專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于ー種裝置，且特別是有關(guān)于ー種發(fā)光二極管的裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light emitting diodes ；LEDs)為ー種半導(dǎo)體組件，因發(fā)光二極管使用壽命長(zhǎng)且體積小，近年來(lái)已經(jīng)廣泛的運(yùn)用于室內(nèi)照明、車燈、指示燈、顯示器等。發(fā)光二極管的發(fā)光效率與傳統(tǒng)的燈泡相比，仍然有進(jìn)步的空間，因此提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率為業(yè)界主要的研究目的。發(fā)光二極管的發(fā)光效率一般稱為組件的外部量 子效率(External quantum efficiency),即為組件的內(nèi)部量子效率(Internal quantumefficiency)及組件的光萃取率(Light extraction efficiency)的乘積。內(nèi)部量子效率即為組件本身的光電轉(zhuǎn)換效率，主要與組件本身的特性相關(guān)，如材料的能帯、結(jié)晶質(zhì)量(如缺陷或雜質(zhì)等)或磊晶組成結(jié)構(gòu)等。組件的光萃取率則為組件內(nèi)部產(chǎn)生的光子，在經(jīng)過(guò)組件本身的吸收、折射、反射后實(shí)際上在組件外部可量測(cè)得到的光子數(shù)目。然而，多數(shù)的研究著重于發(fā)光~■極管的材料上，只有少數(shù)的研究有關(guān)于嘉晶結(jié)構(gòu)以及光萃取率。對(duì)于發(fā)光二極管的外延層結(jié)構(gòu)而言，因已知制備發(fā)光二極管的方法為連續(xù)式的外延成長(zhǎng)，故在多重量子井外延層的結(jié)構(gòu)多為一平整的膜，其可發(fā)光的面積僅局限在與基板的同樣面積。因此，已知發(fā)光二極管的發(fā)光效率有所限制。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一方面是在提供ー種發(fā)光二極管，其結(jié)構(gòu)包含基板、半導(dǎo)體層以及主動(dòng)層。其中，半導(dǎo)體層配置在基板上，半導(dǎo)體層具有數(shù)個(gè)起伏狀結(jié)構(gòu)；主動(dòng)層具有另ー數(shù)個(gè)起伏狀結(jié)構(gòu)，順應(yīng)性配置于半導(dǎo)體層上。依據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施方式，上述的半導(dǎo)體層包括非摻雜層及第一型半導(dǎo)體層，其中第一型半導(dǎo)體層配置在該導(dǎo)體緩沖層上。依據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施方式，發(fā)光二極管更包括第二型半導(dǎo)體層，其配置在主動(dòng)層上。依據(jù)本發(fā)明另ー實(shí)施方式，第一型半導(dǎo)體層為N型半導(dǎo)體層，第二型半導(dǎo)體層為P型半導(dǎo)體層，N型半導(dǎo)體層為摻雜硅的氮化鎵化合物，P型半導(dǎo)體層為摻雜鎂的氮化鎵化合物。依據(jù)本發(fā)明又ー實(shí)施方式，上述的非摻雜層或第一型半導(dǎo)體層的起伏狀結(jié)構(gòu)為數(shù)個(gè)溝槽。依據(jù)本發(fā)明又ー實(shí)施方式，其中溝槽的開ロ寬度L小于等于30 μ m，深度D小于等于10 μ m，且L/D小于等于100。依據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施方式，直接位于該些溝槽上的第一型半導(dǎo)體層或主動(dòng)層的一厚度T小于等于10 μ m,厚度V溝槽的該深度D小于等于10，厚度V溝槽的開ロ寬度L小于等于10。本發(fā)明的ー另方面是在提供ー種發(fā)光二極管的制造方法，其方法包括如下。在一基板上形成一半導(dǎo)體層。圖案化半導(dǎo)體層，使半導(dǎo)體層的表面具有數(shù)個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)。在該半導(dǎo)體層上順應(yīng)性形成主動(dòng)層，以使主動(dòng)層具有起伏狀結(jié)構(gòu)。依據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施方式，上述的半導(dǎo)體層包括一非摻雜層及第一型半導(dǎo)體層，其中第一型半導(dǎo)體層配置在非摻雜層上。