專利名稱：發(fā)光元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有隧穿層結構及電流散布層的發(fā)光元件。
背景技術：
發(fā)光元件中如發(fā)光二極管，其應用頗為廣泛，例如，可應用于光學顯示 裝置、交通標志、數據儲存裝置、通訊裝置、照明裝置、以及醫(yī)療裝置。在 此技藝中，目前技術人員重要課題之一為如何提高發(fā)光二極管的亮度。
已知技藝中，以磷化鋁鎵銦(AlGalnP)材料系列形成在p電極上的發(fā)光二 極管，為了增加光取出效率(light extraction efficiency),會在p型局限層(材 料為p-Ala5Ina5P)的上成長一個能隙大于有源層的材料，例如 p-Al0.7Gao.3As或是p-GaP的窗戶層(window layer)。為了提升電流散布(current spreading)效果，通常會增加窗戶層的厚度，例如將p-Alo.7Gao.3As成長到7 )im ，或是利用HVPE將p-GaP成長到50 pm。
在古典力學中，一個處于位能較低的粒子不能躍過能量障礙到達另一 邊，除非粒子的動能超過能障。但以量子物理的觀點來看，卻有此可能。隧 穿效應就是指粒子可穿過比本身總能高的能量障礙。隧穿層結構須具高雜質 摻雜濃度，使電子或空穴遷移率變大；且隧穿層結構厚度須很薄，才能增加 電子或空穴產生隧穿效應的機率。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種具有隧穿層結構的發(fā)光元件及其制造方法，其中隧穿層 結構包括一具第一摻雜濃度的第一導電性半導體層及一具第二摻雜濃度的 第二導電性半導體層。
本發(fā)明提供一種具有隧穿層結構的發(fā)光元件及其制造方法，其中隧穿層 結構的第一導電性半導體層其厚度為100-500埃，摻雜濃度為 6xlOl9/cm3-lxl020/cm3。
本發(fā)明提供一種具有隧穿層結構的發(fā)光元件及其制造方法，其中隧穿層結構的第二導電性半導體層其厚度為100-500埃，摻雜濃度為
6xl019/cm3-3xl020/cm3。
本發(fā)明提供一種具有電流散布層的發(fā)光元件及其制造方法，以提升電流 橫向傳遞的效率。
本發(fā)明提供一種具有電流散布層的發(fā)光元件及其制造方法，其中電流散 布層位于一隧穿層結構之上，通過隧穿層與電流散布層之間產生良好的電連 接作用，降低發(fā)光二極管的順向電壓，以提高發(fā)光亮度。
本發(fā)明提供一種具有電流散布層的發(fā)光元件及其制造方法，其中電流散 布層位于一隧穿層結構之上，可達到良好的電流散布效果。


圖l至圖5顯示依本發(fā)明一實施例的發(fā)光元件的制造流程； 圖6至圖12顯示依本發(fā)明另一實施例的發(fā)光元件的制造流程。
附圖標記說明 2 暫時基板； 6 導電性永久基板； 8 粘結層；
12 第二摻雜濃度的第二導電性半導體層 14~第 一摻雜濃度的第 一導電性半導體層 18 有源層； 22 蝕刻終止層； 25、 26 歐姆接觸電極； 32~第二摻雜濃度的第二導電性半導體層 34 第 一摻雜濃度的第 一導電性半導體層 38 有源層； 42~緩沖層；
100、 200 發(fā)光二極管。
具體實施例方式
本發(fā)明披露一種具有隧穿層結構及電流散布層的發(fā)光元件及其制造方
4~接合層； 7~絕緣層； 10 電流散布層；
13 隧穿層結構；
16 上包覆層； 20 下包覆層； 24 不透光成長基板; 30 電流散布層；
33 隧穿層結構；
36 上包覆層； 40~下包覆層； 44 透光成長基板；法。為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述并配合圖l至圖 12的圖示。
