TW484240B - Light emitting diode and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
484240 __案號 89112397 五、發明說明（1) 曰 J[多正 [發明之領域] 本發明與一種發光二極體及其製造方法有關，尤與具 含ZnSe單結晶基板與ZnSe或以ZnSe為主體之混晶化合物 導體之發光構造體之同質蠢晶ZnSe系發光二極體（以下μ " 稱「LED」）及其製造方法有關。 _ [先前之技藝] 。此LED包含： 形成在發光構 發光構 造體 先前已知發出綠色光之ZnSe系LED 造體，形成在ZnSe基板上；及電極， 上0 L E D係例如以蠢晶在Z n S e基板上堆積各種半導體> 上形成電極’切成一定大小之晶片後固定形成於引線/、 架。 、、. 發明之概述： [發明欲解決之課題] 然而例如被切成後在LED之劈開面附近，存在高密度辟 開時錯位及龜裂等缺陷。當電流通過如此存在多數缺陷刀之 區時’不僅發光效率降低，且由於隨著通電之缺陷增:， 致有元件壽命顯著縮短之問題。 曰 關=劈開面附近之缺陷，可考慮以蝕刻去除劈開面附近 之對策’惟此時需要起因各半導體層之蝕刻率差之側蝕 現象之對策。 x 本發明為解決上述課題而為。本發明之目的在無需用複 雜之處理可達成LED之高亮度化及長壽命化。 [解決課題之方法] 本發明有關之發光二極體包含：ZnSe基板；及發光構造
484240 __案號89112—397__年月 曰 伙卞 ---- --------- if________ 五、發明說明（2) 體，形成於該基板上。茲發光構造體於本申請書係指含發 光層之半導體層之疊層構造。而具有上述構造之發光二極 體設有注入電流限制區，限制發光用注入電流以抑制缺陷 之增加。 由於如此設置注入電流限制區，即可限制或阻止電流流 入該區内，而可抑制其區内缺陷之增加。尤其由於選擇缺· 陷多之區為注入電流限制區，即可實現L E D之長壽命化及· 高亮度化。 上述發光二極體最好為同質磊晶ZnSe系發光二極體。 Z nS e基板最妤為導電性ZnS e單結晶基板，而發光構造體最 好含ZnSe或以ZnSe為主體之混晶化合物半導體。 本發明對如上述同質磊晶Z nS e系發光二極體特別有效。 又發光二極體最好含切斷分離元件間之劈開面。此時、 注入電流限制區最好含劈開面附近區。 發光二極體之劈開面附近，如已述存在多數缺陷。故抑 制電流流經如此缺陷多之區，即可更有效實現L E D之長壽 命化及高亮度化。 發光二極體在發光構造體上具有電極。此電極最好從上 述劈開面隔離形成。 從劈開面隔離電極即可抑制電流流至劈開面附近。因 此、可實現LED之長壽命化及高亮度化。因如此僅調整電 極端部位置即可，故不用複雜之處理即可達成L E D之長壽 命化及南亮度化。 具體而言、上述電極從劈開面隔離5/zm以上形成，並 含··第1電極，引線接合用；及第2電極，擴散注入電流
O:\63\63363.ptc 第6頁 484240 _案號89112397_年月日_ί±^_ 五、發明說明（3) 用。 因認為從劈開面隔離5 // m以内區特別存在很多缺陷，故 至少不在此區上形成擴散注入電流用電極，即得有效增進 LED之長壽命化。 上述第2電極，最好為透光性電極，含從Au、Pd、Ni、 I TO ( Indium Tin Oxide)群選出之至少一種材料。該透光 性電極為A u、P d、N i所構成時，較佳具有2 0 n m以下之厚 度。 本發明有關之發光二極體亦可在發光構造體上包括：第 1電極，由無法獲得與該發光構造體有歐姆接觸之材料而 成並限制注入電流；及第2電極，由可獲得與該發光構造― 體有歐姆接觸之材料而成並擴散注入電流。此時、在劈開 面附近區上形成第1電極，並在劈開面附近區以外區上形 成第2電極為宜。 