依據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施方式，上述的方法包括在第一型半導(dǎo)體層之上形成另ー非摻雜層。依據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施方式，上述的制造方法更包括在主動(dòng)層上形成第二型半導(dǎo)體層。依據(jù)本發(fā)明另ー實(shí)施例，其中溝槽的開ロ寬度L小于等于30 μ m，深度D小于等于10ym，iL/D 小于等于 100。 依據(jù)本發(fā)明又ー實(shí)施例，直接位于該些溝槽上的第一型半導(dǎo)體層或主動(dòng)層的一厚度T小于等于10 μ m,該厚度T/該些溝槽的該深度D小于等于10，該厚度T/該些溝槽的該開ロ寬度L小于等于10。依據(jù)實(shí)施方式，本案提出發(fā)光二極管的半導(dǎo)體層的表面具有數(shù)個(gè)起伏狀結(jié)構(gòu)，以使隨后的主動(dòng)層也具有具起伏狀結(jié)構(gòu)?？筛纳埔阎l(fā)光二極管的發(fā)光效率不足的問(wèn)題，增加主動(dòng)層的發(fā)光面積，以提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。上述發(fā)明內(nèi)容g在提供本掲示內(nèi)容的簡(jiǎn)化摘要，以使閱讀者對(duì)本掲示內(nèi)容具備基本的理解。此發(fā)明內(nèi)容并非本掲示內(nèi)容的完整概述，且其用意并非在指出本發(fā)明實(shí)施例的重要/關(guān)鍵組件或界定本發(fā)明的范圍。在參閱下文實(shí)施方式后，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者當(dāng)可輕易了解本發(fā)明的基本精神及其它發(fā)明目的，以及本發(fā)明所采用的技術(shù)手段與實(shí)施方面。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，所附圖式的說(shuō)明如下圖I是繪示依照本發(fā)明ー實(shí)施方式的ー種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖2A及圖2B繪示依照本發(fā)明另ー實(shí)施方式的ー種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖3A-3C繪示依照本發(fā)明ー實(shí)施方式的ー種發(fā)光二極管的制造流程剖面示意圖。圖4A-4C繪示依照本發(fā)明另ー實(shí)施方式的ー種發(fā)光二極管的制造流程剖面示意圖。 主要組件符號(hào)說(shuō)明100、200 :發(fā)光二極管110、210:基板120,220 :非摻雜層140、240 :第一型半導(dǎo)體層250 :另一非摻雜層160、260:主動(dòng)層170、270 :溝槽
180,280 :第二型半導(dǎo)體層190、290 :光阻層195、295:開ロ
具體實(shí)施例方式下面將更詳細(xì)地討論本發(fā)明的實(shí)施方式。然而，此實(shí)施方式可為各種發(fā)明概念的應(yīng)用，可被具體實(shí)行在各種不同特定的范圍內(nèi)。特定的實(shí)施方式是僅以說(shuō)明為目的，且不受限于揭露的范圍。請(qǐng)參照?qǐng)D1，其繪示依照本發(fā)明ー實(shí)施方式的ー種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖I的發(fā)光二極管100，包含基板110、非摻雜層(undoped layer) 120、第一型半導(dǎo)體層140、主動(dòng)層160以及第二型半導(dǎo)體層180。其中，非摻雜層120具有數(shù)個(gè)起伏狀的結(jié)構(gòu)，使隨后的第一型半導(dǎo)體層140和主動(dòng)層160也順應(yīng)具有數(shù)個(gè)起伏狀的結(jié)構(gòu)。 基板110的材料可為玻璃、石英、藍(lán)寶石、碳化硅、氮化鎵、氮化鋁、其它合適材料或上述的組合。非摻雜層120可做為緩沖層，其材料可為任ー III-V族半導(dǎo)體化合物或II-VI族半導(dǎo)體化合物，例如是一未摻雜的氮化鎵化合物層或磷化鋁鎵銦化合物等，但不限于此。根據(jù)ー實(shí)施方式，上述非摻雜層120的起伏狀結(jié)構(gòu)例如可為數(shù)個(gè)溝槽。其中，溝槽開ロ寬度L小于等于30 μ m，溝槽深度D小于等于10^111，或170小于等于100。第一型半導(dǎo)體層140可以是以外延、分子束沉積等不限定的方式所形成的N型半導(dǎo)體層，其材料可為任ー III-V族半導(dǎo)體化合物或II-VI族半導(dǎo)體化合物，例如是摻雜硅的氮化鎵化合物或摻雜硅的磷化鋁鎵銦化合物等，但不限于此。