专利名称：具有量子簇柱的固态发光组件与其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光组件与其制作方法，特别是涉及一种具有量子簇柱(quantum cluster)的固态发光组件与其制作方法。
背景技术：
固态发光组件，特别是发光二极管(light emitting diode，简称LED)应用的领域广泛，主要作为显示器背光模组、交通信号及照明的用途。而随着环保意识的提升，发光二极管挟着节能与低污染等的优势，被积极发展作为新世代主要的光源，以取代过往的水银灯管及钨丝灯泡，因此，发光二极管的发光亮度愈形重要，业界及学界也朝提高发光二极管的发光效率的课题持续努力。参阅图1，以往的发光二极管1的主要结构包含一块蓝宝石基板11、一层具有第一型半导体性质(即n-type)的第一披覆层12 (n-cladding layer)、一层具有第二型半导体性质(即p-type)的第二披覆层14(p-Cladding layer)、一层夹设于该第一、二披覆层12、 14间的发光层单元13，及一组与外界电连接的电极单元15。该发光层单元13包括多层交错层叠的阻障层131 (barrier layer)及量子井(quantum well)结构的发光层132 (active layer)。该电极单元15包括两个分别与该第一、二披覆层12、14电连接的电极151、152。 当经由该电极单元15的两电极151、152自外界提供电能于该发光层单元13时，所述发光层132的量子井结构将该第一、二披覆层12、14产生的电子与空穴限位而结合并释放出光能。然而，由于量子井结构是二维空间，载子于二维空间的可移动范围相对较大，再者，形成该第一、二披覆层12、14与发光层单元13的过程中产生的缺陷(dislocation) 密度偏高，而影响量子井结构的完整，从而降低电子空穴对的复合比率，致使此等以量子井结构作为发光层132主要结构的发光二极管1的内部量子效率(Internal quantum efficiency)受限，导致整体发光效率无法有效地再进一步提升。为解决以往的发光二极管1所遭遇发光效率无法有效提高的瓶颈，目前有类量子点(quantum-dot-like)结构的发光二极管被提出。参阅图2，类量子点结构的发光二极管2包含一块以蓝宝石为主要构成材料的基板21、一层以第一型(n-type)半导体材料构成于该基板21上的第一披覆层22 (n-cladding layer)、一层以第二型(p-type)半导体材料构成的第二披覆层M(p-cladding layer)、一层夹设于该第一、二披覆层22、M间的发光层单元23，及一组与外界电连接的电极单元25。 该发光层单元23包括多层交错层叠的阻障层231与具有多个供电时以光电效应产生光子的类量子点233的晶体层232。该电极单元25包括两个分别与该第一、二披覆层22、24电连接的电极251、252。当经由该电极单元25传送自外界对该发光层单元23提供电能时，该第一、二披覆层22J4产生的电子与空穴被局限于所述类量子点233而结合并释放出光能。由于所述类量子点233结构可视为分别独立的准零维空间，所以电子与空穴在该准零维空间可自由移动的范围减少，同时，外延过程中产生的缺陷对个别独立的多个类量子点233结构而言破坏有限，因此可以有效的增加电子空穴于所述类量子点233结合并将电能转换为光能的机率，进而提高发光二极管2的发光效率。参阅图2、图3，大致而言，上述类量子点结构的发光二极管2的制作过程，是先进行步骤31，在该基板21上外延形成该第一披覆层22，接着进行步骤32，在该第一披覆层22 上沉积形成该阻障层231，然后继续进行步骤33，在该阻障层231上外延一层以氮化镓铟系化合物为主要成份的薄膜(图未示)，接着进行步骤34，以高温热处理的方式使该薄膜变形为所述不规则地形成于该阻障层231顶面的类量子点233 ；接下来进行步骤35，自该阻障层 231往上外延而形成该具有所述类量子点233的晶体层232 ；接着进行步骤38，在该晶体层顶面再形成一层阻障层231，再重复进行步骤33至步骤35而形成该具有多层交错层叠的阻障层231与晶体层232的发光层单元23 ；再接着实施步骤36，该发光层单元23的表面形成该第二披覆层M ；最后进行步骤37，分别在该第一、二披覆层22J4上形成该两电极251、 252而构成该电极单元25，即制得类量子点结构的发光二极管2。