TWI308804B - Nanostructure having a nitride-based quantum well and light emitting diode employing the same - Google Patents

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TWI308804B TW095120751A TW95120751A TWI308804B TW I308804 B TWI308804 B TW I308804B TW 095120751 A TW095120751 A TW 095120751A TW 95120751 A TW95120751 A TW 95120751A TW I308804 B TWI308804 B TW I308804B
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Description

1308804 21063pif.doc 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 以及於奈米結構、使用此結構的發光二極體、 以及製造此發光二極體的方 菔 關於具有氮化物為基質的量子井;:使=3 【先前技術】軸、以及製造此發光二極體的方法。 最初，發光二極體（LED) 一 簡單顯示元件。近年來，LED作為具有高亮度^ ^的 ，及較長生命週期的全彩色顯示器裝置（例如，大 減讀L以制於背光與—般照_光源）而引起關 其經由最近開發具有高亮度㈣色以及、綠色L邱而達 成。同時，例如GaN的m族氮化合物半導體最近被研究 來作為用於LED的材料。此是由於m_v魏化物半導體 具有較寬的能帶隙，並因此使得能夠根據氮化物的組合 物，獲得在自可見光至紫外線的大體全部範圍的波長中的 光。 因為存在由於GaN生長的物理性質或限制所造成的 晶格失配（lattice mismatching)而導致的大量穿透位錯 (threading dislocation)，所以典型GaN LED具有有限的效 能（亮度）’典型GaN LED意即，藉由將η型摻雜的n_GaN 層、InGaN活性層及p型摻雜的p-GaN層相繼堆疊在藍寳 石基板上所形成的層壓薄膜型LED。層壓薄膜GaN LED 具有各種優點，因為其設計及製造相對簡單，並具有低溫
1308804 21063pif.doc 敏，性；但是其亦具有發光效率低、頻譜寬度寬、輸出偏 差焉等、以及穿透位錯的缺點。 為克服層壓薄顧led的缺點，已研究具有由一維柱 或線形奈米柱（奈米線）形成的p_n接面的奈米尺度1£0， 或例如微環或微碟的微尺度LED。因為奈米柱結構的LED 2簡單的p-n接面二極體，所以其難以獲得高亮度。當前， 借助於光微影術製造微環或㈣LED。然而，在光微影術 及餘刻製財’ GaN的晶格結構會遭到損壞。此使得產品 的亮度或發光效率不盡人意。 、同日可，因為奈米柱LED具有較大的表面與體積比，所 =在表面上的非輻射結合會大大影響奈米柱LED的外部 =子效率。因此，需要減少表面上的非輻射結合的 。 【發明内容】 θ 会士本每明之目標為提供具有高亮度及高發光效率的奈米 /、"7減奈米結構表面上的非輕射結合的影響。 口本發明之另—目標為提供使用奈米結構陣列的發光二 Si的：米結構陣列能夠減少奈米結構表面上的非輻射 列的t發明之進一步目標為提供用以製造使用奈米結構陣 ^ .光極體的方法，此奈米結構陣列能夠減少奈米妹 又面上的非輻射結合的影響。 。 為達成本發明之目標，本發明提供奈米結構、使用此 7 1308804 21063pif.doc 奈米結構的發光二極體、以及製造此發光二極體的方法。 ' 根據本發明之態樣，奈米結構包含核心奈米柱，該核心奈 米柱具有沿縱向方向接合的第一傳導型的第一奈米柱、 (AlxInyGakJN (其中’ 0分<卜〇公^、以及〇分+於） 量子井 '以及第二傳導型的第二奈米柱。