專利名稱：白色發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，尤其涉及一種白色發(fā)光二極管。
發(fā)光二極管的應(yīng)用頗為廣泛，例如，可應(yīng)用于光學(xué)顯示裝置、交通號志、數(shù)據(jù)存儲裝置、通信裝置、照明裝置、以及醫(yī)療裝置。發(fā)光二極管中人類潛在需求量最大且最重要者為白色發(fā)光二極管，若能降低白色發(fā)光二極管的生產(chǎn)成本，并增長其使用壽命，則有可能取代目前人類大量使用的白色熒光燈管或燈泡。
目前市面上最常見的白色發(fā)光二極管是利用一顆藍(lán)色發(fā)光二極管與熒光材料組合而成，其原理是利用藍(lán)色發(fā)光二極管晶粒所發(fā)射的藍(lán)光激發(fā)熒光材料，使后者產(chǎn)生黃光，使混合原來的藍(lán)光而成為白光。
現(xiàn)有技術(shù)的白色發(fā)光二極管的主要缺點(diǎn)在于藍(lán)色發(fā)光二極管晶粒雖然有約十萬小時的壽命，但由于熒光材料的壽命僅約五千至一萬小時，故造成此種白色發(fā)光二極管的整體壽命大為縮短。
現(xiàn)有技術(shù)的白色發(fā)光二極管的另一缺點(diǎn)為由于必須使一顆藍(lán)色發(fā)光二極管與熒光材料組合，因而造成復(fù)雜的制造程序，進(jìn)而導(dǎo)致高昂的生產(chǎn)成本。
現(xiàn)有技術(shù)的白色發(fā)光二極管的又一缺點(diǎn)為由于必須使用熒光材料，因而產(chǎn)生熒光材料的成本。
由于現(xiàn)有技術(shù)的白色發(fā)光二極管的前述各項(xiàng)缺點(diǎn)，本發(fā)明的一目的在于提供一種白色發(fā)光二極管，其單顆晶粒本身即可發(fā)出白光，而無需使用任何熒光材料，故能夠避免因熒光材料的壽命短而造成白色發(fā)光二極管整體壽命大為縮短的不良結(jié)果。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種白色發(fā)光二極管，其中無需使用任何熒光材料，故能夠簡化白色發(fā)光二極管的制造程序，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種白色發(fā)光二極管，其中無需使用任何熒光材料，故能夠省除熒光材料的成本。
為實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供一種白色發(fā)光二極管，包含一氮化銦鎵發(fā)光層，其具有一第一主要表面與一第二主要表面；一p型限制層，其與該氮化銦鎵發(fā)光層的該第一主要表面結(jié)合；以及一n型限制層，其與該氮化銦鎵發(fā)光層的該第二主要表面結(jié)合；該氮化銦鎵發(fā)光層包含InxGa1-xN，其中，0.15≤x≤0.5，且該氮化銦鎵發(fā)光層中摻雜預(yù)定種類的元素，使在該氮化銦鎵發(fā)光層中產(chǎn)生黃光主波峰。
另外，本發(fā)明還提供一種白色發(fā)光二極管，包含一氮化銦鎵發(fā)光層結(jié)構(gòu)，其具有一第一主要表面與一第二主要表面；一p型限制層，其與該氮化銦鎵發(fā)光層的該第一主要表面結(jié)合；以及一n型限制層，其與該氮化銦鎵發(fā)光層的該第二主要表面結(jié)合；該氮化銦鎵發(fā)光層結(jié)構(gòu)包含r個氮化銦鎵量子阱與r+1個氮化銦鎵勢壘層，使得每一個氮化銦鎵量子阱上下二側(cè)皆有一氮化銦鎵勢壘層，其中，r≥1，每一氮化銦鎵量子阱是由IneGa1-eN構(gòu)成，每一氮化銦鎵勢壘層是由InlGa1-fN構(gòu)成，0.15≤f＜e≤0.5，且該每一個氮化銦鎵量子阱中摻雜預(yù)定種類的元素，使在該氮化銦鎵量子阱中產(chǎn)生黃光主波峰。
現(xiàn)參照附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的一較佳實(shí)施例。


圖1為一氮化銦鎵半導(dǎo)體的能帶示意圖，用以說明本發(fā)明的原理；以及圖2為依本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
現(xiàn)參照各附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明。
參照圖1，在氮化銦鎵(InxGa1-xN，其中，0.15≤x≤0.5)半導(dǎo)體材料所制成的發(fā)光層中，能量狀態(tài)處于導(dǎo)帶1的自由電子躍遷至能量狀態(tài)處于價帶2的空穴中時，將發(fā)出藍(lán)光。若在此氮化銦鎵(InxGa1-xN，其中，0≤x≤1)半導(dǎo)體材料中摻雜適量的鋅，其所提供空穴的能量狀態(tài)將處于鋅能帶3，當(dāng)能量狀態(tài)處于導(dǎo)帶1的自由電子躍遷至能量狀態(tài)處于鋅能帶3的空穴中時，將發(fā)出黃光?；诖嗽恚诘熸壈l(fā)光層中所產(chǎn)生的藍(lán)光與黃光混合，即可產(chǎn)生白光。
