本发明专利技术公开一种改良第三族氮化物基发光装置内部量子效率的方法，其步骤包含提供具有单晶结构的第三族氮化物基基板，在第三族氮化物基基板上形成具有复数个不吸收可见光的粒子氧化层，其中粒子的大小、形状与密度由反应温度、反应时间及反应浓度所控制，以及在氧化层上生成第三族氮化物基层。其中氧化层具阻挡第三族氮化物基基板的线差排传播到第三族氮化物基层，借以改良第三族氮化物基发光装置的内部量子效率。本发明专利技术还公开一种改良第三族氮化物基发光装置内部量子效率的装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种改良发光装置的内部量子效率的方法，尤其涉及一种第三族氮化 物基发光装置，例如氮化镓(GaN)发光装置。
技术介绍
第三族氮化物基半导体为直接跃迁(direct-transition)型半导体，当使用于发 光二极管(Light emitting Diodes,LEDs)和雷射二极管(Laser-Diodes，LDs)等发光装置 时，具有从UV到红光广波段的放射光谱。当发光装置具有较高外部量子效率时(抽取出的光子数目/注入的载子数)，其功 率消耗较少。外部量子效率可借由增加出光效率(抽取出的光子数/放射出的光子数)或 内部量子效率(放射出的光子数/注入的载子数)来提升。内部量子效率的增加表示转换 自发光组件电力的热能减少。因此，内部量子效率的增加不仅降低功率消耗，同时抑制了因 加热而导致可靠性降低的情形。LED的出光效率可借由生成下部局限层或将之打线于透明基板上来加以改善，而 不是吸光基板上。LED内能隙(energy gap)相当于或小于发光层的任一层，会减低透明基 板LED的出光效率。由于活性层(active layer)，也称发光层，放射的部分光线在出光至 LED前穿越吸光层。这些吸光层能缩减线差排的数目或发光层的其它缺点，或用来简化LED 制程。另一个作用是减少异质接口的能带偏移，而降低施于接点的电压，以将特定电流导向 二极管。由于吸光层吸收波长较短的光的效率比吸收波长较长的光来得好，所以放射波长 为590nm的LED所遭受的性能影响大于放射波长640nm的LED，是因为这些吸收层存在的缘 故。活性区的吸光作用也会降低出光效率。在现有技术中，改良LED效能的技术着重 在最佳的内部量子效率取决于活性层的厚度，以及借由移除吸光基板来提升LED出光效 率。出光效率也可利用将所有吸光层(包括活性层)变薄而加以改善。然而，过薄的活性 层可能会减低LED的内部量子效率。如上所述，吸光层可减少线差排的数目，如此之外也可利用其它方法来减少线差 排的数目，以克服吸光层所导致的问题。当第三族氮化物基半导体形成于硅(Si)基板上时，磊晶成长过程可能在硅基 板和第三族氮化物基半导体间的晶格常数(lattice constants)失配所引致的应力 (stress)下进行。硅基板和第三族氮化物基半导体间热膨胀系数的差异，使得应力在冷却 过程中增加，而在第三族氮化物基半导体层产生许多裂缝。于是，产生在发光装置或其它装 置形成区域的裂缝，使装置成了有瑕疵的产品，因此装置的良率也不佳。当实行特定生长过程以防产生裂缝时，应力不能充分松弛，尤其线差排不减少。简 而言之，裂缝的产生代表应力松弛。当裂缝受到抑制时，应力遂施加于线差排，因此亟需解 决线差排向上散播的问题。本专利技术人有鉴于上述现有的缺点，经精心研究，提出利用形成如氧化锌(aio)层的氧化层来取代吸光层，以抑制线差排向上散播，进一步改善第三族氮化物基半导体的出 光效率并提升内部量子效率。
技术实现思路
由于先前技艺受限于上述问题。本专利技术的目的在于提供一种提升第三族氮化物基 发光装置内部量子效率的方法，同时改善出光效率。根据本专利技术的观点，改良第三族氮化物基发光装置内部量子效率的方法，包括以 下步骤a)提供具有单晶结构的第三族氮化物基基板；b)在第三族氮化物基基板上形成氧 化层，具有复数个不吸收可见光的粒子，其中粒子的大小、形状与密度由反应温度、反应时 间及反应浓度所控制；及C)在氧化层上生成第三族氮化物基层，其中氧化层具阻挡第三族 氮化物基基板的线差排散播到第三族氮化物基层，借以改良第三族氮化物基发光装置的内 部量子效率。根据本专利技术的构想，其中氧化层包括氧化锌(ZnO)、二氧化硅(Si02)、二氧化钛 (TiO2)或氧化铝(Al2O3)。根据本专利技术的构想，其中氧化层借由水热处理、溶胶凝胶法、热蒸镀法、化学气相 沉积法(CVD)、或分子束磊晶法(MBE))所形成。