因第1電極，無法獲得與發光構造體有歐姆接觸，故可 抑制電流從第1電極流入發光構造體内部。即可抑制電流 流入第1電極下位置之區。因此、可抑制第1電極下區缺陷 之增加。由於將第1電極例如配置在劈開面附近區上，即 可阻止電流流至劈開面附近區，而可抑制該區内缺陷之增 加。另一方面、可從第2電極將電流通至發光構造體中， 而可使L E D發光。 發光二極體亦可包括：半導體層，被選擇設在發光構造 體内部並無法獲得與前述第1電極有歐姆接觸；及溝部， 設在發光構造體上面周邊部並達劈開面及半導體層；此 時、與半導體層接觸，在溝部上形成上述第1電極。
O:\63\63363.ptc 第7頁 484240 _案號89112397 年月曰__ 五、發明說明（4) 此時、亦可抑制電流流至第1電極下區，而可抑制第1電 極下區缺陷之增加。又該溝由蝕刻形成為宜。詳言之、由 如離子研磨與反應性離子蝕刻強調溝表面凹凸性質之蝕刻 形成上述溝為宜。 上述第1電極至少形成於距劈開面5 // m以内區上，含從 Ti 、A1、ZnS、Al2〇3、Si02、SiN之群中選出之至少一種材 料。 由於將第1電極形成於如上述區上，即可阻止電流流至 距劈開面5 // m以内區内。 又在劈開面附近位置之發光構造體内部，設置抑制電流 流動之電流抑制層亦可。 由於如此在發光構造體内部設置電流抑制層，即可抑制 電流流至電流抑制層下區。因此、可抑制其區内缺陷之增 加0 發光二極體亦可包括：第1電極，在上述電流抑制層上 位置之發光構造體表面上由無法與電流抑制層有歐姆接觸 之材料而成並限制注入電流；及第2電極，在未形成電流 抑制層之區上位置之前述發光構造體表面上由與發光構造 體有歐姆接觸之材料而成並擴散注入電流。 由於如上述以無法與電流抑制層有歐姆接觸之材料構成 第1電極，即使在第1電’極與電流抑制層間有任何導電層存 在，亦能抑制電流流至電流抑制層下區。因此、可抑制電 流抑制層下區缺陷之增加。 本發明有關之發光二極體之製造方法之一個形勢包含下 列各步驟：形成發光構造體之步驟，形成於ZnSe基板上；
O:\63\63363.ptc 第8頁 484240 _案號 89112397_年月日__ 五、發明說明（5) 形成第1電極之步驟，在發光構造體第1表面區上由無法與 發光構造體有歐姆接觸之材料而成並限制注入電流；及形 成第2電極之步驟，在發光構造體第2表面區上由與發光構 造體有歐姆接觸之材料而成並擴散注入電流。 由於如上述將無法與發光構造體有歐姆接觸之材料而成β 之第1電極形成於第1表面區上，即可抑制電流流至第1表 面區正下方區。因此、可抑制其區内缺陷之增加，而可實-現LED之長壽命化及高亮度化。又因在與第1表面區不同之 第2表面區上形成由與發光構造體有歐姆接觸之材料而成 之第2電極，故可從第2電極將電流供給發光構造體内，可 使L E D發光。 本發明有關之發光二極體之製造方法之其他形勢包含下 列各步驟：形成發光構造體之步驟，在Z n S e基板上依序疊 積：第1半導體層，含發光層；第2半導體層，被選擇在第 1半導體層上；及第3半導體層，從第1半導體層上至前述 第2半導體層上；形成第1電極之步驟，在第2半導體層上 位置之發光構造體表面上由無法與第2半導體層有歐姆接 觸之材料而成並抑制注入電流；及形成第2電極之步驟， 在未形成第2半導體層之區上位置之發光構造體表面上由 與發光構造體有歐姆接觸之材料而成並擴散注入電流。又 上述第1〜第3半導體層為多數半導體層之疊層構造亦可。 由於如上述在第1半導體層上選擇形成第2半導體層，並 在其上形成第1電極，即可抑制電流流至第2半導體層正下 方之區。因此、可抑制第2半導體層下區内缺陷之增加， 而可實現LED之長壽命化及高亮度化。
