TWI362772B - Fabrication method of light emitting diode - Google Patents

Description

1362772 LE080601 30541twf.doc/n 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 β本發明是有關於一種發光二極體的製造方法，且特別 是有關於一種反覆升降發光層的製程溫度之發光二極體 製造方法。 【先前技術】 _ 近幾年來，由於發光二極體的發光效率不斷提升，使 件發光二極體在某些領域已漸漸取代日光燈與白熱燈泡， 例如需要高速反應的掃描器燈源、液晶顯示器的背光源以 及一般的照明裝置等。就發光二極體的材料而言，由於瓜_ v無氮化合物（m_v nitrides)為寬頻帶能隙（wide gap)的半導體材料，其發光波長幾乎含蓋整個可見光及紫 外光波段，因此，如氮化鎵(GaN)等的ffl_v族氮化合物廣 為應用在發光二極體中。 〃 φ 圖1繪示習知之發光二極體的剖面圖。圖2繪示圖五 之發光二極體的製程溫度變化曲線圖。圖3繪示圖丨之發 光層的X射線繞射圖。請參照圖丨，習知的發光二極體1〇〇 具有一 N型氮化鎵層11〇、一 p型氮化鎵層12〇、位於n 型氮化鎵層lio與p型氮化鎵層120之間的一發光層13〇 與基板140 ’其中N型氛化鎵層11〇、P型氮化鎵層12〇 與發光層130配置於基板14〇的一表面142上。 卜發光層130是由交錯堆疊的多層氮化鎵層132與多層 氮化銦鎵層134所構成，其中氮化鎵層132是作為阻障層 3 1362772 LE080601 30541twf.doc/n (barrier layer)’氮化銦鎵層134是作為量子井層（职肪扣111 well)。此外，P型氮化鎵層120與發光層13〇暴露出部 分的N型氮化鎵層11〇’且p型氮化鎵層12〇與]^型氮化 鎵層110上各配置有一電極E，發光二極體1〇〇為一平面 型的發光二極體。 習知技術是以有機金屬化學氣相沉積法（metai organic chemical vapor deposition, MOCVD)形成發光二極 體100的N型氮化鎵層no、p型氮化蘇層12〇與發光層 130。詳細而言，請同時參照圖1與圖2，首先，使製程溫 度維持在一第一磊晶溫度，並於第一磊晶溫度下，在基板 140的表面142上形成N型氮化鎵層11〇，其中第一磊晶 溫度為TH。接著’降低製程溫度至一第二蟲晶溫度，並於 第一蟲晶溫度下’在N型氮化嫁層11〇上形成發光層130， 其中弟一蟲晶溫度為TL ’且Th>Tl。然後，提高製程溫度 至第三磊晶溫度’以於第三磊晶溫度下形成p型氮化鎵層 120。 值得注意的是，在形成發光層130中的氮化銦鎵層134 時’若製程温度過高會導致銦（In)析出。因此，為避免 銦析出，習知技術是以相對（第一磊晶溫度）較低的第二 蠢晶溫度來形成發光層130。然而，由圖3可知，以第二 磊晶溫度所形成的氮化鎵層132的X射線繞射之繞射峰的 半高寬（fiill width at half maximum，FWHM )較大，換言 之，以第二磊晶溫度所形成的氮化鎵層132的結晶品質較 差，從而影響發光二極體100的光電特性。 LE080601 30541twf.d〇c/i 【發明内容】 本發明提供一種發光二極體的製造方法，其發光層中 的篁子井層的磊晶溫度較低，而阻障層的磊晶溫度較高。 本發明提出一種發光二極體的製造方法如下所述。首 先]於一基板上形成一第—型半導體層。接著，於第一型 半導體層上形成一發光層，其中形成發光層的方法包括交 替地於苐型半導體層上形成多層阻障層(barrier layer)與 多層量子井層（quantum well layer)，且量子井層的磊晶温度 為τι ’而阻障層的磊晶溫度為T2，且T1<T2。然後，於 發光層上形成一第二型半導體層。 在本發明之一實施例中，第一型半導體層的材料包括 Ν型摻雜之氮化鎵，而第二型半導體層的材料包括ρ型掺 雜之氮化鎵。 在本發明之一實施例中，阻障層的材料包括氮化鎵 (GaN)’而量子井層的材料包括氮化銦鎵(InGaN)。 在本發明之一實施例中，T1介於攝氏700度至攝氏 9〇〇度之間，而T2介於攝氏800度至攝氏11〇〇度之間。 在本發明之一實施例中，T2-T12攝氏30度。 在本發明之一實施例中，交替地形成阻障層(barrier layer)與量子井層的方法如下所述。首先，在溫度為T2的 情況下形成一阻障層。接著，將溫度從T2降至τι。然後， 在溫度為T1的情況下形成一量子井層。之後，將溫度從 T1升高至T2。然後，重複前述步驟至少一次。 在本發明之一實施例中，在將溫度從T1升高至T2的 過程中’升溫速率大於或等於每秒攝氏1度。 1362772 LE080601 30541twf.doc/n 在本發明之一實施例中，在將溫度從T1升高至T2的 過程中’升溫速率大於或等於每秒攝氏2度。 在本發明之一實施例中，Τ2低於第一型半導體層的磊 晶溫度。 