TW201505209A - 發光二極體及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種發光二極體包含一半導體磊晶堆疊結構、一第一透明導電層以及至少一第二透明導電層。半導體磊晶堆疊結構具有一第一半導體層、一主動層以及一第二半導體層。主動層係設置於部分第二半導體層上。第一半導體層係設置於主動層上。第一透明導電層係設置於第一半導體層上。第一透明導電層內具有複數第一結晶顆粒，其平均粒徑大小為d1。第二透明導電層係設置於第一透明導電層上。第二透明導電層具有複數第二結晶顆粒，其平均粒徑大小為d2，且d1>d2。
Description
本發明係關於一種發光二極體，特別係關於一種發光二極體及其製造方法。
由於發光二極體具有低耗電及體積小等優點，已逐漸成為目前主流發光裝置之一。典型的發光二極體包含一N型半導體層、一主動層以及一P型半導體層，三者依序堆疊。N型半導體層及P型半導體層上均設有一金屬電極。
在目前的發光二極體中，P型半導體層與金屬電極之間還設有一透明導電層，此透明導電層會被施以退火處理，以降低透明導電層與P型半導體層之間的接觸電阻，從而幫助降低發光二極體的驅動電壓。
然而，透明導電層在退火後的片電阻值會大幅提高，反而阻礙了電流的橫向擴散。
有鑑於此，本發明之一態樣係在於提供一種發光二
極體，其可有效降低透明導電層的片電阻值，從而幫助電流擴散。
依據本發明之一實施方式，一種發光二極體包含一半導體磊晶堆疊結構、一第一透明導電層以及至少一第二透明導電層。半導體磊晶堆疊結構具有一第一半導體層、一主動層以及一第二半導體層。主動層係設置於部分第二半導體層上。第一半導體層係設置於主動層上。第一透明導電層係設置於第一半導體層上。第一透明導電層內具有複數第一結晶顆粒，其平均粒徑大小為d1。第二透明導電層係設置於第一透明導電層上。第二透明導電層具有複數第二結晶顆粒，其平均粒徑大小為d2，且d1>d2。
於本發明之一或多個實施方式中，第一透明導電層具有一第一片電阻值R1，該第二透明導電層具有一第二片電阻值R2，R1/R2的比值為2至10。
於本發明之一或多個實施方式中，每一第一結晶顆粒之粒徑大小均大於每一第二結晶顆粒之粒徑大小。
於本發明之一或多個實施方式中，第二透明導電層具有複數開口。這些開口暴露出第一透明導電層。
於本發明之一或多個實施方式中，每一該些開口具有一孔徑D，且0.5um<D<500um。
於本發明之一或多個實施方式中，發光二極體還包含一第一電極以及一第二電極。第一電極係設置於第二透明導電層上。第二電極係設置於未被主動層和第一半導體層所覆蓋的第二半導體層上。
於本發明之一或多個實施方式中，發光二極體還包含一電流阻隔層。電流阻隔層係設置於部分第一半導體層表面上。電流阻隔層是被第一透明導電層所覆蓋。第一電極在第一半導體層表面上的投影位置與電流阻隔層至少部分重疊。
本發明之另一態樣提供一種發光二極體之製造方法，其步驟包含：提供一基板；形成一半導體磊晶堆疊結構於基板上，半導體磊晶堆疊結構包含一第一半導體層、一主動層以及一第二半導體層，主動層係設置於部分第二半導體層上，第一半導體層係設置於主動層上；形成一第一透明導電層於該第一半導體層上，且第一透明導電層內具有複數第一結晶顆粒，其平均粒徑大小為d1’；施一退火處理，使第一結晶顆粒的平均粒徑大小變為d1，其中d1>d1’；以及形成一第二透明導電層於第一透明導電層上，且第二透明導電層具有複數第二結晶顆粒，其平均粒徑大小為d2，且d1>d2。
於本發明之一或多個實施方式中，發光二極體之製造方法還包含形成一第一電極於第二透明導電層上；以及形成一第二電極於未被主動層及第一半導體層覆蓋的第二半導體層上。
於本發明之一或多個實施方式中，在形成第一透明導電層於第一半導體層前，還可先形成一電流阻隔層於第一半導體層表面上，其中第一電極在第一半導體層表面上的投影位置與電流阻隔層至少部分重疊。
於本發明之一或多個實施方式中，在形成一第一電極於第二透明導電層之前，還可先蝕刻第二透明導電層，以形成複數暴露出第一透明導電層之開口。
於本發明之一或多個實施方式中，退火處理之溫度不小於200度且不大於700度。
於本發明之一或多個實施方式中，第一透明導電層與第二透明導電層係用蒸鍍或濺鍍所形成。