根据本专利技术的构想，其中粒子截面直径介于IOOnm(纳米)与数ym(微米)之间。根据本专利技术的构想，其中粒子在氮氢的浓度比大于1的磊晶再成长环境中稳定， 以利磊晶成长。根据本专利技术的构想，其中粒子在介于400°C 1000°C的再成长温度下稳定，以利幕晶成长。根据本专利技术的构想，其中粒子具有纳米结构或微结构。依照本专利技术的另一观点，一种具有改良内部量子效率的第三族氮化物基发光装 置，包括具有单晶结构的第三族氮化物基基板；形成于第三族氮化物基基板上的氧化层，具 有复数个不吸收可见光的粒子，粒子的大小、形状与密度由反应温度、反应时间以及反应浓 度所控制，以及生成在氧化层上的第三族氮化物基层。其中氧化层具阻挡第三族氮化物基 基板的线差排传播到第三族氮化物基层，借以改良第三族氮化物基发光装置的内部量子效 率。附图说明图1为本专利技术的一较佳实施例的流程图；图2A及图2B分别为具有氧化锌层的与不具有氧化锌层的LED示意图；图3为本专利技术氧化锌(SiO)粒子阻挡氮化镓(GaN)基板线差排的传播的扫描电子 显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)影像图；图4为本专利技术ZnO粒子在成核期(nucleation stage)形成于GaN基板上的SEM 影像图；图5为ZnO粒子在岛状核期(island stage)形成于GaN基板上的SEM影像图；图6为ZnO粒子在成膜期(film stage)形成于GaN基板上的SEM影像图；图7绘示传统LED与本专利技术LED的放射强度与直流注入电流间的关系图。4附图标记说明S101 S106-步骤 具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证 的目的，决不限制本专利技术的保护范围。请参照图1。图1绘示本专利技术第三族氮化物基发光装置的内部量子效率的改良 方法的最佳实施例流程图。本实施例中，第三族氮化物基发光装置是指氮化镓(GaN)发 光二极管。本专利技术改良第三族氮化物基发光装置内部量子效率的方法包含以下步骤首 先，提供氮化镓(GaN)基板，最好是由平坦表面形成的单晶结构的GaN基板，如步骤S101。 氮化镓基板的形成主要可划分为三个生成阶段成核期(nucleation stage)、岛状核期 (island stage)、以及成膜期(film stage) 0氮化镓基板在三个生成阶段分别具有非晶结 构(non-crystal 1 ine structure)、多晶结构(polycrystalline structure)、以及单晶结 构(single crystalline structure)。最后成膜期中具有单晶结构的GaN基板可提供绝佳 的核基(nucleated base)。分别利用丙酮、甲醇、以及去离子水将GaN基板清洗约30秒，如步骤S102。清洗 GaN基板后，以氮气喷枪吹干，如步骤S103。接下来，在GaN基板的上表面形成氧化锌(SiO) 的晶种层，以增加附着力，如步骤S104。GaN基板其上的晶种层可做为媒介(mediator)。氧化锌(ZnO)的晶种层是将醋酸锌(Zn(CH3COO)2 · H2O, zinc acetate)溶解于乙 二醇甲醚(CH3O(CH2)20H，2-methOXyethanol)配制而成，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种改良第三族氮化物基发光装置内部量子效率的方法，其特征在于其包括以下步骤：提供具有单晶结构的第三族氮化物基基板；在第三族氮化物基基板上形成氧化层，具有复数个不吸收可见光的粒子，其中粒子的大小、形状与密度由反应温度、反应时间及反应浓度所控制；以及在氧化层上生成第三族氮化物基层；其中氧化层具阻挡第三族氮化物基基板的线差排传播到第三族氮化物基层，借以改良第三族氮化物基发光装置的内部量子效率。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：潘昌吉，张简庆华，陈彰和，
申请(专利权)人：华新丽华股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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