由上述说明可知，虽然类量子点结构的发光二极管2的发光效率较以量子井结构为主的发光二极管1为高，但由于类量子点233是以高温热处理氮化镓铟系化合物的薄膜而自变形形成，故形状、大小都相当随机并差异大，且分布状态也不可控；而根据研究，类量子点结构是产生光能的结构，其大小尺寸与分布状态都会影响到发光的波长范围与发光均勻度，也因此，目前类量子点结构的发光二极管还有改善的空间需要业者投入、努力。由此可见，上述现有的发光二极管在产品结构、制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。因此如何能创设一种新的具有量子簇柱的固态发光组件与其制作方法，亦成为当前业界极需进的目标。有鉴于上述现有的发光二极管存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的具有量子簇柱的固态发光组件与其制作方法，能够改进一般现有的发光二极管，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的发光二极管存在的缺陷，而提供一种新的具有量子簇柱的固态发光组件与其制作方法，所要解决的技术问题是使其在于提供一种具有高发光效率及发光波长范围窄的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，非常适于实用。本发明的另一目的在于，克服现有的发光二极管存在的缺陷，而提供一种新的具有量子簇柱的固态发光组件与其制作方法，所要解决的技术问题是使其在于提供另一种具有高发光效率及发光波长范围窄的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，从而更加适于实用。本发明的再一目的在于，克服现有的发光二极管存在的缺陷，而提供一种新的具有量子簇柱的固态发光组件与其制作方法，所要解决的技术问题是使其提供一种具有高发光效率及发光波长范围窄的具有量子簇柱的固态发光组件，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其中该制作方法包含(a)在一块基板上形成一层具有第一型半导体性质的第一披覆层；(b)在该第一披覆层的顶面形成一层晶体层，该晶体层具有多个独立地形成于该晶体层顶面的凹部；(c)自所述凹部填覆满在提供电能时产生光的量子簇柱，而使该晶体层顶面与所述量子簇柱顶面共同成为一个实质平坦的平面；(d)自该实质平坦的平面向上形成一层具有第二型半导体性质的第二披覆层； 及(e)形成一组与该第一、二披覆层电连接而可自外界对该形成有多个量子簇柱的晶体层提供电能的电极单元。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其中所述的该步骤(b)是以外延方式自该第一披覆层顶面向上形成厚度不大于50nm且具有所述凹部的晶体层。前述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其中所述的该步骤(b)中所述凹部的直径是lnm-10nm、深度是lnm-lOnm，且分布密度是1 X IOiciCnT2-S X IO13CnT2。前述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其中所述的该步骤(C)以外延方式形成所述量子簇柱而使得该晶体层顶面与所述量子簇柱顶面共同成为粗糙度不大于 2nm的平面。前述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其中所述的该制作方法还包括一个步骤(f)，在实施该步骤(d)形成该第二披覆层之前，在形成有所述量子簇柱的该晶体层上依序再形成一层阻障层及一层具有多个凹部的晶体层后重复实施该步骤(c)，而形成多层分别填覆有所述量子簇柱的晶体层。