於上述實施方式中，第一半導體層上設置有已退火的第一透明導電層以及無退火的第二透明導電層，由於第一透明導電層與第二透明導電層可共同構成等效的並聯電路，故可大幅降低第一透明導電層與第二透明導電層整體的等效片電阻值，以助於電流的擴散，從而克服先前技術所遭遇的困難。
以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。
100‧‧‧基板
200‧‧‧半導體磊晶堆疊結構
210‧‧‧第一半導體層
220‧‧‧主動層
230‧‧‧第二半導體層
300‧‧‧第一透明導電層
300’‧‧‧第一透明導電層
310‧‧‧第一結晶顆粒
310’‧‧‧第一結晶顆粒
400‧‧‧第二透明導電層
410‧‧‧第二結晶顆粒
420‧‧‧開口
500‧‧‧第一電極
600‧‧‧第二電極
700‧‧‧電流阻隔層
T1‧‧‧第一厚度
T2‧‧‧第二厚度
D‧‧‧孔徑
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示依據本發明一實施方式之發光二極體的剖面圖；第2圖繪示依據本發明另一實施方式之發光二極體的局部剖面圖；
第3圖繪示依據本發明又一實施方式之發光二極體的剖面圖；第4A至4F圖繪示依據本發明一實施方式之發光二極體之製造方法中各個步驟的剖面圖；第5A至5G圖繪示依據本發明另一實施方式之發光二極體之製造方法中各個步驟的剖面圖；及第6A至6G圖繪示依據本發明又一實施方式之發光二極體之製造方法中各個步驟的剖面圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，熟悉本領域之技術人員應當瞭解到，在本發明另一實施例中，這些實務上的細節並非必要的，因此不應用以限制本發明。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
第1圖繪示依據本發明一實施方式之發光二極體的剖面圖。如第1圖所示，本實施方式中發光二極體可包含一基板100、一半導體磊晶堆疊結構200、一第一透明導電層300、至少一第二透明導電層400、一第一電極500以及一第二電極600。半導體磊晶堆疊結構200包含一第一半導體層210、一主動層220以及一第二半導體層230。第二半導體層230係設置於基板100上。主動層220係設置於部分第二半導體層230上。第一半導體層210係設置於主
動層220上。第一透明導電層300係設置於第一半導體層210上。第二透明導電層400係設置於第一透明導電層300上，換句話說，第一透明導電層300係夾在第二透明導電層400與第一半導體層210之間。第一電極500係設置於第二透明導電層400上。第二電極600係設置於未被主動層220和第一半導體層210所覆蓋的第二半導體層230上。
於本實施方式中，第一透明導電層300係經過退火處理的，而第二透明導電層400係不經過退火處理的。經量測發現，退火後的第一透明導電層300與無退火的第二透明導電層400可共同構成等效的並聯電路，也就是說，第一透明導電層300與第二透明導電層400所共同構成的等效片電阻值會低於第一透明導電層300與第二透明導電層400個別的片電阻值。如此一來，當第一透明導電層300與第二透明導電層400位於第一半導體層210與第一電極500之間時，便可助於電流的橫向擴散，從而克服先前技術所遭遇的困難。
在發光二極體中，當電流擴散地越均勻，則越可降低驅動電壓，為了證實第一透明導電層300與第二透明導電層400能幫助電流的擴散，故以下表中實驗得到的驅動電壓值來做為比較基準，下表為依據上述實施方式所做出的不同實施例與傳統發光二極體的驅動電壓之比較表。
由上表可知，無論第一電極500與第二電極600之間的距離長短，本實施方式之發光二極體的驅動電壓均低於傳統發光二極體的驅動電壓，故可證實第一透明導電層300與第二透明導電層400的結合確實可幫助電流的擴散。
由於退火處理會使片電阻值提高，故第一透明導電層300的第一片電阻值R1係大於第二透明導電層400的第二片電阻值R2。較佳來說，R1/R2的比值為2至10，亦即，2≦R1/R2≦10，也就是說，第一片電阻值R1至少為第二片電阻值R2的兩倍以上。