因上述的非摻雜層120具有起伏狀結(jié)構(gòu)，使得第一型半導(dǎo)體層140也順應(yīng)著具有起伏狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)ー實(shí)施方式，溝槽上的第一型半導(dǎo)體層140具有厚度T小于等于10 μ m,厚度T/溝槽深度D小于等于100，厚度T/溝槽開ロ寬度L小于等于100。厚度T可以依情況設(shè)置，可以是均勻或非均勻的厚度。主動(dòng)層160，可以是多重量子井外延層，其材料可為氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井(Multiquantum Well ;MQW)結(jié)構(gòu)。因上述的第一型半導(dǎo)體層140具有數(shù)個(gè)起伏狀結(jié)構(gòu),而主動(dòng)層160的結(jié)構(gòu)也應(yīng)順著具有數(shù)個(gè)起伏狀結(jié)構(gòu)。第二型半導(dǎo)體層180為P型半導(dǎo)體層，其材料可為任ー III-V族半導(dǎo)體化合物或
II-VI族半導(dǎo)體化合物，例如可為摻雜鎂的氮化鎵化合物或摻雜鎂的磷化鋁鎵銦化合物等，但不限于此。第二型半導(dǎo)體層180的結(jié)構(gòu)可為起狀或平坦的結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參照?qǐng)D2A，其繪示依照本發(fā)明另ー實(shí)施方式的ー種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖2A的發(fā)光二極管200a，包含基板210、非摻雜層220、第一型半導(dǎo)體層240、主動(dòng)層260以及第二型半導(dǎo)體層280。其中，因第一型半導(dǎo)體層240具有數(shù)個(gè)起伏狀的結(jié)構(gòu)，使隨后的主動(dòng)層260也順應(yīng)具有數(shù)個(gè)起伏狀的結(jié)構(gòu)。且基板210與第二型半導(dǎo)體層280與圖I的基板110與第二型半導(dǎo)體層180相同，為了讓文字簡(jiǎn)潔故，故不再詳細(xì)敘述之。非摻雜層220的材料可為一未摻雜的氮化鎵化合物的外延層。第一型半導(dǎo)體層240為N型半導(dǎo)體層，其材料可為任ー III-V族半導(dǎo)體化合物或II-VI族半導(dǎo)體化合物，例如是摻雜硅的氮化鎵化合物或摻雜硅的磷化鋁鎵銦化合物，但不限于此。第一型半導(dǎo)體層240的結(jié)構(gòu)為具有起伏狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)ー實(shí)施方式，第一型半導(dǎo)體層240的起伏狀結(jié)構(gòu)為數(shù)個(gè)溝槽。其中，溝槽的開ロ寬度L小于等于30 μ m，開ロ深度D小于等于10 μ m，或L/D小于等于100。主動(dòng)層260，其材料可為氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井(Multiquantum Well ；MQff)結(jié)構(gòu)。因上述的第一型半導(dǎo)體層140具有數(shù)個(gè)起伏狀結(jié)構(gòu)，而主動(dòng)層260的結(jié)構(gòu)也應(yīng)順著具有數(shù)個(gè)起伏狀結(jié)構(gòu)。若主動(dòng)層260直接配置在第一型半導(dǎo)體層240上，重量子井外延層160具有厚度T小于等于10 μ m,厚度T/溝槽深度D小于等于10，厚度T/溝槽寬度L小于等于10。請(qǐng)參考圖2B，其繪示依照本發(fā)明又ー實(shí)施方式的ー種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖2B的發(fā)光二極管200b，其包含基板210、非摻雜層220、第一型半導(dǎo)體層240、另ー非摻雜層250、主動(dòng)層260以及第二型半導(dǎo)體層280。除了另ー非摻雜層250之外，其余皆與圖2A相同，故不再詳細(xì)敘述之。另ー非摻雜層250材料可與非摻雜層220相同材料。在此實(shí)施方式中，另ー非摻雜層250也順應(yīng)著具有起伏狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)ー實(shí)施方式，另ー非摻雜層250亦可與上述的厚度T相同。參照?qǐng)D3A-3C，繪示依據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施方式的制備發(fā)光二極管100的制造流程剖面示意圖。