TWI536606B - 發光二極體結構 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種半導體結構，且特別是有關於一種發光二極體結構。
隨著半導體科技的進步，現今的發光二極體已具備了高亮度的輸出，加上發光二極體具有省電、體積小、低電壓驅動以及不含汞等優點，因此發光二極體已廣泛地應用在顯示器與照明等領域。一般而言，發光二極體採用寬能隙半導體材料，如氮化鎵(GaN)等材料，來進行製作。然而，當發光二極體的發光層放出近UV光或藍光時，採用氮化鎵所形成的P型半導體層會吸收波長約為365~490奈米左右的光，即會吸收近UV光與藍光，進而影響整體發光二極體的出光效率。
本發明提供一種發光二極體結構，其具有較佳的出光效率。
本發明的發光二極體結構，其包括一基板、一N型半導
體層、一發光層以及一P型半導體層。N型半導體層配置於基板上。發光層適於發出主要發光波長介於365奈米至490奈米的光且配置於N型半導體層上。P型半導體層配置於發光層上，且包括一P型氮化鋁鎵層。P型氮化鋁鎵層的厚度占整體P型半導體層的厚度的85%以上。
在本發明的一實施例中，上述的P型半導體層為P型氮化鋁鎵層。
在本發明的一實施例中，上述的P型半導體層更包括一P型氮化鎵層，配置於P型氮化鋁鎵層上。P型氮化鎵層的厚度占整體P型半導體層的厚度的15%以下。
在本發明的一實施例中，上述的P型氮化鋁鎵層包括一第一P型氮化鋁鎵層以及一第二P型氮化鋁鎵層。第一P型氮化鋁鎵層中的鋁含量不同於第二P型氮化鋁鎵層中的鋁含量。
在本發明的一實施例中，上述的第一P型氮化鋁鎵層位於第二P型氮化鋁鎵層與發光層之間，且第一P型氮化鋁鎵層中的鋁含量大於第二P型氮化鋁鎵層中的鋁含量。
在本發明的一實施例中，上述的第一P型氮化鋁鎵層的材料為AlxGa1-xN，且x為0.09~0.2。
在本發明的一實施例中，上述的第二P型氮化鋁鎵層的材料為AlyGa1-yN，且y為0.01~0.15。
在本發明的一實施例中，上述的第二P型氮化鋁鎵層的厚度大於第一P型氮化鋁鎵層的厚度。
在本發明的一實施例中，上述的第一P型氮化鋁鎵層中的P型摻質濃度大於第二P型氮化鋁鎵層的P型摻質濃度。
在本發明的一實施例中，上述的P型半導體層更包括一P型氮化鋁銦鎵層，配置於P型氮化鋁鎵層與發光層之間。
在本發明的一實施例中，上述的N型半導體層為一N型氮化鎵層。
在本發明的一實施例中，上述的發光二極體結構，更包括一N型電極以及一P型電極。N型電極配置於未被發光層所覆蓋的N型半導體層上，且與N型半導體層電性連接。P型電極配置於P型半導體層上，且與P型半導體層電性連接。
在本發明的一實施例中，上述的發光二極體結構更包括一透明導電層，配置於P型半導體層上。
基於上述，由於本發明的P型氮化鋁鎵層的厚度占整體P型半導體層的厚度的85%以上，因此可以降低P型半導體層吸收發光層所發出的近UV光或藍光。如此一來，本發明的發光二極體結構可具有較佳的出光效率。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100a、100b、100c、100d、100e、100f‧‧‧發光二極體結構
110‧‧‧基板
120‧‧‧N型半導體層
130‧‧‧發光層
140a、140b、140c、140d、140e‧‧‧P型半導體層
142a、142b、142d‧‧‧P型氮化鋁鎵層
142c1、142e1‧‧‧第一P型氮化鋁鎵層
142c2、142e2‧‧‧第二P型氮化鋁鎵層
144b‧‧‧P型氮化鎵層
144d、144e‧‧‧P型氮化鋁銦鎵層
150‧‧‧N型電極
160‧‧‧P型電極
170‧‧‧透明導電層
T1、T2‧‧‧厚度
圖1繪示為本發明的一實施例的一種發光二極體結構的示剖
面意圖。
圖2繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的示剖面意圖。
圖3繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的示剖面意圖。
圖4繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的示剖面意圖。
圖5繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的示剖面意圖。
圖6繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的示剖面意圖。
圖1繪示為本發明的一實施例的一種發光二極體結構的示剖面意圖。請參考圖1，在本實施例中，發光二極體結構100a包括一基板110、一N型半導體層120、一發光層130以及一P型半導體層140a。N型半導體層120配置於基板110上。發光層130適於發出主要發光波長介於365奈米至490奈米的光且配置於N型半導體層120上。P型半導體層140a配置於發光層130上，且包括一P型氮化鋁鎵層142a。P型氮化鋁鎵層142a的厚度占整體P型半導體層140a的厚度的85%以上。
詳細來說，在本實施例中，基板110例如是一藍寶石基
板，而發光層130例如是一氮化鎵/氮化銦鎵的量子井結構，但並不以此為限。N型半導體層120位於基板110與發光層130之間，且N型半導體層120的一部分暴露於發光層130之外。此處，N型半導體層120具體化為一N型氮化鎵層。如圖1所示，本實施例的P型半導體層140a具體化為為P型氮化鋁鎵層142a，意即整層的P型半導體層140a是由單一材料，即氮化鋁鎵，所形成。較佳地，P型氮化鋁鎵層142a的厚度為30奈米至100奈米。此外，本實施例的發光二極體結構100a還包括一N型電極150以及一P型電極160，其中N型電極150配置於未被發光層130所覆蓋的N型半導體層120上且與N型半導體層120電性連接，而P型電極160配置於P型半導體層140a上且與P型半導體層140a電性連接。由上述元件的配置可得知，本實施例的發光二極體結構100a具體化為一藍色發光二極體結構。
