TWI531082B - 發光二極體及其製造方法 - Google Patents

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TWI531082B TW102111839A TW102111839A TWI531082B TW I531082 B TWI531082 B TW I531082B TW 102111839 A TW102111839 A TW 102111839A TW 102111839 A TW102111839 A TW 102111839A TW I531082 B TWI531082 B TW I531082B
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林雅雯
凃博閔
黃世晟
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Description

發光二極體及其製造方法
本發明涉及一種發光元件，尤其涉及一種具有較高出光效率的發光二極體以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。
發光二極體晶粒通常包括基板，依次形成在基板之上的緩衝層、N型半導體層、活性層、P型半導體層。然而，活性層發出的朝向基板的光線容易被緩衝層以及基板所吸收，從而降低發光二極體晶粒的整體出光效率。為解決光線被基板以及緩衝層吸收的問題，通常在緩衝層與N型半導體層之間插入一層布拉格反射層，用以將活性層發出的朝向基板的光線反射向上，以增加出光效率。然而，布拉格反射層只能部分反射垂直於基板方向的光線，如果光線偏離垂直於基板的方向，布拉格反射層對該光線的反射效率將會降低。
有鑒於此，有必要提供一種可提高元件出光效率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：基板；第一未摻雜的GaN層，形成在基板之上，所述第一未摻雜的GaN層的與基板相反的表面形成有多個離子植入區域；多個第二未摻雜的GaN層，形成在第一未摻雜的GaN層之上，所述第二未摻雜的GaN層為島狀且部分覆蓋離子植入區域；布拉格反射層，形成在第二未摻雜的GaN層的表面以及離子植入區域的未被第二未摻雜的GaN層覆蓋的表面；以及N型GaN層、活性層以及P型GaN層，依次生長在布拉格反射層的表面。
一種發光二極體的製造方法，包括以下步驟：提供一個基板；在基板上形成第一未摻雜的GaN層；在第一未摻雜的GaN層的與基板相反的表面形成多個離子植入區域；在第一未摻雜的GaN層的表面形成多個第二未摻雜的GaN層，所述第二未摻雜的GaN層為島狀，相鄰的第二未摻雜的GaN層之間形成有間隙以暴露部分離子植入區域的表面；在第二未摻雜的GaN層的表面以及暴露的離子植入區域的表面生長布拉格反射層；以及在布拉格反射的表面依次形成N型GaN層、活性層以及P型GaN層。
在上述發光二極體及發光二極體的製造方法中，由於第二未摻雜的GaN層在第一未摻雜的GaN層的表面以及在離子植入區域的生長速度不一致，使得第二未摻雜的GaN層的形狀為島狀。因此，形成在第二未摻雜的GaN層表面以及離子植入區域表面的布拉格反射層將形成波浪形的彎曲結構，所述波浪形的布拉格反射層除了反射垂直於基板方向的光線外，亦可對偏離垂直於基板方向的光線進行有效的反射，從而提高發光二極體的出光效率。
100‧‧‧發光二極體
110‧‧‧基板
120‧‧‧第一未摻雜的GaN層
121‧‧‧離子植入區域
130‧‧‧第二未摻雜的GaN層
131‧‧‧底面
132‧‧‧頂面
133‧‧‧側面
134‧‧‧間隙
140‧‧‧布拉格反射層
141‧‧‧AlN層
142‧‧‧GaN層
150‧‧‧N型GaN層
160‧‧‧活性層
170‧‧‧P型GaN層
圖1係本發明實施例提供的發光二極體的結構示意圖。
圖2係本發明實施例所提供的發光二極體的製造方法的第一個步驟。
圖3係本發明實施例所提供的發光二極體的製造方法的第二個步驟。
圖4係本發明實施例所提供的發光二極體的製造方法的第三個步驟。
圖5係本發明實施例所提供的發光二極體的製造方法的第四個步驟。
圖6係本發明實施例所提供的發光二極體的製造方法的第五個步驟。
圖7係本發明實施例所提供的發光二極體的製造方法的第六個步驟。
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包括基板110，形成在基板110之上的第一未摻雜的GaN層120，形成在第一未摻雜的GaN層120之上的多個第二未摻雜的GaN層130，形成在第二未摻雜的GaN層130之上的布拉格反射層140以及依次形成在布拉格反射層140之上的N型GaN層150、活性層160以及P型GaN層170。
所述基板110可以是藍寶石基板、矽基板或者是碳化矽基板。
所述第一未摻雜的GaN層120的與基板110相反的表面上形成有多個離子植入區域121。所述離子植入區域121的頂面與第一未摻雜的GaN層120的上表面齊平。離子植入區域121的植入離子可以是Ar離子或者是Si離子。根據需要，所述離子植入區域121每平方釐米的離子數量為5×1015到1×1017個之間。優選地，離子植入區域121的每平方釐米的離子數量為1×1016cm-2。根據需要，所述離子植入區域121中的植入離子的深度D1範圍為50nm到150nm。優選地，所述離子植入區域121中的植入離子的深度D1為90nm。
所述多個第二未摻雜的GaN層130形成在第一未摻雜的GaN層120的具有離子植入區域121的表面上。所述第二未摻雜的GaN層130為島狀且部分覆蓋離子植入區域121。在本實施例中，所述第二未摻雜的GaN層130包括底面131、頂面132以及連接在底面131與頂面132之間的側面133。所述底面131與第一未摻雜的GaN層120相鄰接。所述側面133傾斜於底面131設置，使得第二未摻雜的GaN層130的橫截面的寬度沿遠離第一未摻雜的GaN層120的方向上逐漸減小。根據需要，所述第二未摻雜的GaN層130的高度D2在50nm到300nm的範圍內，寬度W為3μm以上。優選地，所述第二未摻雜 的GaN層130的高度D2在100nm的範圍內。
所述布拉格反射層140覆蓋在第二未摻雜的GaN層130的表面以及離子植入區域121的未被第二未摻雜的GaN層130覆蓋的表面，而形成波浪形的彎曲結構。在本實施例中，所述布拉格反射層140由交替層疊的AlN層141與GaN層142組成。
在上述發光二極體100中，由於第二未摻雜的GaN層130為島狀，當在第二未摻雜的GaN層130的表面形成布拉格反射層140時，所述布拉格反射層140將形成波浪形的彎曲結構。所述波浪形的布拉格反射層140除了反射垂直於基板110方向的光線外，亦可對偏離垂直於基板110方向的光線進行有效的反射，從而提高發光二極體的出光效率。
上述的發光二極體100的製造方法包括以下步驟。
請參見圖2，首先提供一個基板110。所述基板110可以是藍寶石基板、矽基板或者是碳化矽基板。
請參見圖3，在基板110上成長第一未摻雜的GaN層120。
請參見圖4，在第一未摻雜的GaN層120的表面形成多個離子植入區域121。所述離子植入區域121的植入離子可以是Ar離子或者是Si離子。根據需要，所述離子植入區域121每平方釐米的離子數量為5×1015到1×1017個之間。優選地，離子植入區域121的每平方釐米的離子數量為1×1016cm-2。根據需要，所述離子植入區域121中的植入離子的深度D1範圍為50nm到150nm。優選地，所述離子植入區域121中的植入離子的深度D1為90nm。
請參見圖5，在第一未摻雜的GaN層120的表面生長第二未摻雜的 GaN層130。此時，由於第二未摻雜的GaN層130在第一未摻雜的GaN層120的表面的生長速度不同於第二未摻雜的GaN層130在離子植入區域121的表面的生長速度，所述第二未摻雜的GaN層130將形成島狀。相鄰的第二未摻雜的GaN層130之間將形成間隙134以暴露出部分離子植入區域121的表面。在本實施例中，所述第二未摻雜的GaN層130包括底面131、頂面132以及連接在底面131與頂面132之間的側面133。所述底面131與第一未摻雜的GaN層120相鄰接。所述側面133傾斜於底面131設置，使得第二未摻雜的GaN層130的橫截面的寬度沿遠離第一未摻雜的GaN層120的方向上逐漸減小。根據需要，所述第二未摻雜的GaN層130的高度D2在50nm到300nm的範圍內，寬度W為3μm以上。優選地，所述第二未摻雜的GaN層130的高度D2在100nm的範圍內。
請參見圖6，在第二未摻雜的GaN層130的表面以及暴露的離子植入區域121的表面上生長布拉格反射層140。由於第二未摻雜的GaN層130為島狀，所生長的布拉格反射層140將形成波浪形的彎曲結構。在本實施例中，所述布拉格反射層140由交替層疊的AlN層141與GaN層142組成。
請參見圖7，在布拉格反射層140上依次生長N型GaN層150、活性層160以及P型GaN層170。
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
110‧‧‧基板
120‧‧‧第一未摻雜的GaN層
121‧‧‧離子植入區域
130‧‧‧第二未摻雜的GaN層
131‧‧‧底面
132‧‧‧頂面
133‧‧‧側面
140‧‧‧布拉格反射層
141‧‧‧AlN層
142‧‧‧GaN層
150‧‧‧N型GaN層
160‧‧‧活性層
170‧‧‧P型GaN層

