发光二极管的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种发光二极管，其包括第一型掺杂氮化镓基板、第一型半导体层、主动层、第二型半导体层以及第一电极与第二电极。第一型掺杂氮化镓基板具有一第一掺杂元素。第一型半导体层位于第一型掺杂氮化镓基板上，第一型半导体层具有不同于第一掺杂元素的第二掺杂元素，且第二掺杂元素于第一型掺杂氮化镓基板与第一型半导体层之间的界面具有掺杂浓度的峰值为3E18/cm3至1E20/cm3。主动层位于第一型半导体层上，第二型半导体层位于主动层上。第一电极与该第二电极分别位于第一型掺杂氮化镓基板与第二型半导体层上。另提供多种发光二极管。
【专利说明】发光二极管
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发光二极管，是涉及一种可提高发光效率的发光二极管（light emittingdiode,简称LED) 〇
【背景技术】
[0002] 发光二极管是一种半导体元件，主要是由III-V族元素化合物半导体材料所构 成。因为这种半导体材料具有将电能转换为光的特性，所以对这种半导体材料施加电流时， 其内部的电子会与空穴结合，并将过剩的能量以光的形式释出，而达成发光的效果。一般 而言，在发光二极管中，以单晶蓝宝石为基板（Sapphiresubstrate)的蓝绿光发光二极管 正主宰着液晶显示器与照明市场。此种发光二极管的主动层目前主要以氮化镓与氮化铟 镓（GaN/InGaN)材料外延成长（Epitaxialgrowth)于蓝宝石基板上，然而，由于此种以氮 化镓外延成长的薄膜和蓝宝石基板之间因晶格常数彼此不匹配属于异质外延，因此将造成 氮化物薄膜中产生极高的缺陷密度（约IO9CnT2至IOiciCnT2)，以及因热传导效率不佳（0. 3W/ cmK)、热膨胀系数的差异过大的情形，其因而产生的残余应力将导致芯片弯曲甚至严重断 裂的问题，影响高效率发光二极管的发展。
[0003] 另外，发光二极管中产生的光容易因氮化镓与空气之间的折射率差而使得仅 有约4. 54%的光可顺利地从氮化镓表面出射至空气中。如此一来，低光粹取率（light extractionefficiency)将使得发光二极管的外部量子效率大幅降低，因此业界亟待开发 一种同时具有高效率及高光萃取率的发光二极管。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种发光二极管，其发光二极管是成长于一同质η型掺杂 氮化镓薄膜的表面，其同质成长将可大幅度的降低缺陷密度，其η型氮化物半导体为不同 两种掺杂物（硅和氧）组成，其硅掺杂和氧掺杂η型氮化物半导体接面处符合一特定关系 可有效改善界面处浓度减少的问题，提升LED效能。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种发光二极管元件的制作方法，其在氮化镓薄膜的 N-face表面利用湿蚀刻技术制作几何结构，其结合结构在特定范围内可有效提升光萃取 率，其几何结构密度大于或等于所制作薄膜的缺陷密度，其发光二极管厚度为70?200um。
[0006]为达上述目的，本发明提出一种发光二极管，其包括第一型掺杂氮化镓基板、第一 型半导体层、主动层、第二型半导体层以及第一电极以及一第二电极。第一型掺杂氮化镓基 板具有一第一掺杂元素。第一型半导体层位于第一型掺杂氮化镓基板上，第一型半导体层 具有一不同于第一掺杂元素的一第二掺杂元素，且第二掺杂元素于第一型掺杂氮化镓基板 与第一型半导体层之间的界面具有一掺杂浓度的峰值为3X1018/cm3至lX102°/cm3。主动层 位于第一型半导体层上。第二型半导体层位于主动层上。第一电极与第二电极分别位于第 一型掺杂氮化镓基板与第二型半导体层上。
