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TWI540754B - 發光二極體及其形成方法 - Google Patents

發光二極體及其形成方法 Download PDF

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TWI540754B
TWI540754B TW099146005A TW99146005A TWI540754B TW I540754 B TWI540754 B TW I540754B TW 099146005 A TW099146005 A TW 099146005A TW 99146005 A TW99146005 A TW 99146005A TW I540754 B TWI540754 B TW I540754B
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type gallium
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許嘉麟
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鴻海精密工業股份有限公司
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Description

發光二極體及其形成方法
本發明涉及一種半導體元件，尤其涉及一種發光二極體以及該發光二極體的形成方法。
目前，發光二極體(Light Emitting Diode,LED)因具有功耗低、壽命長、體積小及亮度高等特性已經被廣泛應用到很多領域。
發光二極體包括第一型半導體層(如N型半導體層)、第二型半導體層(如P型半導體層)、以及設置在該第一型半導體層與該第二型半導體層之間的發光層。現有的發光層一般用二維度的方式製作而成，其容易因表面缺陷造成電子與空穴結合的量子效率(Quantum Efficiency)下降，從而使發光二極體的應用受到了一定的限制。
有鑒於此，有必要提供一種量子效率高的發光二極體以一種發光二極體的形成方法。
一種發光二極體包括：基板、N型氮化鎵薄膜層、絕緣層、N型氮化鎵奈米線層、量子阱層以及P型氮化鎵奈米線層。該N型氮化鎵薄膜層形成在該基板上。該絕緣層形成在該N型氮化鎵薄膜層的上，該絕緣層具有一個遠離該N型氮化鎵薄膜層的上表面，該絕緣層的上表面上形成至少一個凹槽，以使該N型氮化鎵薄膜層具 有暴露在該凹槽的部分。該N型氮化鎵奈米線層形成在該絕緣層的至少一個凹槽內，且該N型氮化鎵奈米線層的端部突出在該絕緣層外。該量子阱層包覆該N型氮化鎵奈米線層突出在絕緣層外的部分。該P型氮化鎵奈米線層包覆於該量子阱層。
一種發光二極體的形成方法，其包括：提供一個基板；在該基板上形成一個N型氮化鎵薄膜層；在該N型氮化鎵薄膜層上形成一個絕緣層，該絕緣層具有一個遠離該N型氮化鎵薄膜層的上表面，該絕緣層的上表面上形成有至少一個凹槽，以使該N型氮化鎵薄膜層具有暴露在該凹槽的部分；在該絕緣層的至少一個凹槽內形成N型氮化鎵奈米線層，且該N型氮化鎵奈米線層的端部突出在該絕緣層外；在該N型氮化鎵奈米線突出在絕緣層外的部分上形成量子阱層；在該量子阱層上形成P型氮化鎵奈米線層，該P型氮化鎵奈米線層包覆於該量子阱層。
所述發光二極體以及發光二極體形成方法所形成的發光二極體，其具有的N型氮化鎵奈米線層與P型氮化鎵奈米線層均為一維結構，可有效地減少平面磊晶產生的表面缺陷，從而提高量子效率。
100‧‧‧發光二極體
10‧‧‧基板
20‧‧‧N型氮化鎵薄膜層
30‧‧‧絕緣層
31‧‧‧上表面
32‧‧‧凹槽
40‧‧‧N型氮化鎵奈米線層
50‧‧‧量子阱層
60‧‧‧P型氮化鎵奈米線層
70‧‧‧P型氧化鋅奈米線層
80‧‧‧P型透明電極層
圖1是本發明實施例提供的發光二極體的示意圖。
圖2是本發明實施例提供的發光二極體的形成方法的流程圖。
下面將結合附圖對本發明實施例作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，本發明實施例提供的發光二極體100。該發光二極體100包括基板10、一個N型氮化鎵薄膜層20、一個絕緣層30、N型氮化鎵奈米線層40，量子阱層50，P型氮化鎵奈米線層60，P型氧化鋅奈米線層70、以及P型透明電極層80。
在本實施例中，該基板10為一個單晶氧化鋁基板。
該N型氮化鎵薄膜層20形成在該基板10上，其作為該發光二極體100的N型電極。
該絕緣層30形成在該N型氮化鎵薄膜層20上。該絕緣層30具有一個遠離該N型氮化鎵薄膜層20的上表面31。該絕緣層的上表面蝕刻形成多個凹槽32，以使該N型氮化鎵薄膜層20具有暴露在該凹槽32的部分。在本實施例中，該凹槽32是利用陽極氧化鋁範本(Anodic Aluminum oxide，AAO)作為光罩在絕緣層30上蝕刻而成。該多個凹槽32之間間隔的距離相同，且該多個凹槽32的開口大小相同。該絕緣層30為二氧化矽層。
該N型氮化鎵奈米線層40分別成長在該絕緣層30的多個凹槽32內，並且該N型氮化鎵奈米線層40的端部突出在該絕緣層30外。
該量子阱層50包覆該N型氮化鎵奈米線層40突出在絕緣層30外的部分。在本實施例中，該量子阱層50為多層氮化銦鉀量子阱結構，其通過磊晶的方式形成在該N型氮化鎵奈米線層40的外表面上。
該P型氮化鎵奈米線層60包覆於該量子阱層50的外表面。
在本實施例中，P型氧化鋅奈米線層70形成在該P型氮化鎵奈米線層60的遠離該量子阱層50的一端，該P型氧化鋅奈米線層70用於增加光萃取效率。
該P型透明電極層80包覆該P型氧化鋅奈米線層70暴露在外的表面以及該P型氮化鎵奈米線層60暴露在外的表面。在本實施例中，該P型透明電極層80為P型摻雜鎵氧化鋅層。該P型透明電極層80為該發光二極體100的P型電極。
該發光二極體100具有的N型氮化鎵奈米線層40與P型氮化鎵奈米線層60為一維結構，可有效地減少平面磊晶產生的表面缺陷，從而提高量子效率。進一步地，該發光二極體100的P型氮化鎵奈米線層60上形成有一個P型氧化鋅奈米線層70，該P型氧化鋅奈米線層70可以增加該發光二極體100的光萃取效率。
請參閱圖2，本發明實施例提供的一種發光二極體的形成方法的流程示意圖。該發光二極體的形成方法包括如下步驟：
步驟一：提供一個基板，請一併參見圖1。
步驟二：在該基板上形成一個N型氮化鎵薄膜層。該N型氮化鎵薄膜層20作為該發光二極體的N型電極。
步驟三：在該N型氮化鎵薄膜層上形成一個絕緣層，該絕緣層具有一個遠離該N型氮化鎵薄膜層的上表面，該絕緣層的上表面上形成有至少一個凹槽，以使該N型氮化鎵薄膜層具有暴露在該凹槽的部分。在本實施例中，該凹槽32是利用陽極氧化鋁範本(Anodic Aluminum oxide，AAO)作為光罩在絕緣層30上蝕刻而成。該絕緣層30為二氧化矽層。
步驟四：在該絕緣層的至少一個凹槽內形成N型氮化鎵奈米線層，且該N型氮化鎵奈米線層的端部突出在該絕緣層外。
步驟五：在該N型氮化鎵奈米線突出在絕緣層外的部分上形成量子阱層。在本實施例中，該量子阱層50為多層氮化銦鉀量子阱結構，其通過磊晶的方式形成在該N型氮化鎵奈米線層40的外表面上。
步驟六：在該量子阱層上形成P型氮化鎵奈米線層，該P型氮化鎵奈米線層包覆於該量子阱層。
步驟七：在該P型氮化鎵奈米線層的遠離該量子阱層的一端形成一個P型氧化鋅奈米線層。
步驟八：在該P型氧化鋅奈米線層暴露在外的表面上形成一個P型透明電極層。該P型透明電極層80為P型摻雜鎵氧化鋅層。該P型透明電極層80為該發光二極體100的P型電極。在本實施例中，該P型透明電極層包覆該P型氧化鋅奈米線層70暴露在外的表面以及該P型氮化鎵奈米線層60暴露在外的表面。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
100‧‧‧發光二極體
10‧‧‧基板
20‧‧‧N型氮化鎵薄膜層
30‧‧‧絕緣層
31‧‧‧上表面
32‧‧‧凹槽
40‧‧‧N型氮化鎵奈米線層
50‧‧‧量子阱層
60‧‧‧P型氮化鎵奈米線層
70‧‧‧P型氧化鋅奈米線層
80‧‧‧P型透明電極層