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其中该制作方法包含(a)在一块基板上形成一层具有第一型半导体性质的第一披覆层；(b)在该第一披覆层的顶面向上形成一层量子簇发光层；(c)移除该量子簇发光层部分结构而成为多个独立并在接受电能时产生光子的量子簇柱；(d)自该第一披覆层的顶面向上形成一层供所述量子簇柱嵌填其中的晶体层，直到该晶体层的顶面与所述量子簇柱的顶面共同成为一个实质平坦的平面；(e)自该实质平坦的平面向上形成一层具有第二型半导体性质的第二披覆层；及(f)形成一组与该第一、二披覆层电连接而可自外界对该形成有多个量子簇柱的晶体层提供电能的电极单兀。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其中所述的该步骤(b)以外延方式在该第一披覆层顶面形成厚度为Inm-IOnm的量子簇发光层。前述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其中所述的该步骤(C)中所述量子簇柱其外径为lnm-10nm、高度为lnm-lOnm，且分布密度是1 X IOiciCnT2-S X IO13CnT2。前述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其中所述的该步骤(d)以外延方式形成该晶体层而使得该晶体层顶面与所述量子簇柱顶面共同成为粗糙度是不大于2nm 的平面。前述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其中所述的该制作方法还包括一个步骤(g)，该步骤(g)是在实施该步骤(e)形成该第二披覆层之前，于该晶体层顶面与所述量子簇柱顶面依序再形成一层阻障层及一层量子簇发光层后重复实施该步骤(C)、 (d)，而成为多层叠置且分别形成有所述量子簇柱的晶体层。本发明的目的及解决其技术问题另外再采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具有量子簇柱的固态发光组件，包含一块基板、一层以具有第一型半导体性质的材料形成在该基板上第一披覆层、一层形成于该第一披覆层上的发光层单元、一层以具有第二型半导体性质的材料形成在该发光层单元上的第二披覆层，及一组与该第一、二披覆层电连接而可自外界对该发光层单元提供电能的电极单元；其中该发光层单元还包括至少一层晶体层，及多个在供电时产生光子的量子簇柱，该晶体层的顶面具有多个分别间隔形成的凹部，所述量子簇柱分别相对应地填满所述凹部，且所述量子簇柱的顶面与该晶体层顶面共同成为一个实质平坦的平面。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的具有量子簇柱的固态发光组件，其中所述的该晶体层的厚度不大于50nm。前述的具有量子簇柱的固态发光组件，其中所述的所述凹部的平均径宽是 Inm-lOnm，平均深度是 Inm-lOnm，且分布密度是 1 X 10lclcnT2-5 X IO13CnT2。前述的具有量子簇柱的固态发光组件，其中所述的所述量子簇柱顶面与该晶体层顶面共同界定的平面的粗糙度为不大于2nm前述的具有量子簇柱的固态发光组件，其中所述的该发光层单元的晶体层是先在该第一披覆层的顶面形成一层平整的晶体层后，粗化该晶体层顶面而使该晶体层顶面形成多个独立的凹部。前述的具有量子簇柱的固态发光组件，其中所述的该晶体层与所述量子簇柱是先在该第一披覆层的顶面向上形成一层量子簇发光层后，移除该量子簇发光层部分结构而成为所述独立的量子簇柱，然后再自该第一披覆层的顶面向上形成该晶体层而构成。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下一种具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，包含以下步骤。步骤(a)是在一块基板上形成一层具有第一型半导体性质的第一披覆层。步骤(b)在该第一披覆层的顶面形成一层晶体层，该晶体层具有多个独立地形成于该晶体层顶面的凹部。步骤(c)自所述凹部填覆满在提供电能时产生光的量子簇柱，而使该晶体层顶面与所述量子簇柱顶面共同成为一个实质平坦的平面。步骤(d)是继续自该实质平坦的平面向上形成一层具有第二型半导体性质的第
