TW201501345A - 發光晶片及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種發光晶片，包括N型半導體層、P型半導體層及位於N型半導體層及P型半導體層之間的激發層，還包括位於P-N接面之中的補償層，補償層在生長過程中填補發光晶片的磊晶缺陷中的懸空鍵。由於補償層的作用，發光晶片具有較高的逆向電壓，從而獲得較高的品質。本發明還提供一種發光晶片的製造方法。
Description
本發明涉及一種晶片，特別是指一種發光晶片。
發光二極體作為新興的光源，已在日常生活中起到越來越重要的作用。發光二極體的晶片通常包括一基板及生長於基板上的一P型半導體層、一N型半導體層及位於P型半導體層與N型半導體層之間的激發半導體層。然而，在基板上的生長過程中，磊晶缺陷容易形成於上述半導體層中。習知的方法並不能很好地消除這些磊晶缺陷，導致晶片內的缺陷密度仍然保持在一個較高的水準。如圖1所示，這些高密度的磊晶缺陷能階10分佈於整個激發半導體層的能階當中，因此，當對晶片施加逆向小電流的時候，電子會從P型半導體層通過缺陷能階10穿過激發半導體層而到達N型半導體層，造成發光晶片逆向電壓的降低，影響到發光晶片的品質。
因此，有必要提供一種逆向電壓較高的發光晶片及其製造方法。
一種發光晶片，包括N型半導體層、P型半導體層及位於N型半導體層及P型半導體層之間的激發層，補償層在生長過程中釋放填補發光晶片的磊晶缺陷中懸空鍵的原子。
一種製造發光晶片的方法，包括提供基板；在基板上生長N型半導體層、補償層、激發層及P型半導體層，其中補償層在生長過程中釋放填補發光晶片磊晶缺陷中懸空鍵的原子。
由於在發光晶片內形成有補償層，其可在生長過程中填補磊晶缺陷中懸空鍵的原子，從而減少甚至消除晶片的磊晶缺陷。由此，在對晶片施加逆向小電流的情況下，電子不會由缺陷能階直接進入到N型半導體層中，從而提升晶片的逆向電壓，使晶片的品質得到改善。
10‧‧‧缺陷能階
20‧‧‧發光晶片
20a‧‧‧逆向電壓曲線
20b‧‧‧逆向電壓曲線
22‧‧‧N型電極
24‧‧‧P型電極
30‧‧‧基板
32‧‧‧凸起
40‧‧‧緩衝層
50‧‧‧N型半導體層
52‧‧‧凹槽
60‧‧‧補償層
62‧‧‧能障
70‧‧‧激發層
80‧‧‧電子阻擋層
90‧‧‧P型半導體層
圖1為習知的發光晶片的能階示意圖。
圖2為本發明一實施例的發光晶片的結構示意圖。
圖3為圖2的發光晶片的能階示意圖。
圖4為本發明發光晶片與習知發光晶片的逆向電壓的比較圖。
請參閱圖2，示出本發明一實施例的發光晶片20。發光晶片20包括一基板30及依次生長於基板30上的一緩衝層40、一N型半導體層50、一補償層60、一激發層70、一電子阻擋層80及一P型半導體層90。
本實施例中，基板30由藍寶石(Al2
O3
)製造，其頂面通過蝕刻形成圖案化結構。基板30的圖案化頂面形成多個平行的凸起32及位於相鄰凸起32之間的凹槽。形成圖案化頂面的目的在於減少後續其他半導體層在基板30上生長所產生的磊晶缺陷。
緩衝層40生長於基板30上。本實施例中，緩衝層40由未摻雜的氮化鎵(GaN)製造。由於是形成在基板30圖案化的頂面，因此緩衝層40在生長過程中由於晶格不匹配所產生的磊晶缺陷得到遏制。緩衝層40在生長完成之後形成一與基板30的圖案化的頂面互補的圖案化底面，以及一平整的頂面。
N型半導體層50生長於緩衝層40上。本實施例中，N型半導體層50為一N型氮化鎵層，其優選摻雜SiH4
。N型半導體層50在發光晶片20正常工作時提供電子。N型半導體層50的一側開設一凹槽52。凹槽52從N型半導體層50的頂面延伸至靠近N型半導體層50底面的位置處，且沿側向貫通N型半導體層50。一N型電極22形成於凹槽52內而與N型半導體層50連接。N型電極22用於與外界電源導通而將電流輸入發光晶片20內。
補償層60生長於N型半導體層50上。本實施例中，補償層60由未摻雜的氮化鋁鎵(Alx
Ga1-x
N，其中x大於0並小於1)所製造。補償層60中Al的含量(即Al相對於補償層60的品質比)介於0.1%~10%之間。優選地，補償層60中Al的含量介於1%~2%之間。補償層60的厚度介於1nm~50nm之間，優選地，介於15nm~25nm之間。補償層60在生長過程中，其Al原子填補位於N型半導體層50內的磊晶缺陷中的懸空鍵。由此，磊晶缺陷的生長被補償層60所遏制，基本不會進一步傳遞至激發層70、電子阻擋層80及P型半導體層90內。此外，在生長補償層60之前，N型半導體層50表面還可預先採用TMAl (Trimethylaluminum)氣體進行表面處理，使氣體中的鋁原子先與N型半導體層50的磊晶缺陷進行鍵結而實現瞬間填補的效果。優選地，氣體處理的時間為數秒鐘。此後，進一步再在表面處理過的N型半導體層50上生長補償層60。
激發層70生長於補償層60上。本實施例中，激發層70為多重量子阱層。激發層70由交替堆疊的氮化鋁銦鎵(Aly
Inx
Ga1-x-y
N，其中x及y均大於0，且x+y小於1)層及氮化銦鎵(Inx
Ga1-x
N，其中x大於0且小於1)層組成。激發層70的氮化鋁銦鎵及氮化銦鎵的能階均低於補償層60的能階。
