TW201007977A - Light-emitting device - Google Patents

Description

201007977 七、指定代表囷： (一）本案指定代表圖為：第（5 )圖 ❹ (二)本代表圖之元件符號簡單說明： 6〜導電性永久^板；8〜黏結層； 10-電流散佈層；12〜第二摻雜濃度之第二導電 13〜穿隨層結構；第一摻雜濃度之第一導電 16〜上包覆層； 18〜活性層； 20〜下包覆層； 25、26-歐姆接觸電極； 100〜發光二極體。 性之半導體層； 性之半導體層； 八、本案若有化學式時， 益 請揭示最能顯示發明特徵的化學式：

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具有穿隧層結構及電户散 件 佈層之發光元 201007977 【先前技術】 發光元件中如發光二極體，其應用頗為廣泛，例如，可應用於 光學顯示裝置、交通號誌、資料儲存裝置、通訊裝置、照明裝置、 以及醫療裝置。在此技藝中，目前技術人員重要課題之一為如何 提高發光二極體之亮度。 習知技藝中’以磷化鋁鎵銦(AlGalnP)材料系列形成p電極在 ^ (light extraction efficiency)5 曰在P 1侷限層（材料為p_A1〇也sp)之上成長一個能隙大於活 性層的材料’例如：p_Ala7Ga〇3As或是p_GaP的窗戶層㈣齡 咖）。為了斯電域佈(eurrent spreading)絲，通常會增加窗 戶層的厚度，例如將P'A1〇.7Ga〇.3As成長到7μιη，或是利用騰E 將p-GaP成長到5〇μιη。 在古'、力'^巾’―個處練能較低的粒子魏躍過能量障礙 到達另-邊’除非粒子的動能超過能障。但以量子物理的觀點來

Ο -一 ”一 【發明内容】 本發明提供一種 其中穿随層結構包括_ 種具有穿隨層結構之發光元件及其製造方法 本—具第-摻雜濃度之第—導電性半導體層 5 201007977 及-具第二摻雜濃度之第二導電性半導體層。 本發明提供-雜有雜層結構之贱元件及其製造方法， 其中穿随層結構之第一導電性半導體層其厚度為獅-谓埃，換 雜濃度為 。 本發明提供—種具轉讀光树及其S造方法， 其中穿隨層結構之第二導電性半導體層其厚度為刚-500埃，摻 雜濃度為 6*l〇19/Cm3_3*1Q20/em3。 以;供—種具有電錄佈層之發光树及錢造方法， 以提升電流輪向傳遞之效率。 發贿供—種具有電錄佈層之發光元件及其製造方法， 層層位於—穿_結構之上’藉由穿随層與電流散佈 =產生良好之電連接侧，降低發光二極體之順向電壓 叔南發光亮度。 本發明提供—種具有電缝佈狀發歧件及其製造方法， Ο 其中電流散佈層位於一親層結構之上，可達到良好的電流散佈 效果。 【實施方式】 ，本發明揭露一種具有穿隧層結構及電流散佈層之發光元件及 其製造方法。為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照下列 描述並配合第1圖至第12圖之圖示。 請參照第1圖至第5圖，其繪示依照本發明第一實施例之發光 201007977 元件的製程示意圖。請參照第1圖，本實施例的發光元件，例如一 發光二極體100，其結構包含不透光成長基板24 ,其材料例如為η 型砷化鎵(GaAs);依序於其上成長磊晶結構為蝕刻終止層(Etching