[0007] 本发明提出另一种发光二极管，其包括第一型掺杂氮化镓基板、第一型半导体层、 主动层、第二型半导体层以及第一电极以及一第二电极。第一型掺杂氮化镓基板具有一第 一掺杂元素。第一型半导体层位于第一型掺杂氮化镓基板上，第一型半导体层具有一不同 于第一掺杂元素的一第二掺杂元素，且在第一型掺杂氮化镓基板与第一型半导体层之间的 界面，第二掺杂元素的掺杂浓度相对于第一掺杂元素的掺杂浓度的比值为〇. 38至1000。主 动层位于第一型半导体层上。第二型半导体层位于主动层上。第一电极与第二电极分别位 于第一型掺杂氮化镓基板与第二型半导体层上。
[0008] 本发明提出再一种发光二极管，其包括第一型掺杂氮化镓基板、第一型半导体层、 主动层、第二型半导体层以及第一电极以及一第二电极。第一型掺杂氮化镓基板具有一第 一掺杂元素。第一型半导体层位于第一型掺杂氮化镓基板上，第一型半导体层具有一不同 于第一掺杂元素的一第二掺杂元素，且在第一型掺杂氮化镓基板与第一型半导体层之间的 界面，第二掺杂元素的掺杂浓度变化值相对于厚度的数值为I.OxlO2Vcm4至I. 0xl026/Cm4。 主动层位于第一型半导体层上。第二型半导体层位于主动层上。第一电极与第二电极分别 位于第一型掺杂氮化镓基板与第二型半导体层上。
[0009] 基于上述，本发明通过在氮化镓基板上成长同质的第一型半导体层，使第一型半 导体层中掺杂元素的掺杂浓度满足特定关系、或使第一型半导体层中掺杂元素的掺杂浓度 随厚度的变化值满足特定关系、或使第一型半导体层中掺杂元素的掺杂浓度相对于氮化镓 基板中掺杂元素的掺杂浓度满足特定关系，通过上述任一技术手段或其组合可以有效改善 界面处浓度减少的问题，从而提升发光二极管的效能。
[0010] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图 作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图IA与图IB分别为本发明的一实施例中一种发光二极管的剖面示意图，其中图 IA例如是水平结构的发光二极管结构，而图IB例如是垂直结构的发光二极管结构；
[0012] 图2A为本发明一实施例的发光二极管中一种单一量子阱主动层的剖面示意图， 而图2B为本发明一实施例的发光二极管中一种多重量子阱主动层的剖面示意图；
[0013] 图3A与图3B分别为作为比较例以及本发明一实施例中的发光二极管的二次离子 微探针质谱法（SecondaryIon-microprobeMassSpectrometry，SIMS)兀素分析图；
[0014] 图4为图3A与图3B整并后的比较图；
[0015] 图5A至图5C分别为本发明一实施例中发光二极管中硅界面浓度处理层的掺杂浓 度变化；
[0016] 图6A至图6E为本发明一实施例中一种发光二极管的制造流程剖面示意图； [0017] 图7A与图7B为氮化镓基板的氮面经蚀刻后所形成的一种如角锥（pyramid)状的 突起；
[0018] 图8A至图8E分别为本发明一实施例中于N型掺杂氮化镓基板上通过不同蚀刻时 间进行蚀刻后的扫描式电子显微镜（SEM)量测图；
[0019] 图9为本发明的发光二极管的一种实施型态；
[0020] 图10为本发明的发光二极管的另一种实施型态；
[0021] 图11为本发明的发光二极管的再一种实施型态。
[0022] 符号说明
[0023]200、300、400、500:发光二极管
[0024] 210:第一型掺杂氮化镓基板、N型掺杂氮化镓基板
[0025] 210A:第一表面
[0026] 210B:第二表面