首先，如圖3A所示，依序在基板110上形成非摻雜層120以及光阻(photoresistant)層190。形成非摻雜層120的方法可為有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)。形成光阻層190的方法可為旋轉(zhuǎn)涂布(spin coating)法。接著,讓光阻層190進(jìn)行微影エ藝，在光阻層190中形成數(shù)個(gè)開ロ 195，且開ロ 195的寬度し參考圖3B，蝕刻非摻雜層120，使非摻雜層120具有數(shù)個(gè)溝槽170。蝕刻的方法可為干式蝕刻(dry etching)或濕式蝕刻(wet etching)。其中，干式蝕刻可為非等向性(anisotropic)蝕刻。根據(jù)ー實(shí)施方式,溝槽170具有一深度D,且深度D小于等于10 μ m。參考圖3C，除去非摻雜層120上的光阻層190，以及依序在非摻雜層120上形成第一型半導(dǎo)體層140、主動(dòng)層160以及第二型半導(dǎo)體層180，以得到圖I所示的發(fā)光二極管100。形成第一型半導(dǎo)體層140、主動(dòng)層160以及第二型半導(dǎo)體層180的方法可為有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)。根據(jù)ー實(shí)施方式，直接位于非摻雜層120上的第一型半導(dǎo)體層140，其具有厚度T小于等于10 μ m。根據(jù)ー實(shí)施方式，厚度T/溝槽深度D小于等于100，厚度T/溝槽開ロ寬度L小于等于100。參照?qǐng)D4A-4C，其依序繪示依據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施方式的制備發(fā)光二極管200a/200b的制造流程剖面示意圖。首先，如圖4A所示，依序在基板210上形成非摻雜層220、第一型半導(dǎo)體層240以及光阻(photo resistant)層290。形成非摻雜層220和第一型半導(dǎo)體層240的方法可為化學(xué)氣相沉積或有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積。形成光阻層290層的方法可為旋轉(zhuǎn)涂布法。接著，微影光阻層290，使其光阻層的表面有數(shù)個(gè)開ロ 295，且開ロ 295的具有一寬度し參考圖4B，蝕刻第一型半導(dǎo)體層240，使第一型半導(dǎo)體層240具有數(shù)個(gè)溝槽270。蝕刻的方法可為干式蝕刻(dry etching)或濕式蝕刻(wet etching)。其中，干式蝕刻可為非等向性(anisotriic)蝕刻。根據(jù)ー實(shí)施方式，溝槽270具有一深度D。其中，且深度D小于等于10 μ m。參考圖4C，除去第一型半導(dǎo)體層240上的光阻層290，以及依序在第一型半導(dǎo)體層240上形成主動(dòng)層260和第二型半導(dǎo)體層280，以得到圖2A所示的發(fā)光二極管200。形成主動(dòng)層260和第二型半導(dǎo)體層280的方法可為有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)。若主動(dòng)層260直接位在第一型半導(dǎo)體層240上，且主動(dòng)層260具有厚度T小于等于10 μ m,厚度T/溝槽深度D小于等于10，或厚度V溝槽開ロ寬度L小于等于10。此外，因第一型半導(dǎo)體層240經(jīng)蝕刻后，其晶格部分被改變，其可影響隨后主動(dòng)層260的晶格。根據(jù)ー實(shí)施方式,發(fā)光二極管200c可選擇性的在第一型半導(dǎo)體層240與主動(dòng)層260之間形成另ー非摻雜層250，以得到圖2B所示的發(fā)光二極管200b，使其隨后的主動(dòng)層260具有良好結(jié)晶性。在此實(shí)施方式中，另ー非摻雜層250也順應(yīng)著具有起伏狀結(jié)構(gòu)。若另ー非摻雜層250直接位在第一型半導(dǎo)體層240上，另ー非摻雜層也應(yīng)具有厚度T，其與上述的厚度T相同。依據(jù)上述所揭露的實(shí)施方式，本案提出發(fā)光二極管的半導(dǎo)體層的表面具有數(shù)個(gè)起伏狀結(jié)構(gòu)，以使隨后的主動(dòng)層也具有具起伏狀結(jié)構(gòu)。可改善已知發(fā)光二極管的發(fā)光效率不足的問(wèn)題，經(jīng)由増加主動(dòng)層的發(fā)光面積，以提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
