可增加自发光线射出效率的发光二极管制造技术

本发明专利技术涉及一种可增加自发光线射出效率的发光二极管，包含一发光层、一半导体单元，及一可透光的扩散电流单元。该半导体单元设置于该发光层上，该扩散电流单元设置于该半导体单元上，并具有一复合金属层，及一设置于该复合金属层上的铟锡氧化物层，且该复合金属层的厚度极薄而趋近于透明，当施加一电压于该发光二极管上时，该扩散电流单元可使电流扩散均匀，而使该发光层产生多数光子后向外输出光线，以提高该发光二极管的光线输出率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发光二极管，具体地说，是涉及一种可增加自发光线射出效率的发光二极管。
技术介绍
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种应用光电效应，以外加电压激发电子而放射出光的光电半导体元件。其发光现象可分为三个过程一、价电带的电子受外来的能量(顺向偏压)而被激发至导电带，同时于价电带中形成一个电洞，进而形成电子-电洞对。二、受激发的电子于导电带中与其他质点碰撞，损失部分能量后接近导电带边缘。三、当位于导电带边缘的电子在价电带觅得电洞时，电子与电洞复合而消失，同时释放出光子。因为该发光二极管(LED)主要是电子与电洞复合而发光，所以是一种微细的固态光源，不但体积小、寿命长、驱动电压低、反应速率快、耐震性特佳，而且能够配合轻、薄和小型化应用设备的需求，成为日常生活中十分普遍的产品。发光二极管(LED)在近年来多朝向提高其发光亮度的目标发展，而提高发光二极管亮度的进展归功于外延成长技术的发达，例如以分子束外延法(molecular beam epitaxy，MBE)使磷化铝铟镓(AlGaInP)材料成长在匹配的砷化镓(GaAs)基板，及以有机金属化学气相沉积法(metal-organic chemicalvapor deposition，MOCVD)使氮化镓(GaN)材料成长在蓝宝石(Sapphire)或碳化硅(SiC)基板上，而制成所谓的高亮度发光二极管。一般的长晶技术，如液态外延技术(Liquid phaseepitaxy，LPE)，是将外延层借由过饱和的外延溶液成长在单晶的基板上，以及氢化物气相外延成长技术(hydride vaporphase epitaxy，HVPE)都无法适当地长出磷化铝铟镓晶体层。而分子束外延法与有机金属化学气相沉积法的外延成长技术虽能够形成高品质的III-V族合金材料，使其借合金材料的异质及多层量子井(multiple quantum wells)结构提高发光二极管内部的量子效率(internal Quantum efficiency)而使发光二极管产生较高的亮度。然而，也伴随产生一些其他的技术问题，因为一般III-V族合金材料较不容易导电，所以无法使施加于该发光二极管的电流能均匀且广阔的延伸，而影响扩散电流的光取出率，以及为使该发光二极管具有高亮度所产生的散热问题。如图1所示，为一般以磷化铝铟镓材料制成的发光二极管结构，该发光二极管的外延是长在n型砷化镓基板10的顶面上，依序而上的是一n型磷化铝铟镓披覆层13、一发光层14、一双异质结构的p型磷化铝铟镓披覆层15，及一磷化镓窗口层19(15-60μm)。且该发光二极管的最上及最下层的两侧面更分别贴覆一电极层21、22。使用该磷化镓窗口层19来当作该发光二极管扩散电流的优点是该磷化镓窗口层19趋近于透明，且具有良好的导电性。但是，其缺点是厚度很厚导致制造成本增加。此外，该磷化镓窗口层19并不适合每一种发光二极管的产品结构，例如共振腔式的发光二极管(RCLEDs)，及具有光子晶体的发光二极管(Photonic Crystal LED)就无法应用此类设计。为改善上述问题，一种具有电传导性且透明的材料-铟锡氧化物(ITO)逐渐被研究与应用在发光二极管中。如图2所示，该发光二极管是使用该铟锡氧化物(ITO)来当作该发光二极管的扩散电流层，在图2中，该铟锡氧化物层20取代图1中的磷化镓窗口层19以作为该发光二极管的扩散电流层。图2的发光二极管结构与图1类似，相同处不再赘述，惟不同处在于该发光二极管更具有一介于该铟锡氧化物层20与该p型磷化铝铟镓披覆层15间的p型磷化镓层16。该铟锡氧化物层20的可见光范围约可达90％，但是，由于该铟锡氧化物层20的电阻值(约2~5*10-4Ω-cm)比该p型磷化镓层16小100倍，致使该铟锡氧化物层20与该p型磷化镓层16间形成一萧基接触(Schottky contact)，也就是在介面接触的地方会产生一个能障，这个能障的产生会降低该发光二极管的发光效能。为解决该铟锡氧化物层20与该p型磷化镓层16间的萧基接触问题，有相关技术被提出来。配合图3所示，图3的发光二极管相较于图2，是多增加一介于该n型磷化铝铟镓披覆层13与该n型砷化镓基板10间的布拉格反射镜层12(DistributedBragg Reflector，DBR)，以加强该发光二极管的光取出(Light Extraction)效率。同时，在该铟锡氧化物层20与该p型磷化铝铟镓披覆层15间增加一磷化镓窗口层17，及一砷化镓窗口层18。该磷化镓窗口层17与该砷化镓窗口层18间形成一欧姆接触(Ohmic Contact)，可有效解决图2中发光二极管产生能障的问题，以使该发光二极管的电流扩散更为容易。但是，图3所揭露的技术却使该发光二极管的制程更为复杂，而且在横向接触中电流依然无法均匀地扩散。另如图4所示，在氮化镓系列发光二极管中，是使用半透明的P型欧姆接触NiO/Au(透明度约60％)作为电流扩散的用途。该发光二极管由下而上依序具有一蓝宝石基板110、一薄的氮化镓结晶层111、一N型氮化镓披覆层112、一发光层113、一P型氮化铝镓披覆层114、一P型氮化镓接触层115，及一铟锡氧化物层117。该铟锡氧化物层117与该N型氮化镓披覆层112的表面上更分别贴覆有二电极层121、122。然而，该发光二极管最主要的缺点是在该铟锡氧化物层117与该P型氮化镓接触层115间依然会形成的萧基接触，使介面接触的地方产生能障，进而降低该发光二极管的发光效能。由上述可知，不论是磷化铝铟镓系列的发光二极管或是氮化镓系列的发光二极管，在改善电流分布的问题时，会同时遇到出光的困扰。