[0027] 212:几何结构
[0028] 218:氧掺杂半导体层
[0029] 220:第一型半导体层、N型半导体层
[0030] 222 :硅界面浓度处理层
[0031] 224:硅掺杂半导体层
[0032] 230:主动层
[0033] 230A、230B:单一量子阱主动层、多重量子阱主动层
[0034] 232:量子阻障层
[0035] 234:量子阱
[0036] 240:第二型半导体层、P型半导体层
[0037] 250:第一电极
[0038] 260:第二电极
[0039] 320 :反射层
[0040] 330 :接合层
[0041] 340:承载基板
[0042]P:突起
[0043]S1-S4:插入位置
【具体实施方式】
[0044] 图IA与图IB分别为本发明的一实施例中一种发光二极管的剖面示意图，其中图 IA例如是水平结构的发光二极管结构，而图IB例如是垂直结构的发光二极管结构。
[0045] 请参照图IA与图1B，发光二极管200包括第一型掺杂氮化镓基板210、第一型半 导体层220、主动层230、第二型半导体层240以及第一电极250以及第二电极260。第一型 掺杂氮化镓基板210例如是包含GaN厚层的模板等氮化物半导体模板，第一型半导体层220 位于第一型掺杂氮化镓基板210上，主动层230位于第一型半导体层220与第二型半导体 层240之间，而第一电极250以及第二电极260分别位于第一型掺杂氮化镓基板210与第 二型半导体层240上。
[0046] 具体而言，第一型掺杂例如为N型掺杂，而第二型掺杂例如为P型掺杂，当然第 一型掺杂与第二型掺杂也可以对调，本发明并不此以为限。此外，第一型掺杂氮化镓基板 210具有第一掺杂元素，而第一型半导体层220具有一不同于第一掺杂元素的一第二掺杂 元素，更具体而言，在本实施例中，第一掺杂元素与第二掺杂元素例如分别为氧掺杂与娃掺 杂，并且，虽然第一型半导体层220的第二掺杂元素不同于第一型掺杂氮化镓基板210的第 一掺杂元素，但第一型掺杂氮化镓基板210与第一型半导体层220属于同为N型的同质掺 杂，具体而言，例如可于N型掺杂氮化镓基板的表面上成长N型半导体层，相比较现有异质 外延，同质成长可大幅地降低半导体层的缺陷密度。
[0047] 本实施例的第一型掺杂氮化镓基板210 (下称N型掺杂氮化镓基板210)具有位于 相反两侧的第一表面210A以及第二表面210B，且在本实施例中，第二表面210B例如是氧掺 杂的N型掺杂氮化镓基板210的氮面，而本实施例的第一型半导体层220 (下称N型半导体 层220)则配置于氧掺杂的N型掺杂氮化镓基板210的第一表面210A上，值得一提的是，第 一型半导体层220包括硅界面浓度处理层222以及硅掺杂半导体层224,将于后文详述。
[0048] 参照图IA与图1B，本发明的发光二极管200中，不包括第一电极250与第二电极 260的整体元件厚度为70um至200um，在本实施例中，N型掺杂氮化镓基板210的第二表面 210B上例如具有多个突起P所构成的如几何结构212的粗糙表面。由此，不但可以减低光 线行经N型掺杂氮化镓基板210时的光吸收效率，第二表面210B上的如几何结构212的突 起P的设计也可以有效地破坏光线出射N型掺杂氮化镓基板210第二表面210B时的全反 射效应，由此有助于提升光输出功率。值得注意的是，利用在N型掺杂氮化镓基板210上形 成具有几何结构212的第二表面210B，可进一步使突起P符合特定条件来进一步提升光萃 取效率。例如，使该些突起P在该第二表面210B上的分布密度大于该第一型掺杂氮化镓基 板210的本质缺陷密度，由此可大幅地提升光萃取效率。
