TW201515261A - 發光二極體及發光二極體製造方法 - Google Patents

發光二極體及發光二極體製造方法 Download PDF

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Abstract

一種發光二極體，包括藍寶石基板，其表面形成有複數個凸起。藍寶石基板的具有凸起的表面上形成有未摻雜的GaN層。複數個碳納米管覆蓋在未摻雜的GaN層的表面上，且相鄰及交錯的碳納米管之間形成間隙以暴露出未摻雜的GaN層的部分表面。N型GaN層形成在未摻雜的GaN層的未被碳納米管所覆蓋的表面並側向生長至覆蓋所述碳納米管。活性層以及P型GaN層依次形成在N型GaN層表面。本發明還提供了一種發光二極體的製造方法。

Description

發光二極體及發光二極體製造方法
本發明涉及一種發光二極體，尤其涉及一種晶體品質較好的發光二極體及相應的發光二極體的製造方法。
發光二極體(Light Emitting Diode，LED)是一種可將電流轉換成特定波長範圍的光電半導體元件。發光二極體以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路匹配、驅動簡單、壽命長等優點，從而可作為光源而廣泛應用於照明領域。
在發光二極體的生長過程中，如何降低發光二極體晶粒的晶體缺陷是人們需要考慮的問題。一種製備低缺陷的發光二極體晶粒的方法是採用圖案化的藍寶石基板。即，在藍寶石基板上形成複數個凸起，所述凸起可使到後續磊晶過程中半導體層形成側向生長，從而降低發光二極體晶粒的晶體缺陷。然而，在上述過程中，直接在相鄰兩凸出部間的凹陷底部生長的磊晶層的缺陷仍然會在磊晶過程中向上延伸。並且，當採用圖案化的藍寶石基板時，缺陷容易集中在凸出部頂部的磊晶層中，從而對後續的磊晶層的成長造成影響。
有鑒於此，有必要提供一種晶體品質較好的發光二極體及相應的發光二極體的製造方法。
一種發光二極體，包括：
藍寶石基板，包括第一表面及與第一表面相對設置的第二表面，藍寶石基板的第一表面形成有複數個凸起；
未摻雜的GaN層，形成在藍寶石基板的第一表面；
複數個碳納米管，覆蓋在未摻雜的GaN層的表面，相鄰及交錯的碳納米管之間形成間隙以暴露出未摻雜的GaN層的部分表面；
N型GaN層，形成在未摻雜的GaN層的未被碳納米管所覆蓋的表面並側向生長至覆蓋所述碳納米管；
活性層，形成在N型GaN層表面；以及
P型GaN層，形成在活性層表面。
一種發光二極體的製造方法，包括以下步驟：
提供一個藍寶石基板，其包括第一表面及與第一表面相對設置的第二表面，藍寶石基板的第一表面形成有複數個凸起；
在藍寶石基板的具有凸起的表面生長未摻雜的GaN層；
在未摻雜的GaN層的表面覆蓋複數個碳納米管，相鄰及交錯的碳納米管之間形成間隙以暴露出未摻雜的GaN層的部分表面；
在未摻雜的GaN層的未被碳納米管覆蓋的表面生長N型GaN層，且所述N型GaN層側向生長至覆蓋所述碳納米管；
在N型GaN層表面生長活性層；以及
在活性層表面生長P型GaN層。
在上述發光二極體及發光二極體的製造方法中，由於未摻雜的GaN層表面覆蓋有複數個碳納米管，當在未摻雜的GaN層上生長N型GaN層的時候，所述碳納米管可使到N型GaN層形成側向生長，從而降低N型GaN層中的晶體缺陷，提高其晶體品質。同時，由於碳納米管的電阻率小於N型GaN層，當發光二極體通電而發光時，所述碳納米管可使電流迅速擴散到N型GaN層的各個區域，從而提高了發光二極體內部的電流擴散性能。
100‧‧‧發光二極體
111‧‧‧第一表面
112‧‧‧第二表面
113‧‧‧凸起
120‧‧‧未摻雜的GaN層
121‧‧‧表面
130‧‧‧碳納米管
131‧‧‧間隙
140‧‧‧N型GaN層
150‧‧‧活性層
160‧‧‧P型GaN層
170‧‧‧蝕刻平臺
180‧‧‧P型電極
190‧‧‧N型電極
圖1係本發明實施例所提供的發光二極體的結構示意圖。
圖2係本發明提供的發光二極體製造方法的第一個步驟。
圖3係本發明提供的發光二極體製造方法的第二個步驟。
圖4係本發明提供的發光二極體製造方法的第三個步驟。
圖5係本發明提供的發光二極體製造方法的第四個步驟。
圖6係本發明提供的發光二極體製造方法的第五個步驟。
圖7係本發明提供的發光二極體製造方法的第六個步驟。
圖8係本發明提供的發光二極體製造方法的第七個步驟。
以下參照圖示，對本發明的發光二極體及發光二極體的製造方法進行進一步的說明。
請參見圖1，本發明實施例提供的發光二極體100包括藍寶石基板110、未摻雜的GaN層120、複數個碳納米管130、N型GaN層140、活性層150以及P型GaN層160。
所述藍寶石基板110包括第一表面111以及與第一表面111相對設置的第二表面112。藍寶石基板110的第一表面111上形成有複數個凸起113。在本實施例中，每個凸起113橫截面為半圓狀。所述凸起113的橫截面亦可為矩形、梯形、三角形或者其他多邊形形狀。
