專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，特別是提供特具有勢(shì)壘層以及發(fā)光層的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)氮化鎵(GaN)系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其發(fā)光層主要以硅(Si)摻雜氮化鎵為勢(shì)壘的多重量子井結(jié)構(gòu)，以局限電子空穴對(duì)在氮化銦鎵(InGaN)勢(shì)阱結(jié)合，用以提高內(nèi)部量子效率(internal quantum efficiency)及降低組件的操作電壓。但也因此部分的光子被此硅摻雜氮化鎵的勢(shì)壘所吸收，而無(wú)法自整個(gè)多重量子井結(jié)構(gòu)逃脫出，使得外部量子效率(external quantumefficiency)降低。此外，也由于壓電場(chǎng)效應(yīng)造成多重量子井結(jié)構(gòu)應(yīng)力增加而產(chǎn)生V型缺陷。
因此，為了要克服上述的缺陷，本發(fā)明基于現(xiàn)有氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的缺失進(jìn)行發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
關(guān)于本發(fā)明為一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，以實(shí)際解決一個(gè)甚至是多個(gè)前述相關(guān)技術(shù)中的限制及缺失。
本發(fā)明的目的為，利用氮化鋁銦鎵(Al1-x-yGaxInyN)/氮化硅(SixNy)取代傳硅摻雜氮化鎵為勢(shì)壘的多重量子井結(jié)構(gòu)，可有效使得勢(shì)壘與勢(shì)阱的接口粗化，而增加光子自此多重量子井結(jié)構(gòu)逃脫出的機(jī)率，使得外部量子效率提升。此外，藉由氮化硅中硅擴(kuò)散入氮化鋁銦鎵勢(shì)壘層以降低組件的操作電壓。更甚者，其氮化鋁銦鎵晶格常數(shù)與勢(shì)阱較匹配，可解決因壓電場(chǎng)效應(yīng)造成多重量子井結(jié)構(gòu)應(yīng)力增加的問(wèn)題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的發(fā)光二極管量子井結(jié)的結(jié)構(gòu)，其主要為在其系表面具有N型氮化鎵系材質(zhì)所形成的N型接觸層的基板上，所堆棧的結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)或是數(shù)個(gè)勢(shì)壘層，其為依序堆棧有一氮化鋁銦鎵(Al1-x-yGaxInyN)層、一氮化硅(SixNy)層以及另一氮化鋁銦鎵層；一個(gè)或是數(shù)個(gè)發(fā)光層，其為堆棧于該勢(shì)壘層上，所形成的氮化鋁銦鎵層；一p型接觸層，其為堆棧于最頂層的勢(shì)壘層上，且為鎂摻雜(Mg-doped)的P型氮化鎵(GaN)材質(zhì)所形成，并于其頂端形成一歐姆接觸的P電極層；以及前述的N型接觸層一側(cè)形成一歐姆接觸的N電極層。
本發(fā)明的目的及功能經(jīng)配合下列圖標(biāo)作進(jìn)一步說(shuō)明后將更為明了。


附圖所顯示為提供作為具體呈現(xiàn)本說(shuō)明書(shū)中所描述各組成組件的具體化實(shí)施例，并解釋本發(fā)明的主要目的以增進(jìn)對(duì)本發(fā)明的了解。
圖1所顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的一種較佳實(shí)施例。
圖2所顯示為本發(fā)明圖1的較佳實(shí)施例中的勢(shì)壘層剖面示意圖。
圖3所顯示為本發(fā)明圖1的較佳實(shí)施例中的勢(shì)壘層的另一實(shí)施方式的剖面示意圖。
圖4所顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的另一種較佳實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
以下將針對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例配合所附的附圖標(biāo)記作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。某些尺度與其它部份相關(guān)的尺度比被夸張的表示以提供更清楚的描述以幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解本發(fā)明。
圖1所顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的一種較佳實(shí)施例；圖2所顯示為本發(fā)明圖1的較佳實(shí)施例中的勢(shì)壘層剖面示意圖。
參考圖1所顯示，本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例，其包含基板101、N型接觸層102、勢(shì)壘層103、發(fā)光層104以及P型接觸層105。