根據(jù)前段所述的原理，依本發(fā)明一較佳實(shí)施例的白色發(fā)光二極管如圖2中所示，包含由藍(lán)寶石形成的一絕緣基片10、形成在絕緣基片10上的一氮化鎵長晶層11、形成在氮化鎵長晶層11上的一n型氮化鎵緩沖層12、形成在緩沖層12上的一p型氮化鎵接觸層13、形成于p型氮化鎵接觸層13上的一p型氮化鋁鎵限制層14、形成于p型氮化鋁鎵限制層14上的一氮化銦鎵多重量子阱發(fā)光層15，每一量子阱中摻雜鋅、形成在發(fā)光層15上的一n型氮化鋁鎵限制層16、形成于n型氮化鋁鎵限制層16上的一n型氮化鎵接觸層17、形成于n型氮化鎵接觸層17上的一氧化銦錫透明導(dǎo)電層18，其中一部分以蝕刻方式除去，使露出部分n型氮化鎵接觸層17，形成在n型氮化鎵接觸層17的該露出部分上的一n型Ni/Au前電極20，并使前電極20與透明導(dǎo)電層18接觸，又由于藍(lán)寶石不導(dǎo)電，故須將發(fā)光二極管適當(dāng)?shù)匚g刻至p型氮化鎵接觸層13，然后在p型氮化鎵接觸層13上形成一p型Ni/Au后電極19。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可輕易了解，絕緣基片10可包含選自于藍(lán)寶石、LiGaO3、及LiAlO3所構(gòu)成材料群組中的一種材料；長晶層11可包含選自于GaN、AlmGa1-mN，其中，0≤m≤1、及InnGa1-nN，其中，0≤n≤1，所構(gòu)成材料群組中的一種材料；n型緩沖層12可由GaN材料制成；p型接觸層13可包含選自于GaN與AlGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；p型限制層14包含AlxGa1-xN，其中，0≤x≤1；氮化銦鎵多重量子阱發(fā)光層15包含r個氮化銦鎵量子阱與r+1個氮化銦鎵勢壘層，使得每一個氮化銦鎵量子阱上下二側(cè)皆有一氮化銦鎵勢壘層，其中，r≥1，每一氮化銦鎵量子阱是由IneGa1-eN構(gòu)成，每一氮化銦鎵勢壘層是由InlGa1-fN構(gòu)成，且0≤f＜e≤1；n型限制層16可包含AlzGa1-zN，其中，0≤z≤1；n型接觸層17可包含選自于GaN與AlGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；n型電極20可包含選自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所構(gòu)成材料群組中的一種材料；p型電極19可包含選自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所構(gòu)成材料群組中的一種材料。
由以上說明可知，依本發(fā)明的白色發(fā)光二極管，其單顆晶粒本身即可發(fā)出白光，而無需使用任何熒光材料，顯然能夠達(dá)到本發(fā)明所述各項(xiàng)目的。事實(shí)上，已驗(yàn)證其確實(shí)能夠達(dá)到本發(fā)明的各項(xiàng)目的。
以上所述，僅為用以方便說明本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，本發(fā)明的范圍不限于該較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。例如，本發(fā)明概念可使用在以導(dǎo)電材料(如碳化硅SiC、氮化鎵GaN、砷化鎵GaAs等)或不透光材料(如硅Si、砷化鎵GaAs等)為基片的發(fā)光二極管中，且該較佳實(shí)施例中的氮化銦鎵多重量子阱發(fā)光層15可以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的單一量子阱結(jié)構(gòu)取代，或以純氮化銦鎵發(fā)光層取代；以其他元素如鎂或鎘取代鋅，亦可達(dá)成類似效果；又例如，省去長晶層11與/或n型氮化鎵緩沖層12，顯然也不脫離本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
1.一種白色發(fā)光二極管，包含一氮化銦鎵發(fā)光層，其具有一第一主要表面與一第二主要表面；一p型限制層，其與該氮化銦鎵發(fā)光層的該第一主要表面結(jié)合；以及一n型限制層，其與該氮化銦鎵發(fā)光層的該第二主要表面結(jié)合；其特征在于該氮化銦鎵發(fā)光層包含InxGa1-xN，其中，0.15≤x≤0.5，且該氮化銦鎵發(fā)光層中摻雜預(yù)定種類的元素，使在該氮化銦鎵發(fā)光層中產(chǎn)生黃光主波峰。
2.依權(quán)利要求1的白色發(fā)光二極管，其中所摻雜預(yù)定種類的元素包含選自于鋅、鎘、鈹、鋰、汞、硅、碳、以及鎂所構(gòu)成材料群組中的一種材料。
3.依權(quán)利要求1的白色發(fā)光二極管，其中所摻雜預(yù)定種類的元素為鋅。
4.一種白色發(fā)光二極管，包含一氮化銦鎵發(fā)光層結(jié)構(gòu)，其具有一第一主要表面與一第二主要表面；一p型限制層，其與該氮化銦鎵發(fā)光層的該第一主要表面結(jié)合；以及一n型限制層，其與該氮化銦鎵發(fā)光層的該第二主要表面結(jié)合；其特征在于該氮化銦鎵發(fā)光層結(jié)構(gòu)包含r個氮化銦鎵量子阱與r+1個氮化銦鎵勢壘層，使得每一個氮化銦鎵量子阱上下二側(cè)皆有一氮化銦鎵勢壘層，其中，r≥1，每一氮化銦鎵量子阱是由IneGa1-eN構(gòu)成，每一氮化銦鎵勢壘層是由InlGa1-fN構(gòu)成，0.15≤f＜e≤0.5，且該每一個氮化銦鎵量子阱中摻雜預(yù)定種類的元素，使在該氮化銦鎵量子阱中產(chǎn)生黃光主波峰。