O:\63\63363.ptc 第9頁 484240 ___案號89112397_年 $ 日 修卷_______ 五、發明說明（6) 實施形態： 以下用圖1〜圖1 5說明本發明之實施形態。 本發明之重要特徵係如後述，在LE D内部選擇設注入電 流限制區以限制發光用注入電流。由於如此設注入電流限 制區，即可抑制其區内缺陷之增加。 以下用圖具體說明。 (實施形態1 ) 圖1係依照本發明之實施形態1之L E D斷面圖。如圖1所 示、LED包括：導電性ZnSe單結晶基板1 ;發光構造體12， 形成在導電性Z n S e單結晶基板1上；厚度2 0 n m以下之透光 性Au電極9，擴散發光用注入電流；及台座電極1 〇。LED於 劈開面1 3被劈開，因此諸元件被分離。 在導電性ZnSe單結晶基板1背面形成In電極9a。發光構 造體1 2，形成於導電性ZnSe單結晶基板1上面。 發光構造體12包括：摻雜氣之η型ZnSe缓衝層2，約1 /zm 厚度；摻雜氯之η型ZnMgSSe包層3，約1 /zm厚度； ZnSe/ZnCdSe多重量子井活化層4，約1/zm厚度；摻雜氮之 p型ZnMgSSe包層5，約l//m厚度；摻雜氮之p型ZnSe層6， 約0.2 /zm厚度；p型接觸層7，由ZnSe與ZnTe之疊層超格子 構造而成；及摻雜氮之P型ZnTe層8，於最表面具有約6〇 nm厚度。 如此、發光構造體1 2由多數半導體層（磊晶層）之疊層構 造而成，含發光層11。發光層11包括：摻雜氣之n型 ZnMgSSe包層3 ;ZnSe/ZnCdSe多重量子井活化層4 ;及摻雜 氮之P型ZnMgSSe包層5。
O:\63\63363.ptc 第10頁 484240 ----案號 89112397_年月日 修正 ___ 五、發明說明（7) 在發光構造體12上面形成透光性Au電極9，及台座電極 10。台座電極10包括：Ti層10a及Au層l〇b。透光性Au電極 9具有20 nm以下厚度，從劈開面1 3僅隔離寬度D1 (最好 5 //in以上）形成。故劈開面13附近區上未形成透光性Au電 極9。因此、可抑制電流流至劈開面1 3附近區，而可抑制 該區内缺陷之增加。 即本實施形態1選擇劈開面1 3附近區為注入電流限制 區。因認為劈開面1 3附近區如前述比其他區存在較多缺 陷，故由阻止電流流至此區内，即得有效增進LE D之長壽 命化及高亮度化。 經本發明人等實際上製作LED，以一定電流模式測定結_ 果’以20 mA通電時獲得發光亮度達3 mW之高亮度綠色發 光。又因電流幾乎不流至劈開面1 3附近，故L E D壽命亦提 rlj 〇 台座電極10用於引線接合用，惟使p型ZnTe層8之摻雜濃 度為lxl019cnr3以下，以使台座電極中Ti層l〇a及ρ型ZnTe 層8形成蕭特基接觸（Schottky Contact)。 其次、簡單說明圖1所示L E D之製造方法。在導電性z n s e 單結晶基板1背面，例如以沉積法形成I η電極9 a，並在導 電性ZnSe單結晶基板1上面，用磊晶法等形成發光構造體 12。然後用沉積法等在ρ型ZnTe層8上依次疊積Ti層l〇a及 Au層1 〇b。將此等圖形化成一定形狀後，再用沉積法 等將Au層形成約20 nm以下厚度。將Au層圖形化選擇去除 劈開面1 3附近部分。 然後、將晶圓狀Z n S e單結晶基板1及發光構造體1 2切成
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第11頁 484240 89112397_年 月 J__Μ-—一 五、發明說明（8) 3 0 0 // m角之晶片。由此形成劈開面1 3 °然後、將導電性 ZnSe單結晶基板1及發光構造體12固定於引線機架。經以 上步驟形成本實施形態之L E D ° (貫施形悲2 ) 其次、用圖2說明本發明之實施形態2 °圖2係本發明之 實施形態2之LED斷面圖。 如圖2所示、本實施形態2在劈開面1 3附近區上配置台座 電極1 0。詳言之、在距劈開面（劈開部位）1 3約5 〇 # m範圍 區上設格子狀台座電極10。