TWI506815B - Method and structure of increasing the concentration of epitaxial layer - Google Patents

Description

增加磊晶層載子濃度之方法與其結構

本發明係一種發光二極體之製造方法與其結構，其尤指具有高發光效率之增加磊晶層載子濃度之方法與其結構。

按，隨著能源成本高漲，節能技術的發展已經受到相當的注目，各國產、學、研界專家學者莫不積極研究，為此，發光二極體(Light Emitting Diode；LED)即在此需求下因應而生。發光二極體是由半導體材料所製成之發光元件，元件具有兩個電極端子，在端子間施加電壓，通入極小的電流，經由電子電洞等載子之結合可將剩餘能量以光的形式激發釋出，此即發光二極體之基本發光原理。

發光二極體不同於一般白熾燈泡，發光二極體具有壽命長、低電壓/電流驅動、不易破裂、不含水銀(沒有污染問題)以及發光效率佳(省電)等特性，再加上其體積小、耐震動、適合量產，容易配合應用上的需求製成極小或陣列式的元件，目前發光二極體已普遍使用於資訊、通訊及消費性電子產品的指示器與顯示裝置上，成為日常生活中不可或缺的重要元件。然而，發光二極體的的出光效率及出光強度將直接影響發光二極體的工作效率，因此，越來越多的廠家注重於發光二極體的發光強度及發光效率。

如，中華民國專利公告號M402501，該發光二極體至少設有 一基板，該基板之上表面設有複數突出表面並間隔配置之錐體，而該錐體表面並設有多層反射層，該多層反射層係設有至少一組反射率相異之上、下反射層，使該發光二極體之光源得以經由該多層反射層之作用，如此以提升發光二極體的發光效率。雖然該發光二極體因具有多層反射層之錐體使發光效率提升，但其結構較為複雜，需增加製造成本，再者，該發光二極體之結構僅係因增加反射量而使發光效率增加，並非直接增加該發光二極體(發光層)之發光量。

又如，中華民國專利公告號M368448，其係供一種高功率發光二極體，該發光二極體為發光晶片設於一基板上，該發光晶片上設有一螢光玻璃或玻璃封裝體或利用上述二種之其他組合，該發光二極體的發光晶片透過該螢光玻璃出光或透過玻璃封裝體出光，藉此提升該發光二極體的發光效率。其與上述相同，皆係因增加反射量而使發光效率增加，並非直接增加該發光二極體發光量。

如上所述，現有技術多在改善反光效率加以著墨，且及結構較為複雜易增加成本。再者，前揭習用成長P型GaN接觸層的載子濃度無法太高而使接觸電阻過高，以致於電流散佈效應不佳，亮度無法提升。由於現有技術尚無法完善處理此類問題，所以有加以突破、解決之必要。因此，如何提升方便性、實用性與經濟效益，此為業界應努力解決、克服之重點項目。

緣此，本發明人有鑑於習知發光元件之問題缺失及其結構設計上未臻理想之事實，本案發明人即著手研發其解決方案，希望能開發出一種更具便利性、實用性與高經濟效益之發光元件，以促進科技之發展，遂經多時之構思而有發明作之產生。

本發明之主要目的，係提供一種增加磊晶層載子濃度之方法，其係具有高發光亮度。

本發明之次要目的，係提供一種增加磊晶層載子濃度之方法，其係具有低製造成本。

本發明揭示一種增加磊晶層載子濃度之方法，其包含下列步驟：首先，形成一第一半導體層於該基板上；形成一主動層於該第一半導體層上；形成一第二半導體層於該主動層上；蒸鍍一金屬材料於該第二半導體層上；最後，加熱該金屬材料與該第二半導體層，使部分該金屬材料與部分該第二半導體層之材料進行反應生成一含金屬及第二半導體材料之化合物。

再者，本發明揭示一種磊晶層之結構，其包含一基板、一第一半導體層、一主動層與一第二半導體層；該第一半導體層係設置於該基板上；該主動層係設置於該第一半導體層；該第二半導體層係設置於該主動層；其中該第二半導體層之材料係選自於GaN及GaAu、GaAuN、GaAg、GaAgN或其上述任意組合之至少之一者。

1‧‧‧發光二極體元件

10‧‧‧基板

11‧‧‧第一半導體層

12‧‧‧主動層

13‧‧‧第二半導體層

13’‧‧‧化合物

14‧‧‧金屬材料

第一圖：其係為本發明之一較佳實施例之步驟流程圖；第二圖：其係為本發明之一較佳實施例之加熱前剖面示意圖；及第三圖：其係為本發明之一較佳實施例之加熱後剖面示意圖。

為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明 如後：習知發光二極體多為改善反光效率與其封裝結構以使亮度增加，且及結構較為複雜易增加成本，故本發明針對該些缺失，設計此增加磊晶層載子濃度之方法以達成高發光效率及低製造成本之目標。

首先，請參考第一圖，係本發明之一較佳實施例之步驟流程圖。如圖所示，本發明之一種增加磊晶層載子濃度之方法，其步驟為：步驟S10：提供一基板；步驟S11：形成第一半導體層於該基板上；步驟S12：形成一主動層於該第一半導體層上；步驟S13：形成一第二半導體層於該主動層上；步驟S14：蒸鍍一金屬材料於該第二半導體層上；及步驟S15：加熱該金屬材料與該第二半導體層，使部分該金屬材料與部分該第二半導體層之材料進行反應生成一含金屬及第二半導體材料之化合物。