由能帶隙比量子 井的此可隙更大的材料形成的奈米殼層至少圍繞量子井。 根據本發明之態樣，藉由在p-n接面界面間插入 • (AlxInyGak-y)N量子井，能夠提供具有高亮度以及高發光 效率的奈米結構的LED。藉由借助於奈米殼層減少量子井 表面上的非輻射結合，亦能夠進一步改良發光效率。 在此，第一傳導型及第二傳導型是指n型及卩型，或 P型及η型。另外，奈米柱是指長度相對較長而超過其直 杈且直徑小於1微米的結構。此外，本文的奈米柱是指以 由下而上的方式（意即，經由生長而非蝕刻）形成的奈米 尺度結構。 第一奈米柱及第二奈米柱由鑒於其晶袼與量子井匹配 的半導體材料形成。例如，奈米柱可為GaN或Zn〇為基 ' 質的奈米柱。GaN為基質的奈米柱可由GaN或含有被添二 、 至GaN的A1及/或In的三級或四級氮化物形成，並可由通 • 式(A1xInyGai-x-y)N (其中，0立幻、〇分<1、以及 〇Sx+y$l ) 表示。Zn〇為基質的奈米柱可由Zn0或含有被添加至 的Mg的三級氧化物形成，且可由通式Ζηΐ χΜ&〇(其中， • 〇Sx<l)表示。 ’ 能帶隙比(AlxInyGa】_x_y)N量子井的能帶隙更大的材料 8 1308804 21063pif.doc 亦可為由通式(AlxInyGai-x_y)N (其中，〇sxsl、〇Sy<l、以 及OSx+y^l)表示的GaN為基質的氮化物，或ZnO為基 貝的氧化物。選擇GaN為基質的氮化物中的AI及In的量， 以獲得大於(AlxIiiyGa^jN量子井的能帶隙的能帶隙。 (AlJnyGanjN量子井可為藉由交替堆疊多個 (A1xInyGai-x-y)N (其中，（^χ<1、〇分<、以及 〇$x+y幻） 層以及多個(AlxInyGa]_x_y)N (其中，、〇分<1、以及 OSx+ySl)障壁所形成的多重量子井。 此外，多個(AlJnyGai-WN (其中，〇分<1、〇公^1、 以及〇Sx+ySl)層中至少兩層可具有不同的迅量及/或不 同的厚度。當In量增加時’ (AlxInyGa! _x_y)N的能帶隙減小。 因此’藉由調整(AlxInyGa〗_x_y)N層中的In量，能夠建構具 有至少兩峰值波長的光，例如多色光。另外，藉由將 (AlxInyGai_x_y)N層的厚度減少至波爾激勵半徑（B〇hr excitation radius)或更小來增加(AlxInyGai xy)N 層的能帶 隙。因此，藉由調整(AlJriyGai—x_y)N層的厚度，能夠建構 具有至少兩學值波長的光，例如多色光。 根據本發明之另一態樣，本發明之發光二極體包含基 板、透明電極，以及插入基板與透明電極間的夺 列。該等奈米結構中的每-者包含核心奈米柱，以; 核心奈米㈣奈米殼層。大體垂直於基板形成核心奈米 柱，且其包含沿縱向方向接合的第一傳導型的第一奈米 柱、（AlJnyGa〗-”）^其中，〇£x<;l、(^妇、以及〇分々⑴ 量子井，以及第二傳導型的第二奈米柱。由能帶隙比量子 1308804 21063pif.doc •井·帶隙更大的材料形成奈米殼層 ’且該奈米殼層至少 -圍繞核心奈米柱的量子井。同時，將第二奈米柱共同連接 至透明電極。因Λ，藉由借助於奈米殼層預防 (AlxInyGai_x_y)N量子井表面上的非輻射結合，能夠提供可 . 增加外部量子效率的發光二極體。 - (AlxInyGai_x^)N量子井可為藉由交替堆疊多個 (AlxInyGai-x_y)N (其中，〇分〈卜〇杰卜以及〇分+泊） • 層以及多個(AlxIrVGa]-X-y)N (其中，〇处；1、〇分〈卜以及 〇Sx+ySl )障壁形成的多重量子井。另外，多個 (AlxInyGai_x-y)N層中至少兩層可具有不同的迅量及/或不 同的厚度，以發射具有至少兩峰值波長的光。 可由（AlxInyGai-x-y)N (其中，〇立幻、〇分<1、以及 〇$x+y$l)或ZnO為基質的材料形成第_奈米柱、第二奈 米柱、以及奈米殼層中的每一者。 / 同％不米結構間的空白區域(empty space)可由透明 絕緣材料（齡，S0G、Si〇2、環氧樹脂、或石夕樹脂）填 充。此時，第二奈米柱的頂端突出並超過透明絕緣材料的 頂面，亚連接至透明電極。另外，透明絕緣材料可含有螢 • 光材料用於賴發射自核心、奈桃的-部分光的波長。因 . 此’藉由將發射自奈米結構的光與波長已由螢紐料進行 轉換的光混合，能夠建構多色光。 可在基板與奈米結構陣列間插入第一傳導型的缓衝 • 層。另外，緩衝層具有自奈米結構陣列延伸的一部分，並 可在緩衝層的延伸部分上形錢極極板(de_de㈣。因 10
1308804 21063pif.doc 結構的第一奈米柱，電源經由 及緩衝層供應給該等奈米結構。 此情板峡緣基板。在 基板可為例如極以及_層供應電源。另外， 可省略緩鮮，並^或加的導電基板。在此情形中， 成電極極板:在導電基板的與_相對的表面上形 含垂明之進—步態樣，製造發光二極體的方法包 柱中ί每核"奈米柱陣列的步驟。該等核心奈米 ，中的母者具有沿縱向方向接合的第 太 ，、(等其中,0妙峡 型的第二奈米柱。由能帶隙比量子 =的㈣隙更大的材料形成奈米殼層，使其至少圍繞量子 。此時，形成奈米殼層，使得第二奈米柱的項端暴露。 透明電極形成為共同連接至第二奈妹的暴露項端。因 此，《b夠提供使用奈米結構陣列的發光二極體，該奈米社 構陣列可預防(AlxInyGal xy)N量子井表面上的非輕㈣ 合。 #奈米殼層的形成可包含：形成第一奈米殼層’用於覆 盍核心奈米柱；以及㈣第—奈米殼層的頂端，以暴露第 二奈米柱的頂端。 此方法可更包含形成透明絕緣材料的步驟，使用此材 料在第一奈米殼層形成之後填充核心奈米柱之間的空白區 域。此時，透明絕緣材料可形成於第二奈米柱的層面下， !3〇88〇4 2l063pif.doc 使仵第二奈米柱及奈米殼層的頂端向外突出。 型的it成核心奈米柱陣列前，在基板上形成第-傳導 以及蝕刻制妒闽也，^ 刀乂尤被衫製程 霖緩衝心圖透明電極以及透明絕緣材料，以義 的板在透明電極以及‘ 【實施方式】 細描ί下參考附圖對本發明的較佳實施例進行詳 上_，而能以其他形式實施。在圖式中，為便明下 身大了 7L件的寬度、長度、以及厚度等。本說、， 中始終用相同參考數字指示相同元件。ΰ曰圖式 -極體（在下文中 中所示的發光二 圖】為根據本發明之實施例的發光， 稱作LED”）的截面圖，以及圖2為圖 極體的平面圖。 參看圖1及圖2，發光二極體包含基板1Q上的太 構陣列。基板1〇可為例如藍寶石基板或破 ;邑緣： 板，或為例如Si、SiC、或Zn0基板的導電基^。〇、、'巴緣基 奈米結構中的每-者包含核心奈米♦主且 方向接合的η型第-奈米柱31、UUnyGa]，)；T(f中向 〇SX<l、OSyS卜以及OSx+ySl )量子井33、以及p型 奈米柱35;以及至少圍繞核心奈餘的量子井的 ; 37a。核心奈米柱大體垂直於基板10形成。由能^隙= 12 1308804 2】063pif.doc 子井的能帶隙更大的材料形成奈米殼層37a。 可由 AlxInyGa(〗_x_y)N (其中，（^也、〇Sy<I、以及 咬+d)或ZnO形成第_以及第二奈米柱。同樣地，亦 可由AlJnyGa^y^其中，〇纪卜〇£y<1、以及〇泣+泊） 或ZnO形成奈米殼層37a。因為㈣的A1及^改變⑽ 的，帶隙，所以選擇AlxinyGa㈣)N的A1及化的量，以 獲得比^iiGaN量子彳33的能帶隙更大的能帶隙。 ”儘管核心奈米柱展示為具有遠離基板1〇而減小的直 =而ίΐ並此。核心奈米柱的直徑可隨著遠離基板 而增加。或者，如圖3所示，直徑可為一致的。 奈米殼層37a覆蓋晋. 的心m , 井的侧，以肋表面上 知Ϊ 所示，奈米殼層37&可覆蓋核心奈米 ί?除弟一奈錄頂端部分以外的整個外周邊表面。 同時’可在基板10與奈米結構陣列之間插入η型缓衝 曰20。緩衝層20緩衝基板1〇與第一太 '' 格當赵生阳s从收 /、不乂 31之間的晶 吊數失配。另外，將緩衝層Μ電連接至第 ^刪源。緩衝層2。的一部分可自奈米結二列延 不僅PP ^層的延伸部分上形成電極極板5G。可由（但 ^ Τ,/ΑΙ ^ ,Μ 50，( ^ 當基板10為導電基板時，可省略騎層 二基口tr相反的表面购 由二: = 歐姆接觸。 Γ7 H發射的光透射 13 1308804 21063pif.doc 過的材料形成透明電極60，並可由（但不特別僅限）薄
