CN111725369A - 发光装置 - Google Patents
发光装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111725369A CN111725369A CN201910213401.8A CN201910213401A CN111725369A CN 111725369 A CN111725369 A CN 111725369A CN 201910213401 A CN201910213401 A CN 201910213401A CN 111725369 A CN111725369 A CN 111725369A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- type
- semiconductor layer
- type semiconductor
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 103
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 8
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 268
- 238000000034 method Methods 0.000 description 28
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 27
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 7
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 5
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- -1 GaN) Chemical compound 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AJGDITRVXRPLBY-UHFFFAOYSA-N aluminum indium Chemical compound [Al].[In] AJGDITRVXRPLBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
- H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
一种发光装置，包括基板、设置于基板上的缓冲层、设置于缓冲层上的N型半导体层、设置于N型半导体层上的发光层、设置于发光层上的P型半导体层、第一电极、以及第二电极。N型半导体层具有电极接触区，并包含多个凸形微结构，位于电极接触区。各凸形微结构包含交替堆叠的多个第一子层及多个第二子层。第一子层包含AlxGa(1‑x)N，且第二子层包含AlyGa(1‑y)N，其中0<x<1，0<y<1，且x≠y。第一电极及第二电极分别设置于N型半导体层的电极接触区及P型半导体层上。第一电极覆盖所述多个凸形微结构，且凸形微结构的至少一个第一子层的侧壁，以及至少一个第二子层的侧壁接触第一电极。本发明的发光装置具有优异的发光效率及良率，并且发光装置中的各半导体层具有良好的结晶品质。
Description
技术领域
本揭示内容是关于一种发光装置。
背景技术
发光二极管(light-emitting diode，LED)为一种可将电能转换为光能的半导体装置，其包括P型半导体层、N型半导体层、以及位于两者之间的发光层。若对此发光二极管施加一适当偏压，可使电子与空穴在发光层结合并放出能量。此能量若以光线的形式释放即产生发光现象。
在传统发光二极管中，为了避免发光层发出的光在通过N型半导体层时被吸收，选用高铝含量的材料(如铝含量高于40％的AlGaN)来形成N型半导体层。然而，相较于使用不含铝的材料(如GaN)，使用含铝材料(如AlGaN)所形成的N型半导体层，不易与P型半导体层匹配，从而增加了电阻，降低了发光效率。因此，本领域技术人员仍持续寻求一种具有高发光效率的发光二极管。
发明内容
本揭示内容的一态样是提供一种发光装置，包括基板、缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层、第一电极、以及第二电极。缓冲层设置于基板上。N型半导体层设置于缓冲层上，并具有电极接触区。N型半导体层包含多个凸形微结构，位于电极接触区。各凸形微结构包含交替堆叠的多个第一子层及多个第二子层。第一子层包含AlxGa(1-x)N，且第二子层包含AlyGa(1-y)N，其中0<x<1，0<y<1，且x≠y。发光层设置于N型半导体层上。P型半导体层设置于发光层上。第一电极设置于N型半导体层的电极接触区上，并覆盖多个凸形微结构。多个第一子层中的至少一者的侧壁及多个第二子层中的至少一者的侧壁接触第一电极。第二电极设置于P型半导体层上。
