TWI488336B - 發光二極體及其製造方法 - Google Patents

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TWI488336B TW101120484A TW101120484A TWI488336B TW I488336 B TWI488336 B TW I488336B TW 101120484 A TW101120484 A TW 101120484A TW 101120484 A TW101120484 A TW 101120484A TW I488336 B TWI488336 B TW I488336B
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Description

發光二極體及其製造方法
本發明是有關於一種發光二極體及其製造方法，且特別是有關於一種具有奈米柱狀結構之發光二極體及其製造方法。
發光二極體(Light emitting diodes,LEDs)因為具有使用壽命長且體積小的特點，使得近年來已經廣泛應用於照明設備。然而，若要取代目前的照明設備，仍需要進一步改進發光效率，以製造更高亮度的發光二極體。
對於發光二極體的結構而言，製造方法為連續式之磊晶形成，故多重量子井層的結構為一平台結構，使得發光效果受限於與基板之相同面積。習知技術中，在多重量子井層形成奈米結構，以增加表面積，提高發光二極體的亮度。然而，因為奈米結構散亂無序，導致光型散亂，發光效果仍然不佳。
因此，本發明之一態樣是在提供一種發光二極體，其結構包含基板、緩衝層、結構層、透明導電層，第一型接觸墊及第二型接觸墊。其中基板表面形成一緩衝層，且包括第一區域及第二區域。第一型半導體層包括第一部分及第二部分分別位在第一區域和第二區域。結構層位於緩衝層上之第二區域，且此結構層包含第一型半導體層之第二 部分、發光層及第二型半導體層，發光層位於第一型半導體層之第二部分上，第二型半導體層位於發光層上。上述之結構層係由一具梯形側壁之發光二極體堆疊結構以及複數奈米柱自梯形側壁向外延伸之規則排列的奈米柱所構成。第一型接觸墊位於第一區域中之第一型半導體層上。透明導電層位於結構層之第二區域中的平台結構上。第二型接觸墊位於透明導電層上。
依據本發明一實施例，上述之複數個奈米柱狀結構之直徑與結構層厚度之比值介於0.01至1之間，且複數個奈米柱之間距為1nm至500nm。
依據本發明另一實施例，基板係一藍寶石基板或一含矽基板，而位於基板上之緩衝層係一未摻雜氮化物半導體所構成。
依據本發明又一實施例，第一型半導體層係一N型半導體層，第二型半導體層係一P型半導體層。其中N型半導體層是由摻有N型雜質的氮化物半導體所構成，P型半導體層是由摻有P型雜質的氮化物半導體所構成。第一型半導體層係一N型氮化鎵層，該第二型半導體層係一P型氮化鎵層。
依據本發明一實施例，發光層係一多重量子井層，且係由至少一氮化鎵層以及至少一氮化銦鎵層所組成。
因此，本發明之一態樣是在提供一種製造發光二極體之方法，此方法包含如下。提供基板。利用磊晶製程，在基板上依序生長緩衝層、第一型半導體層、發光層及第二型半導體層。利用微影蝕刻製程定義第一型半導體層、發 光層及第二半導體層，形成一裸露出第一型半導體層之第一區域，並在第一區域以外之位置形成一由第一型半導體層、發光層以及第二半導體層所構成之平台。形成複數等間隔規則排列之奈米罩幕於該平台上。形成一梯形硬罩幕該平台上，覆蓋預定形成一發光二極體堆疊結構位置之奈米結構。施以非等向性蝕刻製程，並以第一型半導體層為蝕刻終點，去除未被梯形硬罩幕及奈米罩幕所遮蔽之平台，使得平台形成一具有梯形側壁之發光二極體堆疊結構及複數奈米柱自梯形側壁向外延伸之規則排列的奈米柱。去除梯形罩幕及奈米罩幕。形成透明導電層於具有梯形側壁之發光二極體堆疊結構之第二型半導體層上。形成第一型接觸墊於第一區域之第一型半導層上。形成第二型接觸墊於透明導電層上。
依據本發明一實施例，上述之形成奈米罩幕之方法，可藉由奈米壓印或微影蝕刻完成。奈米罩幕係由絕緣層所構成，且絕緣層可為氧化矽(SiOx)或矽氮化物(SixNy)。
依據本發明一實施例，蝕刻方法為乾蝕刻法或濕蝕刻法。