Stop Layer) 22 ;下包覆層(Lower Cladding Layer) 20，其材料例如 為11型磷化鋁銦(11々1^八1血_?^);活性層(入戊^1^妁18，其材料 例如為磷化鋁鎵銦((AlxGa^X^InuP);上包覆層(Upper Cladding Layer) 16 ’其材料例如為p型碟化銘銦ΑΙχΙημχΡ);穿随層結 G 構(tunnelingeffectstructure) 13，其中包括一第一摻雜濃度之第一 導電性半導體層14及一第二摻雜濃度第二導電性之半導體層12， 例如：第一摻雜濃度之第一導電性半導體層14可為ρ+_ Α1χΙηι χΡ (其 厚度為100-500埃’摻雜濃度為^(^/(^-^(^/咖巧及第二摻雜 浪度之第一導電性半導體化合物層12可為η+- ΑΙχΙη^Ρ (其厚度為 100-500埃，摻雜濃度為6*l〇19/cm3_ i*i〇20/cm3);電流散佈層 (current spreading layer)10 ’ 其材料例如為η型磷化鋁銦(n_type 〇 AWni-Xp)。當η型磷化鋁銦在摻雜濃度為l*1018/cm時，其電子遷移 率為21 lcm2/Vsec，比起習知材料如n-type A1q.7 Ga〇.3As(在摻雜濃度 為l*1018/cm時’其電子遷移率為I51cm2/vsec)和n_typeGaP高出許 多（在掺雜濃度為l*l〇18/cm時’其電子遷移率為125cm2八^sec)，所 以其電流散佈的效果較佳。此外，磷化鋁錮是間接能隙材料 (indirect band gap material) ’可減少吸收由活性層所產生的光。 蝕刻終止層22之材料可以是任何III-V族元素之化合物半導 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 7 201007977 蚀亥]速率达低於不透光成長基板24即可。本實施例中钱刻終止層 22之較佳材料為磷化銦鎵如祕)或碎化銘鎵⑷。此外若 下包覆層20的蝕刻速率遠低於不透光成長基板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。 本發明另提供如第2圖所示之結構，此結構包括一暫時基板2 彳接δ層4。暫時基板2之材料可為藍寶石(sapphire)、玻璃 (Glass)、鱗化鎵(GaP)、填珅化鎵(GaAsp)、砸化鋅(ZnSe)、硫化鋅 ❹（ZH、石西化鋅硫(ZnSSe)。接合層4可為高分子接合層，其材料可 為環氧樹脂(EP〇xy)、聚醯亞胺(p〇lyimide ; ρι)、過氟環丁烷 a>erfi_eyd〇bUtane; PFCB)、苯并環丁烯(Benzocyclobutene; bcb)、旋塗式玻璃(Spin_onglass; s〇G)或石夕樹脂(silic〇ne)。接合 層^ 4之材料也可為焊錫、低溫金屬、金屬矽化物、自發性導電高 分子或高分子中摻雜如!g、金、翻、鋅、銀、鎳、錯、姻、锡、 鈦、鉛、銅、鈀或其合金所組成之導電材質。 接著，使電流散佈層10面對接合層4，將如第丨圖所示具有 電流散佈層10的發光二極體接合於如第2圖所示的暫時基板2 , 再以伽_列如5H撕·3Η2〇2··3Η2〇或麵4〇H:35h2〇2)去除不 透光成長基板24贿露下包覆層20。若伽inGaP或AlGaAs作 為餘刻終止層22 ’因其仍會吸收活性層產生的光，所以也須以飯 刻液去除，其結構如第3圖所示。 再提供如第4圖所示之結構，此結構包括一導電性永久基板6 和-黏結層8。導電性永久基板6之材料可树、銅、紹、翻、金、 銀、碳化石夕。黏結層8之材料可為焊錫、低溫金屬、金屈石夕化物、 自發性導電高分子或高分子中摻雜如、金、麵、鋅、銀、錦、 鍺、銦、錫、鈦、錯、銅、域其合金所組成之導電材質。、 201007977 使下包覆層20面對黏結層8，將如第3圖所示具有下包覆層 2〇的發光二極體黏結於如第4圖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），再分別於導電性永久基板6下 方及電流散佈層10上方形成歐姆接觸電極25、26,即形成發光二 極體100，如第5圖所示。 請參照第6圖至第12圖，其續示依照本發明第二實施例之發光 元件的製程不思圖。清參照第6圖，本實施例的發光元件，例如一 發光二極體200，其結構包含透光成長基板44，其材料例如為氧化 ® 銘(Sapphire);依序於其上成長磊晶結構為緩衝層(BufferLayer) 42、下包覆層(Lower Cladding Layer) 40，其材料例如為n型氮化鎵 (11帥6〇31^)或11型氮化銘銦(11帥6-八1111]^)、活性層(入(；1；^1^>^1') 38 ’其材料例如為氮化鋁鎵銦(AlGalnN)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^ype GaN)或p型氮化鋁銦(ptype_A1InN)、穿隧層結構 structure) 33 ’其中包括一第一換雜濃度之第一導電性半導體層34 _ 及一第二摻雜濃度之第二導電性半導體32，例如：第一摻雜濃度 之第一導電性半導體層34可為p+- Α1χΙημχΝ或p+- GaN (其厚度為 100-500埃，摻雜濃度為6*1019/cm3-l*l〇2Q/cm3)及第二摻雜濃度之 第二導電性半導體層32可為η+- Α1χΙημχΝ或n+- GaN (其厚度為 100-500埃’摻雜濃度為2*102〇/cm3_ 3*1〇2〇/cm3)、及電流散佈層 (eurrent spreading layer)30，其材料例如為n型氮化鋁銦(n_type AlJn^N)或η型氮化鎵(n-type GaN)。 本發明另提供如第7圖所示之結構，此結構包括一暫時基板2 201007977 和一接合層4。暫時基板2之材料可為玻璃(Glass)、磷化鎵(GaP)、 填石申化鎵(GaAsP)、砸化鋅(ZnSe)、硫化鋅(ZnS)、砸化鋅硫 (ZnSSe)。接合層4可為高分子接合層，其材料可為環氧樹脂 (Epoxy)、聚醯亞胺（p〇lyimide ; PI)、過氟環丁烷 ❹

