本发明专利技术涉及一种发光二极管元件，其是在基板表面先成长一ｎ－ＧａＮ层，并于此ｎ－ＧａＮ的表面成长ＳｉＯ↓［２］，且利用黄光微影制程，将台面区域的ｎ－ＧａＮ露出，再将此晶片经ＭＯＣＶＤ于台面区域外延成长发光二极管结构，利用选择性区域成长氮化镓外延晶圆的特性，使其长成具有ｐ－ｎ同面的结构，再于此结构上制作电极。本发明专利技术不需蚀刻即可完成ｐ－ｎ同面的结构，可有效简化制程，并可避免因蚀刻所造成的蚀刻深度不均，表面过于粗糙，蚀刻损伤造成电性不良及漏电电流等问题。此外，ＳｉＯ↓［２］也作为散射层，由于其形成具有散射效果，使得发光层出来的光经由此散射层的散射作用而改变光线路径以减少内部全反射。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种以n-GaN层为主的发光二极管。此外，本专利技术还涉及另一种以InAlGaN层为主的发光二极管。
技术介绍
首先说明，图4显示为台湾专利公告160722中所揭示的传统氮化镓发光二极管40，其中41为蓝宝石(sapphire)基板，41a为基板正面，41b为基板背面，42为n-GaN层，43为p-GaN层，44为n型欧姆接触电极，45为p型欧姆接触电极，47为焊接，48、49为导线架，50、51为导线。由于大多数的氮化镓系列半导体材料主要是生长在不导电的蓝宝石基板上，因此在制作LED元件时需利用蚀刻技术将电极作在同一面，然而过去常用的湿式蚀刻对于GaN系列材料并不适用，这是因为GaN系列材料具有很强的耐酸碱特性，因而一般湿式蚀刻对于氮化镓系列材料的蚀刻速率太慢而不适于批量化生产，因此在过去大都采用干式蚀刻，如国际专利号WO09854757即公开了一种干式蚀刻III-V半导体材料的方法，然而干式蚀刻虽可克服湿式蚀刻的问题，但却容易造成外延晶圆(epitaxialwafer)层的损伤，所以干式蚀刻对于元件本身所造成的问题很多，包括如文献(Journal of Electronic，27，No.4，261，1998)中所报导的蚀刻深度不均，蚀刻表面过于粗糙，蚀刻损伤造成电性不良等，以及如文献(Appl.Phys.Lett.72，742，1998；Jpn.J.Appl.Phys.37，L1202，1998)中所报导的蚀刻台面侧壁(mesa sidewall)所引起的漏电流等问题，因此在GaN系列LED制程上需要解决蚀刻所造成的问题。此外，由于III-V半导体GaN(n＝2.3)与空气(n＝1)之间折射率有很大差异，其全反射临界角约只有25度，造成发光层的光线大部分只能在内部全反射而无法射出。为了要改变这种介面的结构，就有人提出将半导体表面进行粗化，使光线从发光层出来后经过粗化层介面，因为光线产生散射而改变入射光的路径，经过全反射后，光线射出的机率也增加，如文献(IEEE Transcations on Electron Devices，47(7)，1492，2000)中所示，经粗化过后其外在发光效率明显增加至40％。在公知技术中粗化的方式主要是在外延晶圆表面以蚀刻的方法来达成，如在美国专利US5040044中，就是利用化学蚀刻来粗化发光元件表面，达成增加发光效率的效果，其它相关专利还有美国专利US5429954，US5898192等，然而上述以制程加工的方式只适用在红光LED上，主要是因其材料加工特性较简单；而对于GaN系列材料并不适用，因其具有很强的耐酸碱特性，而干式蚀刻虽可克服湿式蚀刻的问题，但却容易造成外延晶圆层的损伤，尤其是p-GaN极易因此而造成电阻值上升，而且p-GaN通常成长得很薄(0.1～0.3μm)，若直接粗化p-GaN则可能造成发光层被破坏，发光面积反而减少；且一般用在GaN LED上的透明电极为了透光必须做的很薄(10nm)，如此一来将造成透明电极的不连续，对于电流分散造成影响，反而降低发光效率。因此，除非p-GaN能长得很厚，否则直接粗化p-GaN似乎很困难。