依據本發明另實施例，上述之非等向性蝕刻製程為感應耦合電漿(Inductively Coupled Plasma,ICP)蝕刻或反應性離子蝕刻(Reactive Ion Etching,RIE)。
上述發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。在參閱下文實施方 式後，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易瞭解本發明之基本精神及其他發明目的，以及本發明所採用之技術手段與實施態樣。
為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實施例中附加其他的實施例，而無須進一步的記載或說明。
在以下描述中，將詳細敘述許多特定細節以使讀者能夠充分理解以下的實施例。然而，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。在其他情況下，為簡化圖式，熟知的結構與裝置僅示意性地繪示於圖中。請參照第1I圖，其係繪示依照本發明一實施方式的一種發光二極體結構之剖面示意圖。如第1I圖所示，此發光二極體100包含基板110、緩衝層112、結構層126、透明導電層190、第一型接觸墊192、及第二型接觸墊194。其中基板110表面形成一緩衝層112，且包括第一區域114及第二區域116。第一型半導體層120包括第一部分122及第二部分124分別為在第一區域114和第二區域116。結構層126位於緩衝層112上之第二區域116，其中，結構層126包含第一型半導體層120之第二部分124、發光層130及第二型半導體層140。發光層130位於第一型半導體層120 之第二部分124上。第二型半導體層140位於發光層130上。上述之結構層126係由一發光二極體堆疊結構172及複數奈米柱狀結構(奈米柱)180構成，其中，複數奈米柱180係由梯形側壁174向外延伸之規則排列的奈米柱180所構成。第一型接觸墊192位於第一區域114中之第一型半導體層120上。透明導電層190位於結構層126之第二區域116中的發光二極體堆疊結構172上。第二型接觸墊194位於透明導電層190上。
基板110的材料為藍寶石基板、含矽基板、玻璃基板、石英基板其他合適的材料或上述之組合。
緩衝層112係一未摻雜氮化物半導體所構成，材料為任一Ⅲ-V族半導體化合物或Ⅱ-Ⅵ族半導體化合物。在一實施例中，緩衝層112為一未摻雜的氮化鎵化合物層。
結構層126包含第一型半導體120之第二部分124、發光層130及第二型半導體層140。第一半導體層120係一N型半導體層，由摻有N型雜質的氮化物半導體所構成，材料為任一Ⅲ-V族半導體化合物或Ⅱ-Ⅵ族半導體化合物。在一實施例中，第一型半導體層120係一N型氮化鎵層。
發光層130係一多重量子井層(Multiquantum Well；MQW)。在一實施例中，多重量子井層係由至少一氮化鎵層以及至少一氮化銦鎵層所組成。
第二型半導體140層係一P型半導體層，由摻有P型雜質的氮化物半導體所構成，材料為任一Ⅲ-V族半導體化合物或Ⅱ-Ⅵ族半導體化合物。在一實施例中，第二型半導 體層140係一P型氮化鎵層。
在另一實施例中，上述之複數個奈米柱180之直徑與結構層厚度之比值介於0.01至1之間，較佳為0.05至0.1之間。在又一實施例中，規則排列之複數個奈米柱180之間距為1nm至500nm，較佳為10nm至100nm之間。
請參照第1A至1I圖，其繪示依照本發明一實施方式的一種發光二極體100的製造流程剖面示意圖。
請參照第1A圖。首先，提供基板110，並利用磊晶製程，在基板110上依序生長緩衝層112、第一型半導體層120、發光層130及第二型半導體層140。在一實施例中，生長緩衝層112、第一型半導體層120、發光層130及第二型半導體層140之方法可為化學氣相沉積或有機金屬化學氣相沉積。
請參照第1B圖。利用微影蝕刻製程定義第一型半導體層120、發光層130及第二型半導體層140，形成一裸露出第一型半導體層120之第一區域114，並在第一區域114以外之位置形成一由第一型半導體層120、發光層130以及第二半導體層140所構成之平台結構142。蝕刻的方法為乾式蝕刻(dry etching)或濕式蝕刻(wet etching)。其中，乾式蝕刻為非等向性(anisotriic)蝕刻。
