专利名称：发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管(LEDs)的系统及其形成方法，特别涉及具有 多结晶的含硅材料作为成核层(nucleation layer)的LED系统及其形成方法。
背景技术：
通常，LED是通过在基底上形成活性区域以及在基底上沉积各种导电及 半导体层来制造。通过p-n结的电流，空穴对的辐射重组可用来产生电磁辐 射。由例如GaAs或GaN的直接能隙材料制造的顺向偏压p-n结中，注入耗 尽区的空穴对重组，会造成电磁辐射的发射。此电磁辐射可能落在可见光区 或是非可见光区的范围。LED的不同颜色可使用不同能隙材料来形成。再者， 在非可见光区发射电磁辐射的LED，可使非可见光导向磷光透镜或类似的材 料。当非可见光被磷光吸收时，此磷光会发出可见光。
通常通过在基底上形成低温非导电性的非晶质膜以在基底上形成LED 的活性区域，然后将此膜作为成核层以成长第一外延哮触层、活性层及第二 外延层。然而，使用低温非晶质材料，需要更多的时间来成长低温非晶质材 料，此会增加外延成长的成本。
因此有需要一种能够快速且更省成本的不同层，来外延成长LED元件。
发明内容
本发明实施例提供一种发光二极管(LEDs)具有多结晶层作为成核层，可 解决或防止上述问题，并达到技术上优势。
本发明的实施例提供一种发光二极管，包括 一基底； 一多结晶层，位 于该基底上，该多结晶层含有硅； 一第一接触层，位于该多结晶层上； 一活 性层，位于该第一接触层上；以及一第二接触层，位于该活性层上。
本发明的另一实施例提供一种发光二极管，包括:一基底； 一第一层，位 于该基底上，该第一层包括导电多结晶材料； 一第一接触层，位于该第一层上； 一活性层，位于该第一接触层上；以及一第二接触层，位于该活性层上。 本发明的再一实施例提供一种发光二极管，包括 一基底； 一多结晶层， 位于该基底上，该多结晶层具导电性且包括含硅材料； 一第一接触层，位于 该多晶硅层上； 一活性层，位于该第一接触层上；以及一第二接触层，位于 该活性层上。
本发明的优点在于减少外延成长的成本，减少形成成核层所需时间。而 且此多结晶层更适合用于垂直芯片的制造。
图1显示本发明的一优选实施例，一基底与位于此基底上的一多结晶层; 图2显示本发明的一优选实施例， 一第一接触层在此多结晶层上形成； 图3显示本发明的一优选实施例， 一活性层在此第一接触层上形成；以
及
图4显示本发明的一优选实施例， 一第二接触层在此活性层上形成。
上述附图中的附图标记说明如下-
101 基底
103 多结晶层
201 第一接触层
301~活性层
401 第二接触层
具体实施例方式
本发明的优选实施例及其使用如下详述。本发明提供多种应用本发明概 念而落实于多种特定技术内容。此述特定的优选实施例仅说明特定方式的本 发明的制造及使用，并不限定本发明的范围。
本发明提供一种发光二极管的优选实施例。但本发明也可应用于其他外 延成长层。
图1显示一基底101与一多结晶层103，此多结晶层103位于基底101 之上。基底101优选包含非导电性基底，例如无掺质的硅、蓝宝石、MgA1204、 氧化物单结晶、其组合或类似的材料。在另一实施例中，可使用掺有想要的导电性的导电基底，例如GaN、 Si、 Ge、 SiC、 SiGe、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 GaP、 GaAs、其组合或类似的材料。
多结晶层103优选在基底101上形成。多结晶层103优选包括多结晶的 含硅材料，例如多晶硅、Sil-xGex、或Sil-xCx。多结晶层103优选为经由 例如分子束外延(molecular beam epitaxy; MBE)、氢化物气相外延(hydride vapor phase epitaxy; HVPE)、液相夕卜延(liquid phase epitaxy; LPE)或类4以的方 法等外延工艺形成。也可使用其他工艺，例如化学气相沉积(chemical vapor deposition; CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition; PVD)或低压化学 气相沉积(low-pressure chemical vapor deposition; LPCVD)形成多结晶层103。