在本揭示内容的一实施方式中，多个凸形微结构中的至少一者还包含一第三子层。第三子层位于所述多个第一子层及所述多个第二子层之上，且第三子层的Si掺杂浓度低于1018/cm3。
在本揭示内容的一实施方式中，第三子层包含AlzGa(1-z)N，其中0≤z<1。
在本揭示内容的一实施方式中，所述多个凸形微结构中的至少一者还包含一第四子层。第四子层位于第三子层上，且第四子层包含AlpGa(1-p)N，其中0<p<1，其中第四子层的Si掺杂浓度高于1018/cm3。
在本揭示内容的一实施方式中，各凸形微结构具有
的一高度。
在本揭示内容的一实施方式中，N型半导体层包含交替堆叠的多个第一N型层及多个第二N型层。所述多个第一N型层包含AlxGa(1-x)N，且所述多个第二N型层包含AlyGa(1-y)N，其中0<x<1，0<y<1，且x≠y。
在本揭示内容的一实施方式中，N型半导体层还包含一第三N型层。第三N型层位于所述多个第一N型层及所述多个第二N型层之上，且第三N型层的Si掺杂浓度低于1018/cm3。
在本揭示内容的一实施方式中，第三N型层包含AlzGa(1-z)N，其中0≤z<1。
在本揭示内容的一实施方式中，第三N型层具有
的一厚度。
在本揭示内容的一实施方式中，N型半导体层还包含一第四N型层。第四N型层位于第三N型层上，且第四N型层包含AlpGa(1-p)N，其中0<p<1，其中第四N型层的Si掺杂浓度高于1018/cm3。
在本揭示内容的一实施方式中，各第一N型层及各第二N型层具有
的一厚度。
本揭示内容的另一态样是提供一种发光装置，包括基板、缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层、第一电极、以及第二电极。缓冲层设置于该基板上。N型半导体层设置于缓冲层上，并具有一电极接触区。N型半导体层包含：多个凸形微结构，位于电极接触区，且各凸形微结构包含一铝浓度渐变子层。铝浓度渐变子层包含AlqGa(1-q)N，其中0<q<1，且q从铝浓度渐变子层的底部朝向顶部递减。发光层设置于N型半导体层上。P型半导体层设置于发光层上。第一电极设置于N型半导体层的电极接触区上，并覆盖所述多个凸形微结构。第二电极设置于P型半导体层上。
在本揭示内容的一实施方式中，所述多个凸形微结构中的至少一者还包含一第三子层。第三子层位于铝浓度渐变子层之上，且第三子层的Si掺杂浓度低于1018/cm3。
在本揭示内容的一实施方式中，第三子层包含AlzGa(1-z)N，其中0≤z<1。
在本揭示内容的一实施方式中，所述多个凸形微结构中的至少一者还包含一第四子层。第四子层位于第三子层上，且第四子层包含AlpGa(1-p)N，其中0<p<1，其中第四子层的Si掺杂浓度高于1018/cm3。
在本揭示内容的一实施方式中，N型半导体层包含铝浓度渐变N型层。所述多个凸形微结构形成于铝浓度渐变N型层上，且铝浓度渐变N型层包含AlqGa(1-q)N，其中0<q<1，且q从铝浓度渐变N型层的底部朝向顶部递减。
在本揭示内容的一实施方式中，N型半导体层还包含一第三N型层。第三N型层位于铝浓度渐变N型层之上，且第三N型层的Si掺杂浓度低于1018/cm3。
在本揭示内容的一实施方式中，第三N型层包含AlzGa(1-z)N，其中0≤z<1。
在本揭示内容的一实施方式中，N型半导体层还包含一第四N型层。四N型层位于第三N型层上，且第四N型层包含AlpGa(1-p)N，其中0<p<1，其中第四N型层的Si掺杂浓度高于1018/cm3。
由上述实施方式可知，本揭示内容的发光装置包含交替堆叠的多个第一N型层及多个第二N型层，其中两者的铝含量不同，从而可形成二维电子气，以降低电阻值并改善装置的发光效率。再者，交替堆叠的第一N型层及第二N型层还可阻挡晶格错位通过，以改善结晶品质。此外，发光装置的N型半导体层还包含多个凸形微结构，从而形成于其上的电极可更加牢固而不容易剥离。
以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本揭示内容的技术方案提供更进一步的解释。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以更好地理解本揭露的各个方面。应注意，依据工业中的标准实务，多个特征并未按比例绘制。实际上，多个特征的尺寸可任意增大或缩小，以便使论述明晰。
图1A绘示根据本揭示内容的一些实施方式的发光装置的剖面示意图；
图1B、图1C分别绘示发光装置的一区域的局部放大图；
图2A、图3A绘示根据本揭示内容的一些实施方式的发光装置的制造方法的各个阶段的剖面示意图；
图2B、图3B分别绘示中间结构的一区域的局部放大图；
图4A绘示根据本揭示内容的其他实施方式的发光装置的剖面示意图；
图4B、图4C分别绘示发光装置的一区域的局部放大图。
具体实施方式
以下揭示内容提供许多不同实施例或实例以用于实现所提供标的物的不同的特征。下文描述组件及排列的特定实例以简化本揭露。当然，此等仅仅为实例，并不旨在限制本揭露。举例而言，在随后描述中的在第二特征之上或在第二特征上形成第一特征可包括形成直接接触的第一特征和第二特征的实施例，还可以包括在第一特征和第二特征之间形成额外特征，从而使第一特征和第二特征不直接接触的实施例。另外，本揭露在各实例中可重复元件符号及/或字母。此重复是出于简化及清楚的目的，且本身不指示所论述各实施例及/或构造之间的关系。