二披覆层。步骤(e)是形成一组与该第一、二披覆层电连接而可自外界对该形成有多个量子簇柱的晶体层提供电能的电极单元。较佳地，该步骤(b)是以外延方式自该第一披覆层顶面向上形成厚度不大于50nm 且具有所述凹部的晶体层。较佳地，该步骤(b)中所述凹部的直径是Inm-lOnm、深度是Inm-lOnm，且分布密度是 IXIO1W2-SXIO1W20较佳地，该步骤(C)以外延方式形成所述量子簇柱而使得该晶体层顶面与所述量子簇柱顶面共同成为粗糙度不大于2nm的平面。
较佳地，该制作方法还包括一个步骤(f)，在实施该步骤(d)形成该第二披覆层之前，在形成有所述量子簇柱的该晶体层上依序再形成一层阻障层及一层具有多个凹部的晶体层后重复实施该步骤(C)，而形成多层分别填覆有该等量子簇柱的晶体层。又，本发明另一种具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，包含以下步骤。步骤(a)首先在一块基板上形成一层具有第一型半导体性质的第一披覆层。步骤(b)在该第一披覆层的顶面向上形成一层量子簇发光层。步骤(c)移除步骤(b)得到的半成品中该量子簇发光层部分结构而成为多个独立形成于该第一披覆层顶面并在接受电能时产生光子的量子簇柱。步骤(d)是自该第一披覆层的顶面向上形成一层供所述量子簇柱嵌填其中的晶体层，直到该晶体层的顶面与所述量子簇柱的顶面共同成为一个实质平坦的平面。步骤(e)再自该实质平坦的平面向上形成一层具有第二型半导体性质的第二披覆层。步骤(f)形成一组与该第一、二披覆层电连接而可自外界对该形成有多个量子簇柱的晶体层提供电能的电极单元。较佳地，该步骤(b)以外延方式在该第一披覆层顶面形成厚度为Inm-IOnm的量子簇发光层。较佳地，该步骤(c)中所述量子簇柱其外径为Inm-lOnm、高度为Inm-lOnm，且分布密度是 ι χ 101QcnT2-5 X IO13CnT2。较佳地，该步骤(d)以外延方式形成该晶体层而使得该晶体层顶面与所述量子簇柱顶面共同成为粗糙度是不大于2nm的平面。较佳地，该制作方法还包括一个步骤(g)，该步骤(g)是在实施该步骤(e)形成该第二披覆层之前，于该晶体层顶面与所述量子簇柱顶面依序再形成一层阻障层及一层量子簇发光层后重复实施该步骤(c)、(d)，而成为多层叠置且分别形成有所述量子簇柱的晶体层。再，本发明一种具有量子簇柱的固态发光组件，包含一块基板、一层第一披覆层、 一层发光层单元、一层第二披覆层及一组电极单元。该第一披覆层以具有第一型半导体性质的材料为主地形成在该基板上。该发光层单元形成于该第一披覆层上，且包括至少一层晶体层，及多个在供电时产生光子的量子簇柱，该晶体层的顶面具有多个分别间隔形成的凹部，所述量子簇柱分别对应地填满所述凹部，且所述量子簇柱的顶面与该晶体层顶面共同成为一个实质平坦的平面。该第二披覆层以具有第二型半导体性质的材料为主地形成在该发光层单元上。该电极单元与该第一、二披覆层电连接而可自外界对该发光层单元提供电能。较佳地，该晶体层的厚度不大于50nm。较佳地，所述凹部的平均径宽是Inm-lOnm，平均深度是lnm-lOnm，且分布密度是 1 X 10lclcm_2-5 X 1013cm_2。较佳地，所述量子簇柱顶面与该晶体层顶面共同界定的平面的粗糙度为不大于 2nm。较佳地，该发光层单元的晶体层是先在该第一披覆层的顶面形成一层平整的晶体层后，粗化该晶体层顶面而使该晶体层顶面形成多个独立的凹部。