請參照圖1至圖5,其繪示依照本發(fā)明第一實施例的發(fā)光元件的工藝示 意圖。請參照圖1，本實施例的發(fā)光元件，例如一發(fā)光二極管100,其結構 包含不透光成長基板24,其材料例如為n型砷化鎵(GaAs);依序在其上成長 外延結構為蝕刻終止層(Etching Stop Layer) 22;下包覆層(Lower Cladding Layer) 20，其材料例如為n型磷化鋁銦(n-type AlxInl-xP);有源層(Active Layer) 18,其材料例如為磷化鋁鎵銦((AlxGa,-x)o.5lno.sP);上包覆層(Upper Cladding Layer) 16，其材料例如為p型磷化鋁銦(p-type AlxInl-xP);隧穿層 結構(tunneling effect structure) 13,其中包括一第一摻雜濃度的第一導電性半 導體層14及一第二摻雜濃度第二導電性的半導體層12，例如第一摻雜濃 度的第一導電性半導體層14可為？+-八1 41111_)^(其厚度為100-500埃，摻雜濃 度為6xl0,cr^-lxl0,cm"及第二摻雜濃度的第二導電性半導體化合物層 12可為11+-八1)^1-^(其厚度為100-500埃，摻雜濃度為6xlO,cm3-lxlO,cm3); 電流散布層(current spreading layer)10,其材料例如為n型磷化鋁銦(n-type AlxIni—xP)。當n型磷化鋁銦在摻雜濃度為lxl018/cm3時，其電子遷移率為 211cm2/Vsec,比起已知材料如n-type Alo.7Gao.3As(在摻雜濃度為lxlOl8/cm3 時，其電子遷移率為151cn^/Vsec)和n-type GaP高出許多(在摻雜濃度為 lxl0'8/cn^時，其電子遷移率為125cm2/Vsec)，所以其電流散布的效果優(yōu)選。 此外，磷化鋁銦是間接能隙材料(indirect band gap material),可減少吸收由有 源層所產生的光。
蝕刻終止層22的材料可以是任何III-V族元素的化合物半導體，只要其 晶格常數可以和不透光成長基板24大致上相匹配，且蝕刻速率遠低于不透 光成長基板24即可。本實施例中蝕刻終止層22的優(yōu)選材料為磷化銦鎵 (InGaP)或砷化鋁鎵(AlGaAs)。此外，若下包覆層20的蝕刻速率遠低于不透 光成長基板24，只要其具有足夠厚度，即可以作為蝕刻終止層，而無須另一 層蝕刻終止層。
本發(fā)明另提供如圖2所示的結構，此結構包括一暫時基板2和一接合層 4。暫時基板2的材料可為藍寶石(Sapphire)、玻璃(GIass)、磷化鎵(GaP)、磷 砷化鎵(GaAsP)、硒化鋅(ZnSe)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅硫(ZnSSe)。接合層4 可為高分子接合層，其材料可為環(huán)氧樹脂(Epoxy)、聚酰亞胺(Polyimide; PI)、過氟環(huán)丁烷(Perfluorocyclobutane; PFCB)、苯并環(huán)丁烯(Benzocyclobutene;BCB)、旋涂式玻璃(Spin-on glass; SOG)或硅樹脂(Silicone)。接合層4的材料也可為焊錫、低溫金屬、金屬硅化物、自發(fā)性導電高分子或高分子中摻雜如鋁、金、鈾、鋅、銀、鎳、鍺、銦、錫、鈦、鉛、銅、鈀或其合金所組成的導電材料。
接著，使電流散布層10面對接合層4,將如圖1所示具有電流散布層10的發(fā)光二極管接合于如圖2所示的暫時基板2，再以蝕刻液(例如5H3P04:3H202:3H20或1麗4011:351^02)去除不透光成長基板24以棵露下包覆層20。若使用InGaP或AlGaAs作為蝕刻終止層22,因其仍會吸收有源層產生的光，所以也須以蝕刻液去除，其結構如圖3所示。
再提供如圖4所示的結構，此結構包括一導電性永久基板6和一粘結層8。導電性永久基板6的材料可為硅、銅、鉆、鉬、金、銀、碳化硅。粘結層8的材料可為焊錫、低溫金屬、金屬硅化物、自發(fā)性導電高分子或高分子中摻雜如鋁、金、鉑、鋅、銀、鎳、鍺、銦、錫、鈦、鉛、銅、鈀或其合金所組成的導電材料。
