尺寸介于5埃至1000埃间。
Description
技术领域
本发明是有关于一种发光二极管及其制造方法，且特别是有关于一种高亮度发光二极管及其制造方法。
背景技术
发光二极管(light emitting diode)为一种具有N型半导体与P型半导体接合的光电转换装置(photoelectric conversion device)，其是通过电子与空穴的再结合而发光。目前，因发光二极管的使用寿命长且体积小，故已广泛地应用于背光模组与照明领域。
其中，又以氮化镓基底(GaN-based)的发光二极管最具代表性。氮化镓基底的发光二极管包含N型氮化镓层、多重量子井层(或主动层)及P型氮化镓层的发光单元(light emitting cell)。然而，各层材料皆会吸收主动层所发出的光，导致出光率降低。
因此，仍需一种改良的发光二极管及其制造方法，以期能提高发光二极管的出光率，而可解决现有技术所面临的问题。
发明内容
本发明的一方面是提供一种具有高亮度的发光二极管，其不包含P型氮化镓层。此发光二极管包含N型半导体层、多重量子井层、P型氮化铟镓层以及氧化铟锡层。此氧化铟锡层的晶粒尺寸介于5埃至1000埃间。N型半导体层设置于基板上。多重量子井层设置于N型半导体层上。P型氮化铟镓层设置于多重量子井层上。氧化铟锡层设置于P型氮化铟镓层上。
本发明的另一方面是在提供一种制造高亮度的发光二极管的方法，其包含下列步骤：提供一基板。形成N型半导体层于基板上。形成多重量子井层于N型半导体层上。形成P型氮化铟镓层于多重量子井层上。形成氧化铟锡层于P型氮化铟镓层上，此氧化铟锡层的晶粒尺寸介于5埃至1000埃间。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1是显示依照本发明一实施方式的一种发光二极管的示意图；
图2是显示依照本发明另一实施方式的一种发光二极管的示意图；
图3是显示依照本发明一实施方式的一种制造发光二极管的方法的流程图；
图4是显示依照本发明一实施方式的一种制造发光二极管的方法中各制程阶段的示意图；
图5是显示依照本发明另实施方式的一种制造发光二极管的方法中各制程阶段的示意图；
图6是显示依照本发明又实施方式的一种制造发光二极管的方法中各制程阶段的示意图。
【主要元件符号说明】
100、200：发光二极管
110：基板
120：未掺杂氮化镓层
130：N型半导体层
140：多重量子井层
142：氮化铟镓中间层
144：氮化镓中间层
146：顶层
148：未掺杂氮化铟镓层
150：P型氮化铟镓层
150a：P型杂质
150b：P型杂质
150c：碱土金属离子
160：碱土金属合金层
170：氧化铟锡层
182：P型接触垫
184：N型接触垫
300：制造发光二极管的方法
310、320、330、340、350：步骤
具体实施方式
以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
图1是显示依照本发明一实施方式的一种发光二极管的示意图。本发明的一方面是在提供一种具有高亮度的发光二极管，且其未包含P型氮化镓层。发光二极管100依序包含N型半导体层130、多重量子井层140、P型氮化铟镓(InGaN)层150以及氧化铟锡层170。
N型半导体层130设置于基板110上。基板110的材料可为玻璃、石英、蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氮化铝或其它合适的材料。N型半导体层130可依序使用化学气相沉积制程及掺杂制程来形成。N型半导体层130的材料可为III-Ⅴ族半导体化合物，如掺杂硅的氮化镓化合物，但不限于此。
在一实施方式中，还包含未掺杂氮化镓(U-GaN)层120夹设于N型半导体层130及基板110间。未掺杂氮化镓层120可使用化学气相沉积制程来形成，其是用以做为缓冲层。
多重量子井层140设置于N型半导体层130上。在一实施方式中，多重量子井层140为氮化铟镓层与氮化镓层相互堆叠而形成的结构，可利用化学气相沉积制程来形成。多重量子井层140是用来局限载子于量子井中，而可提升发光强度。
P型氮化铟镓层150设置于多量子井140层上。P型氮化铟镓层中的P型杂质是选自由铍、镁及其组合所构成的群组。为了降低P型氮化铟镓层150的光吸收量，因此，在一实施方式中，P型氮化铟镓层150的厚度介于5埃至1000埃间，较佳为5埃至20埃间。换言之，减薄的P型氮化铟镓层150有助于大幅降低对光的吸收量，而可提升发光二极管100的出光率。