另外，空间相对用语，诸如“下方”、“以下”、“下部”、“上方”、“上部”及类似者，在此用于简化描述附图所示的一个元件或特征与另一元件(或多个元件)或特征(或多个特征)的关系。除附图中描绘的方向外，空间相对用语旨在包含于使用或操作中的装置的不同方向。装置可为不同的方向(旋转90度或在其他的方向)，并且在此使用的空间相关描述词也可相应地被解释。
请参照图1A。图1A绘示根据本揭示内容的一些实施方式的发光装置10的剖面示意图。如图1A所示，发光装置10包括基板100、缓冲层200、N型半导体层300、发光层400、P型半导体层500、第一电极600、以及第二电极700。
基板100是用以作为磊晶成长及/或承载的基材，其可为导电性或非导电性的透光材料。在本实施例中，使用一蓝宝石(sapphire)基板作为基板100，然而并未限定于此。
缓冲层200设置于基板100上，其可用以提升后续形成于其上的N型半导体层300的品质。在一些实施例中，缓冲层200包括多层结构。举例来说，缓冲层200包括GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、AlInN、AlInGaN或其它类似的材料。缓冲层200可通过例如金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、金属有机物化学气相磊晶法(MOVPE)、电浆增强型化学气相沉积法(plasma-enhanced CVD)、遥控电浆化学气相沉积法(RP-CVD)、分子束磊晶法(MBE)、氢化物气相磊晶法(HVPE)、液相磊晶法(LPE)、氯化物气相磊晶法(Cl-VPE)或类似的方法来形成。另外，缓冲层200可完全覆盖基板100，或是仅盖部分基板100。例如，如图1A所示，缓冲层200可完全覆盖基板100。
N型半导体层300设置于缓冲层200上。请参照图1B。图1B为发光装置10的区域R1的局部放大图。N型半导体层300包含交替堆叠的多个第一N型层320及多个第二N型层330。具体而言，第一N型层320包含AlxGa(1-x)N，且第二N型层330包含AlyGa(1-y)N，其中0<x<1，0<y<1，且x≠y。例如，x介于0.4～0.6之间，y介于0.1～0.35之间。或者，x介于0.1～0.35之间，y介于0.4～0.6之间。在一些实施例中，第一N型层320及第二N型层330具有
的一厚度。较佳地，在一实施例中，第一N型层320及第二N型层330的厚度为
更佳地，在一实施例中，第一N型层320及第二N型层330的厚度为
须说明的是，交替堆叠的多个第一N型层320及多个第二N型层330提供特定的技术效果。具体而言，第一N型层320及第二N型层330交替堆叠可形成二维电子气(two-dimensional electron gas，2DEG)，增加了电子浓度，并降低电流传导路径的电阻值，从而改善发光效率。另一方面，第一N型层320及第二N型层330交替堆叠可提高后续形成于其上的半导体层(例如发光层400)的结晶品质(crystal quality)。详细而言，交替堆叠的第一N型层320及第二N型层330可阻挡晶格错位(lattice dislocation)通过，以改善形成于其上的半导体层的结晶品质。
如图1B所示，N型半导体层300还包含第三N型层350及第四N型层340。第三N型层350位于第一N型层320及第二N型层330之上。第四N型层340位于第三N型层350与发光层400之间。
第三N型层350包含AlzGa(1-z)N，其中0≤z<1。例如，z介于0.4～0.6之间。具体地，第三N型层350的Si掺杂浓度低于1018/cm3，例如Si掺杂浓度可为0～1018/cm3。应理解的是，第一N型层320、第二N型层330、以及第四N型层340的Si掺杂浓度高于第三N型层350。举例来说，第一N型层320、第二N型层330、以及第四N型层340的Si掺杂浓度高于1018/cm3，例如介于1018/cm3～2×1019/cm3之间。据此，通过设置第三N型层350于两层较高Si掺杂浓度的半导体层(即第一N型层320与第四N型层340)之间，可形成一空乏区以容纳载子，从而改善装置的抗静电能力。在一些实施例中，第三N型层350具有
的一厚度。
第四N型层340包含AlpGa(1-p)N，其中0<p<1。例如，p介于0.4～0.6之间。通过第四N型层340的设置，可提升N型半导体层300的电子注入量，以改善发光效率。
在一些实施例中，N型半导体层300的第一N型层320、第二N型层330、第三N型层350、以及第四N型层340可通过例如金属有机物化学气相沉积法、金属有机物化学气相磊晶法、电浆增强型化学气相沉积法、遥控电浆化学气相沉积法、分子束磊晶法、氢化物气相磊晶法、液相磊晶法、氯化物气相磊晶法或类似的方法来形成。