而從被台座電極1〇包圍之區向 台座$極上延伸形成透光性Au電極9。因其他構造與實施 形態1相同故省略重複說明。 本實施形態2因亦與實施形態1同樣使p SZnTe層8之摻雜 濃度為i X 1019cnr3以下，故在台座電極中之Ti層10a與p 型ZnTe層8之間形成蕭特基障壁（Schottky Barrier) ’無 法獲得有歐姆接觸。因此、可抑制電流從台座電極1 0流至 發$構造體1 2内。結果、與上述實施形態1之情形同樣’ 可抑制電流流至劈開面1 3附近區内’而可抑制該區内結晶 缺陷之增加。 本實施形態之LED，經與實施形態1相同之步驟形成至p 型ZnTe層8後’在劈開面13附近區上形成台座電極10，以 沉積法等形成透光性A u電極9以覆蓋台座電極1 〇即可。然 後可經實施形態1相同之步驟形成L E D。 以一定電流模式測定本實施形態之LED結果，以20 mA通 電時獲得發光亮度達3 raW之高亮度綠色發光。又因可抑制 電流流至劈開面1 3附近，故可得長壽命之L E D。
O:\63\63363.ptc 第12頁 484240 _案號89112397_年月日_^_ 五、發明說明（9) (實施形態3 ) 其次、用圖3說明本發明之實施形態3。圖3係本發明之 實施形態3之LED斷面圖。 如圖3所示、本實施形態3形成到達p型Z n S e層6及劈開面 1 3之環狀溝部1 4，並在溝部1 4内形成台座電極1 0。距劈開 面13之溝部14之寬度D2例如約為50 。因其他構造與實 施形態2相同故省略重複說明。 本實施形態因台座電極10中之Ti層10a與p型ZnSe層6接 觸，故無法獲得有歐姆接觸，電流比實施形態2更不易流 至台座電極1 0下區。因此、比實施形態2更能有效抑制電 流流至台座電極1 0下區。 本實施形態之LED，亦與前述各實施形態之情形同樣， 可得高亮度綠色發光。又亦可延長LED之壽命。 圖1 5係本實施形態之L E D與先前之L E D通電試驗結果。先 前例使用全面形成透光性Au電極9，並在晶片中央部形成 引線接合用焊盤者。通電條件為室溫直流20 mA。又晶片 尺寸為500 /zm四方。 如圖1 5所示、可知本發明有關之LED壽命比先前例格外 增高。又可推測其他實施形態亦可得同樣效果。 其次、用圖4〜圖7說明本實施形態3之L E D之製造方法。 如圖4所示、經與前述各實施形態相同之步驟形成至p型 ZnTe層8後，在其上塗光阻16a。將光阻16a圖形化成一定 形狀後，如圖5所示、以光阻1 6 a為光罩蝕刻，形成達p型 Z n S e層6之溝部1 4。此時雖可用濕蝕刻，惟若用離子研磨 或反應性離子蝕刻，即可提高電極密接性，消除引線接合
O:\63\63363.ptc 第13頁 484240
___案號 89112397 五、發明說明（10) 之不良。 其次、如圖6所示、以沉積法依次疊 10b。然後去除光阻i6a，如圖7所 二1曰l〇a及Au層 面。然後、^冗積法等在全Γ形所成不透光露^^.層8表 之步驟形成LED。 厶與實施形怨1及2相同 (實施形態4) 其=、用圖8~圖14說明本發明之實施形態4。圖8係本 明之實施形態4之LED斷面圖〇 天 ★二、㈤本甘實施形態將電流抑制層1 5形成於發光構 这體1 2内邛。因其他構造與實施形態2相同故省略重複說 明。 因如上述將電流抑制層1 5形成於發光構造體丨2内部，即 可抑制電流流至電流抑制層1 5正下方區。即可抑制電流流 至劈開面1 3附近區内。 電流抑制層15可舉η型半導體層或台座電極1〇中之Ti層 10a無歐姆接觸之半導體層。 其-人、用圖9〜圖1 4說明本實施形態4之[£ d之製造方法。 如圖9所示、經與前述各實施形態相同之步驟形成至p型 ZnSe層6後，在其上塗光阻16b。然後、如圖1〇所示、在 P型ZnSe層6上例如以蠢晶形成電流抑制層15。 