发光二极管及其制造方法

发光二极管及其制造方法
【专利摘要】本发明揭露一种发光二极管及其制造方法，发光二极管依序包含基板、第一型半导体层、结构层、发光层、第二型半导体层、第一型接触垫、透明导电层及第二型接触垫。其中，结构层是由一具梯形侧壁的发光二极管堆叠结构以及多个纳米柱自梯形侧壁向外延伸的规则排列的纳米柱所构成。
【专利说明】发光二极管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种发光二极管及其制造方法，且特别是有关于一种具有纳米柱状结构的发光二极管及其制造方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light emitting diodes, LEDs)因为具有使用寿命长且体积小的特点，使得近年来已经广泛应用于照明设备。然而，若要取代目前的照明设备，仍需要进一步改进发光效率，以制造更高亮度的发光二极管。
[0003]对于发光二极管的结构而言，制造方法为连续式的磊晶形成，故多重量子井层的结构为一平台结构，使得发光效果受限于与基板的相同面积。已知技术中，在多重量子井层形成纳米结构，以增加表面积，提高发光二极管的亮度。然而，因为纳米结构散乱无序，导致光型散乱，发光效果仍然不佳。

【发明内容】

[0004]因此，本发明的一方面是在提供一种发光二极管，其结构包含基板、缓冲层、结构层、透明导电层，第一型接触垫及第二型接触垫。其中基板表面形成一缓冲层，且包括第一区域及第二区域。第一型半导体层包括第一部分及第二部分分别为在第一区域和第二区域。结构层位于缓冲层上的第二区域，且此结构层包含第一型半导体层的第二部分、发光层及第二型半导体层，发光层位于第一型半导体层的第二部分上，第二型半导体层位于发光层上。上述的结构层是由一具梯形侧壁的发光二极管堆叠结构以及多个纳米柱自梯形侧壁向外延伸的规则排列的纳米柱所构成。第一型接触垫位于第一区域中的第一型半导体层上。透明导电层位于结构层的第二区域中的平台结构上。第二型接触垫位于透明导电层上。
[0005]依据本发明一实施例，上述的多个纳米柱状结构的直径与结构层厚度的比值介于
0.01至I之间，且多个纳米柱的间距为Inm至500nm。
[0006]依据本发明另一实施例，基板是一蓝宝石基板或一含娃基板，而位于基板上的缓冲层是一未掺杂氮化物半导体所构成。
[0007]依据本发明又一实施例，第一型半导体层是一 N型半导体层，第二型半导体层是一P型半导体层。其中N型半导体层是由掺有N型杂质的氮化物半导体所构成，P型半导体层是由掺有P型杂质的氮化物半导体所构成。第一型半导体层是一 N型氮化镓层，该第二型半导体层是一 P型氮化镓层。
[0008]依据本发明一实施例，发光层是一多重量子井层，且是由至少一氮化镓层以及至少一氮化铟镓层所组成。
[0009]因此，本发明的一方面是在提供一种制造发光二极管的方法，此方法包含如下。提供基板。利用磊晶制程，在基板上依序生长缓冲层、第一型半导体层、发光层及第二型半导体层。利用微影蚀刻制程定义第一型半导体层、发光层及第二半导体层，形成一裸露出第一型半导体层的第一区域，并在第一区域以外的位置形成一由第一型半导体层、发光层以及第二半导体层所构成的平台。形成多个等间隔规则排列的纳米罩幕于该平台上。形成一梯形硬罩幕该平台上，覆盖预定形成一发光二极管堆叠结构位置的纳米结构。施以非等向性蚀刻制程，并以第一型半导体层为蚀刻终点，去除未被梯形硬罩幕及纳米罩幕所遮蔽的平台，使得平台形成一具有梯形侧壁的发光二极管堆叠结构及多个纳米柱自梯形侧壁向外延伸的规则排列的纳米柱。去除梯形罩幕及纳米罩幕。形成透明导电层于具有梯形侧壁的发光二极管堆叠结构的第二型半导体层上。形成第一型接触垫于第一区域的第一型半导层上。形成第二型接触垫于透明导电层上。
[0010]依据本发明一实施例，上述的形成纳米罩幕的方法，可通过纳米压印或微影蚀刻完成。纳米罩幕是由绝缘层所构成，且绝缘层可为氧化硅(SiOx)或氮化系硅氮化物(SixNy)。
[0011]依据本发明一实施例，蚀刻方法为干蚀刻法或湿蚀刻法。
[0012]依据本发明另实施例,上述的非等向性蚀刻制程为感应I禹合等离子(InductivelyCoupled Plasma, ICP)蚀刻或反应性离子蚀刻(Reactive 1n Etching, RIE)。
[0013]上述
【发明内容】
旨在提供本发明的简化摘要，以使阅读者对本发明具备基本的理解。此