(Perfluorocyclobutane ; PFCB)、苯并環丁烯(Benzocyclobutene ; BCB)、旋塗式玻璃(Spin-on glass ; s〇G)或矽樹脂(Silicone)。接合 層4之材料也可為焊錫、低溫金屬、金屬石夕化物、自發性導電高 分子或高分子中摻雜如鋁、金、鉑、鋅、銀、鎳、鍺、銦、錫、 鈦、鉛、銅、鈀或其合金所組成之導電材質。 接著，使電流散佈層30面對接合層4，將如第ό圖所示具有 電流散佈層30的發光二極體接合於如第7圖所示的暫時基板2， 再以蝕刻液或雷射去除透光成長基板44及緩衝層42以裸露下包 覆層40。其結構如第8圖所示。 丹桅供如第 十/㈣「,丨，丨、<释偁，此链稱巴枯一导冤性永久基板 6、一絕緣層7和一黏結層8。導電性永久基板6之材料可為石夕、 =、銘、銦、金、銀、碳化石夕、氮化紹、氣化錄。絕緣層7由一 單層或多層之絕緣材料組成，其材料可為氧化紹、氧化碎、氮化 石夕、氮化料。黏結層8可為高分子接合層，其材料可為環氧樹 =poxy)、聚醯亞胺（p〇lyimide ; ρι)、過氟環丁烷 rtCyCl〇bUtane * PFCB) ' ^(Benzocyclobutene ； 声8二f ΐ玻璃(SPin'〇ngl咖；S〇G)或石夕樹脂(SUiC0ne)。黏結 Γ也可為焊錫、低溫金屬、金屬雜物、自發性導電高 It子中摻雜如銘、金、麵、鋅、銀、鎳、錯、銦、= ’二/喊其合金所组成之導電材質。 者’使下包覆層40面對黏結層8，將如第8圖所示具有下包 覆層4〇的發光二極體接合於如第_示的導電性永久基板6，如 201007977 第10圖結構。再將暫時基板2及接合層4移除(如第丨丨圖所示），露出 電流散佈層30之上表面。接著依序蝕刻移除部份電流散佈層3〇、 第二掺雜濃度之第二導電性半導體層32、第一摻雜濃度之第—導 電性半導體層34、上包覆層36、活性層38至露出下包覆層4〇之一 部分為止，再分別於下包覆層40上方及電流散佈層3〇上方形成歐 姆接觸電極25、26，即形成發光二極體200，如第12圖所示。 雖然本發明已以較佳實施例說明如上，然其並非用以限制本 © 發明之範圍。對於本發明所作之各種修飾與變更，皆不脫本發明 之精神與範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖至第5圖顯示依本發明一實施例之發光元件的製造流程； ❿ 第6圖至第12 _示依本發明另—實施例之發光树的^造流 程。 4~接合層； 7〜絕緣層； 10〜電流散佈層； 13〜穿隨層結構; 16-上包覆層； 20〜下包覆層； 【主要元件符號說明】 2〜暫時勒反； &導電性永久基板； 8〜Ιέ結層； 12〜，二摻雜濃度之第二導電性半導體層； 第一摻雜濃度之第一導電性半導體層； 18〜活性層； 201007977 22〜I虫刻終止層； 25、26〜歐姆接觸電極； 32〜第二摻雜濃度之第二導電性半導體層； 34〜第一摻雜濃度之第一導電性半導體層； 38〜活性層； 42〜緩衝層； 100、200〜發光二極體。 24〜不透光成長基板; 30〜電流散佈層； 33〜穿隨層結構； 36〜上包覆層； 4〇〜下包覆層； 44〜透光成長基板；