其次、去除光阻16b，如圖π所示、以磊晶從p型以以層 6上向電流抑制層1 5延伸形成p型接觸層7及p型z n T e層8。 其次、如圖12所示、將先阻16c塗於p型ZnTe層8上，將 此圖形化成一定形狀。以沉積法等堆積τ丨層丨〇 a及Au層1 〇 b
O:\63\63363.ptc 第14頁 484240 _案號89112397_年月曰 修正_ 五、發明說明（11) 得圖1 3所示構造後，如圖1 4所示、去除光阻1 6 c。 其後、以沉積法等全面形成透光性A u電極9，以得圖8所 示構造。以下經與各實施形態1相同之步驟形成L E D。 又上述各實施形態說明了在劈開面1 3附近區設注入電流 限制區之情形’惟在其他區設注入電流限制區亦可。 又透光性電極亦可由從Au、Pd、Ni、IT0(Indium Tin Oxide)群選出之至少一種材料，或含其中至少一種材料之-合金形成亦可。該透光性電極為A u、P d、N i所構成時，較 佳具有20nm以下之厚度。 此外、台座電極10之下層由從Ti、A1 、ZnS、Al2〇3、
Si 02、SiN之群中選出之至少一種材料，或含其中至少一 種材料之合金形成亦可。 如以上就本發明之實施形態加以說明，惟此次所揭示之 實施形態均屬舉例，而應視為不受其限制。本發明之範圍 如申請專利範圍所示，即含與申請專利範圍相等之意義及 範圍内所有變更。 [發明之效果] 依本發明因在LED内部設注入電流限制區，故可使發光 用電流不致流至LED中所希望之區。由此、可抑制該區内 缺陷之增加，不僅LED之長壽命化且可實現高亮度化。尤 其、由於選擇缺陷多之區做為注入電流限制區，即可使 LED更長寿命化及南党度化。 圖式之簡單說明： 圖1係依照本發明之實施形態1之LED斷面圖。 圖2係本發明之實施形態2之LED斷面圖。
O:\63\63363.ptc 第15頁 484240 _案號 89112397_年月日__ 五、發明說明（12) 圖3係本發明之實施形態3之L ED斷面圖。 圖4係圖3所示LED製造步驟之第1步驟斷面圖。 圖5係圖3所示LED製造步驟之第2步驟斷面圖。 圖6係圖3所示LED製造步驟之第3步驟斷面圖。 圖7係圖3所示LED製造步驟之第4步驟斷面圖。 圖8係本發明之實施形態4之LED斷面圖。 圖9係圖8所示LED製造步驟之第1步驟斷面圖。 圖10係圖8所示LED製造步驟之第2步驟斷面圖。 圖1 1係圖8所示LED製造步驟之第3步驟斷面圖。 圖12係圖8所示LED製造步驟之第4步驟斷面圖。 圖13係圖8所示LED製造步驟之第5步驟斷面圖。 圖14係圖8所示LED製造步驟之第6步驟斷面圖。 圖1 5係本發明有關之L E D與先前之L E D通電試驗結果圖。 圖號說明： 1 · · ·導電性ZnSe單結晶基板 2 · · ·η型ZnSe緩衝層 3 · · ·η 型 ZnMgSSe 包層 4 · · · ZnSe/ZnCdSe多重量子井活化層 5 · · ·ρ 型 ZnMgSSe 包層 6 · · ·ρ 型ZnSe 層 7 · · · p型接觸層 8 · · · p 型 ZnTe 層 9 · ••透光性Au電極（厚20nm以下） 9 a · · · I η 電極 1 0 · · ·台座電極
O:\63\63363.ptc 第16頁 484240
O:\63\63363.ptc 第17頁 484240 _案號89112397_年月日_修正 圖式簡單說明 O:\63\63363.ptc 第18頁
Claims (1)