【发明内容】
并非本发明的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键元件或界定本发明的范围。在参阅下文实施方式后，本发明所属【技术领域】中具有通常知识者当可轻易了解本发明的基本精神及其他发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施方式。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下:
[0015]图1A至图1I是绘 示依照本发明一实施方式的一种发光二极管的制造流程剖面示意图。
[0016]【主要元件符号说明】
[0017]100:发光二极管150:绝缘层
[0018]110:基板152:纳米粒子
[0019]112:缓冲层154:纳米罩幕
[0020]114:第一区域170:梯形硬罩幕
[0021]116:第二区域172:发光二极管堆叠结构
[0022]120:第一型半导体层174:梯形侧壁
[0023]122:第一部分180:纳米柱状结构
[0024]124:第二部分190:透明导电层
[0025]126:结构层192:第一型接触垫
[0026]130:发光层194:第二型接触垫
[0027]140:第二型半导体层
[0028]142:平台结构
【具体实施方式】[0029]为了使本发明的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。
[0030]在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，为简化附图，熟知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。
[0031]请参照图1I，其是绘示依照本发明一实施方式的一种发光二极管结构的剖面示意图。如图1I所示，此发光二极管100包含基板110、缓冲层112、结构层126、透明导电层190、第一型接触垫192、及第二型接触垫194。其中基板110表面形成一缓冲层112，且包括第一区域114及第二区域116。第一型半导体层120包括第一部分122及第二部分124分别为在第一区域114和第二区域116。结构层126位于缓冲层112上的第二区域116，其中，结构层126包含第一型半导体层120的第二部分124、发光层130及第二型半导体层140。发光层130位于第一型半导体层120的第二部分124上。第二型半导体层140位于发光层130上。上述的结构层126是由一发光二极管堆叠结构172及多个纳米柱状结构(纳米柱)180构成，其中，多个纳米柱180是由梯形侧壁174向外延伸的规则排列的纳米柱180所构成。第一型接触垫192位于第一区域114中的第一型半导体层120上。透明导电层190位于结构层126的第二区域116中的发光二极管堆叠结构172上。第二型接触垫194位于透明导电层190上。
[0032]基板110的材料为蓝宝石基板、含硅基板、玻璃基板、石英基板其他合适的材料或上述的组合。
[0033]缓冲层112是一未掺杂氮化物半导体所构成，材料为任一II1- V族半导体化合物或I1-VI族半导体化合物。在一实施例中，缓冲层112为一未掺杂的氮化镓化合物层。
[0034]结构层126包含第一型半导体120的第二部分124、发光层130及第二型半导体层140。第一半导体层120是一 N型半导体层，由掺有N型杂质的氮化物半导体所构成，材料为任一 II1-V族半导体化合物或I1-VI族半导体化合物。在一实施例中，第一型半导体层120是一 N型氮化镓层。
[0035]发光层130是一多重量子井层(Multiquantum Well ;MQW)。在一实施例中，多重量子井层是由至少一氮化镓层以及至少一氮化铟镓层所组成。
[0036]第二型半导体140层是一 P型半导体层，由掺有P型杂质的氮化物半导体所构成，材料为任一 II1-V族半导体化合物或I1-VI族半导体化合物。在一实施例中，第二型半导体层140是一 P型氮化镓层。
[0037]在另一实施例中，上述的多个纳米柱180的直径与结构层厚度的比值介于0.01至I之间，较佳为0.05至0.1之间。在又一实施例中，规则排列的多个纳米柱180的间距为Inm至500nm,较佳为IOnm至IOOnm之间。