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Claims (1)

1. 201007977 十、申請專利範圍： 1. 一發光元件，包含： 一導電性永久基板； 一枯結層，係位於該導電性永久基板上方； 一屋晶層結構’係位於該粘結層上方且藉由該粘結層與該導電 性永久基板接合； 一穿隧層結構，係位於該磊晶層結構上方，其中該穿隧層結構 包括： © 一具第一摻雜濃度之第一導電性半導體層，其中該第一摻 雜濃度範圍至少大於6*l〇19/cm3 ;及 一具第二摻雜濃度之第二導電性半導體層，係位於該第一 第一導電性半導體層之上，其中該第二導電性係與該 第一導電性相異，且該第二摻雜濃度範圍至少大於 6sHl〇19/cm3 ;以及 電流散佈層，係位於該穿隧層結構上方。 ❾2.如=專利範_丨項所述之發光元件，其中該蟲晶層結構更包 括： 一下包覆層’其材料可為n_A1Inp ; 活性層’係位於該下包覆層之上，其材料可為ΑΚΜηΡ ;及 上包覆層，係位於該活性層之上，其材料可為p_ A1InJp。 ，如申請專利範圍第1 之材料可為矽、銅 化鎵。 項所述之發光元件，其中該導電性永久基板 鋁、鉬、金、銀、碳化矽、氮化鋁、或氮 13 201007977 4. 如申曰凊專利範圍第i項所述之發光耕，其中該黏結層之材料可 為¥錫、低温金屬、金屬石夕化物、自發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、 鈀或其合金所組成之導電材質。 5. 如申请專纖㈣2項所述之發光元件，其巾該穿闕結構中該 第一導電性半導體層其材料可為p_A1InP。 ® 6’如申明專利範圍第2項所述之發光元件’其中該穿随層結構該第 一‘電性半導體層其材料可為η_ΑΠηΡ。 7.如=請專利範圍第5項所述之發光元件，其中該穿隧層結構中之 5亥第一導電性半導體層之厚度範圍為100至500埃之間，該第 一摻雜濃度範圍為6* 1 〇19/cm3至1 * 1 〇2〇/cm3之間。 8·如申請專利範圍第6項所述之發光元件，其中該穿隧層結構中之 _ 第二摻雜濃度第二導電性之半導體層之厚度範圍為100至500 埃之間’該第二摻雜濃度範圍為6*1〇i9/cm3至l5ic1〇2〇/cm3之間。 9. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該電流散佈層其材 料可為η-Α1ΙηΡ 〇 10. 如申請專利範圍第9項所述之發光元件，其中該電流散佈層之 厚度範圍為Ο.ίμιη至5μιη之間。 11. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該磊晶層結構更 14 201007977 包括： 一下包覆層，其材料可為n-GaN或n-Ai施； 活I·生層係位於該下包覆層之上，其材料可為脱必或 AlGalnN ;及 覆層係位_難層之上，其材料可為卩_祕或 ρ_Α1ΙηΝ ° 12t申請^利範圍第U項所述之發光元件’其中該穿随層結構中 ❹ 糾—導電性半導體層其材料可為p_⑽或_顾。 H專利範圍第11項所述之發光元件，其中該穿随層結構中 4一導雜半導體層其材财為η伽或n_A脇。 摘叙發光树，其巾該f _結構中 " 導電[生+ν體層之厚度範圍為1〇〇至5〇〇埃 第一摻雜漢度範圍為6*1〇1W至m〇2〇/cm3之間。 ^ ❹ ==第二項:述之發先元件，其_ &弟一導電时導體層之厚度範圍為100至500埃之間，兮 苐二摻雜濃度範圍為2*1〇2〇/咖3至3*1〇20/em^間。