請一併參考第二圖與第三圖，其係為本發明之加熱前剖面示意圖與加熱後剖面示意圖。如圖所示，首先，如步驟S10提供一基板10，所提供之該基板10可為一藍寶石基板或其他材料之基板，其中該基板10於使用之前可經過其他清潔之步驟；再如步驟S11形成一第一半導體層11於該基板10上，其中該第一半導體層11可為N型半導體層；接續著步驟S12形成一主動層12於該第一半導體層11上，其中該主動層12可為發光層；再接續著步驟S13形成一第二半導體層13於該主動層12上，其中該第二半導體層13可為P型半導體層，透過上述步驟即可完成一般發光二極體之磊晶 層結構，無論是平行式或垂直式發光二極體，當通以電流後，該主動層12將會發光。

再者，如步驟S14蒸鍍一金屬材料14於該第二半導體層13上，其中該金屬材料14係為Au、Ag或其他金屬(如Cr、Ni或Be)，但其係以Au或Ag為佳，此外，蒸鍍該金屬材料14之厚度介於10至3000埃為佳。最後，如步驟S15加熱該金屬材料14與該第二半導體層13，使部分該金屬材料14與部分該第二半導體層13之材料進行反應生成一含金屬及第二半導體材料之化合物13’，其中，加熱該金屬材料14與該第二半導體層13之溫度介於200至800度。透過上述步驟就能完成本發明之一具有高載子磊晶層之發光二極體1結構。

再進一步解釋該金屬材料14與該第二半導體層13之成分。其中，該第二半導體層13係為GaN，而該金屬材料14係使用Au時，在加熱時，部分該金屬材料14會與部分該第二半導體層13產生化學反應生成含金屬及第二半導體材料之該化合物13’，該化合物13’係包含GaAu或GaN金至少之一者，而未參與反應之該金屬材料14者便混合於該第二半導體層13之中，此過程如第二圖至第三圖所示，該第二半導體層13可包含GaN、Au、GaAu或GaAuN，而該含金屬及第二半導體材料之該化合物13’分佈於該第二半導體層13之表層或整體，其分佈厚度係藉由蒸鍍該金屬材料14之厚度、加熱該金屬材料14與該第二半導體層13之溫度或其他參數而定。

再者，若該金屬材料14係使用Ag，該第二半導體層13為GaN時，在加熱時，該含金屬之第二半導體化合物13’係包含GaAg或GaAgN至少之一者，而未參與反應之該金屬材料14者便混合於該 第二半導體層13之中，最後，該第二半導體層13可包含GaN、Ag、GaAg或GaAgN。

前述之實施例，透過蒸鍍金屬材料至磊晶層上，在藉由高溫製成將金屬元素植入磊晶層，使部分金屬材料與部分磊晶層產生反應，所以透過產生反應或未產生反應之該金屬元素(如GaN、Au、GaAu或GaAuN)使該第二半導體層13(磊晶層)之載子濃度提高，當載子(電洞)濃度提高時，使該第二半導體層13與其上之導電披覆層(未圖示)接觸電阻相對降低，當通過該第二半導體層13之電壓固定時，會使該第二半導體層13與該主動層12所通過電流量增加，進而提升該發光二極體1之發光效率。

然，習知技術在多為改善反光效率或封裝之結構以使亮度增加，故增加的發光效率有限，且因其結構較為複雜，易增加製造時之成本，而本發明僅須透過蒸鍍與高溫製成高載子濃度之第二報導體層便能提升發光效率，過程中並無複雜之過程與結構，降低了發光二極體之製造成本。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。

Claims (9)

1. 一種增加磊晶層載子濃度之方法，其包含下列步驟：提供一基板；形成一第一半導體層於該基板上；形成一主動層於該第一半導體層上；形成一第二半導體層於該主動層上；蒸鍍一金屬材料於該第二半導體層上；及加熱該金屬材料與該第二半導體層，使部分該金屬材料與部分該第二半導體層之材料進行反應生成一含金屬及第二半導體材料之一化合物；其中該化合物係包含GaAu、GaAuN、GaAg或GaAgN其中之一者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之增加磊晶層載子濃度之方法，其中該第二半導體層係為GaN。
3. 如申請專利範圍第1項所述之增加磊晶層載子濃度之方法，其中該金屬材料係為Au。
4. 如申請專利範圍第1項所述之增加磊晶層載子濃度之方法，其中該金屬材料係為Ag。
5. 如申請專利範圍第1項所述之增加磊晶層載子濃度之方法，其中蒸鍍該金屬材料之厚度介於10至3000埃。
6. 如申請專利範圍第1項所述之增加磊晶層載子濃度之方法，其中加熱該金屬材料與該第二半導體層之溫度介於200至800度。
7. 如申請專利範圍第1項所述之增加磊晶層載子濃度之方法，其中 部分該第二半導體層係之材料包含金或銀或GaN之其中之一者。
8. 一種磊晶層之結構，其包含：一基板；一第一半導體層，其係設置於該基板上；一主動層，其係設置於該第一半導體層；及一化合物，其係設置於該主動層上，其中該化合物係包含GaAu、GaAuN、GaAg或GaAgN其中之一者。
9. 如申請專利範圍第8項所述之磊晶層之結構，其中該化合物係將一金屬材料設置於一第二半導體層上後，加熱該金屬材料與該第二半導體層至200到800度後反應生成；其中該第二半導體層設置於該主動層上。