较佳地，该晶体层与所述量子簇柱是先在该第一披覆层的顶面向上形成一层量子簇发光层后，移除该量子簇发光层部分结构而成为所述独立的量子簇柱，然后再自该第一披覆层的顶面向上形成该晶体层而构成。借由上述技术方案，本发明具有量子簇柱的固态发光组件与其制作方法至少具有下列优点及有益效果提供新的制作方法制作一种具有尺寸大小近似且呈几乎规则分布的量子簇柱的固态发光组件，而提升目前固态发光组件的内部量子效率与发光均勻度。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是一示意图，说明以往的发光二极管的结构；图2是一示意图，说明目前具有类量子点的发光二极管的结构；图3是一流程图，说明该具有类量子点的发光二极管的制造方法；图4是一示意图，说明本发明一个具有量子簇柱的固态发光组件的结构的较佳实施例；图5是一流程图，说明该较佳实施例的第一种制作方法；图6是一流程图，说明该较佳实施例的第二种制作方法；图7是本发明具有量子簇柱的固态发光组件的示意图，说明该固态发光组件具有一层发光层单元；图8是本发明具有量子簇柱的固态发光组件的流程图，说明该固态发光组件具有一层发光层单元时的第一种制作方法；图9是本发明具有量子簇柱的固态发光组件的流程图，说明该固态发光组件具有一层发光层单元时的第二种制作方法。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具有量子簇柱的固态发光组件与其制作方法其具体实施方式
、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。参阅图4，本发明具有量子簇柱的固态发光组件的一个较佳实施例包含一块基板 41、一层第一披覆层 42(n-cladding layer)、一层第二披覆层 44 (p-cladding layer)、一层夹设于该第一、二披覆层42、44之间的发光层单元43，及一组与所述披覆层42、44及外部电源电连接的电极单元45。该基板41以蓝宝石为主要材料所形成。该第一披覆层42设置在该基板41的顶面，且该第一披覆层42的主要材料为具有第一型半导体性质-也就是η型半导体性质的氮化镓系化合物。该第二披覆层44的主要材料是类似该第一披覆层42的氮化镓系化合物，且不同于该第一披覆层42的第一型半导体性质，而具有第二型半导体性质-也就是ρ型半导体性质。
该发光层单元43由该第一披覆层42向该第二披覆层44方向依序包括多层交错叠置的阻障层433与厚度不大于50nm的晶体层431，和多个独立地位于每一晶体层431中的量子簇柱432。该阻障层433及该晶体层431以氮化镓系化合物为主要材料所形成，该晶体层431具有多个自该晶体层431顶面往该基板41方向凹陷的凹部434，所述凹部434 的平均径宽是Inm-lOnm，平均深度为lnm-lOnm，分布密度为1 X IOiciCnT2-S X IO13CnT2。所述量子簇柱432以氮化镓铟系化合物为主要材料，且在接受电能时会将电能转换为光能而发光。所述量子簇柱432填覆于每一晶体层431的凹部434并与每一晶体层431的顶面等高而共同界定一个实质平坦且粗糙度不大于2nm的平面。由于每一量子簇柱432是容填于每一凹部434中，而所述凹部434具有实质相近的尺寸大小，以及近似规则的分布，因此，所述量子簇柱432也具有相似尺寸大小与态样，以及近似规则的分布，从而具有较窄的发光波长范围以及整体而言较为均勻的发光均勻度。该电极单元45包括两个分别与该第一、第二披覆层42、44电连接的第一、二电极 451、452，而可将外界的电能传送至该发光层单元43。当经由该电极单元45自外界对该发光层单元43提供电能时，由于每一量子簇柱 432的大小尺寸在Inm-IOnm而可被视为准零维空间，所以可将来自第一、二披覆层42、44的电子-空穴对限位于其能阶近似的准零维空间，进而使得电子-空穴对在所述量子簇柱432 内发生光电效应时释放出具有近似波长范围的光(也就是说发光波长范围较窄)。