多结晶层103优选掺入掺质使其具导电性。在一实施例中，制造p-up LED时，优选在多结晶层103掺入n型掺质，例如磷、砷、锑或类似的元素。 然而，也可根据多结晶层103所需的导电性来选择p型掺质以形成n-upLED。 在形成多结晶层103时，掺质最好是作为前驱物导入多结晶层103之中。然 而，也可使用其他的适当方法掺入多结晶层103中，例如使用离子注入、离 子扩散其组合或类似的方法。多结晶层103优选的掺质浓度为约 lxl015ions/cm3至约lxl019ions/cm3，更佳的掺质浓度为约5xl016ions/cm3。 通过使多结晶层103具有导电性，可用于垂直芯片的制造。
多结晶层103形成的优选厚度为约5nm至约100nm，更佳的厚度为约 30nm。此厚度优选为使用SiH4、 GeH4、或CH4的化学前驱物，在约1托至 约760托压力(优选为约10托)、约30(TC至约800'C(优选约60(TC)的温度下， 经由化学气相沉积法形成多结晶层103。
图2显示位于多结晶层103上的第一接触层201的形成，此多结晶层 103作为成核层。第一接触层201优选形成需要发光的二极管的一部分，且 第一接触层201优选包含III-V族化合物。如此名词所示，III-V族化合物包 含III族元素及V族元素，且包含例如GaN、 InN、 A1N、 AlxGa(l-x)N、 Abdn(l-x)N、 AlxInyGa(l-x-y)N、其组合或类似的化合物，这些化合物掺有 第一导电型的掺质(例如n-GaN)。
形成第一接触层201时，优选使用上述多结晶层103作为成核层，且利 用例如金属有机化学气相沉禾只(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD)的外延成长工艺来形成，因而多结晶层103的晶体结构会延伸至第一接触层201。然而，也可使用其他工艺，例如MBE、 HVPE、 LPE等来形 成第一接触层201 。此第一接触层201形成的优选厚度为约1 ii m至约6 ii m， 更佳的厚度为约m。第一接触层201优选在形成的同时临场(in-situ)掺入， 且使浓度达到约lxl016ions/cm3至约lxl019ions/cm3，优选掺入浓度为约 lxl018ions/cm3。也可使用例如离子注入或扩散等其他方法掺入掺质。
通过以上述多结晶层103作为成核层成长第一接触层201的话，可使用 较高的温度成长。另外，成长第一接触层201所需时间较短，可减少相关外 延的成本。
图3显示位于第一接触层201上的活性层301的形成。此活性层301被 设计为用来控制使产生的光达到想要的波长。例如经由调整及控制此活性层 301的元素组成比例，可调整活性层301的材料能隙，借以调整LED发光的
光波长。
活性层301优选包含多量子阱(multiple quantum wells; MQW)。活性层 301的MQW结构可包括例如InGaN、 GaN、 AlxInyGa(l-x-y)N (0^X^ l)层 等。活性层301可包含任何数量的量子阱，例如3个或5个量子阱，优选各 为约30至约100A的厚度。MQW优选使用此第一接触层201作为缓冲层， 且以金属有机化学气相沉积(MOCVD)进行外延成长，但也可使用MBE、 HVPE、 LPE或类似的方法等其他工艺。
图4显示第二接触层401在活性层上形成。此第二接触层401优选形成 发光二极管的第二部分，且第二接触层401与此第一接触层201连结。此第 二接触层401优选包括III-V族化合物，例如GaN、 InN、 A1N、 AlxGa(l-x)N、 Abdn(l-x)N、 AlxInyGa(l-x-y)N、其组合或类似的化合物，这些化合物掺入 与第一接触层201的第一导电型相反的第二导电型掺质(例如p-GaN)。
