氮化鎵系發光二極體的構造的製作方法
2024-04-01 15:12:05
專利名稱：氮化鎵系發光二極體的構造的製作方法
技術領域：
本實用新型是有關於一種氮化鎵系發光二極體的構造，特指一種發光二極體構造，以增加其光的萃取效率。
背景技術：
如圖所示，為傳統的氮化鎵系發光二極體元件的構造，傳統發光二極體1′的外延構造包含一藍寶石基板10′、一氮化鎵緩衝層15′、一n型氮化鎵接觸層20′、一氮化銦鎵發光層30′、一p型氮化鎵層40′、一p型氮化鎵接觸層42′，接著，除去部份的n型氮化鎵接觸層20′、氮化銦鎵發光層30′、p型氮化鎵層40′及p型氮化鎵接觸層42′，而露出部份的n型氮化鎵接觸層20′的表面，此道製程步驟一般稱為MESA製程，接著形成一Ni/Au金屬所形成的透明導電層(transparent conductive layer)50′於該p型氮化鎵接觸層42′之上；另外，一p型金屬電極70′位於該透明導電層50′之上，而一n型金屬電極60′則位於該n型氮化鎵接觸層20′的表面上，而形成所謂的橫向電極構造。
再者，以元件尺寸長寬各為350μm為例，如圖2所示，其中，該p型金屬電極70′及該n型金屬電極60′約佔元件總面積約20％，而露出的該n型氮化鎵接觸層20′的表面部份約佔元件總面積約35％，當施加驅動電流於該p型金屬電極70′及該n型金屬電極60′，而使得氮化銦鎵發光層30′發出光，此射出光線的行經路徑將如圖3所示，部份光線將直接射出如路徑A，且部份光線將經由構造內部多次反射而射出如路徑B，其中，正向取出的光線除了部份被該p型金屬電極70′及該n型金屬電極60′所遮蔽，亦部份被該透明導電層50′所吸收，況且由於氮化鎵系多層外延構造的折射係數n＝2.4，該藍寶石基板的折射係數n＝1.77，而封裝用的樹脂封蓋材料的折射係數n＝1.5的分布，而形成光導效應(waveguide effect)，此效應將導致發光層所發出的光部分被藍寶石基板及樹脂封蓋材料的界面所反射，而被多層氮化鎵外延構造再吸收，因而萃取(light extracting)效率降低。
根據傳統的技術，為了增加此傳統的發光二極體構造光的萃取(lightextracting)效率，可增加透明導電層(transparent conductive layer)的透光性，亦可於發光層的下方形成一布拉格反射層(DBR)，但此兩種方法只能增加光射向垂直方向的萃取效率，並無法中斷光導效應，而為了更進一步中斷光導效應，可於發光二極體表面形成織狀紋路(texturing)構造，或粗化(rough)構造，以減少不同折射係數界面的反射機率，而為了形成織狀紋路(texturing)構造或粗化(rough)構造，可以於外延成長過程中加刻意控制，而成此表面狀態，已描述於本申請人申請的中國臺灣專利申請案第92132987號中。
而為了進一步增加光的萃取(light extracting)效率及降低工作電壓，本申請人申請的中國臺灣專利申請案93105169中已揭示一構造，是將傳統的Ni/Au形成的透明導電層置換成一透明導電氧化物層，此透明導電氧化物層本身具有優於Ni/Au的透光性，並且可與織狀紋路歐姆接觸層形成良好的歐姆接觸，進而降低工作電壓。其主要缺陷在於經過本發明人的深入研究，由於露出的n型氮化鎵接觸層表面部份，其相當於折射係數n＝2.4與樹脂封蓋材料的折射係數n＝1.5的分布，此分布將造成臨界角(critical angle)約為38度，而只有在此臨界角的內的光線才能逃脫射出，而入射角大於此臨界角的光線均被反射，而造成萃取效率無法提升，又，若露出藍寶石基板的構造亦同樣有此缺點。
發明內容
本實用新型的主要目的是提供一種氮化鎵系發光二極體的構造，通過進一步將傳統的n型氮化鎵接觸層表面或藍寶石基板表面加以織狀化或粗化，能抑制此臨界角所造成的全反射，達到增加其光的萃取效率的目的。
本實用新型的第二目的是提供一種氮化鎵系發光二極體的構造，利用一n型氮化鎵系層具表面織狀化的歐姆接觸區域，以抑制此臨界角所造成的全反射，達到增加其光的萃取效率的目的。