[0038]请参照图1A至图1I，其绘示依照本发明一实施方式的一种发光二极管100的制造流程首1J面不意图。
[0039]请参照图1A。首先，提供基板110，并利用磊晶制程，在基板110上依序生长缓冲层112、第一型半导体层120、发光层130及第二型半导体层140。在一实施例中，生长缓冲层112、第一型半导体层120、发光层130及第二型半导体层140的方法可为化学气相沉积或有机金属化学气相沉积。
[0040]请参照图1B。利用微影蚀刻制程定义第一型半导体层120、发光层130及第二型半导体层140，形成一裸露出第一型半导体层120的第一区域114，并在第一区域114以外的位置形成一由第一型半导体层130、发光层140以及第二半导体层150所构成的平台结构142。蚀刻的方法为干式蚀刻(dry etching)或湿式蚀刻(wet etching)。其中，干式蚀刻为非等向性(anisotriic)蚀刻。
[0041]请参考图1C，先形成一绝缘层150于平台结构142上，再涂布多个纳米粒子152规则排列于绝缘层150上。在一实施例中，绝缘层150为氧化硅(SiOx)或氮化系硅氮化物(SixNy) ο上述的纳米粒子152可为金属纳米球,例如镍(Ni)金属纳米球,其可依实际需求，选用酸蚀刻液移除金属纳米球。
[0042]请参照图1D，形成多个等间隔规则排列的纳米罩幕154于平台结构142上。上述的形成纳米罩幕154的方法，可通过纳米压印或微影蚀刻完成，并且去除纳米粒子152。在一实施例中，蚀刻方法反应性离子蚀刻法(Reactive ion etching, RIE)。在另一实施例中，可依实际需求，任意变化纳米罩幕的形状，以因应所需要的光型。
[0043]请参照图1E。使用任何已知的方法形成一梯形硬罩幕170于平台结构142上，覆盖预定形成一发光二极管堆叠结构位置的纳米结构。
[0044]请参照图1F。施以非等向性蚀刻制程，并以第一型半导体层120为蚀刻终点，去除未被梯形硬罩幕170及纳米罩幕154所遮蔽的平台，使得平台结构142形成一具有梯形侧壁174的发光二极管堆叠结构172及多个纳米柱180自梯形侧壁174向外延伸的规则排列的纳米柱180。其中，纳米柱180的高度可以实际情况调整，取决于蚀刻时间，并以第一型半导体层120为蚀刻终点。在一实施例中，上述的非等向性蚀刻制程为感应耦合等离子(Inductively Coupled Plasma, ICP)蚀刻或反应性离子蚀刻(Reactive 1nEtching, RIE)。在另一实施例中，蚀刻速率为约100埃/分钟至约3000埃/分钟，较佳为约1500埃/分钟至约2500埃/分钟，更佳为约2000埃/分钟。
[0045]请参照图1G，可使用任何已知的方法去除梯形硬罩幕170及纳米罩幕154。在一实施例中，采用湿蚀刻的方法，利用氢氟酸(HF)和氟化氨(NH4F)的混合溶液,为BOE溶液，用以去除梯形硬罩幕170及纳米罩幕154。
[0046]请参照图1H。形成透明导电层190于具有梯形侧壁174的发光二极管堆叠结构172的第二型半导体层140上。
[0047]请参照图1I。形成第一型接触垫192于第一区域114的第一型半导层120，以及形成第二型接触垫194于透明导电层190上。
[0048]依据上述所揭露的实施方式，本案提出发光二极管结构具有规则排列的多个纳米柱状结构，并且分布范围包括梯形侧壁和第二导电层上，使得发光二极管出光一致，而且能增加发光二极管的亮度，可改善已知发光二极管的发光效率不足的问题。
[0049]虽然本发明已以实施方式揭露如上，并用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。鉴于从属权利要求所定义，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，各种的改变、取代或交替方式，皆不偏离本实施方式的精神与范围。
【权利要求】
1.一种发光二极管，其特征在于，包含: 一基板，其表面形成有一缓冲层，该基板包括有一第一区域及一第二区域； 一第一型半导体层，包括有一第一部分以及一第二部分分别位于该第一区域和该第二区域； 一结构层，位于该缓冲层上的该第二区域，包含: 该第一型半导体层的该第二部分； 一发光层，其位于该第一型半导体层的该第二部分上；以及 一第二型半导体层，其位于该发光层上， 其中该结构层是由一具梯形侧壁的发光二极管堆叠结构以及多个自该梯形侧壁向外延伸的规则排列的纳米柱状结构所构成； 一透明导电层，其位于该结构层的第二区域中的该发光二极管堆叠结构上； 一第一型接触垫，其位于该第一区域中的该第一部分的该第一型半导体层上；以及 一第二型接触垫，其位于该透明导电层上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，各所述纳米柱状结构的直径与该结构层厚度的比值介于0.01至I之间。