技术实现思路
为了解决以上现有技术前部中所述的问题，本专利技术提出一种不需蚀刻半导体材料即可露出n-GaN的方法，以改善因蚀刻所造成的问题。本专利技术提供一种制作GaN系列发光元件的方法，相对于未使用本专利技术方法的发光元件，本专利技术所制作出的发光元件可避免因蚀刻所造成的种种问题。本专利技术主要是在已外延成长n-GaN的晶片表面，加入一层介面层SiO2，利用黄光微影制程在SiO2表面制作台面(mesa)，并将台面区域的SiO2去除并露出n-GaN层，再将此晶片经由MOCVD(有机金属化学气相沉积系统)于台面区域外延成长发光二极管结构，利用选择性区域成长的氮化镓外延成长的特性，使其长成具有p-n同面的结构，最后再将SiO2去除即可得到p-n同面的发光二极管结构，因此本专利技术并不需使用蚀刻制程即可完成LED元件所需的p-n同面的结构，因此可避免因蚀刻所造成的种种问题。此外，为了解决以上现有技术后部中所述的内部全反射的问题，本专利技术另提供一种利用在外延成长过程中于InAlGaN层局部填入SiO2层的方式来达成粗化的散射效果，以改善GaN系列发光元件的发光效率。本专利技术提供了一种不需粗化GaN系列发光元件中p-GaN即可达成粗化效果的方法，相对于未使用本专利技术方法的发光元件，本专利技术所制作出的发光元件不需破坏p-GaN或发光层即可明显提升发光效率。本专利技术主要是在外延先成长InAlGaN后，利用黄光微影制程在其表面制作沟槽且将其局部区域去除并曝露出基板，并于此沟槽成长SiO2层，最后再于其上成长发光二极管结构以形成发光二极管元件。利用此SiO2作为散射层的特性使其形成具有散射效果，使得从发光层射出来的光线经由此散射层的散射的效应以减少全反射，来提升发光效率。本专利技术的各项特点与优点将由以下优选实施例的详细说明，并参考附图而获得更佳的了解。附图说明图1(a)至图1(e)为本专利技术第1实施例中以GaN为主的发光二极管元件的制作过程的示意图；图2(a)至图2(f)为本专利技术第2实施例中以InAlGaN为主的发光二极管元件的制作过程的示意图；图3(a)至图3(f)为本专利技术第3实施例中以InAlGaN为主的发光二极管元件的制作过程的示意图。图4为传统的氮化镓发光二极管的结构示意图。图中1 基板 2 GaN层3 SiO2区域4 台面区域5 多重量子井结构 7 p型欧姆接触电极8 n型欧姆接触电极 10 发光二极管外延晶圆片11 基板 12 InAlGaN层13 SiO2区域14 沟槽15 多重量子井结构 16 GaN接触层17 p型欧姆接触电极 18 n型欧姆接触电极20 发光二极管外延晶圆片 21 基板22 InAlGaN层 23 SiO2区域 24 沟槽 25 多重量子井结构26 GaN接触层27 p型欧姆接触电极28 n型欧姆接触电极 30 发光二极管外延晶圆片41 蓝宝石基板41a 基板正面41b 基板背面 42 n-GaN层43 p-GaN层 44 n型欧姆接触电极45 p型欧姆接触电极 47 焊接48、49 导线架 50、51 导线具体实施方式实施例1为了具体实施以上
技术实现思路