使下包覆層20面對粘結層8,將如圖3所示具有下包覆層20的發(fā)光二極管粘結于如圖4所示的導電性永久基板6。再移除暫時基板2和接合層4(圖未示)，再分別于導電性永久基板6下方及電流散布層IO上方形成歐姆接觸電極25、 26,即形成發(fā)光二極管100,如圖5所示。
請參照圖6至圖12,其繪示依照本發(fā)明第二實施例的發(fā)光元件的工藝示意圖。請參照圖6,本實施例的發(fā)光元件，例如一發(fā)光二極管200，其結構包含透光成長基板44,其材料例如為氧化鋁(Sapphire);依序于其上成長外延結構為緩沖層(Buffer Layer) 42、下包覆層(Lower Cladding Layer) 40，其材料例如為n型氮化鎵(n type-GaN)或n型氮化鋁銦(n type-AlInN)、有源層(Active Layer) 38,其材料例如為氮化鋁鎵銦(AlGaInN)或氮化銦鎵(InGaN)、上包覆層(Upper Cladding Layer) 36，其材料例如為p型氮化鎵(p-type GaN)或p型氮化鋁銦(p type-AlInN)、隧穿層結構(tunneling effect structure) 33,其中包括一第一摻雜濃度的第一導電性半導體層34及一第二摻雜濃度的第二導電性半導體32，例如第一摻雜濃度的第一導電性半導體層34可為p+-八1)(111|.)^或？+- GaN(其厚度為100-500埃，摻雜濃度為6xl019/cm3-lxl02°/cm3)及第二摻雜濃度的第二導電性半導體層32可為11+-八1)<1111->^或11+- GaN(其厚度為100-500埃，摻雜濃度為2xl020/cm3-3xl020/cm3)、及電流散布層(currentspreading layer)30，其材并牛例如為n型氮化鋁銦(n-type AWn"xN)或n型氮化鎵(n-type GaN)。
本發(fā)明另提供如圖7所示的結構，此結構包括一暫時基板2和一接合層4。暫時基板2的材料可為玻璃(Glass)、磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)、硒化鋅(ZnSe)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅疏(ZnSSe)。接合層4可為高分子接合層，其材料可為環(huán)氧樹脂(Epoxy)、聚酰亞胺(Polyimide; PI)、過氟環(huán)丁烷(Perfluorocyclobutane; PFCB)、苯并環(huán)丁烯(Benzocycloblitene; BCB)、旋涂式玻璃(Spin-on glass; SOG)或硅樹脂(Silicone)。接合層4的材料也可為焊錫、低溫金屬、金屬硅化物、自發(fā)性導電高分子或高分子中摻雜如鋁、金、鈾、鋅、銀、鎳、鍺、銦、錫、鈦、鉛、銅、鈀或其合金所組成的導電材料。
接著，使電流散布層30面對接合層4,將如圖6所示具有電流散布層30的發(fā)光二極管接合于如圖7所示的暫時基板2，再以蝕刻液或激光去除透光成長基板44及緩沖層42以棵露下包覆層40。其結構如圖8所示。
再提供如圖9所示的結構，此結構包括一導電性永久基板6、 一絕緣層7和一粘結層8。導電性永久基板6的材料可為硅、銅、鋁、鉬、金、銀、碳化硅、氮化鋁、氮化鎵。絕緣層7由一單層或多層的絕緣材料組成，其材料可為氧化鋁、氧化硅、氮化硅、氮化鋁等。粘結層8可為高分子接合層，其材料可為環(huán)氧樹脂(Epoxy)、聚酰亞胺(Polyimide; PI)、過氟環(huán)丁烷(Perfluorocyclobutane; PFCB)、苯并環(huán)丁烯(Benzocyclobutene; BCB)、旋涂式玻璃(Spin-on glass; SOG)或硅樹脂(Silicone)。粘結層8的材料也可為焊錫、低溫金屬、金屬硅化物、自發(fā)性導電高分子或高分子中摻雜如鋁、金、柏、鋅、銀、鎳、鍺、銦、錫、鈦、鉛、銅、鈀或其合金所組成的導電材料。