基板101，其材質(zhì)可由C-Plane或R-Plane或A-Plane的氧化鋁單晶(Sapphire)所制成，或由SiC(6H-SiC或4H-SiC)、Si、ZnO、GaAs或尖晶石(MgAl2O4)所制成，或由晶格常數(shù)(lattice constant)接近于氮化物半導(dǎo)體的單晶氧化物所制成，其中一般常使用Sapphire或SiC，用以在此基板101上形成一N型接觸層102。此外，該N型接觸層102，是由N型的氮化鎵(GaN)材質(zhì)所形成，其一側(cè)形成一歐姆接觸的N電極層102a，且上方形成一勢(shì)壘層103。
參考圖2所顯示，該勢(shì)壘層103，其包括一第一氮化鋁銦鎵層103a，其為以400～1000℃成長(zhǎng)溫度，于該N型接觸層102上磊晶厚度5～300埃的氮化鋁銦鎵(Al1-x-yGaxInyN)層，其中x≥0，y≥0，1≥x+y≥0，使得其能帶距(band gap)比發(fā)光層104的大；一氮化硅層103b，其為以400～1000℃成長(zhǎng)溫度，于該第一氮化鋁銦鎵層103a上磊晶厚度5～300埃的氮化硅(SixNy)層，其中x≥0，y≥0；以及，一第二氮化鋁銦鎵層103c，其為以400～1000℃成長(zhǎng)溫度，于該氮化硅層103b上磊晶厚度5～300埃的氮化鋁銦鎵(Al1-x-yGaxInyN)層。
該發(fā)光層104，是以400～1000℃成長(zhǎng)溫度，于該勢(shì)壘層103上磊晶厚度5～100埃的氮化鋁銦鎵(Al1-x-yGaxInyN)層，其中x≥0，y≥0，1≥x+y≥0，且該發(fā)光層104上再形成如同前述的勢(shì)壘層103。
該P(yáng)型接觸層105，為鎂摻雜(Mg-doped)的P型氮化鎵(GaN)材質(zhì)所形成，其頂端形成一歐姆接觸的P電極層105a。
圖3所顯示為本發(fā)明圖1的較佳實(shí)施例勢(shì)壘層的另一種實(shí)施方式的剖面示意圖。
參考圖3所顯示，該勢(shì)壘層103，包括數(shù)層第一氮化鋁銦鎵層103a、數(shù)層氮化硅層103b以及一第二氮化鋁銦鎵層103c，各層第一氮化鋁銦鎵層103a為以400～1000℃成長(zhǎng)溫度，磊晶厚度5～300埃的氮化鋁銦鎵(Al1-x-yGaxInyN)層，其中x≥0，y≥0，1≥x+y≥0；各層氮化硅層103b，其為以400～1000℃成長(zhǎng)溫度，磊晶厚度5～300埃的氮化硅(SixNy)層，其中x≥0，y≥0；以及，該第二氮化鋁銦鎵層103c，其為以400～1000℃成長(zhǎng)溫度，磊晶厚度5～300埃的氮化鋁銦鎵(Al1-x-yGaxInyN)層。其中，各層的第一氮化鋁銦鎵層103a與氮化硅層103b為依序反復(fù)形成的周期性結(jié)構(gòu)(成長(zhǎng)周期重復(fù)次數(shù)≥2次)，且最底層的第一氮化鋁銦鎵層103a為形成于該N型接觸層102上，最頂層的氮化硅層103b上則形成該第二氮化鋁銦鎵層103c。
基于圖3所顯示的勢(shì)壘層103實(shí)施例，前述圖1所顯示本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，其至少一勢(shì)壘層103，為形成周期性的結(jié)構(gòu)(成長(zhǎng)周期重復(fù)次數(shù)≥2次)的層。
圖4所顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的另一種較佳實(shí)施例。
參考圖4所顯示，本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例，其包含基板101、N型接觸層102、數(shù)層勢(shì)壘層103、數(shù)層發(fā)光層104以及P型接觸層105，且各層的形成是與前述實(shí)施例具有相同的方式。其中，各層勢(shì)壘層103與發(fā)光層104為依序反復(fù)形成的周期性結(jié)構(gòu)(成長(zhǎng)周期重復(fù)次數(shù)≥2次)，且最底層的勢(shì)壘層103為形成于該N型接觸層102上，最頂層的發(fā)光層104上亦形成另一勢(shì)壘層103，而最頂層的勢(shì)壘層103上則形成該P(yáng)型接觸層105。
前述的各層勢(shì)壘層103中的各層氮化鋁銦鎵(Al1-x-yGaxInyN)層，其能帶距(band gap)比發(fā)光層104的氮化鋁銦鎵(Al1-x-yGaxInyN)層的大。
前述圖4所顯示的各勢(shì)壘層103，可形成圖2所顯示的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，或形成圖3所顯示的周期性結(jié)構(gòu)(成長(zhǎng)周期重復(fù)次數(shù)≥2次)。