請參考第1C圖，先形成一絕緣層150於平台結構142上，再塗布複數個奈米粒子152規則排列於絕緣層150上。 在一實施例中，絕緣層150為氧化矽(SiOx)或矽氮化物(SixNy)。上述之奈米粒子152可為金屬奈米球，例如鎳(Ni)金屬奈米球，其可依實際需求，選用酸蝕刻液移除金屬奈 米球。
請參照第1D圖，形成複數等間隔規則排列之奈米罩幕154於平台結構142上。上述之形成奈米罩幕154之方法，可藉由奈米壓印或微影蝕刻完成，並且去除奈米粒子152。在一實施例中，蝕刻方法反應性離子蝕刻法(Reactive ion etching,RIE)。在另一實施例中，可依實際需求，任意變化奈米罩幕的形狀，以因應所需要的光型。
請參照第1E圖。使用任何習知的方法形成一梯形硬罩幕170於平台結構142上，覆蓋預定形成一發光二極體堆疊結構位置之奈米結構。
請參照第1F圖。施以非等向性蝕刻製程，並以第一型半導體層120為蝕刻終點，去除未被梯形硬罩幕170及奈米罩幕154所遮蔽之平台，使得平台結構142形成一具有梯形側壁174之發光二極體堆疊結構172及複數奈米柱180自梯形側壁174向外延伸之規則排列的奈米柱180。其中，奈米柱180之高度可以實際情況調整，取決於蝕刻時間，並以第一型半導體層120為蝕刻終點。在一實施例中，上述之非等向性蝕刻製程為感應耦合電漿(Inductively Coupled Plasma,ICP)蝕刻或反應性離子蝕刻(Reactive Ion Etching,RIE)。在另一實施例中，蝕刻速率為約100埃/分鐘至約3000埃/分鐘，較佳為約1500埃/分鐘至約2500埃/分鐘，更佳為約2000埃/分鐘。
請參照第1G圖，可使用任何習知的方法去除梯形硬罩幕170及奈米罩幕154。在一實施例中，採用濕蝕刻的方法，利用氫氟酸(HF)和氟化氨(NH4F)之混合溶液，為BOE 溶液，用以去除梯形硬罩幕170及奈米罩幕154。
請參照第1H圖。形成透明導電層190於具有梯形側壁174之發光二極體堆疊結構172之第二型半導體層140上。
請參照第1I圖。形成第一型接觸墊192於第一區域114之第一型半導層120，以及形成第二型接觸墊194於透明導電層190上。
依據上述所揭露之實施方式，本案提出發光二極體結構具有規則排列之複數個奈米柱狀結構，並且分佈範圍包括梯形側壁和第二導電層上，使得發光二極體出光一致，而且能增加發光二極體的亮度，可改善習知發光二極體之發光效率不足的問題。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，並用以限定本發明，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。鑑於依附項所定義，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，各種的改變、取代或交替方式，皆不偏離本實施方式的精神與範圍。
100‧‧‧發光二極體
110‧‧‧基板
112‧‧‧緩衝層
114‧‧‧第一區域
116‧‧‧第二區域
120‧‧‧第一型半導體層
122‧‧‧第一部分
124‧‧‧第二部分
126‧‧‧結構層
130‧‧‧發光層
140‧‧‧第二型半導體層
142‧‧‧平台結構
150‧‧‧絕緣層
152‧‧‧奈米粒子
154‧‧‧奈米罩幕
170‧‧‧梯形硬罩幕
172‧‧‧發光二極體堆疊結構
174‧‧‧梯形側壁
180‧‧‧奈米柱狀結構
190‧‧‧透明導電層
192‧‧‧第一型接觸墊
194‧‧‧第二型接觸墊
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1A至1I圖係繪示依照本發明一實施方式的一種發光二極體的製造流程剖面示意圖。
100‧‧‧發光二極體
110‧‧‧基板
112‧‧‧緩衝層
114‧‧‧第一區域
116‧‧‧第二區域
120‧‧‧第一型半導體層
122‧‧‧第一部分
124‧‧‧第二部分
126‧‧‧結構層