[0049] 另外，本实施例的N型半导体层220可为单层结构也可以是由厚度不同或是掺杂 浓度不同的N型半导体层220的叠层所构成。另一方面，本实施例的P型半导体层240也 可为单层结构也可以是由厚度不同或是掺杂浓度不同的P型半导体层240的叠层所构成， 图IA与IB中的N型半导体层220与P型半导体层240分别仅绘示为一层表示。
[0050] 此外，在本实施例中，主动层230可为单一量子阱主动层230A或是多重量子阱主 动层230B。详细而言，如图2A与图2B所不，图2A为本发明一实施例的发光二极管中一种单 一量子阱主动层的剖面示意图，而图2B为本发明一实施例的发光二极管中一种多重量子 阱主动层的剖面示意图。如图2A所示，单一量子阱主动层230A可由量子阻障层232、量子阱 234与量子阻障层232所构成，如量子阻障层232/量子阱234/量子阻障层232。以蓝光发 光二极管200为例，量子阱234的材料例如是AlxInyGai_x_yN，其中0彡X彡1，且0彡y彡1， 在所属领域的技术人员可依实际需求来选择所成长的X、y含量，本发明并不以此为限。另 夕卜，如图2B所示，多重量子阱主动层230B可由量子阻障层232与量子阱234的至少两对叠 层所构成，以图2B中所绘示为例，例如为量子阻障层232/量子阱234重复的叠层。
[0051] 以不同的掺杂元素在N型掺杂氮化镓基板210的镓面进行同质成长时，在N型半 导体层220靠近N型掺杂氮化镓基板210的界面上容易产生以下的问题：氧原子自N型掺 杂氮化镓基板210的镓面扩散出来，而释出的氧原子将屏障原本通过硅掺杂所欲达到的硅 原子取代镓原子而形成N型导电层的效果，导致在N型掺杂氮化镓基板210与N型半导体 层220之间的界面存在低的硅掺杂浓度，如此一来，当电子注入到发光二极管200元件时， 因该界面存在着一高阻值的氮化镓阻挡电子，且因增加整体元件的串联电阻而导致发光二 极管200的顺向电压上升。
[0052] 本发明的发光二极管200通过对N型半导体层220中靠近N型掺杂氮化镓基板 210的界面处(例如图1A、图IB中标示为硅界面浓度处理层222处)进行有目的地的硅掺杂 浓度处理，例如于N型半导体层220中靠近N型掺杂氮化镓基板210的界面处进行高浓度 的硅掺杂，使该处的硅掺杂浓度高于N型半导体层220其他区域中的硅掺杂预设浓度。通 过使N型半导体层220在界面处的硅掺杂浓度满足特定范围、或使N型半导体层220在掺 杂元素的掺杂浓度相对于氮化镓基板中在界面处的氧掺杂浓度满足特定关系，或使N型半 导体层220在界面处的硅掺杂浓度变化值除以界面的厚度的数值满足特定关系，通过上述 任一技术手段或其组合可以有效改善界面处硅掺杂浓度减少的问题。
[0053] 具体而言，在本发明的一实施例中，使N型半导体层220在界面处的硅掺杂浓度满 足特定范围的技术手段为：在N型掺杂氮化镓基板210的第一表面210A上形成氧掺杂浓度 为定值的氧掺杂半导体层218,并于该氧掺杂半导体层218上形成N型半导体层220,在于 氧掺杂半导体层218上形成N型半导体层220的制作工艺中，先于N型掺杂氮化镓基板210 与N型半导体层220的界面成长一硅界面浓度处理层222,再于该硅界面浓度处理层222上 成长硅掺杂浓度为预设定值的硅掺杂半导体层224,通过使硅界面浓度处理层222的硅掺 杂浓度具有的峰值为3xl018/cm3至IxlO2Vcm3的方式，由此可补偿N型掺杂氮化镓基板210 在第一表面210A上的氧掺杂的氮化镓薄膜中因高温外延成长制作工艺而扩散出来的氧原 子，可成功地解决界面处硅掺杂浓度低下所导致顺向电压上升的问题(详细效果请参照后 文的实施例)。