请回到图1A，N型半导体层300具有电极接触区300a。应理解的是，电极接触区300a是通过执行一蚀刻制程所形成。请参照图2A～图3B。图2A及图3A绘示根据本揭示内容的一些实施方式的发光装置10的制造方法的各个阶段的剖面示意图，图2B及图3B分别为图2A的区域R3及图3A的区域R4的局部放大图。
在图2A中，通过上述方法依序形成缓冲层200、N型半导体层300"、发光层400"、以及P型半导体层500"于基板100上。具体地，如图2B所示，N型半导体层300"的上部包含交替堆叠的第一N型层320"及第二N型层330"，以及设置于第一N型层320"及第二N型层330"之上的第三N型层350"及第四N型层340"。
接着，执行一蚀刻制程，以移除部分的N型半导体层300"、发光层400"、以及P型半导体层500"，从而形成N型半导体层300、发光层400、以及P型半导体层500。具体地，如图3A所示，在蚀刻制程之后，图2B中位于N型半导体层300"的上部的第一N型层320"的一部分、第二N型层330"的一部分、第三N型层350"的一部分、以及第四N型层340"的一部分被移除，从而形成多个凸形微结构310(如图3B所示)。在一些实施例中，蚀刻制程采用干式蚀刻技术，例如感应偶合电浆蚀刻(inductively coupled plasma(ICP)etching)。在一些实施例中，凸形微结构310可为岛状、炮弹形、三角锥形或圆锥形等形状，但不以此为限。通过调整蚀刻制程，所形成的各凸形微结构310可具有不同的高度(如图3B的凸形微结构310a、310b、以及310c)。在一些实施例中，各凸形微结构310具有
的一高度。较佳地，在一实施例中，凸形微结构310的高度为
更佳地，在一实施例中，凸形微结构310的高度为
形成不同的高度的凸形微结构310可提供特定的技术效果，下文将详细叙述。
接着，分别形成第一电极600及第二电极700于N型半导体层300的电极接触区300a及P型半导体层500上，从而形成如图1A所示的发光装置10。
请参照图1C，图1C绘示发光装置10的区域R2的局部放大图。凸形微结构310包含交替堆叠的多个第一子层311及多个第二子层312。第一子层311包含AlxGa(1-x)N，且第二子层312包含AlyGa(1-y)N，其中0<x<1，0<y<1，且x≠y。例如，x介于0.4～0.6之间，y介于0.1～0.35之间。或者，x介于0.1～0.35之间，y介于0.4～0.6之间。应理解，第一子层311及第二子层312是通过移除N型半导体层300"上部的第一N型层320"及第二N型层330"的一部分所形成的(如图2B所示)。
在一些实施例中，凸形微结构310(如凸形微结构310c)还包含第三子层314。第三子层314包含AlzGa(1-z)N，其中0≤z<1。例如，z介于0.4～0.6之间。第三子层314位于第一子层311及第二子层312之上，且第三子层314的Si掺杂浓度低于1018/cm3。应理解，第三子层314是通过移除N型半导体层300"上部的第三N型层350"的一部分所形成的(如图2B所示)。
在一些实施例中，凸形微结构310(如凸形微结构310a)还包含第四子层313。第四子层313包含AlpGa(1-p)N，其中0<p<1。例如，p介于0.4～0.6之间。第四子层313位于第三子层314上，且第四子层313的Si掺杂浓度高于1018/cm3。例如，第四子层313的Si掺杂浓度介于1018/cm3～2×1019/cm3之间。应理解，第四子层313是通过移除N型半导体层300"上部的第四N型层340"的一部分所形成的(如图2B所示)。
据此，设置于电极接触区300a上的第一电极600覆盖凸形微结构310，并接触凸形微结构310的第一子层311的侧壁、第二子层312的侧壁、第三子层314的侧壁、以及第四子层313的侧壁。如前所述，形成不同的高度的凸形微结构310可提供特定的技术效果。具体而言，通过蚀刻制程来形成不同高度的多个凸形微结构310，可使形成于其上的第一电极600更加牢固而不容易剥离。此外，从发光层400发出的光线可更容易从发光装置10的侧面通过这些凸形微结构310射出，减少了光的全反射并增加发光效率。
值得一提的是，如前所述，已知的发光二极管中的N型半导体层是由高铝含量的材料所形成。然而，高铝含量的材料所形成的N型半导体层与电极之间具有高接触电阻，影响了装置的发光效率。相较于此，发光装置10的第一电极600同时接触N型半导体层300中的高铝含量的子层及低铝含量的子层，避免了上述问题。例如，凸形微结构310的第一子层311为高铝含量的子层(第一子层311包含AlxGa(1-x)N，且x介于0.4～0.6之间)，而第二子层312为低铝含量的子层(第二子层312包含AlyGa(1-y)N，且y介于0.1～0.35)。因此，覆盖凸形微结构310的第一电极600同时接触了交替堆叠的第一子层311的侧壁及第二子层312的侧壁，有效地降低了第一电极600与N型半导体层300之间的接触电阻。从而，提高了装置的发光效率。