由於本實施例P型半導體層140a具體化為P型氮化鋁鎵層142a，且P型氮化鋁鎵層142a材料特性並不會吸收近UV光或藍色光波段的光線。因此，當發光層130發出光線時，光線可直接通過P型半導體層140a且不會被吸收。如此一來，本實施例的發光二極體結構100a可具有較佳的出光效率。
在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
圖2繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的示剖面意圖。請參考圖2，本實施例的發光二極體結構100b與圖1的發光二極體結構100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的P型半導體層140b是由一P型氮化鋁鎵層142b以及一P型氮化鎵層144b所組成，其中P型氮化鎵層144b配置於P型氮化鋁鎵層142b上。特別是，在本實施例中，P型氮化鋁鎵層142b的厚度占整體P型半導體層140b的厚度的85%以上，換言之，P型氮化鎵層144b的厚度占整體P型半導體層140b的厚度的15%以下。較佳地，P型氮化鎵層144b的厚度小於10奈米。
由於本實施例P型氮化鋁鎵層142b的厚度占整體P型半導體層140b的厚度的85%以上，且P型氮化鋁鎵層142b材料特性並不會吸收藍色光波段的光線。依據比爾-朗伯定律(Beer-Lambert law)可得知，當一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質時，其吸光度與吸光物質的濃度及吸收層厚度成正比。故，當發光層130發出光線時，由於會吸收藍色光波的P型氮化鎵層144b的厚度遠小於P型氮化鋁鎵層142b的厚度，因此可以降低P型半導體層140b吸收發光層130所發出的近UV光或藍光。如此一來，本實施例的發光二極體結構100b可具有較佳的出光效率。
圖3繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的示剖面意圖。請參考圖3，本實施例的發光二極體結構100c與圖1的發光二極體結構100a相似，惟二者主要差異之處在於：本
實施例的P型半導體層140c具體化為為P型氮化鋁鎵層，其中P型氮化鋁鎵層包括一第一P型氮化鋁鎵層142c1以及一第二P型氮化鋁鎵層142c2，且第一P型氮化鋁鎵層142c1中的鋁含量不同於第二P型氮化鋁鎵層142c2中的鋁含量。較佳地，第一P型氮化鋁鎵層142c1位於第二P型氮化鋁鎵層142c2與發光層130之間，且第一P型氮化鋁鎵層142c1中的鋁含量大於第二P型氮化鋁鎵層142c2中的鋁含量。此處，第一P型氮化鋁鎵層142c1的材料為AlxGa1-xN，其中x為0.09~0.2。第二P型氮化鋁鎵層142c2的材料為AlyGa1-yN，其中的y為0.01~0.15。第二P型氮化鋁鎵層142c2的厚度T2大於第一P型氮化鋁鎵層142c1的厚度T1。
需說明的是，P型氮化鋁鎵層可減少吸光，但若P型氮化鋁鎵層中的鋁含量太高，則較多的磊晶缺陷會造成複合載子的損失且增加發光二極體結構內部的熱量。再者，P型氮化鋁鎵層中的鋁含量增加會造成另外一項影響，便是會使得p型氮化鋁鎵層阻值增加並使得電極製作更加困難。因此，本實施例的發光二極體結構100c藉由靠近發光層130的第一P型氮化鋁鎵層142c1，其鋁含量高，能隙(bandgap)會比較大，電子阻擋的效果比較好，能將未掉入的發光層130的電子彈回發光層130內，以增加光的效率。此外，第一P型氮化鋁鎵層142c1的厚度T1較薄，因此可減少因高含量的鋁所造成的磊晶缺陷。
此外，本實施例的第一P型氮化鋁鎵層142c1中的P型摻質濃度大於第二P型氮化鋁鎵層142c2的P型摻質濃度。其中，
P型摻質多可以提供較多的電洞，而第一P型氮化鋁鎵層142c1較靠近發光層130，電洞容易進入發光層130，使電洞與電子在發光層130中相遇而接合，就以光子的形式釋放出來。
圖4繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的示剖面意圖。請參考圖4，本實施例的發光二極體結構100d與圖1的發光二極體結構100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的P型半導體層140d是由一P型氮化鋁鎵層142d以及一P型氮化鋁銦鎵層144d所組成，其中P型氮化鋁銦鎵層144d配置於P型氮化鋁鎵層142d與發光層130之間。在本實施例中，P型氮化鋁銦鎵層144d可減緩P型氮化鋁鎵層142d與發光層130之間材料晶格不匹配的現象，可降低發光二極體結構100d在磊晶時產生的應力。