本實用新型的目的是這樣實現的一種氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是它的主要構造包括有一基板、一n型氮化鎵系層、一發光層、一p型氮化鎵系層、一織狀紋路層、一p型氮化鎵系層、一導電透光氧化層、一第一電極及一第二電極；該n型氮化鎵系層是位於該基板的上方，且具有表面織狀化的歐姆接觸區域；該發光層是位於該n型氮化鎵系層的上方；該p型氮化鎵系層是位於該發光層的上方；該織狀紋路層是位於該p型氮化鎵系層的上方；該導電透光氧化層是位於該織狀紋路層的上方，並與該織狀紋路層形成歐姆接觸；該第一電極是與該n型氮化鎵系層具表面織狀化的歐姆接觸區域電性耦合；該第二電極是與該導電透光氧化層電性耦合。
該織狀紋路層是在外延過程中形成。該n型氮化鎵系層具有表面織狀化的歐姆接觸區域是於製作晶粒過程中蝕刻部份該織狀紋路層、p型氮化鎵系層、發光層及n型氮化鎵系層而形成。該基板更進一步包含有一織狀紋路的區域。該織狀紋路的區域是於製作晶粒過程中蝕刻部份該織狀紋路層、p型氮化鎵系層、發光層及n型氮化鎵系層而形成。該導電透光氧化層是選自下列化合物的至少一種氧化銦、氧化錫、氧化銦鉬、氧化銦鈰、氧化鋅、氧化銦鋅、氧化鎂鋅、氧化錫鎘或氧化銦錫。
另一種氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是它的主要構造包括有一基板、一n型氮化鎵系層、一發光層及一p型氮化鎵系層；該n型氮化鎵系層是位於該基板的上方，且具有表面織狀化的歐姆接觸區域；該發光層是位於該n型氮化鎵系層的上方；該p型氮化鎵系層是位於該發光層的上方。
該p型氮化鎵系層的上方更進一步包含有一織狀紋路層。該織狀紋路層的上方更進一步包含有一導電透光氧化層。它更進一步包含一第一電極，該第一電極是與該n型氮化鎵系層具有表面織狀化的歐姆接觸區域電性耦合。它更進一步包含有一第二電極，該第二電極是與該導電透光氧化層電性耦合。
該n型氮化鎵系層具有表面織狀化的歐姆接觸區域是於製作晶粒過程中蝕刻部份該織狀紋路層、p型氮化鎵系層、發光層及n型氮化鎵系層而形成。
再一種氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是它的主要構造包括有一基板、一n型氮化鎵系層、一發光層及一p型氮化鎵系層；該基板的上方具表面織狀化的區域；該n型氮化鎵系層是位於該基板的上方；該發光層是位於該n是型氮化鎵系層的上方；該p型氮化鎵系層是位於該發光層的上方。
本實用新型的主要優點是通過進一步將傳統的n型氮化鎵接觸層表面或藍寶石基板表面加以織狀化或粗化，能抑制臨界角所造成的全反射，具有增加其光的萃取效率的功效；同時利用一n型氮化鎵系層具表面織狀化的歐姆接觸區域，以抑制臨界角所造成的全反射，具有增加其光的萃取效率的功效下面結合較佳的實施例配合附圖詳細說明。
圖1為傳統技術的氮化鎵系發光二極體的構造示意圖。
圖2為傳統技術的氮化鎵系發光二極體的俯視示意圖。
圖3為傳統技術的發光層的光線行徑示意圖。
圖4為本實用新型實施例1的氮化鎵系發光二極體的構造示意圖。
圖5為本實用新型的氮化鎵系發光二極體的織狀紋路構造製造流程示意圖。
圖6為本實用新型實施例2的氮化鎵系發光二極體的構造示意圖。
具體實施方式
實施例1參閱圖4所示，為本實用新型的較佳氮化鎵系發光二極體構造示意圖，本實用新型的氮化鎵系發光二極體1的構造包含一基板10、一第一型歐姆接觸層20、一發光層30、一第二型氮化鎵系披覆層40、一第二型氮化鎵系接觸層42、一歐姆接觸層44、一窗戶層50、第一電極60以及第二電極70，其中該基板10上方更包含有一緩衝層15。
該基板10可為一藍寶石、氧化鋅或碳化矽基材。該第一型歐姆接觸層20為一n型摻雜的氮化鎵、氮化鋁銦鎵或氮化銦鎵層。該第二型氮化鎵系披覆層40為一p型摻雜的氮化鎵、氮化鋁銦鎵或氮化銦鎵層。該發光層30為一含銦的氮化鎵系化合物半導體。該窗戶層50為一導電透光氧化層，可為一氧化銦、氧化錫、氧化銦鉬、氧化銦鈰、氧化鋅、氧化銦鋅、氧化鎂鋅、氧化錫鎘或氧化銦錫。該第一型歐姆接觸層20與該第二歐姆接觸層44的均成表面織狀紋路或稱粗化狀態。
參閱圖5所示，為本實用新型的較佳實施例1的外延過程及晶粒製作流程圖，第一型歐姆接觸層20與第二歐姆接觸層44的表面織狀紋路或稱粗化狀態的形成方法，如圖5所示，其主要步驟包含有步驟S100，提供一基板；步驟S110，形成一第一歐姆接觸層在該基板之上；步驟S120，形成一發光層於該第一歐姆接觸層之上；