本发明利用大量的量子簇柱432，使来自所述披覆层42、44的电子-空穴对再结合的机率增加，组件的发光效率显着提升，此外，由于所述量子簇柱432具有近似的尺寸且呈整齐分布，因此可将电能转换成波长范围窄且亮度均勻的光向外射出，从而确实改善发光二极管的发光波长范围与发光均勻度等实际发光动作的表现。上述本发明具有量子簇柱的固态发光组件的该较佳实施例，在通过以下两种制作方法的说明后，当可更佳清楚明白。参阅图4、图5，上述该较佳实施例的第一种制作方法，是先进行步骤51，在该基板 41上以外延的方式沉积形成该第一披覆层42 ；接着进行步骤52，在该第一披覆层42顶面形成一层阻障层433 ；再来进行步骤53，在该阻障层433的顶面以外延的方式形成厚度不大于50nm且具有多个独立凹部434的晶体层431，所述凹部434的平均径宽是lnm-lOnm，平均深度为Inm-lOnm，分布密度为1 X IOltlCnT2-S X IO13CnT2。其中，所述凹部4；34可利用降低外延成长温度、增加外延成长速率，及/或使用侵蚀性气体刻蚀的方式形成，此为熟习此领域人士所知，故不再多加叙述。继续进行步骤M，利用外延的方式，并根据工艺设备中相关参数的设定及控制，在该晶体层431的凹部434形成量子簇柱432，直到所述量子簇柱432的顶面与该晶体层431 的顶面共同成为该粗糙度不大于2nm的大致平坦的平面(以供后续外延工艺的进行)为止；接着是步骤55，在上述大致平坦的表面上再外延一层阻障层433，及一层具有多个凹部 434的晶体层431，并重复进行步骤54、步骤55而形成该具有多层交错叠置的阻障层433 与包覆多个量子簇柱432的晶体层431的该发光层单元43 ；然后实施步骤56，在最上层由所述量子簇柱432顶面及该晶体层431顶面共同形成的表面再往上外延形成该第二披覆层 44 ；最后是步骤57，在该第一、二披覆层42、44上设置该第一、二电极451、452而构成该电极单元45，也就制得该较佳实施例的具有量子簇柱的固态发光组件。
要特别说明的是，因为每次形成的晶体层431结构都近似，晶格最脆弱处的分布、 大小尺寸等也会实质成近似有规律的分布，所以形成于该晶体层431顶面的多个凹部434 也会成近似有规律的分布，且大小尺寸也会呈现近似，从而使得成长填覆于所述凹部434 的量子簇柱432也因此实质成近似规则的分布，同时大小尺寸也呈现近似，使所制得的固态发光组件具有发光的波长范围较窄以及发光均勻度较佳的实际发光动作表现。参阅图4、图6，上述该较佳实施例的第二种制作方法是先进行步骤61，在该基板 41的顶面以外延形成该第一披覆层42 ；接着进行的是步骤62，在该第一披覆层42的顶面利用外延法沉积形成该以氮化镓为主要材料所形成的阻障层433 ；再来是步骤63，在该阻障层433顶面以外延的方式形成一层以氮化镓铟系化合物为主要材料且厚度为Inm-IOnm 的量子簇发光层；接着进行步骤64，通入氢气及氯化氢等气体以刻蚀的方式从该量子簇发光层顶面的晶格最脆弱处开始刻蚀移除该量子簇发光层的部分结构，而使得原本完整、平坦的量子簇发光层成为多个独立地形成于该阻障层433顶面的多数量子簇柱432。然后进行的是步骤65，利用工艺设备中相关参数的控制及设定，在已形成所述量子簇柱432的阻障层433的顶面再往上外延而形成该晶体层431，直到包覆所述量子簇柱 432且该晶体层431的顶面与所述量子簇柱432的顶面可达到实质平坦且粗糙度不大于 2nm的平面(以供后续外延工艺的进行)。接着进行步骤68，在所述量子簇柱432顶面及该晶体层431顶面共同形成的平坦的表面上继续再外延一层阻障层433后，再重复地进行步骤63-65及步骤68而形成该具有多层交错层叠的阻障层433与填覆大量量子簇柱432的发光层单元43。最后依序进行的是步骤66及步骤67，在该发光层单元43上形成该第二披覆层44与分别设置第一、二电极 451,452于该第一、第二披覆层42、44上，就制得该较佳实施例所述的具有量子簇柱的固态发光组件。类似地，由于量子簇发光层结构为近似规则的分布，所以用例如刻蚀的方式亦会形成近似规律的分布且具有相似尺寸的量子簇柱432，也因此所制得的固态发光组件具有发光的波长范围较窄以及发光均勻度较佳的实际发光动作表现。