Claims (5)

  1. 一種發光二極體，包括：基板；N型氮化鎵薄膜層，形成在該基板上；絕緣層，形成在該N型氮化鎵薄膜層之上，該絕緣層具有一個遠離該N型氮化鎵薄膜層的上表面，該絕緣層的上表面上形成至少一個凹槽，以使該N型氮化鎵薄膜層具有暴露在該凹槽的部分；N型氮化鎵奈米線層，形成在該絕緣層的至少一個凹槽內，且該N型氮化鎵奈米線層的端部突出在該絕緣層外；量子阱層，包覆該N型氮化鎵奈米線層突出在絕緣層外的部分；及P型氮化鎵奈米線層，包覆於該量子阱層，該發光二極體進一步包括一個P型透明電極層，該P型透明電極層覆蓋該P型氮化鎵奈米線層的外表面，該發光二極體進一步包括一個P型氧化鋅奈米線層，該P型氧化鋅奈米線層形成在該P型氮化鎵奈米線層的遠離該量子阱層的一端，該P型透明電極層覆蓋P型氧化鋅奈米線層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中，P型透明電極層為P型摻雜鎵氧化鋅層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中，該絕緣層為二氧化矽薄膜。
  4. 一種發光二極體的形成方法，包括：提供一個基板；在該基板上形成一個N型氮化鎵薄膜層；在該N型氮化鎵薄膜層上形成一個絕緣層，該絕緣層具有一個遠離該N型 氮化鎵薄膜層的上表面，該絕緣層的上表面上形成有至少一個凹槽，以使該N型氮化鎵薄膜層具有暴露在該凹槽的部分；在該絕緣層的至少一個凹槽內形成N型氮化鎵奈米線層，且該N型氮化鎵奈米線層的端部突出在該絕緣層外；在該N型氮化鎵奈米線層突出在絕緣層外的部分上形成量子阱層；在該量子阱層上形成P型氮化鎵奈米線層，該P型氮化鎵奈米線層包覆於該量子阱層，在該P型氮化鎵奈米線層的外表面上形成一個P型透明電極層，該P型氮化鎵奈米線層的遠離該量子阱層的一端形成一個P型氧化鋅奈米線層，該P型透明電極層覆蓋P型氧化鋅奈米線層。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體的形成方法，其中，該絕緣層上的至少一個凹槽是利用陽極氧化鋁範本作為光罩在絕緣層上蝕刻而成。
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