第一透明導電層300具有複數第一結晶顆粒310，其平均粒徑大小(Grain Size)為d1。第二透明導電層400具有複數第二結晶顆粒410，其平均粒徑大小為d2。退火處理會使得較小體積的結晶顆粒凝聚成較大體積的結晶顆粒，因此，退火後的第一結晶顆粒310的平均粒徑大小d1係大於無退火的第二結晶顆粒410的平均粒徑大小d2。應瞭解到，本文中所述的「第一結晶顆粒310的平均粒徑大小」係代表所有第一結晶顆粒310之粒徑大小的平均值。同理，「第二結晶顆粒410的平均粒徑大小」係代表所有第二結晶顆粒410之粒徑大小的平均值。較佳來說，每一第一結晶顆粒310之粒徑大小均大於每一第二結晶顆粒410之粒徑大小。
退火處理除了可改變片電阻值及粒徑大小外，亦可改變透光率。進一步來說，當第一透明導電層300在退火處理時，氧會融入第一透明導電層300中，從而提高第一透明導電層300的透光率。因此，於部分實施方式中，第一透明導電層300具有一第一厚度T1，第二透明導電層400具有一第二厚度T2，而第一厚度T1係大於或等於第二厚度T2，以利光線穿透。換句話說，高透光率的第一透明導電層300之第一厚度T1較佳係不小於低透光率的第二透明導電層400之第二厚度T2，以利光線穿透。
於本實施方式中，第一半導體層210可為P型半導體層，而第二半導體層230可為N型半導體層。舉例而言，第一半導體層210可由摻雜有P型雜質的氮化物半導體所構成，例如：P型氮化鎵(p-GaN)，其可在純的氮化鎵晶體中摻雜第二族元素雜質(如：鎂)而形成；第二半導體層230可由摻雜有N型雜質的氮化物半導體所構成，例如：N型氮化鎵(n-GaN)，其可在純的氮化鎵晶體中摻雜第四族元素雜質(如：矽)而形成。於本實施方式中，主動層220內可包含複數個量子井(quantum well)結構，以幫助第一半導體層210及第二半導體層230所提供的電子及電洞結合。
於其他實施方式中，第一半導體層210可為N型半導體層，而第二半導體層230可為P型半導體層。舉例而言，第一半導體層210可由摻雜有N型雜質的氮化物半導體所構成，例如：N型氮化鎵(n-GaN)，其可在純的氮化鎵晶體中摻雜第四族元素雜質(如：矽)而形成；第二半導體層
230可由摻雜有P型雜質的氮化物半導體所構成，例如：P型氮化鎵(p-GaN)，其可在純的氮化鎵晶體中摻雜第二族元素雜質(如：鎂)而形成。
於本實施方式中，第一透明導電層300與第二透明導電層400的可為氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)薄膜，但本發明並不以此為限。於本實施方式中，基板100可為藍寶石(sapphire)基板，但本發明並不以此為限。
第2圖繪示依據本發明另一實施方式之發光二極體的局部剖面圖。如第2圖所示，本實施方式與第1圖之間的主要差異係在於：本實施方式之第二透明導電層400具有複數開口420。這些開口420可暴露出第一透明導電層300，故可使部分光線直接從第一透明導電層300穿透至外界環境中，而無須進入第二透明導電層400，從而可提升發光二極體的出光效果。於部分實施方式中，開口420具有一孔徑D，且孔徑D較佳係滿足：0.5um<D<500um，以利在不影響片電阻值的情況下，提升出光效果。
第3圖繪示依據本發明又一實施方式之發光二極體的剖面圖。如第3圖所示，本實施方式與第1圖之間的主要差異係在於：本實施方式之發光二極體還包含一電流阻隔層700。電流阻隔層700係設置於部分第一半導體層210表面上。更詳細地說，電流阻隔層700與第一透明導電層300係設置於第一半導體層210的同一表面上，且電流阻隔層700會被第一透明導電層300所覆蓋。第一電極500在第一半導體層210表面上的投影位置與電流阻隔層700
至少部分重疊，換句話說，電流阻隔層700係位於第一電極500的正下方。電流阻隔層700可由絕緣材料(例如：二氧化矽(SiO2))所形成，故可避免來自第一電極500的電流直接往下注入第一半導體層210，而可強迫電流在第一透明導電層300更均勻地橫向擴散後，再注入第一半導體層210。
第4A至4F圖繪示依據本發明一實施方式之發光二極體之製造方法中各個步驟的剖面圖。於第4A圖中，可先提供基板100，此基板100可為藍寶石基板，但本發明並不以此為限。
於第4B圖中，可形成半導體磊晶堆疊結構200於基板100上。半導體磊晶堆疊結構200包含第二半導體層230、主動層220以及第一半導體層210，三者依序由下往上堆疊於基板100上。具體來說，第二半導體層230係設置於基板100上，主動層220係設置於部分第二半導體層230上，第一半導體層210係設置於主動層220上。