第二接触层401优选经由例如MOCVD外延成长过程而形成。或也可使 用其他步骤例如MBE、 HVPE、 LPE等。此第二接触层401优选具有约0.1 um至约2lim厚度，优选具有约0.3um厚度，优选在形成第二接触层401 的同时临场(in-situ)掺入掺质，且使掺质的浓度成为约lxl017ions/cm3至约 lxl021ions/cm3，优选掺质浓度为约lxl019ions/cm3，也可使用例如离子注 入或扩散等其他方法。
如此技术领域的普通技术人员所知，上述实施例中，发光二极管形成具有n型导电性的第一接触层201与具有p型导电性的第二接触层401，此仅 为本发明单一可能的实施例。在另一实施例中，也可使用具有p型导电性的 第一接触层201与具有n型导电性的此第二接触层401形成发光二极管。本 发明可使用任何p型与n型导电性组合，这些组合皆包含于本发明的范围。
之后，可进行一些工艺以完成LED装置的制造。例如在第一与第二接 触层201与401上各形成电子接触(前面和/或后面接触)，也可以形成保护层， 再者，LED装置也可以进行裸片化以及封装。
也值得注意的是，上述实施例是使用多结晶层以形成LED装置。也可 以视需要在此多结晶层上外加其他层，例如分布布拉格反射器(distributed Bragg reflector)。分布布拉格反射器一般包括具有不同反射系数的多数层， 其使来自LED结构的发光被反射，因而可增加LED装置顶端发出的光。另 外，反射缓冲层也可使用于分布布拉格反射器或者取代分布布拉格反射器。
_ LED构造可根据使用的材料及用途而不同。可预期多种LED结构可作 为本发明实施例，其提供导电性的含硅结晶结构来形成LED结构。
虽然本发明及其优点已详细说明，但在不偏离本发明权利要求的精神与 范畴下，可进行改变、取代及置换。例如上述多种特征与功能可使用不同材 料或方法实施，但仍然属于本发明的范畴。
再者，本发明的范畴不意图限制于说明书公开的过程、机制、制造、物 质组成、工具、方法及步骤等特定实施例。本领域普通技术人员将可轻易由 本说明书所公开者、过程、机制、制造、物质组成、工具、方法或步骤、目 前存在或之后可发展例如本实施例地实质进行相同功能或实质达到相同结 果。因此，所附权利
权利要求
1.一种发光二极管，包括一基底；一多结晶层，位于该基底上，该多结晶层含有硅；一第一接触层，位于该多结晶层上；一活性层，位于该第一接触层上；以及一第二接触层，位于该活性层上。
2. 如权利要求1所述的发光二极管
3. 如权利要求1所述的发光二极管
4. 如权利要求1所述的发光二极管物。
5. 如权利要求1所述的发光二极管
6. 如权利要求1所述的发光二极管
7. 如权利要求1所述的发光二极管
8. 如权利要求1所述的发光二极管
9. 一种发光二极管，包括 一基底；一第一层，位于该基底上，该第一层包括导电多结晶材料； 一第一接触层，位于该第一层上； 一活性层，位于该第一接触层上；以及 一第二接触层，位于该活性层上。
10. 如权利要求9所述的发光二极管，其中该导电多结晶材料包括硅。
11. 如权利要求9所述的发光二极管，其中该第一层包括多晶硅。
12. 如权利要求9所述的发光二极管，其中该第一接触层包括第III族氮 化物。
13. 如权利要求9所述的发光二极管，其中该基底包括导电材料。
14. 如权利要求9所述的发光二极管，其中该基底包括非导电材料。，其中该多结晶层包括多晶硅。 ，其中该多结晶层为导电性。，其中该第一接触层包括第m族氮化,其中该多结晶层包括Sil-xGex。 ，其中该基底包括硅。 ，其中该基底包括导电材料。 ，其中该基底包括非导电材料。
全文摘要
本发明提供一种发光二极管，包括一基底；一多结晶层，位于该基底上，该多结晶层含有硅；一第一接触层，位于该多结晶层上；一活性层，位于该第一接触层上；以及一第二接触层，位于该活性层上。本发明的优点在于减少外延成长的成本，减少形成成核层所需时间。而且此多结晶层更适合用于垂直芯片的制造。
文档编号H01L33/00GK101577302SQ20091013405
公开日2009年11月11日 申请日期2009年4月8日 优先权日2008年5月5日
发明者余佳霖, 余振华, 邱文智, 陈鼎元 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司