所述未摻雜的GaN層120形成在藍寶石基板110的第一表面111上。在本實施例中，所述未摻雜的GaN層120生長至完全覆蓋凸起113的頂部。
所述複數個碳納米管130覆蓋在未摻雜的GaN層120遠離藍寶石基板110的表面121上。相鄰兩碳納米管130之間形成有間隙131以暴露出未摻雜的GaN層120的部分表面。在本實施例中，每個碳納米管130的管徑約為20nm。各個碳納米管130之間相互間隔及交錯，且平鋪於未摻雜的GaN層120的表面。
所述N型GaN層140自未被碳納米管130覆蓋的表面121開始以側向生長的方式成長至覆蓋所述碳納米管130並且填滿碳納米管130之間的間隙131。
在N型GaN層140的表面依次生長活性層150以及P型GaN層160。本實施例中，所述活性層150為多量子阱層。
在上述發光二極體100中，由於藍寶石基板110的表面形成有複數個凸起113，當未摻雜的GaN層120形成在藍寶石基板110的具有凸起113的表面時，所述未摻雜的GaN層120將形成側向生長，從而降低未摻雜的GaN層120中的晶體缺陷。同時，由於未摻雜的GaN層120的表面形成有複數個碳納米管130，當N型GaN層140形成在未摻雜的GaN層120表面時，所述N型GaN層140將從未摻雜的GaN層120的未被碳納米管130覆蓋的表面121上開始生長，填滿碳納米管130之間的間隙然後側向生長至覆蓋碳納米管130的頂部。上述側向生長的過程可使N型GaN層140中的晶體缺陷進一步減少，從而改善N型GaN層140的晶體品質。並且，由於N型GaN層140中的晶體缺陷減少，後續生長的活性層150以及P型GaN層160中晶體缺陷也相應減少。同時，由於碳納米管130的電阻率（約為10-4Ω/cm）小於N型GaN層140的電阻率（約為10-3Ω/cm），所述碳納米管130可將來自N型電極190的電流迅速擴散至N型GaN層140的各個區域，從而提高了發光二極體100內部的電流分散性能。
本實施例中，所述發光二極體100上形成有蝕刻平臺170，所述蝕刻平臺170從P型GaN層160延伸至N型GaN層140以暴露出N型GaN層140的部分表面。P型GaN層160的表面形成有P型電極180，所述P型電極180與P型GaN層160形成電連接。所述N型GaN層140暴露的表面上形成有N型電極190，所述N型電極190與N型GaN層140形成電連接。此外，所述N型電極190與位於其下方的碳納米管130之間的距離在0.3μm-0.5μm範圍內，以使到N型電極190中的電流能迅速傳遞至碳納米管130，然後藉由碳納米管130傳遞到N型GaN層140的各個區域。
本發明還提供了一種發光二極體100的製造方法，其包括以下步驟。
請參見圖2，提供一個藍寶石基板110。所述藍寶石基板110包括第一表面111及與第一表面111相對設置的第二表面112。藍寶石基板110的第一表面111上形成有複數個凸起113。在本實施例中，每個凸起113橫截面為半圓狀。所述凸起113的橫截面亦可為矩形、梯形、三角形或者其他多邊形形狀。
請參見圖3，在藍寶石基板110的具有凸起113的表面111上生長未摻雜的GaN層120。在本實施例中，所述未摻雜的GaN層120生長至完全覆蓋凸起113的頂部。
請參見圖4，在未摻雜的GaN層120的表面121上覆蓋複數個碳納米管130。相鄰兩碳納米管130之間形成有間隙131以暴露出未摻雜的GaN層120的部分表面。在本實施例中，每個碳納米管130的管徑約為20nm。各個碳納米管130之間相互間隔及交錯，且平鋪於未摻雜的GaN層120的表面。
請參見圖5，所述所述N型GaN層140自未被碳納米管130覆蓋的表面121開始以側向生長的方式成長至覆蓋所述碳納米管130並且填滿碳納米管130之間的間隙131。
請參見圖6，在N型GaN層140表面依次生長活性層150以及P型GaN層160。所述活性層150為多量子阱層。
本實施例中，在P型GaN層160生長完成之後，蝕刻P型GaN層160的部分區域並延伸至N型GaN層140以暴露出N型GaN層140的部分表面，如圖7所示。
請參見圖8，在P型GaN層160的表面製作P型電極180，所述P型GaN層160與P型GaN層160形成電連接。在N型GaN層140所暴露的表面製作N型電極190，所述N型電極190與N型GaN層140形成電連接。此外，所述N型電極190的底部與位於其下方的碳納米管130的頂部之間的距離在0.3μm-0.5μm範圍內。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
無
100‧‧‧發光二極體
111‧‧‧第一表面
112‧‧‧第二表面
113‧‧‧凸起
120‧‧‧未摻雜的GaN層
130‧‧‧碳納米管
131‧‧‧間隙
140‧‧‧N型GaN層
150‧‧‧活性層
160‧‧‧P型GaN層
170‧‧‧蝕刻平臺
180‧‧‧P型電極
190‧‧‧N型電極