氧化铟锡层170设置于P型氮化铟镓层150上。氧化铟锡层170用以使电流能够均匀分布。由上述可知，为了减少P型氮化铟镓层150的光吸收量，而降低了P型氮化铟镓层150的厚度，但会因此丧失电流散布的功能。所以，在一实施方式中，氧化铟锡层170是以溅镀制程形成。这是因为与蒸镀制程相较之下，溅镀制程可形成品质较佳且较为致密的氧化铟锡层170，而有助于大幅提升电流均匀分布的功能。在一实施方式中，氧化铟锡层170的晶粒尺寸介于5埃至1000埃间。并且在形成相同氧化铟锡层170的厚度之下，以溅镀制程形成的氧化铟锡层170的表面电阻会比以蒸镀制程形成的氧化铟锡层170的表面电阻更低。因此，在一实施方式中，氧化铟锡层170的表面电阻介于100欧姆至5欧姆间。在一实施方式中，氧化铟锡层170的厚度介于5埃至1000埃间。换言之，减薄的氧化铟锡层170可减少吸光，并且又具有足够低的表面电阻与良好的电流散布效果。此外，氧化铟锡层170与P型氮化铟镓层150间具有良好的欧姆接触。
在一实施方式中，还包含碱土金属合金层160夹设于P型氮化铟镓层150及氧化铟锡层170间，如图2所示。碱土金属合金层160的材料是选自由金铍(AuBe)合金及金镁(AuMg)合金及其组合所构成的群组。这是因为在形成P型氮化铟镓层150的过程中，需要退火碱土金属合金层160来使碱土金属离子扩散进入未掺杂的氮化铟镓层。下述制程方法中将详细说明此退火步骤。
P型接触垫182以及N型接触垫184分别设置于氧化铟锡层170和露出的N型半导体层130上，如图1及图2所示。
图3是显示依照本发明一实施方式的一种制造发光二极管的方法的流程图。本发明的另一方面是在提供一种制造高亮度的发光二极管的方法，其包含下列步骤。
在步骤310中，提供基板110。在一实施方式中，还包含形成未掺杂氮化镓层120于基板110上。基板110与未掺杂氮化镓层120的具体实施方式可与图1中的基板110与未掺杂氮化镓层120的具体实施方式相同。
在步骤320中，形成N型半导体层130于基板110上。N型半导体层130的具体实施方式可与图1中的N型半导体层130的具体实施方式相同。
在步骤330中，形成多重量子井层140于N型半导体层130上。多重量子井层140的具体实施方式可与图1中的多重量子井层140的具体实施方式相同。
在步骤340中，形成P型氮化铟镓层150于多重量子井层140上。形成P型氮化铟镓层150的方法例如可为有机金属化学气相沉积(metal chemicalvapor deposition)、离子布植(ion implantation)或热扩散(thermal diffusion)方式，下述将详细说明。
在一实施方式中，步骤330包含形成多个氮化铟镓中间层142与多个氮化镓中间层144交互堆叠，且最后形成一顶层146，如图4所示。顶层146与氮化铟镓中间层142可为相同的材料，差异仅在于设置的位置。例如可使用有机金属化学气相沉积方式形成厚度小于20埃的顶层146。详细而言，可利用有机金属化学气相沉积法，同步(in-situ)掺杂P型杂质150a于顶层146中，以将顶层146转变为P型氧化铟镓层150。P型杂质150a是选自由有机碱土金属、铍、镁及其组合所构成的群组。有机碱土金属的材料是选自由二茂基铍([bis(cyclopentadienyl)beryllium],Cp2Be)及二茂基镁([bis(cyclopentadienyl)magnesium],Cp2Mg)及其组合所构成的群组。例如可使用浓度1019cm-3以上的二茂基镁来进行上述沉积P型杂质150a步骤。
在另一实施方式中，如图5所示，步骤340包含有机金属化学气相沉积未掺杂氮化铟镓层148于多重量子井层130上。然后，植入P型杂质150b至未掺杂氮化铟镓层148中。P型杂质150b是选自由镁离子(Mg+)、铍离子(Be+)及其组合所构成的群组。例如可使用有机金属化学气相沉积方式形成厚度小于20埃的未掺杂氮化铟镓层148。接着，使用浓度1019cm-3以上的镁离子来进行上述植入P型杂质150b步骤。
在又一实施方式中，如图6所示，步骤340包含有机金属化学气相沉积未掺杂氮化铟镓层148于多重量子井层140的顶面上，然后形成碱土金属合金层160于未掺杂氮化铟镓层148上。最后，施以一退火程序，使碱土金属合金层160中的碱土金属离子扩散进入未掺杂氮化铟镓层148中。在一实施方式中，退火程序是在温度大于或等于800度Ｃ的环境下进行。碱土金属合金层的材料是选自由金铍(AuBe)合金、金镁(AuMg)合金及其组合所构成的群组。例如可使用有机金属化学气相沉积方式形成厚度小于20埃的未掺杂氮化铟镓层148，再沉积金铍层于未掺杂氮化铟镓层148上。然后进行退火步骤，以使铍离子扩散至未掺杂氮化铟镓层148中。
在步骤350中，形成氧化铟锡层170于P型氮化铟镓层150上，如图1及图2所示。例如可使用溅镀的方式形成氧化铟锡层170于P型氮化铟镓层150上。氧化铟锡层170的晶粒尺寸介于5埃至1000埃间。氧化铟锡层170的表面电阻介于100欧姆至5欧姆间。氧化铟锡层170的厚度介于5埃至1000埃间。此外，氧化铟锡层170与P型氮化铟镓层150间具有良好的欧姆接触。
然后，可利用蚀刻制程让N型半导体层130露出一部分，如图1及图2所示。
