一种发光二极管及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种发光二极管及其制造方法，该发光二极管包含一基板、一Ｎ型导电的半导体层、一Ｐ型导电的半导体层、一活性层（ａｃｔｉｖｅ?ｒｅｇｉｏｎ）以及双重应变补偿层（ｓｔｒａｉｎ－ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ?ｌａｙｅｒ），其中双重应变补偿层位于Ｎ型导电的半导体层与活性区之间，以增加电子与空穴的复合几率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode)结构，尤其是一种具有应变 补偿层的发光二极管。
技术介绍
发光二极管(Light Emitting Diode)之所以会发光，主要原因是利用半导体在 施加电能后转化为光能的物理特性，当半导体的正负极两端施加电压产生电流流经半导体 时，会促使半导体内部的电子与空穴相互结合，结合后剩余能量便以光的形式释放。随着 半导体工艺技术发展，光电相关产业顺应技术潮流，不断研究开发高亮度发光二极管(High Brightness LED)，不仅是应用在照明上的高亮度白光二极管，也包括了高亮度的各色发光 二极管，甚至在未来发光二极管将取代现在传统照明装置，研发人员更是积极努力与研发 超高亮度的发光二极管(Ultra High Brightness LED)，来适应未来整个广大照明市场的 需求。发光二极管背光取代手持装置原有的冷光(又称电激发光ElectroLuminescent ； EL)以及液晶电视使用冷阴极荧光灯管(Cold CathodeFluorescent Lamp ；CCFL)的背光， 是目前光电产业的趋势，由于二极管不仅电路设计更简洁容易，且有较高的外力抗受性，因 此，用发光二极管背光取代液晶电视原有的冷阴极荧光灯管背光，不仅更环保而且显示更 逼真亮丽。用发光二极管照明取代白光灯、卤素灯等照明，不仅更光亮省电，使用也更长效， 且点亮反应更快，用于煞车灯时能减少后车追撞率。所以，发光二极管从过去只能用在电子装置的状态指示灯，进步到成为液晶显示 的背光，再扩展到电子照明及公众显示，如车用灯、交通信号灯、看板信息跑马灯、大型影视 墙，甚至是投影机内的照明等，其应用范围仍在持续地延伸。很重要的一点是，发光二极管 的亮度效率就如同摩尔定律(Moore' s Law) —样，每24个月提高一倍，过去认为白光二极 管只能用来取代过于耗电的白炽灯、卤素灯，即发光效率在10 301m/W内的层次，然而在 白光二极管突破601m/W甚至达1001m/W后，就连荧光灯、高压气体放电灯等，也开始感受到 被替换的威胁。请参考图1A，其为传统发光二极管的典型结构，包括了一基板11、一 N型导电的 半导体层12、一活性层13以及一 P型导电的半导体层14。首先，强化二极管的光转效 率，这也是提高亮度最根源之道，现有发光二极管的每瓦用电中，仅有15 % 20 %被转化 成光能，其余都被转化成热能并消散掉(废热)，而提高这一转换效率的重点就在P-N结 (P-Njunction)上，P-N结是发光二极管主要的发光发热位置，通过P-N结的结构设计改 变可提高转化效率。关于发光二极管转化效率的提高，目前多是在P-N结上形成量子阱 (Quantum Well ；QW)，以此来提高用电能转换成光能的比例，更进一步的方法，朝在P-N结 上长成更多的量子阱数来努力，即所谓的多重量子阱(Multiple Quantum Well ；MQW)技术。如果光转效率难再要求，进一步的就必须从出光效率的层面下手，此层面的作法相当多，依据不同的化合材料也有不同，目前HB LED(高亮度)较常使用的两种化合材料是磷化铝铟镓型(AlGaInP)及氮化铟镓型(InGaN)，前者用来产生高亮度的橘红、橙、黄、绿光，后者GaN用来产生绿、翠绿、蓝光，以及用氮化铟镓型产生近紫外线、蓝绿、蓝光。针对发光二极管的亮度提高技术，美国加州州立大学(The Regents oftheUniversity of California)在美国专利US 7091514提出利用新的半导体工艺方法， 生成出非极性(Non-polar)氮化镓(GaN)取代传统极性氮化镓材料，在非极性氮化镓底材 上长成的量子阱(Quantum Well ;QW)，能具有更佳的电能转换成光能效率。