请回到图1A，发光层400设置于N型半导体层300上。发光层400可包括同质接面(homojunction)、异质接面(heterojunction)、单一量子井(single-quantum well，SQW)、多重量子井(multiple-quantum well，MQW)或其它类似的结构。在一些实施例中，发光层400可包括AlGaN。在其它实施例中，发光层400可包括例如GaN、InGaN或AlInGaN等其它常用材料。发光层400的形成方式可包括金属有机物化学气相沉积法、分子束磊晶法、氢化物气相磊晶法、液相磊晶法或其它适当的方式。在本实施例中，发光层400覆盖N型半导体层300的一部分，如图1A所示。在一些实施例中，发光层400的总厚度介于5nm～400nm之间。
P型半导体层500设置于发光层400上。具体地，P型半导体层500可为单层结构或多层结构。P型半导体层500可包括氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)或氮化铝铟镓(AlInGaN)等，并进一步包括一P型掺杂物(例如，镁)。举例来说，在一实施例中，P型半导体层500包括P型掺杂的氮化镓(P-GaN)。P型半导体层500的形成方式可包括金属有机物化学气相沉积法、分子束磊晶法、氢化物气相磊晶法、液相磊晶法或其它适当的方式。另外，P型半导体层500可完全覆盖发光层400，或是仅盖部分发光层400。例如，如图1A所示，P型半导体层500可完全覆盖发光层400。
第一电极600及第二电极700分别设置于N型半导体层300的电极接触区300a及P型半导体层500上。第一电极600及第二电极700可为单层或多层结构。在一些实施例中，第一电极600及第二电极700可包括金、铬、镍、铂、钛、铝、铱、铑、前述的化合物(例如氮化钛)、或前述的组合(例如钛铝合金、钛/铝/镍/金或氮化钛/钛铝合金/金)。第一电极600及第二电极700可通过沉积制程与图案化制程来形成。
请参照第4A～图4C。图4A绘示根据本揭示内容的其他实施方式的发光装置10a的剖面示意图。图4B及图4C分别绘示发光装置10a的区域R1及的区域R2的局部放大图。须说明的是，在图4A～图4C中，与图1A～图1C相同或相似的元件被给予相同的符号，并省略相关说明。
图4A～图4C的发光装置10a与图1A～图1C相似，差异在于，发光装置10a不具有如图1B及图1C所示的交替堆叠的第一N型层320及第二N型层330、以及第一子层311及第二子层312。替代地，发光装置10a包含铝浓度渐变N型层360及形成于其上的多个凸形微结构310(例如凸形微结构310a、310b、以及310c)，并且凸形微结构310包含铝浓度渐变子层315。
具体而言，铝浓度渐变N型层360包含AlqGa(1-q)N，其中0<q<1，且q从铝浓度渐变N型层360的底部朝向顶部递减。较佳地，在一实施例中，0.2<q<0.8。更佳地，在一实施例中，0.2<q<0.7。应理解，由于q随着铝浓度渐变N型层360的厚度增加而下降，因此可减少铝浓度渐变N型层360厚度增加而产生的应力，降低晶体破裂发生的机率，提升铝浓度渐变N型层360的晶体品质，从而改善发光装置10a的发光效率。
在一些实施例中，铝浓度渐变N型层360具有0.5～3微米的一厚度。较佳地，在一实施例中，铝浓度渐变N型层360的厚度为0.5微米。
凸形微结构310的形成方式如前所述，在此不再赘述。凸形微结构310的第三子层314及第四子层313设置于铝浓度渐变子层315之上。铝浓度渐变子层315包含AlqGa(1-q)N，其中0<q<1，且q从该铝浓度渐变子层的底部朝向顶部递减。值得一提的是，铝浓度渐变子层315的铝含量从底部朝向顶部递减，而覆盖凸形微结构310的第一电极600同时接触了铝浓度渐变子层315的不同铝含量部分(即低铝含量的顶部和高铝含量的底部)。因此，相较于电极仅接触高铝含量的N型半导体层的已知的发光二极管，有效地降低了第一电极600与N型半导体层300之间的接触电阻，并提高了装置的发光效率。
由上述发明实施例可知，在此揭露的一实施态样的发光装置包含交替堆叠的多个第一N型层及多个第二N型层，其中两者的铝含量不同，从而可形成二维电子气，以降低电阻值并改善装置的发光效率。再者，交替堆叠的第一N型层及第二N型层还可阻挡晶格错位通过，以改善结晶品质。此外，发光装置的N型半导体层还包含多个凸形微结构，凸形微结构中的第一子层及第二子层同时接触第一电极，降低了第一电极与N型半导体层之间的接触电阻，并使形成于凸形微结构上的第一电极可更加牢固而不容易剥离，增加了装置的发光效率。
在此揭露的另一实施态样的发光装置包含铝浓度渐变N型层。铝浓度渐变N型层的铝含量随着其厚度增加而下降，因此可减少因厚度增加而产生的应力，并降低晶体破裂发生的机率。据此，提升了铝浓度渐变N型层的晶体品质，从而改善发光装置的发光效率。覆盖凸形微结构的第一电极同时接触了铝浓度渐变子层的不同铝含量部分，从而降低了第一电极与N型半导体层之间的接触电阻，并提高了装置的发光效率。