经过上述说明可知，发明人主要是设计出如上述两种制作方法，通过整体的制作过程，制作出与现今利用热处理制作的类量子点的发光二极管相较而言，具有更大量且态样尺寸与分布状况皆成近似规则的量子簇柱的固态发光组件，而借着大小尺寸成近似相同、且分布亦成近似规则分布的量子簇柱432而使得产生光的波长范围更窄、整体发光均勻度更佳。参阅图7，当然本发明具有量子簇柱的固态发光组件的发光层单元43也可以仅有单一形成有多个量子簇柱432的晶体层431，不过因单一晶体层结构的固态发光组件因结构更为简单且通常仅限于实验室研究之用，故在此不再多加叙述。参阅图8、图9，上述发光层单元仅具有单一形成有多个量子簇柱432的晶体层431 的固态发光组件的制作方法，是与如图5、图6所说明的制作方法近似，不同处仅在于进行步骤58、69时是直接在该第一披覆层42上形成具有所述凹部434的晶体层431与直接在该第一披覆层42上形成量子簇发光层，且无须再实施步骤55、68的重复施作过程，在此同样地不再多加叙述。综上所述，本发明主要是设计出固态发光组件的制作方法，制作具有量子簇柱432的固态发光组件，而利用大量近似整齐排列、大小尺寸亦成近似的量子簇柱432，提高固态发光组件的内部量子效率、发光均勻度，以及较窄的发光波长范围，且由于本发明提出的制作方法是晶体层431结构具有实质相同的特性，而在进行刻蚀移除结构时能得到较现今利用热处理形成类量子点更为近似规则的结果，从而得到相近的尺寸大小与分布态样的大量量子簇柱432，进而改善固态发光组件产生光的波长范围，以及整体发光均勻度与质量，故确实能达成本发明目的。 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其特征在于该制作方法包含(a)在一块基板上形成一层具有第一型半导体性质的第一披覆层；(b)在该第一披覆层的顶面形成一层晶体层，该晶体层具有多个独立地形成于该晶体层顶面的凹部；(c)自所述凹部填覆满在提供电能时产生光的量子簇柱，而使该晶体层顶面与所述量子簇柱顶面共同成为一个实质平坦的平面；(d)自该实质平坦的平面向上形成一层具有第二型半导体性质的第二披覆层；及(e)形成一组与该第一、二披覆层电连接而可自外界对该形成有多个量子簇柱的晶体层提供电能的电极单元。
2.根据权利要求1所述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其特征在于该步骤(b)是以外延方式自该第一披覆层顶面向上形成厚度不大于50nm且具有所述凹部的晶体层。
3.根据权利要求2所述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其特征在于该步骤(b)中所述凹部的直径是Inm-lOnm、深度是Inm-lOnm，且分布密度是 1 X 10lclcm_2-5 X 1013cm_2。
4.根据权利要求3所述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其特征在于该步骤(c)以外延方式形成所述量子簇柱而使得该晶体层顶面与所述量子簇柱顶面共同成为粗糙度不大于2nm的平面。
5.根据权利要求1或4中任一权利要求所述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其特征在于该制作方法还包括一个步骤(f)，在实施该步骤(d)形成该第二披覆层之前，形成有所述量子簇柱的该晶体层上依序再形成一层阻障层及一层具有多个凹部的晶体层后重复实施该步骤(c)，而形成多层分别填覆有所述量子簇柱的晶体层。
6.一种具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其特征在于该制作方法包含(a)在一块基板上形成一层具有第一型半导体性质的第一披覆层；(b)在该第一披覆层的顶面向上形成一层量子簇发光层；(c)移除该量子簇发光层部分结构而成为多个独立并在接受电能时产生光子的量子簇柱；(d)自该第一披覆层的顶面向上形成一层供所述量子簇柱嵌填其中的晶体层，直到该晶体层的顶面与所述量子簇柱的顶面共同成为一个实质平坦的平面；(e)自该实质平坦的平面向上形成一层具有第二型半导体性质的第二披覆层；及(f)形成一组与该第一、二披覆层电连接而可自外界对该形成有多个量子簇柱的晶体层提供电能的电极单元。