步驟S130，依序形成一p型披覆層、一p型過渡層及一第二歐姆接觸層於該發光層之上，其中該第二歐姆接觸層的表面具有織狀紋路或粗化狀態；步驟S140，形成一掩模於該第二歐姆接觸層之上；步驟S150，以幹蝕刻(Dry Etching)技術(例如RIE或ICP)將部份第二歐姆接觸層、P型過渡層、P型披覆層、發光層及第一型歐姆接觸層移除，於此製程中加以控制，使得垂直方向的蝕刻速率遠大於橫向，如此可將該第二歐姆接觸層的表面具有織狀紋路或粗化狀態加以複製於該第一型歐姆接觸層的表面上；步驟S160，分別形成一導電透光氧化層於該第二歐姆接觸層之上及一n型歐姆接觸電極局部覆蓋於該第一型歐姆接觸層之上，並加以合金；步驟S170，形成一p型電極襯墊於該第二歐姆接觸層及導電透光氧化層之上及一n型電極襯墊於該n型歐姆接觸電極之上；步驟S180，將基板研磨、拋光並切割成晶粒尺寸約為350μm的正方而完成。
於步驟S130之後，可將織狀紋路或粗化狀態複製於該藍寶石基板之上。
首先，以第一道掩模將部份該第二歐姆接觸層、該p型過渡層、該p型披覆層、發光層、該第一型歐姆接觸層及該藍寶石基板移除，其方法同步驟S150所述，結果可將織狀紋路或粗化狀態複製於藍寶石基板的表面上；接著，以第二道掩模接續於實施例所述的步驟S140-S180而完成。
該第二歐姆接觸層44，其表面狀態(surface state)的織狀紋路層46是於外延成長過程中可加以刻意控制，其已描述於與本申請人的中國臺灣專利中請案第092132987號中，於生成一p型披覆層及一p型過渡層時，控制其延伸(tension)及壓縮(compression)的應變量，再形成一p型歐姆接觸層於該p型過渡層之上，通過此種外延成長過程中的控制方法與其構造，即可使該P型半導體層表面具有紋路構造，藉此降低該窗戶層50與該p型導電的氮化鎵系層間的接觸電阻，而成為一優異歐姆接觸層，並降低該二極體的工作電壓。
再參閱圖3所示，此外，該織狀紋路層46亦可為n型、p型摻雜或雙摻雜型的氮化鎵系層。當該第一型歐姆接觸層20具有表面織狀紋路或粗化狀態的構造時，此時光線路徑C會因為該構造具有抑制臨界角所造成的全反射，進而可增加其光的萃取效率。
實施例2參閱圖6所示，為本實用新型的較佳實施例2的氮化鎵系發光二極體的構造示意圖。本實用新型的實施例2的發光二級管1的構造包含一基板10、一第一型歐姆接觸層20、一發光層30、一第二型氮化鎵系披覆層40、一第二型氮化鎵系接觸層42、一歐姆接觸層44、一窗戶層50、第一電極60以及第二電極70，其中該基板10上方更可包含一緩衝層15。該第一型歐姆接觸層20與該第二歐姆接觸層44的表面織狀紋路或粗化狀態的形成方法，參閱圖5所示。
綜上所述，本實用新型為一中具有新穎性、創造性及實用性的創新結構。以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用來限定本實用新型的保護範圍，凡依本實用新型所述的形狀、構造、特徵及精神所為的均等變化與修飾，均應包括於本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是它的主要構造包括有一基板、一n型氮化鎵系層、一發光層、一p型氮化鎵系層、一織狀紋路層、一p型氮化鎵系層、一導電透光氧化層、一第一電極及一第二電極；該n型氮化鎵系層是位於該基板的上方，且具有表面織狀化的歐姆接觸區域；該發光層是位於該n型氮化鎵系層的上方；該p型氮化鎵系層是位於該發光層的上方；該織狀紋路層是位於該p型氮化鎵系層的上方；該導電透光氧化層是位於該織狀紋路層的上方，並與該織狀紋路層形成歐姆接觸；該第一電極是與該n型氮化鎵系層具有表面織狀化的歐姆接觸區域電性耦合；該第二電極是與該導電透光氧化層電性耦合。
2.根據權利要求1所述的氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是該基板更進一步包含有一織狀紋路的區域。
3.根據權利要求1所述的氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是該導電透光氧化層是選自下列化合物的至少一種氧化銦、氧化錫、氧化銦鉬、氧化銦鈰、氧化鋅、氧化銦鋅、氧化鎂鋅、氧化錫鎘或氧化銦錫。