Claims (10)

  1. 一種發光二極體，包括：基板；第一未摻雜的GaN層，形成在基板之上，所述第一未摻雜的GaN層的與基板相反的表面形成有多個離子植入區域；多個第二未摻雜的GaN層，形成在第一未摻雜的GaN層之上，所述第二未摻雜的GaN層為島狀且部分覆蓋離子植入區域；布拉格反射層，形成在第二未摻雜的GaN層的表面以及離子植入區域的未被第二未摻雜的GaN層覆蓋的表面；以及N型GaN層、活性層以及P型GaN層，依次生長在布拉格反射層的表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中，所述離子植入區域所植入的離子為Ar離子或者Si離子。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中，所述離子植入區域每平方釐米的離子數量為5×1015到1×1017個之間。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中，所述離子植入區域的離子植入深度的範圍為50nm到150nm。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中，所述第二未摻雜的GaN層的高度為50nm到300nm。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中，所述第二未摻雜的GaN層的寬度為3μm。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中，所述布拉格反射層為交替層疊的GaN層與AlN層。
  8. 一種發光二極體的製造方法，包括以下步驟： 提供一個基板；在基板上形成第一未摻雜的GaN層；在第一未摻雜的GaN層的與基板相反的表面形成多個離子植入區域；在第一未摻雜的GaN層的表面形成多個第二未摻雜的GaN層，所述第二未摻雜的GaN層為島狀，相鄰的第二未摻雜的GaN層之間形成有間隙以暴露部分離子植入區域的表面；在第二未摻雜的GaN層的表面以及暴露的離子植入區域的表面生長布拉格反射層；以及在布拉格反射的表面依次形成N型GaN層、活性層以及P型GaN層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體的製造方法，其中，所述離子植入區域所植入的離子為Ar離子或者Si離子。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體的製造方法，其中，所述布拉格反射層為交替成長在第二未摻雜的GaN層表面以及離子植入區域的表面的GaN層與AlN層。
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