130‧‧‧發光層
140‧‧‧第二型半導體層
172‧‧‧發光二極體堆疊結構
174‧‧‧梯形側壁
180‧‧‧奈米柱狀結構
190‧‧‧透明導電層
192‧‧‧第一型接觸墊
194‧‧‧第二型接觸墊

Claims (16)

  1. 一種發光二極體，包含：一基板，其表面並形成有一緩衝層，包括有一第一區域及一第二區域；一第一型半導體層，包括有一第一部分以及一第二部份分別位在該第一區域和該第二區域；一結構層，位於該緩衝層上之該第二區域，包含：該第一型半導體層之該第二部分；一發光層，其位於該第一型半導體層之該第二部分上；以及一第二型半導體層，其位於該發光層上，其中該結構層係由一具梯形側壁之發光二極體堆疊結構以及複數個自該梯形側壁向外延伸之規則排列的奈米柱狀結構所構成；一透明導電層，其位於該結構層之第二區域中的該發光二極體堆疊結構上；一第一型接觸墊，其位於該第一區域中之該第一部分之該第一型半導體層上；以及一第二型接觸墊，其位於該透明導電層上。
  2. 如請求項1所述之發光二極體，其中各該複數個奈米柱狀結構之直徑與該結構層厚度之比值介於0.01至1之間。
  3. 如請求項2所述之發光二極體，其中該複數個奈米柱之間距為1nm至500nm。
  4. 如請求項1所述之發光二極體，其中該基板係一藍寶石基板或一含矽基板。
  5. 如請求項1所述之發光二極體，其中該緩衝層係一未摻雜氮化物半導體所構成。
  6. 如請求項1所述之發光二極體，其中該第一型半導體層係一N型半導體層，該第二型半導體層係一P型半導體層。
  7. 如請求項6所述之發光二極體，其中該N型半導體層是由摻有N型雜質的氮化物半導體所構成，該P型半導體層是由摻有P型雜質的氮化物半導體所構成。
  8. 如請求項7所述之發光二極體，其中該第一型半導體層係一N型氮化鎵層，該第二型半導體層係一P型氮化鎵層。
  9. 如請求項1所述之發光二極體，其中該發光層係一多重量子井層。
  10. 如請求項9所述之發光二極體，其中該多重量子井層係由至少一氮化鎵層以及至少一氮化銦鎵層所組成。
  11. 一種發光二極體之製造方法，包含：提供一基板；利用磊晶製程，在該基板上依序生長一緩衝層、一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層；利用微影蝕刻製程定義該第一型半導體層、該發光層以及該第二型半導體層，形成一裸露出該第一型半導體層之第一區域，並在該第一區域以外之位置形成一由該第一型半導體層、該發光層以及該第二型半導體層所構成之平台結構；形成複數個等間隔規則排列之奈米罩幕於該平台結構上；形成一梯形硬罩幕於該平台上，覆蓋預定形成一發光二極體堆疊結構位置之該些奈米罩幕；施以一非等向性蝕刻製程，並以該第一型半導體層為蝕刻終點，去除未被該梯形硬罩幕以及該些奈米罩幕所遮蔽之該平台結構，使得該平台形成一具有梯形側壁之發光二極體堆疊結構以及複數奈米柱自該梯形側壁向外延伸之規則排列的奈米柱狀結構；去除該梯形硬罩幕以及該些奈米罩幕；形成一透明導電層於該具有梯形側壁之發光二極體堆疊結構之該第二型半導體層上； 形成一第一型接觸墊於該第一區域之該第一型半導層上；以及形成一第二型接觸墊於該透明導電層上。
  12. 如請求項11所述之發光二極體之製造方法，其中形成該些奈米罩幕之方法，可藉由奈米壓印或微影蝕刻完成。
  13. 如請求項12所述之發光二極體之製造方法，其中該奈米罩幕係由絕緣層所構成。
  14. 如請求項13所述之發光二極體之製造方法，其中該絕緣層可為氧化矽(SiOx)或矽氮化物(SixNy)。
  15. 如請求項12所述之發光二極體之製造方法，其中該蝕刻方法為乾蝕刻法或濕蝕刻法。
  16. 如請求項11所述之發光二極體之製造方法，其中該非等向性蝕刻製程為感應耦合電漿(Inductively Coupled Plasma,ICP)蝕刻或反應性離子蝕刻(Reactive Ion Etching,RIE)。
TW101120484A 2012-06-07 2012-06-07 發光二極體及其製造方法 TWI488336B (zh)

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