[0054] 此外，在本发明的一实施例中，使N型半导体层220在掺杂元素的掺杂浓度相对于 氮化镓基板中在界面处的氧掺杂浓度满足特定关系的技术手段为：例如在前述的N型掺杂 氮化镓基板210与N型半导体层220的制作工艺中，通过使硅界面浓度处理层222中硅掺 杂浓度的峰值相对于氧掺杂半导体层218中氧掺杂浓度的定值的比值为0. 38至1000,较 佳为使该比值为〇. 38至200,更佳为使该比值为0. 6至100,由此可补偿N型掺杂氮化镓基 板210在第一表面210A上的氧掺杂的氮化镓薄膜中因高温外延成长制作工艺而扩散出来 的氧原子，可成功地解决界面处硅掺杂浓度低下所导致顺向电压上升的问题(详细效果请 参照后文的实施例）。
[0055] 再者，在本发明的一实施例中，使N型半导体层220在界面处的硅掺杂浓度变化 值除以界面的厚度的数值满足特定关系的技术手段为：例如在前述的N型掺杂氮化镓基板 210与N型半导体层220的制作工艺中，通过使硅界面浓度处理层222中的硅掺杂浓度变化 值除以界面的厚度（即硅界面浓度处理层222的厚度）的数值为LOxIO2Vcm4至LOxIO26/ cm4,较佳为使该比值为3. 75xl022/cm4至5.OxlO2Vcm4,更佳为使该比值为I. 5xl023/cm4至 2.OxlO2Vcm4，由此可补偿N型掺杂氮化镓基板210在第二表面210B上的氧掺杂的氮化镓 薄膜中因高温外延成长制作工艺而扩散出来的氧原子，可成功地解决界面处硅掺杂浓度低 下所导致顺向电压上升的问题(详细效果请参照后文的实施例)。
[0056] 以下将以实验结果来辅助说明
【发明者】所提出的本发明的发光二极管的功效。
[0057] 图3A与图3B分别为作为比较例以及本发明一实施例中的发光二极管的二次离子 微探针质谱法（SecondaryIon-microprobeMassSpectrometry，SIMS)兀素分析图。图 4 则为图3A与图3B整并后的比较图。
[0058] 请先参照图3A，在该比较例中的发光二极管100中，并未在N型掺杂氮化镓基板 210的氧掺杂半导体层218与N型半导体层220的硅掺杂半导体层224之间成长硅界面浓 度处理层222,换言之，在如图3A的比较例中，发光二极管100中是于在N型掺杂氮化镓基 板210的氧掺杂浓度为定值的氧掺杂半导体层218上直接成长硅掺杂浓度为定值的硅掺杂 半导体层224,并未包括硅界面浓度处理层222。
[0059] 从图3A可清楚地发现到当在氧掺杂半导体层218上直接成长硅掺杂浓度为定值 的硅掺杂半导体层224时，由于N型掺杂氮化镓基板210的氧掺杂半导体层218在高温外延 成长时，氧原子因高温环境而扩散，而扩散出来的氧原子将会屏障原本通过硅掺杂所欲达 到的硅原子取代镓原子而形成N型导电层的效果，此种结果会导致会在N型掺杂氮化镓基 板210与N型半导体层220之间的界面（图中横座标深度位置于1800nm附近）存在具有一 定厚度的硅与氧的低掺杂浓度，如此一来，当电子注入到发光二极管100元件时因该界面 存在着高阻值的氮化镓阻挡电子，而使整体元件的串联电阻增加，导致顺向电压上升。具体 而言，当以元件尺寸为600x600um2,操作电流120mA电流下，其所测量出来发光二极管100 的顺向导通电压为4. 3V。
[0060] 请再参照图3B与图4,在该实施例的发光二极管200中，特地于N型掺杂氮化镓基 板210的氧掺杂半导体层218与N型半导体层220的娃掺杂半导体层224之间成长娃界面 浓度处理层222,使得硅界面浓度处理层222中的硅掺杂浓度高于氧掺杂半导体层218的氧 浓度，由此可补偿氧原子，避免氧原子扩散到随后成长的硅掺杂半导体层224内，由此可以 成功地解决界面处硅掺杂浓度低下所导致顺向电压上升的问题。