上文概述若干实施例的特征，使得熟悉此项技术者可更好地理解本揭露的态样。熟悉此项技术者应了解，可轻易使用本揭露作为设计或修改其他制程及结构的基础，以便实施本文所介绍的实施例的相同目的及/或实现相同优势。熟悉此项技术者亦应认识到，此类等效结构并未脱离本揭露的精神及范畴，且可在不脱离本揭露的精神及范畴的情况下产生本文的各种变化、替代及更改。
Claims (19)
1.一种发光装置，其特征在于，包括：
一基板；
一缓冲层，设置于该基板上；
一N型半导体层，设置于该缓冲层上，并具有一电极接触区，其中该N型半导体层包含：多个凸形微结构，位于该电极接触区，且各该凸形微结构包含交替堆叠的多个第一子层及多个第二子层，其中所述多个第一子层包含AlxGa(1-x)N，且所述多个第二子层包含AlyGa(1-y)N，其中0<x<1，0<y<1，且x≠y；
一发光层，设置于该N型半导体层上；
一P型半导体层，设置于该发光层上；
一第一电极，设置于该N型半导体层的该电极接触区上，并覆盖所述多个凸形微结构，其中所述多个第一子层中的至少一者的一侧壁及所述多个第二子层中的至少一者的一侧壁接触该第一电极；以及
一第二电极，设置于该P型半导体层上。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述多个凸形微结构中的至少一者还包含：
一第三子层，位于所述多个第一子层及所述多个第二子层之上，且该第三子层的Si掺杂浓度低于1018/cm3。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，该第三子层包含AlzGa(1-z)N，其中0≤z<1。
4.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，所述多个凸形微结构中的该至少一者还包含：
一第四子层，位于该第三子层上，且该第四子层包含AlpGa(1-p)N，其中0<p<1，其中该第四子层的Si掺杂浓度高于1018/cm3。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，各该凸形微结构具有
的一高度。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该N型半导体层包含：
交替堆叠的多个第一N型层及多个第二N型层，其中所述多个第一N型层包含AlxGa(1-x)N，且所述多个第二N型层包含AlyGa(1-y)N，其中0<x<1，0<y<1，且x≠y。
7.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于，该N型半导体层还包含：
一第三N型层，位于所述多个第一N型层及所述多个第二N型层之上，且该第三N型层的Si掺杂浓度低于1018/cm3。
8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，该第三N型层包含AlzGa(1-z)N，其中0≤z<1。
9.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，该第三N型层具有
的一厚度。
10.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，该N型半导体层还包含：
一第四N型层，位于该第三N型层上，且该第四N型层包含AlpGa(1-p)N，其中0<p<1，其中该第四N型层的Si掺杂浓度高于1018/cm3。
11.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于，各该第一N型层及各该第二N型层具有
的一厚度。
12.一种发光装置，其特征在于，包括：
一基板；
一缓冲层，设置于该基板上；
一N型半导体层，设置于该缓冲层上，并具有一电极接触区，其中该N型半导体层包含：多个凸形微结构，位于该电极接触区，且各该凸形微结构包含一铝浓度渐变子层，其中该铝浓度渐变子层包含AlqGa(1-q)N，其中0<q<1，且q从该铝浓度渐变子层的底部朝向顶部递减；
一发光层，设置于该N型半导体层上；
一P型半导体层，设置于该发光层上；
一第一电极，设置于该N型半导体层的该电极接触区上，并覆盖所述多个凸形微结构；以及
一第二电极，设置于该P型半导体层上。
13.根据权利要求12所述的发光装置，其特征在于，所述多个凸形微结构中的至少一者还包含：
一第三子层，位于该铝浓度渐变子层之上，且该第三子层的Si掺杂浓度低于1018/cm3。
14.根据权利要求13所述的发光装置，其特征在于，该第三子层包含AlzGa(1-z)N，其中0≤z<1。
15.根据权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述多个凸形微结构中的该至少一者还包含：
一第四子层，位于该第三子层上，且该第四子层包含AlpGa(1-p)N，其中0<p<1，其中该第四子层的Si掺杂浓度高于1018/cm3。
16.根据权利要求12所述的发光装置，其特征在于，该N型半导体层包含：
一铝浓度渐变N型层，其中所述多个凸形微结构形成于该铝浓度渐变N型层上，且铝浓度渐变N型层包含AlqGa(1-q)N，其中0<q<1，且q从该铝浓度渐变N型层的底部朝向顶部递减。