但是，增加光取出效率时，又会遭遇到制作难度与成本的问题。因此，如何使该发光二极管本身尽可能地增加射出的光线以提高亮度，同时又可免于被其他各层吸收而衰减，以及避免增加制作难度与生产成本，乃是业者积极研究发展的课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是在提供是在提供一种具有低电流阻抗并可使电流均匀扩散，及增加自发光线射出效率的高亮度发光二极管。为达到上述目的，本专利技术的一种可增加自发光线射出效率的发光二极管，包含一发光层，及一与该发光层连结的半导体单元，其特征在于该可增加自发光线射出效率的发光二极管更包含一扩散电流单元，该扩散电流单元设置于该半导体单元上，并具有一复合金属层，及一设置于该复合金属层上的铟锡氧化物层，且该复合金属层的厚度极薄使光线可穿透。本专利技术的一种可增加自发光线射出效率的发光二极管，包含一发光层，及一与该发光层连结的半导体单元，其特征在于该可增加自发光线射出效率的发光二极管更包含一扩散电流单元，该扩散电流单元设置于该半导体单元上，并具有一厚度小于8nm且可完全透光的复合金属层，及一设置于该复合金属层上的铟锡氧化物层。本专利技术的功效在于该扩散电流单元可使电流扩散均匀，而使该发光层产生多数光子后向外输出光线，以提高该发光二极管的光线输出率。附图说明图1是一剖视示意图，说明一般磷化铝铟镓系列发光二极管。图2是一剖视示意图，说明一种具有一铟锡氧化物层，及一p型磷化镓层的发光二极管。图3是一剖视示意图，说明图2的发光二极管更具有一布拉格反射镜的结构。图4是一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可增加自发光线射出效率的发光二极管，包含一发光层，及一与该发光层连结的半导体单元，其特征在于：该可增加自发光线射出效率的发光二极管更包含一扩散电流单元，该扩散电流单元设置于该半导体单元上，并具有一复合金属层，及一设置于该复合金属 层上的铟锡氧化物层，且该复合金属层的厚度极薄使光线可穿透。

【技术特征摘要】
US 2003-8-14 10/641,6411.一种可增加自发光线射出效率的发光二极管，包含一发光层，及一与该发光层连结的半导体单元，其特征在于该可增加自发光线射出效率的发光二极管更包含一扩散电流单元，该扩散电流单元设置于该半导体单元上，并具有一复合金属层，及一设置于该复合金属层上的铟锡氧化物层，且该复合金属层的厚度极薄使光线可穿透。2.如权利要求1所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于该复合金属层是由选自钛、金、锌、铟、镍、铍，及这些材料组合所构成的群组。3.如权利要求1所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于该复合金属层是由两种以上的金属材料所组成。4.如权利要求3所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于该复合金属层含有钛金属元素。5.如权利要求1所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于该复合金属层是由选自钛/金、钛/金-锌、钛/金-铍、镍/金、金-锌、铟-铍、钛/磷-铍，及这些材料组合所构成的群组。6.如权利要求1所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于该复合金属层的厚度介于0.4至8nm之间。7.如权利要求1所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于该复合金属层协助该半导体单元形成一欧姆接触。8.如权利要求1所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于该铟锡氧化物层的厚度介于400至1000nm之间。9.如权利要求1所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于该半导体单元是由选自磷化铝铟镓、砷化铝镓、氮化铝镓、氮化磷镓、氮化镓，及这些材料组合所构成的群组。10.如权利要求1所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于该半导体单元更具有一靠近该发光层的光子晶体，且该光子晶体具有一可限制特定波长范围的光行进的光子能隙结构。11.如权利要求10所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于该半导体单元更具有一波导层，该发光层嵌设该波导层中，且该光子晶体更具有一设置在该半导体单元上而呈周期性排列的孔洞矩阵。12.如权利要求11所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于每一孔洞的直径介于80-300nm之间。13.如权利要求10所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于该光子晶体的晶格常数的尺寸介于100-400nm之间。14.如权利要求10所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于该光子晶体的晶格图案为三角形或矩形或六角形。15.如权利要求11所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于位在该波导层中的发光层具有多层量子井结构。16.如权利要求11所述可增加自发光线射出效率的发光二极管，其特征在于位在该波导层中的发光层具有双异质结构。17.一种可增加自发光线射出效率的发光二极管，包含一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李和成，林晖力，杜庆红，
申请(专利权)人：代康光纤有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]