[0061] 具体而言，于一实施态样中，当N型半导体层220的娃掺杂半导体层224的娃掺 杂浓度为定值3xl018/Cm3时，先使硅界面浓度处理层222中的硅掺杂浓度增量4. 48倍至 I. 3xl019/Cm3 (图4中横座标深度位置于2100nm附近)，随后再以掺杂浓度渐减的方式递减 下来至硅掺杂半导体层224的硅掺杂浓度3X1018/cm3 (图4中横座标深度位置于2000nm附 近)，如此形成一线性掺杂的硅界面浓度处理层222。在与图3A的相同测试条件下，所测量 出来该发光二极管200的顺向导通电压得实质降低至3. 6V，有效地解决界面处因硅掺杂浓 度低下导致顺向导通电压增加的问题。
[0062] 值得一提的是，依据上述本发明的实施例，并非限制于线性递减，本领域的技术人 员可视N型半导体掺杂浓度而做适度的调整，在其他实施例中，硅界面浓度处理层222的硅 掺杂浓度也可为递增或递减模式，如图5A至图5C所示，N型掺杂氮化镓基板210与N型半导 体层220之间的硅界面浓度处理层222相互间的掺杂浓度变化可互相搭配而成，本发明并 不以此为限。值得说明的是，通过使N型半导体层220在界面处(如硅界面浓度处理层222) 的硅掺杂浓度的峰值为3xl018/cm3至lxl02°/cm3的方式、或使硅界面浓度处理层222中硅 掺杂浓度的峰值相对于氧掺杂半导体层218中为定值的氧掺杂浓度的比值为0. 38至1000 的方式，或使硅界面浓度处理层222中的硅掺杂浓度变化值除以厚度的数值介于I.OxlO22/ cm4至I. 〇X1026/cm4的方式，来有效改善界面处浓度减少的问题，在此领域的技术人员可以 参照本申请案上述的实施方式，利用例行性实验而将硅界面浓度处理层如图3B的方式进 行变化，同样可以达到本案的技术效果，本发明并不限定硅界面浓度处理层222的硅掺杂 浓度的变化方式。
[0063] 图6A至图6E为本发明一实施例中一种发光二极管的制造流程剖面示意图。请参 照图6A，提供一具有氧掺杂的氧掺杂半导体层218的N型掺杂氮化镓基板210,其中氧掺 杂半导体层218的镓面（Ga-face)作为预定形成元件的第一表面210A，而相对于第一表面 210A的第二表面210B为氮面（N-face)则作为光线的出射面。
[0064] 之后，请参照图6B，在N型掺杂氮化镓基板210的第一表面210A上依序形成包括 一硅界面浓度处理层222、硅掺杂半导体层224、主动层230和P型半导体层240。
[0065] 接着，请参照图6C，利用芯片制作工艺，于N型掺杂氮化镓基板210的第一表面 210A上（即具有氧掺杂的氧掺杂半导体层218的一侧)形成多个如图IA与图IB所示的发光 二极管200,其中每一发光二极管200包括具有氧掺杂的氧掺杂半导体层218的N型掺杂氮 化镓基板210、硅掺杂半导体层224、主动层230和P型半导体层240以及第一电极250与 第二电极260。并且，利用制作工艺技术来薄化N型掺杂氮化镓基板210的厚度，使得N型 掺杂氮化镓基板210的厚度Dl缩减至厚度D2,其中薄化后N型掺杂氮化镓基板210的厚度 D2介于70?200um左右。
[0066] 接着，请参照图6D，通过湿蚀刻技术对N型掺杂氮化镓基板210的氮面进行蚀刻， 以于N型掺杂氮化镓基板210的氮面上形成一具有几何结构212的第二表面210B，由此，可 利用第二表面210B上的几何结构212来破坏光线自氧掺杂的氮化镓薄膜界面出射时的全 反射效应，再度提升光萃取效率。关于第二表面210B上所形成的几何结构212的详细构造 将于后进行说明。
[0067] 接着，请参照图6E，再将对应元件叠层处的N型掺杂氮化镓基板210进行分割，以 形成多个具有高光萃取效率的发光二极管200。当然，在另一实施例中，也可以在分割N型 掺杂氮化镓基板210以形成多个发光二极管200之后，再对已分割的N型掺杂氮化镓基板 210进行湿蚀刻技术以薄化N型掺杂氮化镓基板210的厚度来形成多个本发明的发光二极 管200,本发明并不限定发光二极管200的制作流程。