5.依權(quán)利要求4的白色發(fā)光二極管，其中該每一個氮化銦鎵量子阱中所摻雜預(yù)定種類的元素包含選自于鋅、鎘、鈹、鋰、汞、硅、碳、以及鎂所構(gòu)成材料群組中的一種材料。
6.依權(quán)利要求4的白色發(fā)光二極管，其中該每一個氮化銦鎵量子阱中所摻雜預(yù)定種類的元素為鋅。
7.一種白色發(fā)光二極管，包含一絕緣基片；一長晶層，形成在該絕緣基片上；一n型緩沖層，形成在該長晶層上；一p型接觸層，形成在該緩沖層上，其表面分為第一區(qū)域及第二區(qū)域；一p型限制層，形成在該p型接觸層的該第一區(qū)域上；一氮化銦鎵發(fā)光層，形成在該p型限制層上；一n型限制層，形成在該發(fā)光層上；一n型接觸層，形成在該n型限制層上，其表面分為第一區(qū)域及第二區(qū)域；一透明導(dǎo)電層，形成在該n型接觸層的該第一區(qū)域上；一n型電極，形成在該n型接觸層的該第二區(qū)域上；以及一p型電極，形成在該p型接觸層的該第二區(qū)域上；其特征在于該氮化銦鎵發(fā)光層包含InxGa1-xN，其中，0.15≤x≤0.5，且該氮化銦鎵發(fā)光層中摻雜預(yù)定種類的元素，使在該氮化銦鎵發(fā)光層中產(chǎn)生黃光主波峰。
8.依權(quán)利要求7的白色發(fā)光二極管，其中該絕緣基片包含選自于藍(lán)寶石、LiGaO3、及LiAlO3所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該長晶層包含選自于GaN、AlmGa1-mN，其中，0≤m≤1、及InnGa1-nN，其中，0≤n≤1，所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該n型緩沖層是由GaN材料制成；該p型接觸層包含選自于GaN與AlGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該p型限制層包含AlxGa1-xN，其中，0≤x≤1；該n型限制層包含AlzGa1-zN，其中，0≤z≤1；該n型接觸層包含選自于GaN與AlGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該透明導(dǎo)電層包含選自于氧化銦錫(In2O3Sn)、氧化鎘錫(Cd2SnO4)、TiN、SnO2Sb所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該n型電極包含選自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該p型電極包含選自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該氮化銦鎵發(fā)光層中所摻雜預(yù)定種類的元素包含選自于鋅、鎘、鈹、鋰、汞、硅、碳、以及鎂所構(gòu)成材料群組中的一種材料。
9.依權(quán)利要求7的白色發(fā)光二極管，其中該絕緣基片包含選自于藍(lán)寶石、LiGaO3、及LiAlO3所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該長晶層包含選自于GaN、AlmGa1-mN，其中，0≤m≤1、及InnGal-nN，其中，0≤n≤1，所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該n型緩沖層是由GaN材料制成；該p型接觸層包含選自于GaN與AlGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該p型限制層包含AlxGa1-xN，其中，0≤x≤1；該n型限制層包含AlzGa1-zN，其中，0≤z≤1；該n型接觸層包含選自于GaN與AlGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該透明導(dǎo)電層包含選自于氧化銦錫(In2O3Sn)、氧化鎘錫(Cd2SnO4)、TiN、SnO2Sb所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該n型電極包含選自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該p型電極包含選自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Yi、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該氮化銦鎵發(fā)光層中所摻雜預(yù)定種類的元素為鋅。
10.一種白色發(fā)光二極管，包含一絕緣基片；一長晶層，形成在該絕緣基片上；一n型緩沖層，形成在該長晶層上；一p型接觸層，形成在該緩沖層上，其表面分為第一區(qū)域及第二區(qū)域；一p型限制層，形成在該p型接觸層的該第一區(qū)域上；一氮化銦鎵發(fā)光層結(jié)構(gòu)，形成在該p型限制層上；一n型限制層，形成在該發(fā)光層上；一n型接觸層，形成在該n型限制層上，其表面分為第一區(qū)域及第二區(qū)域；一透明導(dǎo)電層，形成在該n型接觸層的該第一區(qū)域上；一n型電極，形成在該n型接觸層的該第二區(qū)域上；以及一p型電極，形成在該p型接觸層的該第二區(qū)域上；其特征在于該氮化銦鎵發(fā)光層結(jié)構(gòu)包含r個氮化銦鎵量子阱與r+1個氮化銦鎵勢壘層，使得每一個氮化銦鎵量子阱上下二側(cè)皆有一氮化銦鎵勢壘層，其中，r≥1，每一氮化銦鎵量子阱是由IneGa1-eN構(gòu)成，每一氮化銦鎵勢壘層是由InlGa1-fN構(gòu)成，0.15≤f＜e≤0.5，且該每一個氮化銦鎵量子阱中摻雜預(yù)定種類的元素，使在該氮化銦鎵量子阱中產(chǎn)生黃光主波峰。
11.依權(quán)利要求10的白色發(fā)光二極管，其中該絕緣基片包含選自于藍(lán)寶石、LiGaO3、及LiAlO3所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該長晶層包含選自于GaN、AlmGa1-mN，其中，0≤m≤1、及InnGa1-nN，其中，0≤n≤1，所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該n型緩沖層是由GaN材料制成；該p型接觸層包含選自于GaN與AlGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該p型限制層包含AlxGa1-xN，其中，0≤x≤1；該n型限制層包含AlzGa1-zN，其中，0≤z≤1；該n型接觸層包含選自于GaN與AlGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該透明導(dǎo)電層包含選自于氧化銦錫(In2O3Sn)、氧化鎘錫(Cd2SnO4)、TiN、SnO2Sb所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該n型電極包含選自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該p型電極包含選自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該每一個氮化銦鎵量子阱中所摻雜預(yù)定種類的元素包含選自于鋅、鎘、鈹、鋰、汞、硅、碳、以及鎂所構(gòu)成材料群組中的一種材料。
12.依權(quán)利要求10的白色發(fā)光二極管，其中該絕緣基片包含選自于藍(lán)寶石、LiGaO3、及LiAlO3所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該長晶層包含選自于GaN、AlmGa1-mN，其中，0≤m≤1、及InnGa1-nN，其中，0≤n≤1，所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該n型緩沖層是由GaN材料制成；該p型接觸層包含選自于GaN與AlGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該p型限制層包含AlxGa1-xN，其中，0≤x≤1；該n型限制層包含AlzGa1-zN，其中，0≤z≤1；該n型接觸層包含選自于GaN與AlGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該透明導(dǎo)電層包含選自于氧化銦錫(In2O3Sn)、氧化鎘錫(Cd2SnO4)、TiN、SnO2Sb所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該n型電極包含選自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該p型電極包含選自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該每一個氮化銦鎵量子阱中所摻雜預(yù)定種類的元素為鋅。
全文摘要
白色發(fā)光二極管,包含由藍(lán)寶石形成的絕緣基片、氮化鎵長晶層、n型氮化鎵緩沖層、p型氮化鎵接觸層、p型氮化鋁鎵限制層、氮化銦鎵多重量子阱發(fā)光層,每一阱中摻雜鋅、n型氮化鋁鎵限制層、n型氮化鎵接觸層、氧化銦錫透明導(dǎo)電層,其中部分以蝕刻除去,使露出部分n型氮化鎵接觸層、形成在n型氮化鎵接觸層的露出部分上與透明導(dǎo)電層接觸的n型Ni/Au前電極,藍(lán)寶石不導(dǎo)電,須將發(fā)光二極管蝕刻至p型氮化鎵接觸層,然后在p型氮化鎵接觸層上形成p型Ni/Au后電極。
文檔編號H01L33/00GK1343013SQ00119000
公開日2002年4月3日 申請日期2000年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月13日
發(fā)明者許進(jìn)恭, 劉家呈, 周銘俊, 章絹明, 李秉杰 申請人:晶元光電股份有限公司