- 484240 _案號 89112397 六、申請專利範圍 1 · 一種發光二極體，其包含：ZnSe基板；及發光構造 體，形成於該基板上；其特徵為：具有注入電流限制區， 限制^光用注入電流以抑制缺陷之增加，其中 f述發光二極體為同質磊晶ZnSe系發光二極體； 前述ZnSe基板’為導電性以以單結晶基板； W述發光構造體，含以Z ns e或以znS e為主體之混晶化 合物半導體； 前述發光二極體含劈開面，切斷分離元件間；且 前述注入電流限制區含前述劈開面附近之區。 2 ·如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中 鈾述發光一極體於前述發光構造體上含電極， 前述電極從前述劈開面隔離形成。 3 ·如申請專利範圍第2項之發光二極體，其中前述電極 從前述劈開面隔離5 “ m以上形成，並含：第1電極，引線 接合用；及第2電極，擴散注入電流用。 4 ·如申請專利範圍第3項之發光二極體，其中前述第2電 極係透光性電極’含從Au、Pd、N i、I TCK I nd i um Ti η Oxide)所構成之群選出之至少一種材料。 5 ·如申請專利範圍第丨項之發光二極體，其中前述發光 二極體在前述發光構造體上包括：第1電極，由無法獲得 與該發光構造體有歐姆接觸之材料而成並限制注入電流； 及第2電極，由可獲得與該發光構造體有歐姆接觸之材料 而成並擴散漆入電流； 在前述劈開面附近區上形成前述第1電極，O:\63\63363.ptc 第19頁 484240 _案號89Π2397_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 在前述劈開面附近區以外區上形成前述第2電極。 6 .如申請專利範圍第5項之發光二極體，其中前述發光 二極體包括：半導體層，被選擇設在前述發光構造體内部 並無法獲得與前述第1電極有歐姆接觸；及溝部，設在前 述發光構造體上面周邊部並達前述劈開面及前述半導體 層； 與前述半導體層接觸，在前述溝部上形成前述第1電 才亟 ° 7. 如申請專利範圍第6項之發光二極體，其中前述溝係 由钱刻形成。 8. 如申請專利範圍第7項之發光二極體，其中前述蝕刻-係強調前述溝表面凹凸性質之蝕刻。 9 .如申請專利範圍第8項之發光二極體，其中前述蝕刻 包含：離子研磨與反應性離子姓刻。 I 0.如申請專利範圍第5至7項中任何一項之發光二極 體，其中前述第1電極，至少形成於距前述劈開面5 // m以 内區上，含從Ti、A1、ZnS、Al2〇3、Si02、SiN之群中選出 之至少一種材料。 II .如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中在前述劈 開面附近位置之前述發光構造體内部，設置抑制電流流動 之電流抑制層。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之發光二極體，其中前述發 光二極體包括：第1電極，在前述電流抑制層上位置之前 述發光構造體表面上由無法與前述電流抑制層有歐姆接觸O:\63\63363.ptc 第20頁 484240 _案號 89112397_年月日_ί±£,_^_ 六、申請專利範圍 之材料而成並限制注入電流，及弟2電極，在未形成前述 電流抑制層之區上位置之前述發光構造體表面上由與前述 發光構造體有歐姆接觸之材料而成並擴散注入電流。 1 3 . —種發光二極體之製造方法，其包含： 形成發光構造體之步驟，在ZnSe基板上依序：疊積含 發光層之第1半導體層；在該第1半導體層上選擇性地疊積 第2半導體層；及從前述第1半導體層上至前述第2半導體 層上疊積第3半導體層； 形成第1電極之步驟，在位於前述第2半導體層上之前 述發光構造體表面上，形成由無法與前述第2半導體層有 歐姆接觸之材料所構成且抑制注入電流之第1電極；及 形成第2電極之步驟，在未形成前述第2半導體層之區 上之前述發光構造體表面上，形成由與前述發光構造體有 歐姆接觸之材料所構成且擴散注入電流之第2電極。O:\63\63363.ptc 第21頁
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