於第4C圖中，可形成第一透明導電層300’於第一半導體層210上。第一透明導電層300’內具有複數第一結晶顆粒310’，其平均粒徑大小為d1’。舉例來說，製造者可利用蒸鍍或濺鍍的方式將透明導電材料鍍在第一半導體層210上，而形成第一透明導電層300’。
於第4D圖中，對第一透明導電層300’施一退火處理，而退火成第一透明導電層300，使退火後的第一結晶顆粒310的平均粒徑大小變為d1，由於退火處理會使得較小
體積的結晶顆粒凝聚成較大體積的結晶顆粒，故d1>d1’。較佳來說，退火處理之溫度不小於200度且不大於700度。更佳來說，退火處理之溫度不小於400度且不大於550度。
於第4E圖中，形成第二透明導電層400於第一透明導電層300上。舉例來說，製造者可利用蒸鍍或濺鍍的方式將透明導電材料鍍在第一透明導電層300上，而形成第二透明導電層400。第二透明導電層400具有複數第二結晶顆粒410，其平均粒徑大小為d2，且由於第二透明導電層400未被退火，故d1>d2。
於第4F圖中，形成第一電極500於第二透明導電層400上，並形成第二電極600於未被主動層220及第一半導體層210覆蓋的第二半導體層230上。如此便能完成發光二極體。
第5A至5G圖繪示依據本發明另一實施方式之發光二極體之製造方法中各個步驟的剖面圖。於第5A圖中，可先提供基板100，此基板100可為藍寶石基板，但本發明並不以此為限。
於第5B圖中，可形成半導體磊晶堆疊結構200於基板100上。半導體磊晶堆疊結構200包含第二半導體層230、主動層220以及第一半導體層210，三者依序由下往上堆疊於基板100上。具體來說，第二半導體層230係設置於基板100上，主動層220係設置於部分第二半導體層230上，第一半導體層210係設置於主動層220上。
於第5C圖中，可形成電流阻隔層700於第一半導
體層210表面上，此電流阻隔層700可由絕緣材料所形成。
於第5D圖中，可形成第一透明導電層300’於第一半導體層210及電流阻隔層700上。第一透明導電層300’內具有複數第一結晶顆粒310’，其平均粒徑大小為d1’。舉例來說，製造者可利用蒸鍍或濺鍍的方式將透明導電材料鍍在第一半導體層210及電流阻隔層700上，而形成第一透明導電層300’。
於第5E圖中，對第一透明導電層300’施退火處理，而退火成第一透明導電層300，使第一結晶顆粒310的平均粒徑大小變為d1，由於退火處理會使得較小體積的結晶顆粒凝聚成較大體積的結晶顆粒，故d1>d1’。較佳來說，退火處理之溫度不小於200度且不大於700度。更佳來說，退火處理之溫度不小於400度且不大於550度。
於第5F圖中，形成第二透明導電層400於第一透明導電層300上。舉例來說，製造者可利用蒸鍍或濺鍍的方式將透明導電材料鍍在第一透明導電層300上，而形成第二透明導電層400。第二透明導電層400具有複數第二結晶顆粒410，其平均粒徑大小為d2，且由於第二透明導電層400未被退火，故d1>d2。
於第5G圖中，形成第一電極500於第二透明導電層400上，並形成第二電極600於未被主動層220及第一半導體層210覆蓋的第二半導體層230上。如此便能完成發光二極體。
第6A至6G圖繪示依據本發明又一實施方式之發
光二極體之製造方法中各個步驟的剖面圖。於第6A圖中，可先提供基板100，此基板100可為藍寶石基板，但本發明並不以此為限。
於第6B圖中，可形成半導體磊晶堆疊結構200於基板100上。半導體磊晶堆疊結構200包含第二半導體層230、主動層220以及第一半導體層210，三者依序由下往上堆疊於基板100上。具體來說，第二半導體層230係設置於基板100上，主動層220係設置於部分第二半導體層230上，第一半導體層210係設置於主動層220上。
於第6C圖中，可形成第一透明導電層300’於第一半導體層210上。第一透明導電層300’內具有複數第一結晶顆粒310’，其平均粒徑大小為d1’。舉例來說，製造者可利用蒸鍍或濺鍍的方式將透明導電材料鍍在第一半導體層210上，而形成第一透明導電層300’。
於第6D圖中，對第一透明導電層300’施退火處理，而退火成第一透明導電層300，使退火後的第一結晶顆粒310的平均粒徑大小變為d1，由於退火處理會使得較小體積的結晶顆粒凝聚成較大體積的結晶顆粒，故d1>d1’。較佳來說，退火處理之溫度不小於200度且不大於700度。更佳來說，退火處理之溫度不小於400度且不大於550度。