Claims (10)

  1. 一種發光二極體，包括：
    藍寶石基板，包括第一表面及與第一表面相對設置的第二表面，藍寶石基板的第一表面形成有複數個凸起；
    未摻雜的GaN層，形成在藍寶石基板的第一表面；
    複數個碳納米管，覆蓋在未摻雜的GaN層的表面，相鄰及交錯的碳納米管之間形成間隙以暴露出未摻雜的GaN層的部分表面；
    N型GaN層，形成在未摻雜的GaN層的未被碳納米管所覆蓋的表面並側向生長至覆蓋所述碳納米管；
    活性層，形成在N型GaN層表面；以及
    P型GaN層，形成在活性層表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中，所述碳納米管的管徑為20nm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中，所述碳納米管相互交錯間隔且平鋪於未摻雜的GaN層的表面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中，所述活性層為多量子阱層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中，進一步包括蝕刻平臺，所述蝕刻平臺從P型GaN層延伸至N型GaN層以暴露出N型GaN層的部分表面，P型GaN層的表面形成有P型電極，N型GaN層的暴露的表面形成有N型電極。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體，其中，所述N型電極的底部與位於N型電極下方的碳納米管的頂部之間的距離在0.3μm-0.5μm範圍內。
  7. 一種發光二極體的製造方法，包括以下步驟：
    提供一個藍寶石基板，其包括第一表面及與第一表面相對設置的第二表面，藍寶石基板的第一表面形成有複數個凸起；
    在藍寶石基板的具有凸起的表面生長未摻雜的GaN層；
    在未摻雜的GaN層的表面覆蓋複數個碳納米管，相鄰及交錯的碳納米管之間形成有間隙以暴露出未摻雜的GaN層的部分表面；
    在未摻雜的GaN層的未被碳納米管覆蓋的表面生長N型GaN層，且所述N型GaN層側向生長至覆蓋所述碳納米管；
    在N型GaN層表面生長活性層；以及
    在活性層表面生長P型GaN層。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體的製造方法，其中，所述碳納米管的管徑為20nm。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體的製造方法，其中，還包括以下步驟：蝕刻P型GaN層的部分區域並延伸至N型GaN層以暴露出N型GaN層的部分表面，在P型GaN層的表面製作P型電極，在N型GaN層所暴露的表面製作N型電極。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體的製造方法，其中，所述N型電極的底部與碳納米管的頂部之間的距離在0.3μm-0.5μm範圍內。
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