在本發明之一實施例中，Τ2低於第二型半導體層的磊 晶溫度° 在本發明之一實施例中，發光二極體的製造方法更包 括形成一第一電極與一第二電極，其中第一電極與第一型 半導體層電性連接，第二電極與第二型半導體層電性連接。 ，基於上述，本發明是藉由反覆升降發光層的製程溫度 夕層蠢晶溫度較高的阻障層與多縣晶溫度較低的 提升轉層的結晶品f，從而提升發光二極 兴奋;^本發上述特徵和優點能更賴易懂，下文特 舉貝知例’亚配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 圖4Α〜圖4D繪示本發 每 程剖面圖。圖5繪示圖4 ^ μ鉍例之發光二極體的製 圖。在下述的實施例中Θ， 一圖4Ε>之製程溫度變化曲線 型半導體層例如皆是以有機體f、發光層與第二 首先，請同時參照圖予軋相沉積法形成。 磊晶溫度，磊晶溫度為τ。 /、圖5，製程溫度維持在一 於一基板410上形成—第^ W程溫度為ΤΑ的情況下， 體層42。的材料例如為=導，層42。，第—型半導 ”之氮化鎵，例如是摻雜矽 1362772 LE080601 30541twf.doc/n (silicon，Si)的氮化鎵。在本實施例中，基板410例如為 一盖寳石基板（sapphire substrate )。 接者’凊同時參照圖4B與圖5，於第一型半導體層 420上形成一發光層430。在本實施例中，形成發光層43〇 的方法可為交替地於第一型半導體層420上形成多層阻障 層432與多層量子井層434，且量子井層434的磊晶溫度 為T卜而阻障層432的磊晶溫度為T2，且T1<T2。此外， 在本實施例中，Τ2低於第一型半導體層420的磊晶溫度（即 τΑ)，因此，在形成阻障層432時，需先將製程溫度從Τα 降低至Τ2。 具體而言，交替地形成阻障層432與量子井層434的 方法如下所述。首先，在製程溫度為Τ2的情況下形成一 阻障層432。接著，將製程溫度從Τ2降至T1。在本實施 例中’在將溫度從T2降至T1的過程中’降溫速率實質上 大於或等於每秒攝氏1度，或者是降溫速率實質上大於或 等於每秒攝氏2度。 、' ' / 然後，在製程溫度為T1的情況下形成一量子井層 434。之後，將製程溫度從T1升高至T2。在本實施例十， 在將溫度從T1升尚至T2的過程中，升溫速率實質上大於 或等於每秒攝氏1度，或者是升溫速率實質上大於或等於 每秒攝氏2度。 然後，重複前述步驟多次，亦即可多次升降製程溫度 以形成多層阻障層432與多層量子井層434。之後，在製 程溫度為T2的情況下，再次形成—阻障層4幻。 在本貫把例中1且p章層432的材料可為氣化嫁(GaN)， 7 1362772 LE080601 3054ltwf.doc/n 而量子井層434的材料可為氮化銦鎵(InGaN)。在本實施例 中，T1例如是介於攝氏700度至攝氏9〇〇度之間，而T2 例如是介於攝氏800度至攝氏1100度之間，且Τ2_Τ12攝 氏30度。 — 之後’請同時參照圖4C與圖5，在本實施例中，可 改變製程溫度，以使製程溫度從Τ2改變至一磊晶溫度， 而此蠢晶溫度為ΤΒ。在磊晶溫度為τΒ的情況下，於發光 層430上形成一第二型半導體層44〇,第二型半導體層44〇 的材料例如是Ρ型摻雜之氮化鎵，例如是摻雜鎂 (magnesium，Mg)的氮化鎵。 然後，請參照圖4D，在本實施例中，移除部分的第二 型半導體層440與部分的發光層430，以暴露出部分的第 一型半導體層420 〇然後，在第一型半導體層42〇上形成 一第一電極E1，並在第二型半導體層44〇上形成一第二電 極E2,其中第一電極E1與第一型半導體層420電性連接， 第二電極E2與第二型半導體層440電性連接。至此，已 初步完成發光二極體400的製作。 在本實施例中，發光二極體400為一平面型發光二極 體。在其他實施例中，亦可藉由將第一型半導體層420、 發光層430與第二型半導體層440由基板410轉移至其他 的導電基板（未緣示）的方式，以製作出垂直型發光二極 體（未纟會示）。 圖6繪示本發明一實施例之發光層的X射線繞射圖。 圖7繪示本發明一實施例之發光二極體與習知之發光二極 體的電致發光的峰值強度（electroluminescence peak 1362772 LE080601 30541twf.doc/n intensity )與注入電流（injected current)的關係曲線圖。 由圖6可知，本實施例之阻障層432的X射線繞射之 繞射峰的半高寬較小，換言之，本實施例之阻障層432的 結晶品質較佳。另外，由圖7可知’當注入的電流大小相 同時，本實施例之發光二極體4〇〇的電致發光的峰值強度 大於習知的發光二極體的電致發光的峰值強度。 由前述可知’由於本實施例是在製程溫度較低的情況 下形成量子井層434,並且在製程溫度較高的情況下形成 阻障層432，因此，本實施例之阻障層432的結晶品質較 佳，從而使本實施例之發光二極體具有較佳的光電特性。 圖8繪示形成本發明一實施例之發光層的理想升降溫 曲線。圖9緣示形成本發明一實施例之發光層的實際升降 溫曲線。請參照圖8，在理想的情況中，製程溫度以一固 定的升溫速率從T1升至T2，並維持製程溫度為T2 —段 時間，之後，製程溫度再以一固定的降溫速率從T2降至 T1，並維持製程溫度為T1 一段時間。