接著，使下包覆層40面對粘結層8，將如圖8所示具有下包覆層40的發(fā)光二極管接合于如圖9所示的導電性永久基板6，如圖IO結構。再將暫時基板2及接合層4移除(如圖11所示)，露出電流散布層30的上表面。接著依序蝕刻移除部分電流散布層30、第二摻雜濃度的第二導電性半導體層32、第一摻雜濃度的第一導電性半導體層34、上包覆層36、有源層38至露出下包覆層40的一部分為止，再分別于下包覆層40上方及電流散布層30上方形成歐姆接觸電極25、 26，即形成發(fā)光二極管200,如圖12所示。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例明如上，然其并非用以限制本發(fā)明的范圍。對于本發(fā)明所作的各種修飾與變更，皆不脫本發(fā)明的精神與范圍。
8
權利要求
1.一發(fā)光元件，包含一導電性永久基板；一粘結層，位于該導電性永久基板上方；一外延層結構，位于該粘結層上方且通過該粘結層與該導電性永久基板接合；一隧穿層結構，位于該外延層結構上方，其中該隧穿層結構包括一具第一摻雜濃度的第一導電性半導體層，其中該第一摻雜濃度范圍至少大于6×1019/cm3；及一具第二摻雜濃度的第二導電性半導體層，位于該第一第一導電性半導體層之上，其中該第二導電性與該第一導電性相異，且該第二摻雜濃度范圍至少大于6×1019/cm3；以及一電流散布層，位于該隧穿層結構上方。
2. 如權利要求1所述的發(fā)光元件，其中該外延層結構還包括 一下包覆層，其材料可為n-AlInP;一有源層，位于該下包覆層之上，其材料可為AlGalnP;及 一上包覆層，位于該有源層之上，其材料可為p-AlInP。
3. 如權利要求1所述的發(fā)光元件，其中該導電性永久基板的材料可為硅、 銅、鋁、鉬、金、銀、碳化硅、氮化鋁、或氮化鎵。
4. 如權利要求2所述的發(fā)光元件，其中該隧穿層結構中該第一導電性半 導體層其材料可為p-AlInP，其厚度范圍為100至500埃之間，且該第一摻 雜濃度范圍為6xl0'9/cm3至lxl0，cm3之間。
5. 如權利要求2所述的發(fā)光元件，其中該隧穿層結構中該第二導電性半 導體層其材料可為n-AlInP，其厚度范圍為100至500埃之間，且該第二摻 雜濃度范圍為6xl0'9/cm3至lxl0,cm3之間。
6. 如權利要求2所述的發(fā)光元件，其中該電流散布層的材料可為 n-AlInP,且其厚度范圍為0.1 pm至5 pm之間。
7. 如權利要求1所述的發(fā)光元件，其中該外延層結構還包括 一下包覆層，其材料可為n-GaN或n-AlInN;一有源層，位于該下包覆層之上，其材料可為InGaN或AlGalnN;及一上包覆層，位于該有源層之上，其材料可為p-GaN或p-AlInN。
8. 如權利要求7所述的發(fā)光元件，其中該隧穿層結構中該第一導電性半 導體層其材料可為p-GaN或p-AlInN，其厚度范圍為100至500埃之間，且 該第一摻雜濃度范圍為6xl0'9/cm3至lxlO,cm3之間。
9. 如權利要求7所述的發(fā)光元件，其中該隧穿層結構中該第二導電性半 導體層其材料可為n-GaN或n-AlInN,其厚度范圍為100至500埃之間，且 該第二摻雜濃度范圍為2xl0，cm3至3xlO,cm3之間。
10. 如權利要求7所述的發(fā)光元件，其中該電流散布層的材料為n-GaN 或n-AlInN，且其厚度范圍為0.1 pm至5 [im之間。
全文摘要
本發(fā)明揭示一具有隧穿層結構及電流散布層的發(fā)光元件。此發(fā)光元件具有一導電基板，此基板之上有一粘結層；粘結層之上有一外延層結構，其包括一第一導電性半導體層，一有源層及一第二導電性半導體層；外延層結構之上有一隧穿層結構，其包括一第一摻雜濃度的第一導電性半導體層及一第二摻雜濃度的第二導電性半導體層；隧穿層結構之上有一電流散布層。
文檔編號H01L33/00GK101656280SQ20081014458
公開日2010年2月24日 申請日期2008年8月22日 優(yōu)先權日2008年8月22日
發(fā)明者呂琪瑋, 蔡孟倫 申請人:晶元光電股份有限公司