圖5繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的示剖面意圖。請參考圖5，本實施例的發光二極體結構100e與圖1的發光二極體結構100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的P型半導體層140e是由一第一P型氮化鋁鎵層142e1、一第二P型氮化鋁鎵層142e2以及一P型氮化鋁銦鎵層144e所組成。第一P型氮化鋁鎵層142e1中的鋁含量不同於第二P型氮化鋁鎵層142e2中的鋁含量，較佳地，第一P型氮化鋁鎵層142e1的材料為AlxGa1-xN，其中x為0.09~0.2，而第二P型氮化鋁鎵層142e2的材料為AlyGa1-yN，其中的y為0.01~0.15。利用第一P型氮化鋁鎵層142e1與第二P型氮化鋁鎵層142e2的鋁含量不同，
可以避免吸光，同時又可減少磊晶缺陷及阻值高的問題。第一P型氮化鋁鎵層142e1配置於第二P型氮化鋁鎵層142e2與P型氮化鋁銦鎵層144e之間，而P型氮化鋁銦鎵層144e直接接觸發光層130。P型氮化鋁銦鎵層144e可減緩第一P型氮化鋁鎵層142e1與發光層130之間材料晶格不匹配的現象，可降低發光二極體結構100e在磊晶時產生的應力。
圖6繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體結構的示剖面意圖。請參考圖6，本實施例的發光二極體結構100f與圖1的發光二極體結構100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的發光二極體結構100f更包括一透明導電層170，其中透明導電層170配置於P型半導體層140a上，且位於P型半導體層140a與P型電極160之間。P型半導體層140a可藉由透明導電層170與P型電極160形成良好之歐姆接觸(ohmic contact)。此處，透明導電層170的材質例如為銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide,IZO)、氧化鋅(zinc oxide,ZnO)、銦錫鋅氧化物(indium tin zinc oxide,ITZO)、鋁錫氧化物(aluminum tin oxide,ATO)、鋁鋅氧化物(aluminum zinc oxide,AZO)或其他適當的透明導電材質。
綜上所述，由於本發明的P型氮化鋁鎵層的厚度占整體P型半導體層的厚度的85%以上，因此可以降低P型半導體層吸收發光層所發出的近UV光或藍光。如此一來，本發明的發光二極體結構可具有較佳的出光效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100a‧‧‧發光二極體結構
110‧‧‧基板
120‧‧‧N型半導體層
130‧‧‧發光層
140a‧‧‧P型半導體層
142a‧‧‧P型氮化鋁鎵層
150‧‧‧N型電極
160‧‧‧P型電極
Claims (11)
- 一種發光二極體結構，包括：一基板；一N型半導體層，配置於該基板上；一發光層，配置於該N型半導體層上；一第一P型半導體層，配置於該發光層上且包含鋁；以及一第二P型半導體層，配置於該第一P型半導體層上且包含鋁，其中該第一P型半導體層的鋁含量大於該第二P型半導體層的鋁含量，且該第一P型半導體層的摻質濃度大於該第二P型半導體層的摻質濃度。
- 一種發光二極體結構，包括：一N型半導體層；一發光層，配置於該N型半導體層上；一第一P型半導體層，配置於該發光層上且包含鋁；以及一第二P型半導體層，配置於該第一P型半導體層上且包含鋁，其中該第二P型半導體層的厚度大於該第一P型半導體層的厚度，且該第一P型半導體層的摻質濃度大於該第二P型半導體層的摻質濃度。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的發光二極體結構，更包括一第三P型半導體層，配置於該第二P型半導體層上，且該第三P型半導體層的厚度占整體該P型半導體層的厚度的15%以下。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的發光二極體結構，其中 該第一P型半導體層的材料為AlxGa1-xN，其中x為0.09~0.2。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的發光二極體結構，其中該第二P型半導體層的材料為AlyGa1-yN，其中的y為0.01~0.15。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體結構，其中該第二P型半導體層的厚度大於該第一P型半導體層的厚度。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的發光二極體結構，包括一P型氮化鋁銦鎵層，配置於該第一P型半導體層與該發光層之間。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的發光二極體結構，其中該N型半導體層為一N型氮化鎵層。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的發光二極體結構，更包括：一N型電極，配置於該N型半導體層上，且與該N型半導體層電性連接；以及一P型電極，配置於第一P型半導體層上，且與該第一P型半導體層電性連接。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的發光二極體結構，更包括：一透明導電層，配置於該第二P型半導體層上。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的發光二極體結構，其中該第一P型半導體層的能隙大於該第二P型半導體層的能隙。
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