TWI810139B - 具有複數p型與n型接面之發光二極體及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種具有複數P型與N型接面之發光二極體及其製造方法，該發光二極體包含複數二極體P型與N型結構、一上電極與一互融層，每一該二極體P型與N型結構具有上下堆疊的一第一電性半導體、一主動區與一第二電性半導體，該複數二極體P型與N型結構上下堆疊形成一發光體，該上電極形成於該發光體上，該互融層位於兩兩該複數二極體P型與N型結構之間且由該第一電性半導體與該第二電性半導體互融而形成，該互融層包含一不導電互融部與複數導電互融部，且該複數導電互融部散佈於該不導電互融部中，並位於該上電極下方的該互融層皆為該不導電互融部。

Description

具有複數P型與N型接面之發光二極體及其製造方法

本發明有關於發光二極體，尤其有關於一種高亮度發光二極體的發光結構。

發光二極體(Light Emitting Diode， LED)的發光原理是在III-V族化合物半導體材料上施加順向偏壓(電流)，利用二極體內電子與電洞互相結合，而將電能轉換為光的形式，能量釋出時便可以發光，且溫度遠較白熾燈泡低，而具有體積小、壽命長、驅動電壓低、反應速率快、耐震性特佳，能夠配合各種設備的輕、薄及小型化的需求，早已成為日常生活中十分普及的產品。

為了滿足高亮度發光的使用需求，如路燈、汽車頭燈與探照燈等等，習知專利US 7,932,526 B2讓兩個二極體P型與N型結構疊置在一起，因而在相同電流下，理論上會消耗兩倍的電壓，單位面積的發光功率(POWER)也會增加兩倍。

然而，堆疊的二極體P型與N型結構，在磊晶製造上，會有晶格不匹配的磊晶問題，越上層的晶圓品質越糟糕，實際情況下，相同輸入電流下，電壓為單一P型與N型結構之發光二極體之2.1倍，但只能產生1.7倍的發光功率。

因此，為了避免晶格不匹配的磊晶問題，習知專利US 8,581,093 B2為採用透明接合結構來黏結不同的二極體P型與N型結構，透明接合結構的透光率雖在60％以上，事實上額外被吸收的光損失仍相當的可觀，不利於高亮度發光二極體的使用需求。

爰此，本發明之主要目的在於提供一種具有複數P型與N型接面之發光二極體，可以滿足高亮度發光二極體的使用需求。

本發明之次要目的在於提供一種具有複數P型與N型接面之發光二極體的製造方法，以製成滿足高亮度使用需求的發光二極體。

本發明發光二極體的結構包含複數二極體P型與N型結構、一上電極與一互融層(Fusion junction)。其中，每一該二極體P型與N型結構具有上下堆疊的一第一電性半導體、一主動區與一第二電性半導體，該複數二極體P型與N型結構上下堆疊形成一發光體，且讓該第一電性半導體與該第二電性半導體相鄰，並該第一電性半導體摻雜有一第一材料，該第二電性半導體摻雜有一第二材料。而該上電極形成於該發光體上，該互融層位於兩兩該複數二極體P型與N型結構之間，且該互融層摻雜有該第一材料與該第二材料，該互融層為由該第一電性半導體與該第二電性半導體互融而形成，該互融層包含一不導電互融部與複數導電互融部，該複數導電互融部電性導通該第一電性半導體與該第二電性半導體，且該複數導電互融部散佈於該不導電互融部中，並位於該上電極下方的該互融層皆為該不導電互融部。

而本發明發光二極體的製造方法，步驟包含：備製該複數二極體P型與N型結構；上下堆疊該複數二極體P型與N型結構以形成該發光體，並讓該第一電性半導體與該第二電性半導體相鄰；於兩兩該複數二極體P型與N型結構之間形成該互融層(Fusion junction)；於該互融層中形成該不導電互融部與該複數導電互融部，並控制讓該互融層中的一指定區域皆為該不導電互融部；形成該上電極於該發光體上，且該上電極對應該互融層的該指定區域。

據此，本發明讓相鄰的該第一電性半導體與該第二電性半導體之間形成該互融層而結合固定在一起，因此無須設置其他材料層，可避免額外被吸收的光損失。且該複數導電互融部散佈於該不導電互融部中，並位於該上電極下方的該互融層皆為該不導電互融部，因而可以讓電流分散均勻，並控制電流的通過區域，進而提高發光均勻度與光取出率，可以滿足發光二極體高亮度的使用需求。