4.一種氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是它的主要構造包括有一基板、一n型氮化鎵系層、一發光層及一p型氮化鎵系層；該n型氮化鎵系層是位於該基板的上方，且具有表面織狀化的歐姆接觸區域；該發光層是位於該n型氮化鎵系層的上方；該p型氮化鎵系層是位於該發光層的上方。
5.根據權利要求4所述的氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是該p型氮化鎵系層的上方更進一步包含有一織狀紋路層。
6.根據權利要求5所述的氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是該織狀紋路層的上方更進一步包含有一導電透光氧化層。
7.根據權利要求4所述的氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是它更進一步包含一第一電極，該第一電極是與該n型氮化鎵系層具有表面織狀化的歐姆接觸區域電性耦合。
8.根據權利要求4所述的氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是它更進一步包含有一第二電極，該第二電極是與該導電透光氧化層電性耦合。
9.根據權利要求4所述的氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是該導電透光氧化層是選自下列化合物的至少一種氧化銦、氧化錫、氧化銦鉬、氧化銦鈰、氧化鋅、氧化銦鋅、氧化鎂鋅、氧化錫鎘或氧化銦錫。
10.一種氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是它的主要構造包括有一基板、一n型氮化鎵系層、一發光層及一p型氮化鎵系層；該基板的上方具有表面織狀化的區域；該n型氮化鎵系層是位於該基板的上方；該發光層是位於該n是型氮化鎵系層的上方；該p型氮化鎵系層是位於該發光層的上方。
11.根據權利要求10所述的氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是該p型氮化鎵系層的上方更進一步包含有一織狀紋路層。
12.根據權利要求11所述的氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是該織狀紋路層的上方更進一步包含有一導電透光氧化層。
13.根據權利要求10所述的氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是該n型氮化鎵系層更進一步包含具有表面織狀化的歐姆接觸區域電性耦合。
14.根據權利要求13所述的氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是它更進一步包含有一第一電極，該第一電極是與該n型氮化鎵系層具有表面織狀化的歐姆接觸區域電性耦合。
15.根據權利要求12所述的氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是它更進一步包含有一第二電極，該第二電極是與該導電透光氧化層電性耦合。
16.根據權利要求10所述的氮化鎵系發光二極體的構造，其特徵是該導電透光氧化層是選自下列的化合物的至少一種氧化銦、氧化錫、氧化銦鉬、氧化銦鈰、氧化鋅、氧化銦鋅、氧化鎂鋅、氧化錫鎘或氧化銦錫。
專利摘要一種氮化鎵系發光二極體的構造，它的主要構造包括有一基板、一n型氮化鎵系層、一發光層、一p型氮化鎵系層、一織狀紋路層、一p型氮化鎵系層、一導電透光氧化層、一第一電極及一第二電極；n型氮化鎵系層是位於該基板的上方，且具有表面織狀化的歐姆接觸區域；發光層是位於該n型氮化鎵系層的上方；p型氮化鎵系層是位於該發光層的上方；織狀紋路層是位於p型氮化鎵系層的上方；導電透光氧化層是位於織狀紋路層的上方，並與織狀紋路層形成歐姆接觸；第一電極是與n型氮化鎵系層具表面織狀化的歐姆接觸區域電性耦合；第二電極是與導電透光氧化層電性耦合。具有增加其光的萃取效率的功效。
文檔編號H01L33/00GK2783535SQ20042009259
公開日2006年5月24日 申請日期2004年9月22日 優先權日2004年9月22日
發明者賴穆人 申請人:炬鑫科技股份有限公司