Ni/Au膜形成此透明電極6〇。在透明電極60上的預定區域 内形成作為端子用於經由透明電極60供應電源的電極極 板70。可由（但不特別僅限）Ni/Au層形成電極極板70。 可將線纜（未圖示）連接至電極極板7〇。 可用透明絕緣材料41 (例如，旋轉塗佈玻璃（SOG)、
Si〇2、以及環氧樹脂或矽樹脂）填充鄰近奈米結構間的空 白區域。透明絕緣材料41使奈米結構彼此絕緣，並保護奈 求結構免受外部衝擊。另外，透明絕緣材料層41用作使透 明電極60能夠共同連接至個別奈米柱的底層。透明絕緣材 料層41形成為具有達到略微低於第二奈米柱35的層面的 鬲度’使得第二奈米柱35的頂端能夠共同連接至透明電極 60 〇 與無量子井的簡單p-n接面二極體相比較， (AljJnyGa—) N (其中，〇分<1、〇分幻、以及 ) 罝子井33為使得能夠獲得具有較高亮度的可見光的活性 層里子井可為(AlxInyGa卜x_y)N的單一個量子井。如圖3 中所不，量子井亦可為藉由交替堆疊多個(AlxInyGany)N (其中，0殳<1、〇分幻、以及〇Sx+y^ )層33a及多個 (AlxInyGa】-x-y)N (其中 ’ 〇分幻、〇分<1、以及 0$x+y$l) 障壁層33b所形成的多重量子井。奈米殼層37a至少覆蓋 多重量子井的一侧，藉此預防多重量子井表面上的非輻射 結合。 如圖1中所示，若經由兩個電極極板5〇及電極極板 14 1308804 21063pif.d〇c 7〇將電源供應給奈米結構 直方向發射具有高亮度的朵小…核心奈米柱的橫向以及垂 内特別形成(AlxInyGa] )Ν :因為在該等奈米柱中每一者 可見光。另外，多 此導致與習知層壓1 壁發先）區域顯著增加，藉 使得量子絲面上量子相奈米殼層 了發光效率。 非W結合制縣，ϋ此大大改良
同時，在此實施例t，可藉由前多重量子井的 x ^Gai.x_y)N 層的 In 量或(AlxInyGa“”)N 的光的波長。以此能夠獲得白光。以下將來 考圖3更為詳細地對此進行描述。 〆 首先調整㈧xInyGa】-x_y)r層33a的In量 層具有不同的In量。#Ιη量增加時传 具有較小的能帶隙，從而導致所發射光具 射^;長&因t，具有不同h量的(AlxInyGai+y)N層發 ^有不_值波長的光。較大的In量切發射具有較長 :長的光。因此，猎由調整In的量，能夠形成具有所要峰 =波長（在自370腿❸紫外線區域至紅外線區域的範圍 )的(AlxInyGai_x-y)N層’藉此使得能夠獲得所有可 包含藍光、綠光、以及紅光。 、藉由調整(AlxInyGai_x_y)N層33a中的化的量，能夠製 造可在晶片級別實現白光的發光二極體，使得該等層在^ 15 1308804 21063pif.doc ，或在藍色、綠色、以及紅色區域内具有 峰值波長。除了在此等色彩區域内的夸值波長外，可藉由 调整(AlxI%Ga]、x_y)N層33a的迅的量來顯著改良白光^ -極體的肩色性指數lOT rendering index )，使得該等層 亦能夠在其他色彩區域内具有峰值波長。 曰 ▲同時，可藉由調整(AlxInyGai_x-y)N層如的厚
變所發射光長。意即，若將(AlxInyGai xy)N層的厚户 減少為小於波爾激勵半徑，_lxI%G ^ 增加。因此，II由調整⑻為叫一層如的厚度U 夠形成發射具有至少兩峰值波長的光的多層量子井。因 此，可實現例如白光的多色光。 π可同時調整(AlxI%Gai_x_y)N層的迅的量以及厚度，使 得(AlxInyGa^-jON層33a發射具有不同峰值波長的光。
進一步，亦可藉由使用螢光材料來獲得多色光。特別 地，在此實施例中，可藉由將螢光材料添加至透明絕緣材 料41，簡單製造白光發射二極體，以獲得白光。例如，可 藉由形成量子井使得奈米柱30發射藍光，以及藉由將普色 螢光材料添加至透明絕緣材料41，來發射白光。 儘管在前文中先形成η型第一奈米柱31，並在其上形 成Ρ型第二奈米柱，但能以相反次序來形成η型及ρ型奈 米柱。 下文將描述製造本實施例的LED的方法。 首先’將描述使用羞晶生長法來生長GaN的方法。生 長蟲晶層的方法包含.氣相蟲晶（VPE )生長法、液相石 16 1308804 2l063pif.doc fit"?絲法、以及固相蠢晶(SPE)生長法。在WE 生長法中’，.坐由供應於基板上的反應氣體的熱分解 應，使晶體生長於基板上。可_反應氣體的原料類型， 將VPE生長法劃分為氫化* vpE ( H vpE )、齒化物 以及有機金屬WE⑽VPE) ^舒在此實施將 GaN層錢InGaN/GaN量子井描述為制錢金屬氣化 物VPE (MO-HVPE)生長而形成，但本發明並非必^ 限於此。可藉由使用另—適當生長絲形成祕層以^ InGaN/GaN量子井，例如，分子束磊晶法（μβε) ^有機 金屬化學氣相沉積法（M0CVD)。另外，儘管經由實例插 述InGaN以及GaN的生長，但可藉由調整前驅體以所^ 組合物來生長(AljJiiyGai _x.y)N。 將GaQ、三甲基銦（TMI)、三甲基鋁（TMA)、以及 NH3分別用作Ga、In、A1、以及N的前驅體。可藉由在 600至950°C溫度下，將金屬鎵與HC1互相反應來獲得 GaCL·另外，用於生長η塑GaN及p型GaN的摻雜元素 分別為Si與Mg ’並分別以SiPLj與二環戊二稀錤（Cp2|yjg ) 的形式來供應。 現將參考圖4至圖7詳細描述根據此實施例製造LED 的方法。 參看圖4，將基板1〇置放於反應器（未圖示）内，並 在基板上形成緩衝層20。基板10可為例如藍寶石基板或 玻璃基板的絕緣基板，或例如Si、SiCb、SiC、或ZnO基 板的導電基板。 1308804 21063pif.doc 如以上所述，可由GaN形成緩衝層20，並可藉由摻 雜Si將其形成為η型。另外，基於在無人工摻雜的情況下 生長得到的GaN由於氮空缺、氧雜質等的存在而具有η型 性質的事實，可藉由在大氣壓力或輕微正壓力下，在400 至500°C的溫度中，以30 seem至70 seem及1〇〇〇 sccm至 2000 seem的流動速率供應Ga與N的前驅體長達5〇分鐘 至60分鐘’將η蜇GaN缓衝層20形成為具有約1.5微米 的厚度，而無需人工摻雜。 同時，若需要，則可藉由摻雜Mg將緩衝層20形成為 P型。另外，當基板10為導電，可省略緩衝層20。 參看圖5，在緩衝層20上形成多個核心奈米柱3〇的 陣列。可在反應器中原位形成核心奈米柱30的陣列，在此 反應器中已生長η型GaN缓衝層20。 首先’生長η型GaN奈米柱31。意即，可藉由在大 氣壓力或輕微正壓力下，在400°C至600°C的溫度中，以 30 seem 至 70 seem 及 1000 seem 至 2000 seem 的個別流動 速率’將Ga與N的前驅體供應至反應器中，並同時以5 seem至20 seem的流動速率供應SiHU持續20分鐘至4〇 分鐘’來垂直於η型GaN缓衝層20，將η型GaN奈米柱 31形成為具有約0.5微米的高度。 同時’若在咼溫（例如，1 〇〇〇°C或更高）下生長， 則最初的GaN晶種會以薄膜而非奈米柱的形式向上橫向 快速生長。在此情形中，在晶種由於其橫向生長而互相接 觸的邊界處不可避免地發生位錯，且當薄膜沿厚度方向生 18 1308804 21063pif.doc 長時，該等位錯沿厚度方向傳播’如此 而，藉由保持如以上實施例中的製程條件:透位錯。然 生長，而不使哪的催化劑或模板:、如此; 具有大體-致㊄度以及直徑的n型GaN 、 ，後’在n型⑽奈米柱31上生長加必量子井％。 4寸疋地，在大氣壓力或輕微正壓力下，在4〇〇。 