[0068] 利用制作工艺技术来薄化整体元件的厚度，使得薄化后的不包括第一电极250与 第二电极260的元件整体的厚度介于70?200um左右。薄化厚度的方法例如为机械研磨 或蚀刻方式。由此，可初步降低主动层230所发出的光因行经氧掺杂的N型掺杂氮化镓基 板210时所被吸收的效应，提升光萃取效率。
[0069] 发光二极管200的光萃取效率与发光强度可通过调变N型掺杂氮化镓基板210第 二表面210B上的几何结构212而有效地被提升。详细来说，在本实施例中，例如使用浓度 为0. 9M的氢氧化钾（KOH)溶液对N型掺杂氮化镓基板210的氮面进行蚀刻，配合汞灯的UV 光源做光电化学蚀刻法（Photoelectrochemical,PEC)，蚀刻温度控制在60°C，蚀刻后N型 掺杂氮化镓基板210的第二表面210B上形成多个突起P，例如锯齿状的角锥（pyramid)。当 然，所属领域的技术人员也可以选择硫酸等其他蚀刻液来进行湿蚀刻制作工艺，也可通过 调整所选用蚀刻液的种类、浓度以及蚀刻时间等来控制第二表面210B上的突起P的高度、 分布密度。具体而言，本发明的发光二极管200的氮化镓基板中，其第二表面210B上的多 个突起P满足特定关系，例如该些突起P在第二表面2IOB上的分布密度大于第一型掺杂氮 化镓基板210的本质缺陷密度，因此本发明的发光二极管200可有效破坏发光二极管200 出射光的全反射角，具有优异的光萃取效率。
[0070] 本发明的发光二极管200的N型掺杂氮化镓基板210中，其第二表面210B上的多 个突起P满足特定关系。详细来说，图7A与图7B为氮化镓基板的氮面经蚀刻后所形成的 一种如角锥（pyramid)状的突起P，依据氮化镓基板的晶格排列型态，所形成的各角锥实质 上呈现六角锥的型态，且角锥顶点与底面之间夹有58度的特性角。
[0071] 此外，表1中记载本发明一实施例中于N型掺杂氮化镓基板210上形成具有几何 结构212的第二表面210B的多个实验例，其蚀刻时间与蚀刻后所形成的几何结构212的角 锥垂直高度及分布密度关系如下表1所示，而各实验例中所形成的几何结构212的扫描式 电子显微镜（SEM)量测图如图8A至图8E所示。
[0072]表1
[0073]
【权利要求】
1. 一种发光二极管，包括： 第一型掺杂氮化镓基板，具有第一掺杂元素； 第一型半导体层，位于该第一型掺杂氮化镓基板上，该第一型半导体层具有一不同于 该第一掺杂元素的一第二掺杂元素，且该第二掺杂元素于该第一型掺杂氮化镓基板与该第 一型半导体层之间的界面具有一掺杂浓度的峰值为3xl018/cm3至lxl02°/cm 3 ; 主动层，位于该第一型半导体层上；以及 第二型半导体层，位于该主动层上。
2. 如权利要求1所述的发光二极管，其中该第一型掺杂为N型掺杂，该第一掺杂元素为 氧掺杂，而该第二掺杂元素为娃掺杂。
3. 如权利要求1所述的发光二极管，其中该第一型掺杂氮化镓基板具有彼此相对的第 一表面与第二表面，该第一型半导体层位于该第一表面上，且第二表面具有多个突起，该些 突起在该第二表面上的分布密度大于该第一型掺杂氮化镓基板的本质缺陷密度。
4. 如权利要求1所述的发光二极管，其中该第一型掺杂氮化镓基板的厚度介于70 y m 至 200 u m。
5. 如权利要求1所述的发光二极管，还包括： 第一电极以及第二电极，其中该第一电极与该第二电极分别位于该第一型掺杂氮化镓 基板与该第二型半导体层上。