该专利主要技 术在于制作以r-plane蓝宝石基板取代传统c-plane蓝宝石基板，以制作出非极性氮化镓 薄膜。理论上，非极性量子阱的特性相较传统c-plane制作出极性量子阱，具有较佳的 电子空穴复合率。实际上，使用r-plane蓝宝石基板成长出的非极性氮化镓薄膜，虽能消除 发光二极管在PN结上电场效应，由于结晶取向(crystal-orientation)的原因，不仅晶体 底材(template)成长不易，而最后的氮化镓结晶表面也十分不平整，导致降低整体发光效率。另外，韩国半导体大厂三星电子工业(SamSimg)，于2008年1月3日在美国所公 开的专利技术US 20080001138A1，揭露出利用半导体工艺上，在氮化镓中掺杂入适当比 例的铝(Al)以及铟(In)，制作n-type以氮化铝铟镓型(AlInGaN)四元材料为底材的发 光二极管，以减少活性层与底材因应变所产生的极化电场效应(polarization-induced electrostatic fields)，促使该发光二极管能有更高的电子空穴复合率，以致产生更多的 光能。但是发光二极管以氮化铝铟镓型四元材料为底材存在着高缺陷密度，这将增加载子 被缺陷捕捉的机率，反倒是使得发光二极管的活性区发光效率减弱。此外，铝、铟的掺杂控 制技术具有相当的难度，影响发光二极管的亮度颇大。美国著名的照明公司-克里光电(Cree Lighting, Inc)，在美国专利US6515313 中，提出用二极管材料杂质掺杂(impurity doping)技术，将杂质掺杂于披覆层(cladding layer)以减低活性区极化电场效应使得发光二极管发光效率提高。但是一般氮化镓(GaN)材料的晶格结构，为一立体六角柱结构 (wurtzitehexagonal lattice structure)，其晶格结构与底材因晶格的不匹配而产生应 变，并且在P-N结上因应变而产生极化电场，将使得材料内部的电子与空穴结合机率降低， 影响发光二极管的发光亮度。在发光二极管材料的披覆层掺入IV族的杂质，确实能降低披 覆层与活性区因晶格不匹配所造成的极化电场效应，有助于提高发光二极管的发光亮度， 但是IV族杂质容易扩散进入发光二极管的活性区(Active region)，反而导致活性区发光 特性降低，整体发光亮度下降，甚至影响发光二极管电性。除了上述专利所提出发光二极管的亮度提高方法，美国照明二极管公司 (Lumileds Lighting U.S.，LLC)，在美国专利US 6955933中，说明了利用发光二极管材料 的分阶段式(graded)工艺技术，将原本在活性区的量子阱与量子位障(quantum barrier layer)，以分阶段式(graded)的方式成长，目的为因此方式减少活性区内平均铟含量，以 致减少整体活性区内因为氮化铟镓与氮化镓晶格不匹配所形成的应变，进而影响电子与空 穴的复合效率。该专利方法能够在发光二极管的活性区，改变原本量子阱结构，以形成分阶段的 (graded)量子阱与量子位障，通过舒缓活性区极化电场效应，也能降低材料本身极化电场效应，但是在发光二极管活性区使用该分阶段的(graded)量子阱与量子位障，对量子阱而言其发光波长稳定性不佳，而对量子位障而言则是容易降低其对量子阱内载子局限功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管，包含：一基板；以及一化合物半导体复合层，位于该基板上，并且该化合物半导体复合层包含一Ｎ型导电的半导体层、一Ｐ型导电的半导体层、一活性层、第一应变补偿层与第二应变补偿层，其中该活性层位于该Ｎ型导电的半导体层与该Ｐ型导电的半导体层之间，该第一应变补偿层与该第二应变补偿层位于该Ｎ型导电的半导体层与该活性层之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林文禹，黄世晟，涂博闵，叶颖超，吴芃逸，詹世雄，杨顺贵，黄嘉宏，
申请(专利权)人：先进开发光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]