前部中所述的目的与内容，本专利技术采用以下的方式如图1所示，首先将蓝宝石基板1置于MOCVD系统中，于500～600℃成长一层20～50nm厚的缓冲GaN层2，接着将基板温度升至1000～1200℃成长一层2～4μm厚的Si-掺杂的GaN层，然后将晶片取出，并于PECVD中成长0.5～1μm的SiO2区域3，接着利用黄光微影制程将台面区域4的SiO2去除，接着将此晶片置于700℃～900℃的MOCVD系统中，于台面区域成长InGaN/GaN多重量子井结构5作为发光层，之后再将基板温度升至1000℃～1200℃成长一层0.1～0.2μm厚的Mg-掺杂的GaN接触层，最后将此晶片取出并将台面区域以外的SiO2去除，如此便制作完成具有p-n同面的发光二极管外延晶圆片10本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种发光二极管元件，包括：基板；第一半导体层，其形成于基板的表面上；阻隔层，其形成于第一半导体层表面上；台面区域，其形成于阻隔层表面上，以露出第一半导体层表面；以及发光二极管结构，其形成于露出 的第一半导体表面上；其特征在于，所述发光二极管结构由一发光活性层和一ｐ型氮化镓系列Ⅲ－Ⅴ族化合物层结合而成，所述ｐ型氮化镓系列Ⅲ－Ⅴ族化合物层与一ｐ型低电阻欧姆接触电极电性连接，该ｎ型氮化镓系列Ⅲ－Ⅴ族化合物层与一ｎ型低电阻 欧姆接触电极电性连接，提供一顺向偏压。
【技术特征摘要】
1.一种发光二极管元件，包括基板；第一半导体层，其形成于基板的表面上；阻隔层，其形成于第一半导体层表面上；台面区域，其形成于阻隔层表面上，以露出第一半导体层表面；以及发光二极管结构，其形成于露出的第一半导体表面上；其特征在于，所述发光二极管结构由一发光活性层和一p型氮化镓系列III-V族化合物层结合而成，所述p型氮化镓系列III-V族化合物层与一p型低电阻欧姆接触电极电性连接，该n型氮化镓系列III-V族化合物层与一n型低电阻欧姆接触电极电性连接，提供一顺向偏压。2.如权利要求1所述的发光二极管元件，其特征在于，所述基板为蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、偏铝酸锂(LiAlO2)、镓酸锂(LiGaO2)和氮化铝(AlN)基板其中之一。3.如权利要求1所述的发光二极管元件，其特征在于，所述第一半导体层为n型半导体层。4.如权利要求1所述的发光二极管元件，其特征在于，所述第一半导体层为氮化铝铟镓(AlXGa(1-X-Y)InYN)厚膜，其中，0≤X，Y＜1，0≤X+Y＜1。5.如权利要求1所述的发光二极管元件，其特征在于，所述阻隔层至少包含SiO2、SiN、AlN、TiN、Al2O3其中之一或其组合。6.如权利要求1所述的发光二极管元件，其特征在于，所述阻隔层为金属、合金其中之一或其组合。7.如权利要求1所述的发光二极管元件，其特征在于，所述阻隔层为在电子束蒸镀(E-Gun)、溅镀(Sputter)、化学气相沉积法(CVD)中成长制成。8.如权利要求1所述的发光二极管元件，其特征在于，所述阻隔层的厚度为0.1～10μm。9.如权利要求1所述的发光二极管元件，其特征在于，所述台面区域是利用黄光微影制程所制成。10.如权利要求1的发光二极管元件，其特征在于，所述发光活性层为PN接面结构(P-N junction)、双异质结构(DH)、单量子井结构(SQW)或多量子井结构(MQW)。11.一种发光二极管元件，包括基板；第一半导体层，其形成于基板的表面上；沟槽，其形成于第一半导体的局部区域中；阻隔层，其成长于沟槽区域；发光二极管结构，其形成...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘锡明，陈隆建，简奉任，
申请(专利权)人：璨圆光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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