於第6E圖中，形成第二透明導電層400於第一透明導電層300上。舉例來說，製造者可利用蒸鍍或濺鍍的方式將透明導電材料鍍在第一透明導電層300上，而形成第二透明導電層400。第二透明導電層400具有複數第二結
晶顆粒410，其平均粒徑大小為d2，且由於第二透明導電層400未被退火，故d1>d2。
於6F圖中，可蝕刻第二透明導電層400，形成複數暴露出第一透明導電層300之開口420。
於第6G圖中，可形成第一電極500於第二透明導電層400上，並形成第二電極600於未被主動層220及第一半導體層210覆蓋的第二半導體層230上。如此便能完成發光二極體。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧基板
200‧‧‧半導體磊晶堆疊結構
210‧‧‧第一半導體層
220‧‧‧主動層
230‧‧‧第二半導體層
300‧‧‧第一透明導電層
310‧‧‧第一結晶顆粒
400‧‧‧第二透明導電層
410‧‧‧第二結晶顆粒
500‧‧‧第一電極
600‧‧‧第二電極
T1‧‧‧第一厚度
T2‧‧‧第二厚度
Claims (13)
- 一種發光二極體，包含：一半導體磊晶堆疊結構，具有一第一半導體層、一主動層以及一第二半導體層，其中該主動層係設置於部分該第二半導體層上，該第一半導體層係設置於該主動層上；一第一透明導電層，設置於該第一半導體層上，該第一透明導電層內具有複數第一結晶顆粒，其平均粒徑大小為d1；以及至少一第二透明導電層，設置於該第一透明導電層上，該第二透明導電層具有複數第二結晶顆粒，其平均粒徑大小為d2，且d1>d2。
- 如請求項1所述之發光二極體，其中該第一透明導電層具有一第一片電阻值R1，該第二透明導電層具有一第二片電阻值R2，R1/R2的比值為2至10。
- 如請求項1所述之發光二極體，其中每一該些第一結晶顆粒之粒徑大小均大於每一該些第二結晶顆粒之粒徑大小。
- 如請求項1所述之發光二極體，其中該第二透明導電層具有複數開口，該些開口暴露出該第一透明導電層。
- 如請求項4所述之發光二極體，其中每一該些開口具有一孔徑D，且0.5um<D<500um。
- 如請求項1所述之發光二極體，更包含：一第一電極，設置於該第二透明導電層上；以及一第二電極，設置於未被該主動層和該第一半導體層所覆蓋的該第二半導體層上。
- 如請求項6所述之發光二極體，更包含：一電流阻隔層，設置於部分該第一半導體層表面上，且該電流阻隔層是被該第一透明導電層所覆蓋，其中該第一電極在該第一半導體層表面上的投影位置與該電流阻隔層至少部分重疊。
- 一種發光二極體之製造方法，其步驟包含：提供一基板；形成一半導體磊晶堆疊結構於該基板上，其中該半導體磊晶堆疊結構包含一第一半導體層、一主動層以及一第二半導體層，其中該主動層係設置於部分該第二半導體層上，該第一半導體層係設置於該主動層上；形成一第一透明導電層於該第一半導體層上，且該第一透明導電層內具有複數第一結晶顆粒，其平均粒徑大小為d1’；施一退火處理，使該些第一結晶顆粒的平均粒徑大小變為d1，其中d1>d1’；以及形成一第二透明導電層於該第一透明導電層上，且該第二透明導電層具有複數第二結晶顆粒，其平均粒徑大小為 d2，且d1>d2。
- 如請求項8所述之發光二極體之製造方法，更包含：形成一第一電極於該第二透明導電層上；以及形成一第二電極於未被該主動層及該第一半導體層覆蓋的該第二半導體層上。
- 如請求項9所述之發光二極體之製造方法，其中在形成該第一透明導電層於該第一半導體層前，更包含：形成一電流阻隔層於該第一半導體層表面上，其中該第一電極在該第一半導體層表面上的投影位置與該電流阻隔層至少部分重疊。
- 如請求項8所述之發光二極體之製造方法，其中在形成一第一電極於該第二透明導電層之前，更包含：蝕刻該第二透明導電層，形成複數暴露出該第一透明導電層之開口。
- 如請求項8所述之發光二極體之製造方法，其中該退火處理之溫度不小於200度且不大於700度。
- 如請求項8所述之發光二極體之製造方法，其中該第一透明導電層與該第二透明導電層係用蒸鍍或濺鍍所形成。
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