17.根据权利要求16所述的发光装置，其特征在于，该N型半导体层还包含：
一第三N型层，位于该铝浓度渐变N型层之上，且该第三N型层的Si掺杂浓度低于1018/cm3。
18.根据权利要求17所述的发光装置，其特征在于，该第三N型层包含AlzGa(1-z)N，其中0≤z<1。
19.根据权利要求17所述的发光装置，其特征在于，该N型半导体层还包含：
一第四N型层，位于该第三N型层上，且该第四N型层包含AlpGa(1-p)N，其中0<p<1，其中该第四N型层的Si掺杂浓度高于1018/cm3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910213401.8A CN111725369B (zh) | 2019-03-20 | 2019-03-20 | 发光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910213401.8A CN111725369B (zh) | 2019-03-20 | 2019-03-20 | 发光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111725369A true CN111725369A (zh) | 2020-09-29 |
| CN111725369B CN111725369B (zh) | 2021-11-12 |
Family
ID=72562103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910213401.8A Active CN111725369B (zh) | 2019-03-20 | 2019-03-20 | 发光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111725369B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020003234A1 (en) * | 2000-07-10 | 2002-01-10 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Nitride based semiconductor light emitting device |
| CN101026212A (zh) * | 2006-02-24 | 2007-08-29 | 三星电机株式会社 | 氮化物基半导体发光器件及其制造方法 |
| CN103187497A (zh) * | 2013-01-28 | 2013-07-03 | 上海博恩世通光电股份有限公司 | 一种提高大尺寸芯片光效的外延结构及其生长方法 |
| CN106409998A (zh) * | 2016-11-04 | 2017-02-15 | 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 | 一种具有高抗静电能力的led外延片 |
| CN108321280A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-07-24 | 华南理工大学 | 一种非极性紫外led及其制备方法 |
| CN109075160A (zh) * | 2016-04-15 | 2018-12-21 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件、发光器件封装和发光模块 |
| CN109328399A (zh) * | 2016-06-10 | 2019-02-12 | Lg伊诺特有限公司 | 半导体器件 |
-
2019
- 2019-03-20 CN CN201910213401.8A patent/CN111725369B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020003234A1 (en) * | 2000-07-10 | 2002-01-10 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Nitride based semiconductor light emitting device |
| CN101026212A (zh) * | 2006-02-24 | 2007-08-29 | 三星电机株式会社 | 氮化物基半导体发光器件及其制造方法 |
| CN103187497A (zh) * | 2013-01-28 | 2013-07-03 | 上海博恩世通光电股份有限公司 | 一种提高大尺寸芯片光效的外延结构及其生长方法 |
| CN109075160A (zh) * | 2016-04-15 | 2018-12-21 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件、发光器件封装和发光模块 |