雖然本發(fā)明已以實(shí)施方式揭露如上，并用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。鑒于依附項(xiàng)所定義，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，各種的改變、取代或交替方式，皆不偏離本實(shí)施方式的精神與范圍。
權(quán)利要求
1.ー種發(fā)光二極管，包含 一基板； 一半導(dǎo)體層，配置在該基板上，該半導(dǎo)體層具有數(shù)個(gè)起伏狀結(jié)構(gòu)；以及 一主動(dòng)層，具有另ー數(shù)個(gè)起伏狀結(jié)構(gòu)，順應(yīng)性配置于該半導(dǎo)體層上。
2.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，該半導(dǎo)體層包括一非摻雜層及一第一型半導(dǎo)體層，其中該第一型半導(dǎo)體層配置在該非摻雜層上。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，更包括一第二型半導(dǎo)體層，配置在該主動(dòng)層上。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其中該第一型半導(dǎo)體層為N型半導(dǎo)體層，該第二型半導(dǎo)體層為P型半導(dǎo)體層，該N型半導(dǎo)體層為摻雜硅的氮化鎵化合物或摻雜硅的磷化鋁鎵銦化合物，P型半導(dǎo)體層為摻雜鎂的氮化鎵化合物或摻雜鎂的磷化鋁鎵銦化合物。
5.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，其中該非摻雜層或該第一型半導(dǎo)體層的起伏狀結(jié)構(gòu)為數(shù)個(gè)溝槽。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管,其中該些溝槽的ー開ロ寬度L小于等于30μ m, —深度D小于等于10 μ m，且L/D小于等于100。
7.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其中直接位于該些溝槽上的該第一型半導(dǎo)體層或該主動(dòng)層的ー厚度T小于等于10 μ m,該厚度T/該些溝槽的該深度D小于等于10，該厚度T/該些溝槽的該開ロ寬度L小于等于10。
8.ー種發(fā)光二極管的制造方法，包括 在一基板上形成一半導(dǎo)體層； 圖案化該半導(dǎo)體層，使該半導(dǎo)體層的表面具有數(shù)個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)；以及 順應(yīng)性形成一主動(dòng)層在該半導(dǎo)體層上，以使該主動(dòng)層具有起伏狀結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中該半導(dǎo)體層包括一非摻雜層及一第一型半導(dǎo)體層，其中該第一型半導(dǎo)體層配置在該非摻雜層上。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管的制造方法，更包括形成另ー非摻雜層于該第一型 半導(dǎo)體層之上。
11.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的制造方法，更包括形成一第二型半導(dǎo)體層于該主動(dòng)層上。
12.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中該些溝槽的ー開ロ寬度L小于等于30 μ m, —深度D小于等于10 μ m,且L/D小于等于100。
13.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中直接位于該些溝槽上的該第一型半導(dǎo)體層或該主動(dòng)層的ー厚度T小于等于10 μ m,該厚度T/該些溝槽的該深度D小于等于10，該厚度T/該些溝槽的該開ロ寬度L小于等于10。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種發(fā)光二極管，其結(jié)構(gòu)包含基板、半導(dǎo)體層以及主動(dòng)層。其中，半導(dǎo)體層配置在基板上，半導(dǎo)體層具有數(shù)個(gè)起伏狀結(jié)構(gòu)。主動(dòng)層具有另一數(shù)個(gè)起伏狀結(jié)構(gòu)，順應(yīng)性配置于該半導(dǎo)體層上。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102694097SQ20111026622
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者郭明騰, 陳彰和 申請(qǐng)人:華新麗華股份有限公司