以上所述的僅為用以解釋本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非企圖用于對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，從而，凡有在相同的發(fā)明精神下所作有關(guān)本發(fā)明的任何修飾或變更，皆仍應(yīng)包括在本發(fā)明意圖保護(hù)的范疇。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其為表面具有N型氮化鎵系材質(zhì)所形成的N型接觸層的基板上，所堆棧的結(jié)構(gòu)，包括一勢(shì)壘層，其堆棧于該N型接觸層上，其勢(shì)壘層結(jié)構(gòu)為依序堆棧有一氮化鋁銦鎵(Al1-x-yGaxInyN)層(其x≥0，y≥0，1≥x+y≥0)、一氮化硅(SixNy)層(其x≥0，y≥0)以及另一氮化鋁銦鎵層；一發(fā)光層，其為堆棧于該勢(shì)壘層上，所形成的氮化鋁銦鎵層，且該發(fā)光層上再形成如同前述的勢(shì)壘層；另一勢(shì)壘層，其堆棧于該發(fā)光層上，其勢(shì)壘層結(jié)構(gòu)為依序堆棧有一氮化鋁銦鎵層、一氮化硅層以及另一氮化鋁銦鎵層；一P型接觸層，其堆棧于最頂層的勢(shì)壘層上，且由鎂摻雜(Mg-doped)的P型氮化鎵(GaN)材質(zhì)所形成，并于其頂端形成一歐姆接觸的P電極層；以及前述的各層勢(shì)壘層中的各層氮化鋁銦鎵層，其能帶距(band gap)比發(fā)光層的氮化鋁銦鎵(Al1-x-yGaxInyN)層的大；且前述的N型接觸層一側(cè)形成一歐姆接觸的N電極層。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，各勢(shì)壘層增加包括數(shù)層氮化鋁銦鎵層以及數(shù)層氮化硅層，使得各氮化鋁銦鎵層與氮化硅層為依序反復(fù)形成的周期性結(jié)構(gòu)，且最頂層的氮化硅層上亦形成一氮化鋁銦鎵層。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，各勢(shì)壘層中的氮化鋁銦鎵層，為以400～1000℃成長(zhǎng)溫度，磊晶厚度5～300埃的氮化鋁銦鎵所形成。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，各氮化硅層，其為以400～1000℃成長(zhǎng)溫度，磊晶厚度5～300埃的氮化硅(SixNy)層，其中x≥0，y≥0。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，該發(fā)光層的氮化鋁銦鎵層，為以400～1000℃成長(zhǎng)溫度，磊晶厚度5～100埃的氮化鋁銦鎵所形成。
6.一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其為表面具有N型氮化鎵系材質(zhì)所形成的N型接觸層的基板上，所堆棧的結(jié)構(gòu)，包括數(shù)層勢(shì)壘層，其單一的勢(shì)壘層為依序堆棧有一氮化鋁銦鎵(Al1-x-yGaxInyN)層(其x≥0，y≥0，1≥x+y≥0)、一氮化硅(SixNy)層(其x≥0，y≥0)以及另一氮化鋁銦鎵層；數(shù)層發(fā)光層，其單一的發(fā)光層由氮化鋁銦鎵材質(zhì)所形成；以及一P型接觸層，其堆棧于最頂層的勢(shì)壘層上，且由鎂摻雜(Mg-doped)的P型氮化鎵(GaN)材質(zhì)所形成，并于其頂端形成一歐姆接觸的P電極層；其中，前述的N型接觸層一側(cè)形成一歐姆接觸的N電極層；以及前述的各層勢(shì)壘層中的各層氮化鋁銦鎵層，其能帶距(band gap)比發(fā)光層的氮化鋁銦鎵(Al1-x-yGaxInyN)層的大；且前述的各層勢(shì)壘層與發(fā)光層為依序反復(fù)形成的周期性結(jié)構(gòu)，且最底層的勢(shì)壘層形成于該N型接觸層上，最頂層的發(fā)光層上亦形成一勢(shì)壘層，并使得最頂層的勢(shì)壘層上形成該P(yáng)型接觸層。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，各勢(shì)壘層為增加包括數(shù)層氮化鋁銦鎵層以及數(shù)層氮化硅層，使得各氮化鋁銦鎵層與氮化硅層為依序反復(fù)形成的周期性結(jié)構(gòu)，且最頂層的氮化硅層上亦形成一氮化鋁銦鎵層。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，各勢(shì)壘層中的氮化鋁銦鎵層，為以400～1000℃成長(zhǎng)溫度，磊晶厚度5～300埃的氮化鋁銦鎵所形成。
9.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，各氮化硅層，其為以400～1000℃成長(zhǎng)溫度，磊晶厚度5～300埃的氮化硅(SixNy)層，其中x≥0，y≥0。
10.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中，該發(fā)光層的氮化鋁銦鎵層，為以400～1000℃成長(zhǎng)溫度，磊晶厚度5～100埃的氮化鋁銦鎵所形成。
全文摘要
一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其為表面具有N型氮化鎵系材質(zhì)所形成的N型接觸層的基板上，所堆棧的結(jié)構(gòu)，包括一勢(shì)壘層，其堆棧于該N型接觸層上，其勢(shì)壘層結(jié)構(gòu)為依序堆棧有一氮化鋁銦鎵(Al
文檔編號(hào)H01L33/00GK1747187SQ200410073930
公開(kāi)日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2004年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月6日
發(fā)明者游正璋, 涂如欽, 武良文, 溫子稷, 簡(jiǎn)奉任 申請(qǐng)人:璨圓光電股份有限公司