| CN109328399A (zh) * | 2016-06-10 | 2019-02-12 | Lg伊诺特有限公司 | 半导体器件 |
| CN106409998A (zh) * | 2016-11-04 | 2017-02-15 | 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 | 一种具有高抗静电能力的led外延片 |
| CN108321280A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-07-24 | 华南理工大学 | 一种非极性紫外led及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111725369B (zh) | 2021-11-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7675077B2 (en) | Light-emitting diode and method for manufacturing the same | |
| US8829554B2 (en) | Light emitting element and a production method therefor | |
| US8217417B2 (en) | Antistatic gallium nitride based light emitting device and method for fabricating the same | |
| US8361880B2 (en) | Semiconductor light-emitting device with metal support substrate | |
| US20080006836A1 (en) | GaN Compound Semiconductor Light Emitting Element and Method of Manufacturing the Same | |
| US20120298954A1 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same | |
| JP2009502043A (ja) | 光取り出し効率向上のための凹凸化高屈折率表面を有する青色発光ダイオード | |
| US9318676B2 (en) | Light emitting device and methods for forming the same | |
| KR20110052131A (ko) | 발광소자 및 그 제조방법 | |
| US11810943B2 (en) | Light-emitting device and manufacturing method thereof | |
| TWI493747B (zh) | 發光二極體及其形成方法 | |
| US8659051B2 (en) | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing thereof | |
| US8587017B2 (en) | Light emitting device and method of fabricating a light emitting device | |
| JP4940359B1 (ja) | 発光素子と発光素子および半導体素子の製造方法 | |
| US20120168797A1 (en) | Light emitting diode chip and method for manufacturing the same | |
| KR101008268B1 (ko) | 외부양자효율 개선을 위한 수직구조 발광다이오드 및 그 제조방법 | |
| US11050000B2 (en) | Light-emitting element and manufacturing method thereof | |
| TWI437731B (zh) | 一種具有提升光取出率之半導體光電元件及其製造方法 | |
| KR101018280B1 (ko) | 수직구조 발광다이오드 및 그 제조방법 | |
| CN111725369B (zh) | 发光装置 | |
| US8772811B2 (en) | Light emitting diode | |
| TW202226615A (zh) | 發光元件及其製造方法 | |
| JP2006332225A (ja) | 窒化物系発光ダイオード | |
| TWI387134B (zh) | 發光元件及其製造方法 | |
| US7956380B2 (en) | Semiconductor light-emitting device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |