TWI453949B - 發光二極體製作方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種發光二極體的製作方法。
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的半導體元件。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。
LED通常包括p型半導體層、活性層及n型半導體層。在LED兩端施加電壓，空穴與電子將會在活性層複合，輻射出光子。LED在應用過程中所面臨的一個問題是其出光效率問題。由於在活性層中有電流流過才能產生光子，因此LED的出光效率與電流在LED器件表面的分佈均勻性有很大關係。在實際應用過程中，為防止發光二極體所發出的光線被電極所阻擋，電極的面積通常設置的比較小，此時將會出現在電極下方的位置電流密度較大，而遠離電極位置的電流密度較小的情況，從而使到在發光二極體表面的電流分佈不均勻。其在遠離電極的邊緣部位的活性層沒有電流流過，從而使其發光效率較低。
有鑒於此，有必要提供一種電流擴散均勻性較佳的發光二極體的製作方法。
一種發光二極體的製作方法，其包括提供一個發光二極體晶片，該晶片包括基板以及在基板上依次形成的P型半導體層、活性層及N型半導體層。然後採用離子植入的方法在N型半導體層表面製作電阻率呈漸變分佈的區域，鄰近電極層的區域電阻率最大，遠離電極層的區域電阻率最大。最後在N型半導體層的表面製作電極層。
相較於先前技術，本發明藉由離子植入的方法在N型半導體層的表面設置電阻率成漸變分佈的區域，鄰近電極層的區域電阻率最大，遠離電極層的區域電阻率最小。由於遠離電極層的區域電阻率較小，電流將會朝遠離電極層的方向上運動，從而使電流在發光二極體的表面分佈均勻，提高了發光二極體的發光效率。
下面以具體之實施例對本發明作進一步地說明。
參見圖1，首先提供一個藍寶石基板18。
參見圖2，採用金屬有機化學氣相沈積法(MOCVD, metal organic chemical vapour deposition)在藍寶石基板18上依次形成N型半導體層14、活性層13與P型半導體層12。半導體層的製作材料包括氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化銦鎵。在本實施例中，該N型半導體層14、活性層13與P型半導體層12由氮化鎵材料製成。
參見圖3，在P型半導體層12表面沈積一層具有高反射率的鏡面反射層15。該鏡面反射層15是由銀、鎳、鋁、銅或金等金屬所製成的金屬鏡面反射層。該鏡面反射層15用於將活性層13向P型半導體層12發出的光線反射，使其從N型半導體層14表面發出，提高整個發光二極體的出光效率。在本實施例中，鏡面反射層15為銀層。金屬層的沈積方法可以藉由電子束、濺射、真空蒸鍍或者電鍍的方式來實現。根據需要，亦可以在P型半導體層12表面設置布拉格反射層，以對光線進行反射。
參見圖4，將P型半導體層12藉由鏡面反射層15與基板11相結合。優選地，基板11由具有高導熱率的材料製成，其可以是採用銅、鋁、鎳、銀、金等金屬材料或者任意兩種以上金屬所形成的合金所製成的基板，或者是採用導熱性能好的陶瓷基板如矽基板、鍺基板等。其結合的方式可以是粘結或者高溫高壓的方式與Si基板或者金屬基板結合，又或者是採用電鍍的方式來形成導熱基板11。在本實施例中，採用電鍍的方式在鏡面反射層15上電鍍上一層金屬鎳層。採用這層金屬鎳層作為基板11。
參見圖5，將藍寶石基板18與上述結構剝離。其剝離方法可以採用機械切割或者採用電磁輻射使半導體層分解又或者是鐳射切割的方法。在本實施例中，採用准分子鐳射切割的方法剝離藍寶石基板18。使N型半導體層14的表面顯露出來。
參見圖6，在N型半導體層14的表面製作電阻率漸變的區域。在本實施例中，首先限定一個非植入區域，然後在遠離非植入區域的方向上使N型半導體層14的電阻率逐漸變化。N型半導體層14的電阻率的改變可以藉由離子植入的方式來實現。離子植入是在離子植入機中完成的。
離子植入機包括離子產生器、離子分離器、離子轉換器、品質分析器、加速器、聚焦器及離子測量器。首先在離子產生器內產生B、P、As等元素的離子，然後在離子分離器中將所需要的離子分離出來。所分離出的離子在離子轉換器中被轉換成負離子。來自離子轉換器的B、P、As等元素的離子在品質分析器中偏轉，然後藉由電壓加速器的作用，離子在加速電場的作用下速度增加。被加速器加速的離子被聚焦器聚焦後，被聚焦的離子藉由離子測量器導入到反應腔中，最後植入到N型半導體層14的表面。
植入的離子包括B、P、As之中的一種或者幾種。同時，植入離子的數量是根據其與非植入區域的位置關係所確定。在本實施例中，非植入區域設定在N型半導體層14表面的中心位置，植入區域分為第一區域141、第二區域142。第一區域141鄰近非植入區域，第二區域142遠離非植入區域。其製作方法可以為以下步驟，首先將除第一區域141以外的區域用掩膜層覆蓋，該掩膜層可以是SiO2層，又或者是直接設置一個遮蔽罩，將除第一區域141以外的區域覆蓋。然後藉由離子植入機在第一區域141植入一定數量的離子，接著藉由相同的方法在第二區域142上植入離子。需注意的是，在第一區域141所植入離子的數量與第一區域141面積的之比要小於第二區域142所植入離子的數量與第二區域142面積的之比。此時才能夠達到使第一區域141的電阻率小於第二區域142的電阻率的目的。離子植入的深度可以藉由改變離子加速器的電壓來控制，而植入離子的數量可以藉由離子植入的時間來控制，從而改變各區域的電阻率。一般來說，離子植入的深度不超過N型半導體層14的厚度，以防止植入的離子對活性層13的發光性能造成影響。
在本實施例中，植入離子的濃度在1×1018
cm-3
到9×1018
cm-3
範圍內變化，以形成電阻率沿遠離電極層方向上逐漸變化。
根據需要，可以將N型半導體層14的表面分成更多的離子植入區域。此時，離子植入區域設置的越多，其使電流在發光二極體表面分佈的均勻性就越好。
參見圖7，在離子植入的過程完成之後，可藉由真空蒸鍍的方法在N型半導體層14的表面設置一層透明導電層17。該透明導電層17完全覆蓋N型半導體層14的表面，其作用在於進一步使電流擴散，提高電流分佈的均勻性。該透明導電層17可以是ITO透明導電薄膜。
參見圖8，在透明導電層17的表面設置電極層16，該電極層16的位置對應於非植入區域的位置。電極層16的作用在於使外界電源與發光二極體100相接觸從而為發光二極體100提供電流使其發光。在本實施例中，電極層16位於N型半導體層14的中心位置。該電極層16由銀材料製成，其藉由熱蒸鍍或化學蒸鍍的方法形成在透明導電層17的表面。
採用上述工藝所製作的發光二極體100，由於其採用離子植入的方法在N型半導體層14的表面形成了電阻率呈漸變分佈的第一區域141與第二區域142。鄰近電極層16的第一區域141植入的離子較少，其電阻率最大。而遠離電極層16的第二區域142植入的離子數量較多，其電阻率最小。因此，當對發光二極體100施加工作電流時，電流將會傾向於朝電阻率小的第二區域142流動，即，電流將會從電極層16朝遠離電極層16的方向上流動。這種方法可以使電流在發光二極體100的表面充分擴散均勻，從而提高了發光二極體100的發光效率。
根據需要，電極層16的位置並不限於N型半導體層14表面的中心位置，其亦可以位於N型半導體層14的邊緣或者其他形式。相應地，第一區域141與第二區域142的位置亦需要作相應的改變，只要滿足遠離電極層16的區域電阻率小於鄰近電極層16區域的電阻率即可。
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。
100‧‧‧發光二極體
11‧‧‧基板
12‧‧‧P型半導體層
13‧‧‧活性層
14‧‧‧N型半導體層
15‧‧‧鏡面反射層
16‧‧‧電極層
17‧‧‧透明導電層
18‧‧‧藍寶石基板
141‧‧‧第一區域
142‧‧‧第二區域
圖1-圖8是本發明實施例的發光二極體的製作工藝流程示意圖。
100‧‧‧發光二極體
11‧‧‧基板
12‧‧‧P型半導體層
13‧‧‧活性層
14‧‧‧N型半導體層
15‧‧‧鏡面反射層
16‧‧‧電極層
17‧‧‧透明導電層
141‧‧‧第一區域
142‧‧‧第二區域
Claims (7)
- 一種發光二極體的製作方法，其包括以下步驟：
提供一個發光二極體晶片，其包括基板及在基板上依次形成的P型半導體層、活性層及N型半導體層；
在N型半導體層的表面製作電極層；
其改良在於，在製作電極層之前，採用離子植入的方法在N型半導體層表面製作電阻率呈漸變分佈的區域，鄰近電極層的區域電阻率最大，遠離電極層的區域電阻率最小。 - 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製作方法，其中，該離子植入的方法在離子植入機內進行，該離子植入機包括離子產生器、離子分離器、離子轉換器、品質分析器、加速器、聚焦器及離子測量器。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製作方法，其中，該離子植入的深度小於N型半導體層的厚度。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製作方法，其中，植入的離子包括B、P、As之中的一種或者幾種。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製作方法，其中，離子植入的濃度在1×1018 cm-3 到9×1018 cm-3 範圍內變化。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製作方法，其中，在離子植入完成之後，藉由真空蒸鍍的方法在N型半導體層的表面鍍上一層透明導電層。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製作方法，其中，該發光二極體晶片進一步包括一鏡面反射層，該鏡面反射層設置於P型半導體層與基板之間。
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