的溫度中，以30 SCCm至70 sccm、1〇㈣至4〇職、 以及1000 seem至2000 sccm的個別流動速率，將以士 以及N的前驅體供應至反應器中。因此，纟n型⑽太 :柱3i上形成InGaN量子井33。此時，適當選擇m二 夏子井33的生長時間，直到InGaN量子井％生長成具有 所要的厚度。因為量子井33的厚度為判定發射自如上職 的已完成的LED的光之波長的因數，所以根據對於具有所 要波長的光設定之量子井33厚度來判定生長時間/另外， 因為所發射光的波長隨h的量而變化，所以根據所要波長 調整所供應的前驅體的比率，以調整迅的量。 彳' 如圖3中所示，InGaN量子井33經形成而具有多重量 子井結構，其藉由交替堆疊多個InGaN層33a及多個GaN 障壁層33b而獲得。此可藉由重複中斷ιη前驅體的供應而 獲得。 隨後’在InGaN量子井33上生長p型GaN奈米柱35。 特定地，可藉由在大氣壓力或輕微正壓力下，在4〇〇〇c至 600°C 的溫度中，以 30 seem 至 70 seem 及 1000 seem 至 2000 seem的個別流動速率’將Ga與N的前驅體供應至反應哭 19 1308804 21063pif.doc 中，並同時以5 seem至20 seem的流動速率供應Cp2Mg 持續20分鐘至40分鐘，從而垂直於基板1〇，將p型GaN 奈米柱35形成為具有約0.4微米的高度。 隨後’形成第一奈米殼層37，以覆蓋核心奈米柱30。 亦可在相同反應器中原位形成第一奈米殼層37。特定地， 在形成p型GaN奈米柱35之後，排出反應器内的剩餘氣 體’並於隨後分別以10 seem至200 seem及1〇〇 seem至 2000 seem的流動速率，將Ga的前驅體及N前驅體供應至 反應器。反應器的温度可為400DC至800°C。可同時供應 TMI及/或A1前驅體，例如TMA。因此，可形成 (AlxIiiyGai_x_y)N (其中，〇$χ$ΐ、〇$y<i、以及 〇$x+y$i) 的第一奈米殼層37，以覆蓋核心奈米柱3〇。 或者，可在不同於此反應器的另一反應器中形成奈米 殼層’並可由Mg摻雜的ZnO來形成第一奈米殼層37。 參看圖6，在形成第一奈米殼層之後，用透明絕緣材 料40填充核心奈米柱30間的空白區域。透明絕緣材料40 可形成於弟―奈米柱35的層面以下，使得第二奈米枉35 以及第一奈米殼層37的頂端可向外突出。為此，在執行透 明絕緣材料40的塗覆後，可經由選擇性蝕刻製轾來使透明 絕緣材料40凹進。 透明絕緣材料40可為使得發射自核心夺米社30的光 透射過並具有優良的間隙填充性質的材料。例如，透明絕 緣材料40可為S0G、Si〇2、以及環氧樹脂或石夕樹月曰“在 SOG的情形下，其可能較旋轉塗覆以及固化製释。 20
1308804 21063pif.doc μ，後，選擇性地蚀刻第—奈米殼層37的翻，以吴命 乐二奈来柱35的頂端。因此，形成除了第二奈米= 頂端以外的夺来瘦声37a，兮太本±a 〇 的 ，丁"卡成層边这奈未殼層37a覆蓋核 柱3〇 ’猎此完成奈米結構。 不木 刻製程可為乾式_或濕式刻。然而，冬 ==形成第一奈米殼層37及第二奈米柱35時； =圖^在基板的整個表面上形成透明電極60 干恭路弟二奈米柱35。透明電極 /、 ;，料4。的第二奈米柱35_。== 其具i較小厚度’足以允許發射自核"奈料30的 後’使用光微影術以及蝕刻製程將透明電極6〇及 明=緣材料40部分地移除，以暴露緩衝層20的一部分。 此％，將形成於此部分上的奈米結構一起移除。因此，透 明絕緣材料41保持界定發光區域，意即，定位奈米結構陣 歹J的區域’且緩衝層2〇自此發光區域突出並向外暴露。 藉由舉離製程(lift-off process)在缓衝層20的暴露部分 上幵v成電極極板5〇。經由電子束蒸鐘由Ti/Al層形成電極 極板。同樣地，在透明電極60上，由例如Ni/Au層形成電 極極板7〇。 儘管在暴露緩衝層的一部分之前形成透明電極60，但 其亦可在緩衝層20已暴露之後形成。 