，5亥 =申請專利細第U項所述之發光元件，射該電流散佈 其材料可為n-GaN或η_ΑΠ nN。 曰為 之 ㈣，綱電、 15 201007977 18. —發光元件，其製造方法包括： 提供一成長基板； 成長一蟲晶結構於該成長基板上方； 形成一穿隨層結構於該蠢晶結構上方，包括： 形成一具第一摻雜濃度之第一導電性半導體層.及 形成-具第二摻雜漢度之第二導電性半導體^係位於該 第-導電性半導體層之上，其中該第二導電性係與該第一 導電性相異； ❹ ❹ 形成一電流散佈層於該穿隧層結構上方； 提供一暫時基板； 形成-接合層於該暫時基板之上’ __接合層將該暫時 基板與該電流散佈層接合； 移除該成長基板； 提供一導電性基板； 形成-麟躲料雜基板之上方，且糾雜結層將導 電性基板與該磊晶結構粘結； 移除該暫時基板；以及 移除該接合層。 ΐ9·=請專概圍第㈣所述之發光元件，其巾形成越晶層結 構之方法更包括： 形成一下包覆層，其材料可為η_Α1ΙηΡ ; 形成一活性層，係位於該下包覆層之上，其材料可為 AlGalnP ;及 7成上包覆層’係位於該活性層之上，其材料可為 201007977 2〇:=圍銅第18項所述之發光元件，其 鎵 鋁、鉬、金 其中該導電性基板之 、銀、碳化矽、氮化紹、或氮化 ^專利範圍第〗8項所述之 銦。 、、’矽σ金、金-錯合金、鉛-錫合金、锡、 ❹ 該第」19項所述之發光元件，其中該穿隨層結構之 導電性半導體層其材料可為ρ-Α1ΙηΡ。 圍第19項所述之發光元件，其中該細結構之 導電性半導體層其材料可為η·ΑώιΡ。 务气 之t專利辄圍第22項所述之發光元件，其中該穿隧層結構中 ❹ 楚^ 導電性半導體層之厚度範圍為100至500埃之間，分 第—摻雜濃度範圍為6*1019/cm3至之間。B，、 .如申請專利範圍第23項所述之發光元件，其中該穿隨層結構 ，該第二導電性半導體層之厚度範圍為100至500埃之^，二 第二摻雜濃度範圍為6*l〇19/cm3至3*l〇20/cm3之間。曰’ ~ .如申凊專利範圍第19項所述之發光元件，其中該電流散 才才料可為η-ΑΙΙηΡ。 "其 17 201007977 之 27_如申請專利顚第％項所狀發光耕，射該電流散佈層 厚度範圍為Ο.ίμηι至5μηι之間。 28=申請專利範圍第18項所述之發光元件，其中形成該蠢晶層結 構之方法更包括： 形成一下包覆層，其材料可為n_GaN或η_Α1ΙηΝ，· 形成-活性層，係位於該τ包覆層之上，其材料可為脱必 或 AlGalnNP ;及 形成-上包覆層，係位於該活性層之上，其材料可為㈣心 或 ρ'ΑΙΙηΝ。 目帛28項所狀發統件，財該箱層結構中 5 電性之半導體層其材料可為p-GaN或ρ-Α1ΙηΝ。 之t專利關第28項所述之發光元件，其中該穿隨層結構中 ”-導電性之半導體層其材料可為n_GaN或n_AlinN。 31^專利範圍第29項所述之發光元件，其中該穿隨層結構中 μ -導電性半導體層之厚度範圍為 100至500埃之間，兮 第-摻雜濃度範圍為6*1〇1W至m〇2W之間。以 之=專利蛇圍第％項所述之發光元件’其中該穿随層結構中 '/em3之間。 —導電性半導體層之厚度範圍為100至500埃之間，嗲 弟二摻雜濃度範圍為2*1〇2〇至3η〇2〇 Π °玄 其中該電流散佈層其 33·如申請專利範圍第28項所述之發光元件， 18 201007977 材料可為n-GaN或η-Α1ΙηΝ。 34.如申請專利範圍第28項所述之發光元件，其中該電流散佈層之 厚度範圍為Ο.ίμηι至5μηι之間。

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