6. -种发光二极管，包括： 第一型掺杂氮化镓基板，具有第一掺杂元素； 第一型半导体层，位于该第一型掺杂氮化镓基板上，该第一型半导体层具有一不同于 该第一掺杂元素的一第二掺杂元素，且在该第一型掺杂氮化镓基板与该第一型半导体层之 间的界面，该第二掺杂元素的掺杂浓度相对于该第一掺杂元素的掺杂浓度的比值为〇. 38 至 1000 ; 主动层，位于该第一型半导体层上； 第二型半导体层，位于该主动层上；以及 第一电极以及第二电极，其中该第一电极与该第二电极分别位于该第一型掺杂氮化镓 基板与该第二型半导体层上。
7. 如权利要求6所述的发光二极管，其中该第二掺杂元素的掺杂浓度相对于该第一掺 杂元素的掺杂浓度的比值为0. 38至200。
8. 如权利要求6所述的发光二极管，其中该第二掺杂元素的掺杂浓度相对于该第一掺 杂元素的掺杂浓度的比值为0. 6至100。
9. 如权利要求6所述的发光二极管，其中该第二掺杂元素在该界面的掺杂浓度为峰值 的浓度，而该第一掺杂元素的掺杂浓度为该第一掺杂元素在该第一型掺杂氮化镓基板中定 值的浓度。
10. 如权利要求6所述的发光二极管，其中该界面为该第二掺杂元素在该第一型半导 体层中从掺杂浓度为峰值的位置至掺杂浓度开始变为定值的位置。
11. 如权利要求6所述的发光二极管，其中该第一型掺杂为N型掺杂，该第一掺杂元素 为氧掺杂，而该第二掺杂元素为娃掺杂。
12. 如权利要求6所述的发光二极管，其中该第一型掺杂氮化镓基板具有彼此相对的 第一表面与第二表面，该第一型半导体层位于该第一表面上，且第二表面具有多个突起，该 些突起在该第二表面上的分布密度大于该第一型掺杂氮化镓基板的本质缺陷密度。
13. 如权利要求12所述的发光二极管，其中该第一型掺杂氮化镓基板的厚度介于 70 U m M 200 u m。
14. 一种发光二极管，包括： 第一型掺杂氮化镓基板，具有第一掺杂元素； 第一型半导体层，位于该第一型掺杂氮化镓基板上，该第一型半导体层具有一不同 于该第一掺杂元素的一第二掺杂元素，且在该第一型掺杂氮化镓基板与该第一型半导体 层之间的界面，该第二掺杂元素的掺杂浓度变化值相对于厚度的数值为l.〇xl〇22/cm4至 1. OxlO26/cm4 ； 主动层，位于该第一型半导体层上； 第二型半导体层，位于该主动层上；以及 第一电极以及第二电极，其中该第一电极与该第二电极分别位于该第一型掺杂氮化镓 基板与该第二型半导体层上。
15. 如权利要求14所述的发光二极管，其中该第二掺杂元素的掺杂浓度变化值相对于 厚度的范围为 3. 75xl022/cm4 至 5. 0xl025/cm4。
16. 如权利要求13所述的发光二极管，其中该第二掺杂元素的掺杂浓度变化值相对于 厚度的范围为 1. 5xl023/cm4 至 2. 0xl025/cm4。
17. 如权利要求14所述的发光二极管，其中该界面的厚度为该第二掺杂元素在该第一 型半导体层中从掺杂浓度为峰值的位置至掺杂浓度为定值的位置之间的厚度。
18. 如权利要求14所述的发光二极管，其中该第一型掺杂为N型掺杂，该第一掺杂元素 为氧掺杂，而该第二掺杂元素为娃掺杂。
19. 如权利要求14所述的发光二极管，其中该第一型掺杂氮化镓基板具有彼此相对的 第一表面与第二表面，该第一型半导体层位于该第一表面上，且第二表面具有多个突起，该 些突起在该第二表面上的分布密度大于该第一型掺杂氮化镓基板的本质缺陷密度。
20. 如权利要求14所述的发光二极管，其中该第一型掺杂氮化镓基板的厚度介于 70 U m M 200 u m。
【文档编号】H01L33/02GK104425660SQ201310478866
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】傅毅耕, 蔡佳龙, 陈宏泽, 周志学 申请人:财团法人工业技术研究院, 华新丽华股份有限公司