3.根据权利要求2所述的发光`二极管，其特征在于，所述多个纳米柱的间距为Inm至500nmo
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该基板是一蓝宝石基板或一含娃基板。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该缓冲层是一未掺杂氮化物半导体所构成。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该第一型半导体层是一N型半导体层，该第二型半导体层是一 P型半导体层。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，该N型半导体层是由掺有N型杂质的氮化物半导体所构成，该P型半导体层是由掺有P型杂质的氮化物半导体所构成。
8.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，该第一型半导体层是一N型氮化镓层，该第二型半导体层是一 P型氮化镓层。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该发光层是一多重量子井层。
10.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于，该多重量子井层是由至少一氮化镓层以及至少一氮化铟镓层所组成。
11.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包含: 提供一基板； 利用磊晶制程，在该基板上依序生长一缓冲层、一第一型半导体层、一发光层以及一第二型半导体层； 利用微影蚀刻制程定义该第一型半导体层、该发光层以及该第二型半导体层，形成一裸露出该第一型半导体层的第一区域，并在该第一区域以外的位置形成一由该第一型半导体层、该发光层以及该第二型半导体层所构成的平台结构； 形成多个等间隔规则排列的纳米罩幕于该平台结构上； 形成一梯形硬罩幕于该平台上，覆盖预定形成一发光二极管堆叠结构位置的所述多个纳米罩.; 施以一非等向性蚀刻制程，并以该第一型半导体层为蚀刻终点，去除未被该梯形硬罩幕以及所述多个纳米罩幕所遮蔽的该平台结构，使得该平台形成一具有梯形侧壁的发光二极管堆叠结构以及多个纳米柱自该梯形侧壁向外延伸的规则排列的纳米柱状结构； 去除该梯形罩幕以及所述多个纳米罩幕； 形成一透明导电层于该具有梯形侧壁的发光二极管堆叠结构的该第二型半导体层上； 形成一第一型接触垫于该第一区域的该第一型半导层上；以及 形成一第二型接触垫于该透明导电层上。
12.根据权利要求11所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，形成所述多个纳米罩幕的方法，可通过纳米压印或微影蚀刻完成。
13.根据权利要求12所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该纳米罩幕是由绝缘层所构成。
14.根据权利要求13所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该绝缘层可为氧化硅或氮化系硅氮化物。
15.根据权利要求12所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该蚀刻方法为干蚀刻法或湿蚀刻法。
16.根据权利要求11所述的发 光二极管的制造方法，其特征在于，该非等向性蚀刻制程为感应耦合等离子蚀刻或反应性离子蚀刻。
【文档编号】H01L33/24GK103489978SQ201210407259
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年10月24日 优先权日:2012年6月7日
【发明者】余长治, 唐修穆, 林孟毅 申请人:隆达电子股份有限公司