電子阻擋層80生長於激發層70上。本實施例中，電子阻擋層80由P摻雜的氮化鋁鎵(AlGaN)所製造。電子阻擋層80的能階高於激發層70的氮化鋁銦鎵層及氮化銦鎵層的能階。電子阻擋層80用於將未掉入量子阱內的電子及空穴擋回量子阱內，使電子與空穴的複合幾率增大，從而提升發光晶片20的出光效率。
P型半導體層90生長於電子阻擋層80上。本實施例中，P型半導體層90由P型氮化鎵製造，其優選由Cp2
Mg摻雜。P型半導體層90在發光晶片20正常工作時提供空穴，其與N型半導體層50提供的電子在激發層70內複合，從而輻射出光子。
一P型電極24形成於P型半導體層90的頂面。P型電極24用於與外界的電源導通，從而與N型電極22一同為發光晶片20輸送能量。
請一併參閱圖3，由於補償層60的能階高於激發層70的氮化鋁銦鎵層及氮化銦鎵層的能階，因此，補償層60在激發層70基礎上進一步形成一更高的能障62。當對發光晶片20施加一逆向小電流時，補償層60的高能障62可阻礙P型半導體層90的電子經由激發層70進入N型半導體層50內，從而提升發光晶片20的逆向電壓，進而改善發光晶片20的品質。
圖4示出了包含補償層60的發光晶片20與不包含補償層的發光晶片的逆向電壓曲線20a、20b的比對。從圖中可以看出，當對包含補償層60的發光晶片20及不包含補償層的發光晶片施以相同的逆向小電流時(比如圖中所示的0.01mA)，包含補償層60的發光晶片20的逆向電壓為21V，而不包含補償層的發光晶片的逆向電壓只有16V。因此，得以證實補償層60確有增大發光晶片20的逆向電壓的功效。
可以理解地，上述緩衝層40、N型半導體層50、補償層60、激發層70、電子阻擋層80及P型半導體層90可通過但並不限於有機金屬化學氣相沉積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy)、液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy)、氣相磊晶法(Vapor Phase Epitaxy)、物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition)等方法生長於基板30上。
本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。
無
20‧‧‧發光晶片
22‧‧‧N型電極
24‧‧‧P型電極
30‧‧‧基板
32‧‧‧凸起
40‧‧‧緩衝層
50‧‧‧N型半導體層
52‧‧‧凹槽
60‧‧‧補償層
70‧‧‧激發層
80‧‧‧電子阻擋層
90‧‧‧P型半導體層
Claims (13)
- 一種發光晶片，包括N型半導體層、P型半導體層及位於N型半導體層及P型半導體層之間的激發層，其改良在於：還包括補償層，補償層在生長過程中釋放填補發光晶片的磊晶缺陷中懸空鍵的原子。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光晶片，其中補償層包括未摻雜的氮化鋁鎵材料。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光晶片，其中氮化鋁鎵材料的運算式為Alx Ga1-x N，其中x大於0並小於1。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光晶片，其中補償層中鋁的含量介於1%至2%之間。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光晶片，其中補償層的厚度介於15nm至25nm之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光晶片，其中補償層的能階高於激發層的能階。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光晶片，其中補償層位於N型半導體層與激發層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光晶片，其中補償層直接與激發層接觸。
- 一種製造如申請專利範圍第1-8任一項所述的發光晶片的方法，包括：
提供基板；
在基板上生長N型半導體層、補償層、激發層及P型半導體層，其中補償層在生長過程中釋放填補發光晶片磊晶缺陷中懸空鍵的原子。 - 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中補償層直接生長於N型半導體層上。
- 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中在生長補償層之前還包括對N型半導體層進行表面處理的步驟。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中對N型半導體層進行表面處理的步驟是通過TMAl氣體對N型半導體層的磊晶缺陷進行鍵結，使TMAl氣體中的鋁原子瞬間填補磊晶缺陷的懸空鍵。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中對N型半導體層進行表面處理的時間不超過10秒。
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