請參照圖9，在實際 的情況中，製程溫度先以一固定的升溫速率從T1升至一 大於T2的溫度，然後’才逐漸趨近於T2並持續一段時間， 之後’製程溫度從T2降低至一低於τΐ的溫度，然後，才 逐漸趨近於T1並持續一段時間。 雖然’理想的情況與實際的情況略有差異，但製程溫 度升至一大於T2的溫度並不影響本實施例之阻障層432 的結晶品質，且製程溫度降至一低於T1的溫度並不會使 銦析出’故實際的製程溫度並不影響本實施例之發光二極 體的光電特性。 9 LE080601 30541hvf.doc/n ㈣’树料藉岐覆升降發光層的製程溫度 溫度較障層與多衫晶溫度較低的 ^的“提升阻障層的結晶品質，從而提升發光二極 ^本發明已以實關揭露如上，然其並非用以限定 Β ’任何所屬技觸域巾具有通常知識者，在不脫離 ^明之精神和範_，當可作些許之更動與潤飾，故本 發月之保€範圍當視後附之巾請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1繪示習知之發光二極體的剖面圖。 圖2繪不圖1之發光二極體的製程溫度變化曲線圖。 圖3繪示圖1之發光層的χ射線繞射圖。 圖4八〜圖4]：)繪示本發明一實施例之發光二極體的 程剖面圖。 圖5繪示圖4Α〜圖4D之製程溫度變化曲線圖。 圖6 %示本發明一實施例之發光層的χ射線繞射圖。 圖7冷示本發明一實施例之發光二極體與習知之發光 二極體的浪 電致發光的峰值強度（electroluminescence peak Υ )與注入電流（injected current)的關係曲線圖。 圖8冷示形成本發明一實施例之發光層的理想升降溫 曲線。 曲線 圖9聲示形成本發明一實施例之發光層的實際升降溫 1362772 LE080601 30541twf.doc/n 【主要元件符號說明】 100、400 :發光二極體 110 : N型氮化鎵層 120 : P型氮化鎵層 130、430 :發光層 132 :氮化鎵層 134 :氮化銦鎵層 140、410 :基板 142 :表面 420 :第一型半導體層 432 :阻障層 434 :量子井層 440 :第二型半導體層 .E :電極 E1 :第一電極 E2 :第二電極

Claims (1)

1. 第98〗15】69號 修正日期::101.2.2] 修正本 七、申請專利範圍： L一種發光二極體的製造方法，包括： 於一基板上形成一第一型半導體層； 於該第一型半導體層上形成一發光層， 於該第一型半導體層 I萆層與夕層里子井層，且該些量子井層僅在蠢晶溫度τι 成長，而該些阻障層僅在磊晶溫度T2成 且T1<T2; 以及 於該發光層上形成一第二型半導體層。 、、2.如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方 法其中該第一型半導體層的材料包括Ν型摻雜之氮化 嫁，而該第二型半導體層的材料包括ρ型摻雜之氮化鎵。 、3.如申请專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方 去，其中該些阻障層的材料包括氮化鎵，而該些量子井層 的材料包括氮化銦鎵。 、4·如申请專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方 法，其中T1介於攝氏700度至攝氏900度之間，而Τ2介 於攝氏800度至攝氏11〇〇度之間。 5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方 法，其中T2-T1三攝氏3〇度。 6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方 法’其中父替地形成該些阻障層與該些量子井層的方法包 括： 在>盈度為T2的情泥下形成一阻障層； 將盈度從T2降至τι ; 第 98115169 號 修正日期:101.2.21 修正本 在溫度為T1的情況下形成一量子井層； 將溫度從T1升高至T2 ;以及 重複前述步驟至少一次。 7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方 法，其中在將溫度從T1升高至T2的過程中，升溫速率大 於或等於每秒攝氏1度。 8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方 法，其中在將溫度從T1升高至T2的過程中，升溫速率大 於或等於每秒攝氏2度。 9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方 法，其中T2低於該第一型半導體層的磊晶溫度。 10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造 方法，其中T2低於該第二型半導體層的磊晶溫度。 11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造 方法，更包括： 形成一第一電極，與該第一型半導體層電性連接；以 及 形成一第二電極，與該第二型半導體層電性連接。