為俾使  貴委員對本發明之特徵、目的及功效，有著更加深入之瞭解與認同，茲列舉一較佳實施例並配合圖式說明如後：

請參閱「圖1」所示，本發明發光二極體的結構包含複數二極體P型與N型結構10、一上電極20與一互融層30(Fusion junction)，於圖式中，該複數二極體P型與N型結構10的數量為繪製兩個加以說明。

並請一併參閱「圖2A」~「圖2E」所示，為本發明發光二極體製造方法示意圖。首先，如圖2A所示，為備製複數二極體P型與N型結構10，每一該二極體P型與N型結構10具有上下堆疊的一第一電性半導體11、一主動區12與一第二電性半導體13，並該第一電性半導體11摻雜有一第一材料，該第二電性半導體13摻雜有一第二材料。該複數二極體P型與N型結構10的材料系統為砷磷化鋁鎵銦(Al _aGa _bIn _1-a-bAs _cP _1-c)，一實施例中，該第一電性半導體11可以採用AlGaAs，該主動區可以採用InGaAs，該第二電性半導體13可以採用AlInGaP，該第一材料則選自三族磷砷化物所組成的群族，該第二材料亦可選自三族磷砷化物所組成的群族。

接著，如圖2B所示，上下堆疊該複數二極體P型與N型結構10以形成一發光體100，並讓該第一電性半導體11與該第二電性半導體13相鄰。

接著，如圖2C所示，於兩兩該複數二極體P型與N型結構10之間形成該互融層30(Fusion junction)；該互融層30位於兩兩該複數二極體P型與N型結構10之間，且該互融層30摻雜有該第一材料與該第二材料，該互融層30為由該第一電性半導體11與該第二電性半導體13互融而形成。更詳細的說，兩兩該複數二極體P型與N型結構10之間為以加熱、電漿衝擊及加熱佐以電漿衝擊的任一方式形成該互融層30。

接著，如圖2D所示，為了增加發光的均勻度與光取出率，為於該互融層30中形成一不導電互融部31與複數導電互融部32，該複數導電互融部32散佈於該不導電互融部31中且電性導通該第一電性半導體11與該第二電性半導體13，並控制讓該互融層30中的一指定區域40皆為該不導電互融部31。

最後，如圖2E所示，形成該上電極20於該發光體100上，且該上電極20對應該互融層30的該指定區域40，亦即位於該上電極20下方的該互融層30皆為該不導電互融部31。

請一併參閱「圖3」所示，由於位於該上電極20下方的該互融層30皆為該不導電互融部31，而電流I由該上電極20進入該發光體100時，只能通過該複數導電互融部32，因此電流I通過該主動區12的區域，會遠離該上電極20的正對區域，故產生的激發光，比較不會被該上電極20遮蔽而可以增加激發光的取出率。又散布的該複數導電互融部32，可以導引電流I分散而增加激發光的發光均勻度。

一實施例中，該不導電互融部31的材料為無摻雜之砷磷化鋁鎵銦(Al _aGa _bIn _1-a-bAs _cP _1-c)。該第一電性半導體11在摻雜有該第一材料時，事先預留無摻雜的區域，同樣的，該第二電性半導體13在摻雜有該第二材料時，也事先預留無摻雜的區域，如此，該第一電性半導體11與該第二電性半導體13互融而形成該互融層30時，預留無摻雜的區域即形成該不導電互融部31。

一實施例中，該不導電互融部31為填充一不導電材料而形成，該不導電材料為選自氧化物與氮化物的任一種。而填充該不導電材料的方式，可以對該互融層30進行局部區域的氧化或氮化製程，被氧化或氮化的區域即完成填充該不導電材料。

而該上電極20形成於該發光體100上，更詳細的說，該上電極20為設置最外側的該二極體P型與N型結構10上，一實施例中。為設置於最外側的該二極體P型與N型結構10的該第一電性半導體11上，且設置該上電極20的區域為作為該發光體100的出光面使用。