最后，分别形成P型接触垫182及N型接触垫184于氧化铟锡层170和露出部分的N型半导体层130上，如图1及图2所示，而完成了发光二极管100,200的制作。例如可使用电镀或沉积方式来形成P型接触垫182以及N型接触垫184。
由此可知，上述发光二极管不包含P型氮化镓层。并且，本发明的实施方式使用非常薄的P型氮化铟镓层搭配小晶粒尺寸的高品质氧化铟锡层，以减少光吸收量以及帮助电流散布。此外，高品质氧化铟锡层也可减薄，而可减少吸光，同时又具有足够低的表面电阻与良好的电流散布效果。因此，此高出光率的发光二极管及其制造方法能够有效地解决上述问题。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，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所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (15)
1.一种发光二极管，其特征在于，包含：
一N型半导体层，设置于一基板上；
一多重量子井层，设置于该N型半导体层上；
一P型氮化铟镓层，设置于该多重量子井层上，该P型氮化铟镓层的厚度介于5埃至20埃间；以及
一氧化铟锡层，设置于该P型氮化铟镓层上，该氧化铟锡层的晶粒尺寸介于5埃至1000埃间，
其中该发光二极管未包含一P型氮化镓层。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该P型氮化铟镓层的P型杂质是选自由铍、镁及其组合所构成的群组。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该氧化铟锡层是以溅镀制程形成。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包含一未掺杂氮化镓层夹设于该N型半导体层及该基板间。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该氧化铟锡层的厚度介于5埃至1000埃间。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该氧化铟锡层的表面电阻介于100欧姆至5欧姆间。
7.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包含：
提供一基板；
形成一N型半导体层于该基板上；
形成一多重量子井层于该N型半导体层上；
形成一P型氮化铟镓层于该多重量子井层上，其中形成该P型氮化铟镓层步骤包含：
利用有机金属化学气相沉积一未掺杂的氮化铟镓层于该多重量子井层的一顶面上；
形成一碱土金属合金层于该未掺杂氮化铟镓层上；以及
施以一退火程序，使该碱土金属合金层中的碱土金属离子扩散进入该未掺杂氮化铟镓层中；以及
形成一氧化铟锡层于该P型氮化铟镓层上，该氧化铟锡层的晶粒尺寸介于5埃至1000埃间。
8.根据权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该多重量子井层是由多个氮化铟镓中间层与多个氮化镓中间层交互堆叠而成，且该多重量子井层的顶层为一氮化铟镓层。
9.根据权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该退火程序是于温度大于或等于800℃的环境下进行。
10.根据权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该碱土金属合金层的材料是选自由金铍合金、金镁合金及其组合所构成的群组。
11.根据权利要求7至10中任一项权利要求所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该氧化铟锡层是以溅镀法形成。
12.根据权利要求11所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该P型氮化铟镓层的厚度介于5埃至1000埃间。
13.根据权利要求12所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该P型氮化铟镓层的厚度介于5埃至20埃间。
14.根据权利要求12所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该氧化铟锡层的厚度介于5埃至1000埃间。
15.根据权利要求12所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该氧化铟锡层的表面电阻介于100欧姆至5欧姆间。
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