根據此實施例，能夠在不使用催化劑或模板的情況 21 1308804 21063pif.doc 下，均衡生長核心奈米柱’其每一者依次包含η型GaN奈 米柱31、InGaN量子井33、以及p型GaN奈米柱。 另外’在根據此實施例製造奈米柱的方法中，可在低 温下實施該等製程，藉此允許使用玻璃基板，並減少發光 二極體的生產成本。另外，如上所述，藉由使用SiC、Zn〇、 或矽基板，可省略形成η型GaN緩衝層20的製程，並可 在基板底面上而非GaN緩衝層20的一部分上形成電極極 板50。意即，可在基板的一側上首先形成電極極板，並在 基板的相對側上直接形成核心奈米柱3〇。 工業適用性 根據本發明之實施例，藉由減少奈米結構表面上的非 輻射結合的影響，能夠提供具有更加增強的發光效率的奈 來結構；並藉由使用此等奈米結構的陣列，能夠提供具有 高亮度以及高發光效率的發光二極體。亦能夠提供用以製 造使用此等奈米結構的陣列的發光二極體之方法，該奈米 結構陣列能夠減少奈米結構表面上的非輻射結合的影響。 【圖式簡單說明】 圖1為根據本發明之實施例的發光二極體的截面圖。 圖2為圖1中所示的發光二極體的平面圖。 圖3為根據本發明之實施例的奈米結構的截面圖。 圖4至圖7為說明根據本發明之實施例製造發光二極 雜的方法的截面圖。 【主要元件符號說明】 10 :基板 22 1308804 21063pif.doc 20 : η型緩衝層 30:核心奈米柱 31 :第一奈米柱 33 :量子井 33a : (AlxInyGa^x-j^N 層 33b : (AlJnyGakjN 障壁層 35 :第二奈米柱
37 :第一奈米殼層 I 37a :奈米殼層 40 :透明絕緣材料 41 :透明絕緣材料 50 :電極極板 60 :透明電極 70 :電極極板 23

Claims (1)

  1. 1308804 21063pif.doc 十、申請專利範圍： 1·一種奈米結構，包含： 核心奈米杈，其包含第一傳導型的第—奈米柱、 (AlJriyGa—) N (其中，〇$χ<ι、〇公^1、以及 ) 量子井、以及第二傳導型的第二奈綠，它們均沿縱向方 向接合；以及 不米叙層，其由能帶隙比所述(AlJnyGa^jN量子井 的此▼隙更大的材料形成，以至少 (AUnyGai士y)N量子井。 凡厅迩 处嫌2.如申請專利範圍第1項所述之奈米結構，其中所述 能帶隙輯述量子井的所述能㈣更大的所述材料為 (AIxInyGai.x_y) N (其中，〇免卜〇分〈卜以及〇加妇） f Zn〇，並選擇⑷办和…如中的A1與In的量，以獲 侍比所34(AlxInyGaKX_y)N量子井的所述能帶隙更大的能帶 隙。 3.如申請專利範圍第1項所述之奈米結構，其中所述 (Α1χΙη>^_χ_γ)Ν量子井是藉由交替堆疊多個 (AlxI%Gai-x-y)N (其中，〇分<卜〇分£卜以及〇殳吋幻） 層以及乡 (AlxInyGai x y)N (其中 ，0仝x$l、0$y<l、以及 〇Sx+ySl)障壁所形成的多重量子井。 .如申吻專利範圍第1項所述之奈米結構，其中所述 奈米殼層圍繞所述妨、、太止α 一 ^心不米柱的外周邊部分，除了所述第 一奈米柱的頂端以外。 乐 5.種光一極體，包含： 24 1308804 21063pif.doc 基板； 奈米結構的陣列，所述奈米結構中的每一者包含核心 奈=柱，所述核心奈米柱大體垂直於所述基板形成，真具 有第一傳導型的第一奈米柱、（AUnyGapxJN (其中， 0分<1、0分幻、以及〇Sx+yd)量子井、以及第二傳導裘 的弟一奈米柱，它們均沿縱向方向接合；以及奈米殼詹， 所述奈米殼層由能帶隙比所述(AlxInyGai-w)N量子井的能 帶隙更大的材料形成，以至少圍繞所述核心奈米柱的所述 (AlxInyGarx_y)N 量子井；以及 共同連接至所述第二奈米柱的透明電極。 6. 如申请專利範圍第5項所述之發光二極體，其中所 述第一奈米柱及第二奈米柱由（AlxinyGai_x_y)N (其中， 0公、0分<丨、以及〇Sx+ySl)或ZnO形成。 7. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體，其中所 述能f隙比所述量子井的所述能帶隙更大的所述材料為 (AlxInyGa^x.y) n (其中，〇5χ$1、0$y<l、以及 〇Sx+ysi ) 或ZnO ’並選擇(A1jnyGai xy)N中的A1與In的量’以獲 得比所述(AlxIiiyGa^yN量子井的能帶隙更大的能帶隙。 8. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體，更包含 用以填充所述奈米結構間的空白區域的透明絕緣材料，其 中所述第二奈米桎的頂端突出並超過所述透明絕緣材料的 頊面，並連接至所述透明電極。 9. 如申凊專利範圍第8項所述之發光二極體’其中所 述遂明絕緣材料為S〇g、Si〇2、以及環氧樹脂或矽樹脂。 25 1308804 21063pif.doc 10.如申請專利範圍第8項所述之發光 述= 月絕緣材料含有螢光材料’用於轉換發射自所述:所 奈米柱的一部分光的波長。 k核心 n.如申請專利範圍第5項所述之發光二極體， 述（AlxInyGa]_x_y)N量子井是藉由 ，、所 (AlxInyGai_x—y)N (其中，〇如、〇挪、以H宜夕個 層以及多個(AlxInyGai.x_y)N (其中，〇划1) (Κχ+y幻）障壁所形成的多重量子井。 ~y 、从及 12.如申請專利範圍第n項所述之發光 所述多個(AlxInyGai_x_y)N層中至少兩層^ : 域不同的厚度，以發射具有至少兩峰值波長的门光的1❻及 13·如申請專利範圍第5項所述之發光二極體 所述奈米結構的所 Η.如申請專利範_ 13彻述之發光二極體， :“緩,層具有自所述奈米結構的所述陣列延伸的二 刀，^所^緩衝層的所述延伸部分上形成電極極板。口 15·-種4造發光二_之方法，包含下列 大體垂直於基板形成核心奈米柱的陣 ^ · 米柱中的每-者具有第一傳導型：;？太，:奈 (^nyGai_x.y) Ν (其中，吵<、你卜以 以及第二傳導型的第二奈米柱，它_沿縱;^ 由能帶隙比所述(AlxInyGa] _”)Ν量子井的能帶隙更大 26 1308804 21063pif.doc 的材料形成第一奈米殼層，以覆蓋所述核心奈米柱； 藉由蝕刻所述第一奈米殼層的頂端以暴露所述第二奈 米柱的頂端來形成奈米殼層；以及 形成共同連接至所述第二奈米柱的所述暴露頂端的透 明電極。 16. 如申請專利範圍第15項所述之製造發光二極體之 方法，更包含在形成所述第一奈米殼層的步驟後，形成用 以填充所述核心奈米柱間的空白區域的透明絕緣材料的步 驟，其中所述透明絕緣材料形成於所述第二奈米柱的層面 以下，使得所述第二奈米柱及奈米殼層的頂端向外突出。 17. 如申請專利範圍第16項所述之製造發光二極體之 方法，更包含下列步驟： 在形成核心奈米柱的所述陣列的步驟之前，在所述基 板上形成第一傳導型的GaN緩衝層；以及 使用光微影術以及蝕刻製程，圖案化所述透明絕緣材 料，以暴露所述緩衝層的一部分。 18. 如申請專利範圍第17項所述之製造發光二極體之 方法，更包含在所述透明電極以及所述缓衝層的所述暴露 部分上分別形成電極極板的步驟。 19. 如申請專利範圍第15項所述之製造發光二極體之 方法，其中所述(AlJnyGakJN量子井是藉由交替堆疊多 個(AlJnyGamJN (其中，OSx〈卜 OSyd、以及 〇殳+y$l ) 層及多個（AlJnyGaujN (其中，0公、0分<1、以及 〇5x+ySl)障壁所形成的多重量子井。 27 1308804 21063pif.doc 20.如申請專利範圍第19項所述之製造發光二極體之 方法，其中使用MO-HVPE、MBE、或MOCVD原位形成 所述第一奈米柱、所述多重量子井、以及所述第二奈米柱。
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