因此，本發明的優點至少包含：

1.相鄰的該第一電性半導體與該第二電性半導體之間形成該互融層而結合固定在一起，因此無須設置其他材料層，可避免額外被吸收的光損失。

2.該複數導電互融部散佈於該不導電互融部中，可讓電流分散均勻，進而提高發光均勻度。

3.位於該上電極下方的該互融層皆為該不導電互融部，可控制電流的通過區域，進而提高光取出率。

I:電流 10:二極體P型與N型結構 11:第一電性半導體 12:主動區 13:第二電性半導體 100:發光體 20:上電極 30:互融層 31:不導電互融部 32:導電互融部 40:指定區域

圖1，為本發明發光二極體斷面圖。 圖2A~圖2E，為本發明發光二極體製造方法示意圖。 圖3，為本發明電流走向示意圖。

10:二極體P型與N型結構

11:第一電性半導體

12:主動區

13:第二電性半導體

100:發光體

20:上電極

30:互融層

31:不導電互融部

32:導電互融部

40:指定區域

Claims (10)

1. 一種具有複數P型與N型接面之發光二極體，其包含： 複數二極體P型與N型結構，每一該二極體P型與N型結構具有上下堆疊的一第一電性半導體、一主動區與一第二電性半導體，該複數二極體P型與N型結構上下堆疊形成一發光體，且讓該第一電性半導體與該第二電性半導體相鄰，並該第一電性半導體摻雜有一第一材料，該第二電性半導體摻雜有一第二材料； 一上電極，該上電極形成於該發光體上；以及 一互融層(Fusion junction)，該互融層位於兩兩該複數二極體P型與N型結構之間，且該互融層摻雜有該第一材料與該第二材料，該互融層為由該第一電性半導體與該第二電性半導體互融而形成，該互融層包含一不導電互融部與複數電性導通該第一電性半導體與該第二電性半導體的導電互融部，且該複數導電互融部散佈於該不導電互融部中，並位於該上電極下方的該互融層皆為該不導電互融部。
2. 如請求項1所述的具有複數P型與N型接面之發光二極體，其中該複數二極體P型與N型結構的材料系統為砷磷化鋁鎵銦(Al _aGa _bIn _1-a-bAs _cP _1-c)。
3. 如請求項2所述的具有複數P型與N型接面之發光二極體，其中該不導電互融部的材料為無摻雜之砷磷化鋁鎵銦(Al _aGa _bIn _1-a-bAs _cP _1-c)。
4. 如請求項1所述的具有複數P型與N型接面之發光二極體，其中該不導電互融部為填充一不導電材料而形成，該不導電材料為選自氧化物與氮化物的任一種。
5. 如請求項1所述的具有複數P型與N型接面之發光二極體，其中該互融層為讓兩兩該複數二極體P型與N型結構之間以加熱、電漿衝擊及加熱佐以電漿衝擊的任一方式形成。
6. 一種具有複數P型與N型接面之發光二極體的製造方法，其步驟包含： 備製複數二極體P型與N型結構，每一該二極體P型與N型結構具有上下堆疊的一第一電性半導體、一主動區與一第二電性半導體，並讓該第一電性半導體摻雜有一第一材料，該第二電性半導體摻雜有一第二材料； 上下堆疊該複數二極體P型與N型結構以形成一發光體，並讓該第一電性半導體與該第二電性半導體相鄰； 於兩兩該複數二極體P型與N型結構之間形成一互融層(Fusion junction)； 於該互融層中形成一不導電互融部與複數散佈於該不導電互融部中且電性導通該第一電性半導體與該第二電性半導體的導電互融部，並控制讓該互融層中的一指定區域皆為該不導電互融部；以及 形成一上電極於該發光體上，且該上電極對應該互融層的該指定區域。
7. 如請求項6所述的製造方法，其中該複數二極體P型與N型結構的材料系統為砷磷化鋁鎵銦(Al _aGa _bIn _1-a-bAs _cP _1-c)。
8. 如請求項7所述的製造方法，其中該不導電互融部的材料為無摻雜之砷磷化鋁鎵銦(Al _aGa _bIn _1-a-bAs _cP _1-c)。
9. 如請求項6所述的製造方法，其中該不導電互融部為填充一不導電材料而形成，該不導電材料為選自氧化物與氮化物的任一種。
10. 如請求項6所述的製造方法，其中兩兩該複數二極體P型與N型結構之間為以加熱、電漿衝擊及加熱佐以電漿衝擊的任一方式形成該互融層。

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