7.根据权利要求6所述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其特征在于该步骤(b)以外延方式在该第一披覆层顶面形成厚度为Inm-IOnm的量子簇发光层。
8.根据权利要求7所述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其特征在于该步骤(c)中所述量子簇柱其外径为Inm-lOnm、高度为Inm-lOnm，且分布密度是 1 X 10lclcm_2-5 X 1013cm_2。
9.根据权利要求8所述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其特征在于该步骤(d)以外延方式形成该晶体层而使得该晶体层顶面与所述量子簇柱顶面共同成为粗糙度是不大于2nm的平面。
10.根据权利要求6或9中任一权利要求所述的具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，其特征在于该制作方法还包括一个步骤(g)，该步骤(g)是在实施该步骤(e)形成该第二披覆层之前，于该晶体层顶面与所述量子簇柱顶面依序再形成一层阻障层及一层量子簇发光层后重复实施该步骤(c)、(d)，而成为多层叠置且分别形成有所述量子簇柱的晶体层。
11.一种具有量子簇柱的固态发光组件，包含一块基板、一层以具有第一型半导体性质的材料形成在该基板上第一披覆层、一层形成于该第一披覆层上的发光层单元、一层以具有第二型半导体性质的材料形成在该发光层单元上的第二披覆层，及一组与该第一、二披覆层电连接而可自外界对该发光层单元提供电能的电极单元；其特征在于该发光层单元还包括至少一层晶体层，及多个在供电时产生光子的量子簇柱，该晶体层的顶面具有多个分别间隔形成的凹部，所述量子簇柱分别相对应地填满所述凹部，且所述量子簇柱的顶面与该晶体层顶面共同成为一个实质平坦的平面。
12.根据权利要求11项所述的具有量子簇柱的固态发光组件，其特征在于该晶体层的厚度不大于50nm。
13.根据权利要求12所述的具有量子簇柱的固态发光组件，其特征在于所述凹部的平均径宽是Inm-lOnm，平均深度是Inm-lOnm，且分布密度是1 X IOiciCnT2-S X IO13CnT2。
14.根据权利要求13所述的具有量子簇柱的固态发光组件，其特征在于所述量子簇柱顶面与该晶体层顶面共同界定的平面的粗糙度为不大于2nm
15.根据权利要求14所述的具有量子簇柱的固态发光组件，其特征在于该发光层单元的晶体层是先在该第一披覆层的顶面形成一层平整的晶体层后，粗化该晶体层顶面而使该晶体层顶面形成多个独立的凹部。
16.根据权利要求14所述的具有量子簇柱的固态发光组件，其特征在于该晶体层与所述量子簇柱是先在该第一披覆层的顶面向上形成一层量子簇发光层后，移除该量子簇发光层部分结构而成为所述独立的量子簇柱，然后再自该第一披覆层的顶面向上形成该晶体层而构成。
全文摘要
本发明是有关于一种具有量子簇柱的固态发光组件的制作方法，先在基板顶面形成第一披覆层，接着在第一披覆层上形成嵌填有多层将电能转换为光能的量子簇柱的晶体层，然后在晶体层顶面及量子簇柱顶面共同形成的平坦表面上形成第二披覆层，最后设置电极单元，即制得具有量子簇柱的固态发光组件；本发明制作方法制得的固态发光组件因为实际产生光子的大量量子簇柱是呈近似规则的分布与近似的大小尺寸，所以可以有效提升内部量子效率与限缩发光波长范围，而具有更佳的发光动作表现。
文档编号H01L33/00GK102468383SQ201110289739
公开日2012年5月23日 申请日期2011年9月20日 优先权日2010年11月9日
发明者梁文灯, 陈铭胜 申请人:隆达电子股份有限公司