发光二极管及其制造方法技术

本发明专利技术揭示一发光二极管及其制造方法。该方法包含提供一基材；形成一缓冲层于此基材上；形成一氮化镓层于前述缓冲层上；低温形成一粗化层于前述氮化镓层上；形成一磊晶层于前述粗化层上，其中磊晶层材料之折射率大于粗化层材料之折射率。其方法主要为提高发光二极管之出光率及改善磊晶质量，且在同一个MOCVD反应器中即可完成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于一种发光二极管芯片及其制造方法。
技术介绍
发光二极管(LED)可广泛地应用于不同的产品中，例如可应用于平面显示装置、 交通信号、照明设备等等。发光二极管芯片中活性层所发出的光线，可能因为发光二极管芯片中的光学路径不佳，导致所产生的光线无法有效地传递至外界，因此而降低光的取出率及发光效率。所以，如何提高发光二极管芯片中光线的取出率或发光效率，一直是发光二极管领域的重要技术议题。M. Hao等人曾揭露一种利用高温蚀刻氮化镓(GaN)及蓝宝石基材(phys. stat. sol. (c)l，No. 10，pp.2397-M0(K2004))，以形成一粗糙面的技术。其中使用的技术是先形成一氮化镓(GaN)层于蓝宝石基材上，然后在高温(1180°C )下导入氢气使GaN受热分解， 并同时诱发GaN蚀刻蓝宝石基材，而在蓝宝石基材表面上形成高密度的纳米等级的陨石坑 (nano-craters)。但上述方法必需额外成长一 GaN层，且进行蚀刻蓝宝石基材所需的时间较长，并不经济。Ru-Chin Tu等人曾揭露使用一层薄的SiN中间层(interlayer)于n_GaN中的技术(Applied Physics Express l，pp. 101101-1-3 Q003))，以提升磊晶质量与光取出率。但此一中间层厚度仅约为50nm至lOOnm，相较于近微米尺度的粗糙表面而言，其光散射效果并不显著。Yasuo Ohba等人公开一种使用高质量氮化铝(AlN)为底材，以制造高效能紫外光 LED 的技术(Appl. Phys. Lett.，Vol. 83，No. 17，pp. 3608-3610 (2008)) 但平滑的 GaN/AIN 接口无法有效提高LED芯片的光取出率。另一先前技术揭露一种发光组件，其包含一具有漫射面的半导体发光迭层以及一透明粘结层。在此，漫射面是利用磊晶制程成长或以蚀刻方式形成，且透明粘结层的主要成分是由高分子材料所组成，用以将发光迭层与透光基板粘结在一起。在上述制程方式中，因为必须粘结两片基材，所以制造过程繁锁。此外，透明粘结层的主要成分为高分子材料，容易受热而劣化，所以发光组件的可靠度不易控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种发光二极管，俾能增加光取出率以及改善磊晶质量，而提升发光二极管的光学及电性效能。本专利技术之另一目的是提供一种制造上述发光二极管的方法，其至少具有制程方式简单之优点。本专利技术之另一态样是提供一种发光二极管，此发光二极管包括一基材、一氮化镓层、一粗化层、一磊晶层。其中该磊晶层包含一第一半导体层、一发光层以及一第二半导体层。前述粗化层配置于前述氮化镓层上，且前述粗化表面上具有不规则粗糙面。前述磊晶层配置于粗化层上，且前述磊晶层材料的折射率大于粗化层材料的折射率。本专利技术之一态样是提供一种制造发光二极管的方法，此方法包括以下步骤。提供一基材；形成一缓冲层于此基材上；形成一氮化镓层于前述缓冲层上；低温形成一粗化层于前述氮化镓层上；形成一磊晶层于前述粗化层上，其中磊晶层材料之折射率大于粗化层材料之折射率。下面参照附图，结合具体实施例对本专利技术作进一步的描述。 附图说明图IA至图IC和图IE为本专利技术之发光二极管在不同制造步骤时的剖面示意图。图ID是图IC的顶视图。图2是为本专利技术之光路径示意图。图3是为低温下成长之氮化铝层表面的显微图片。主要元件符号说明发光二极管 100基材102缓冲层104氮化镓层106粗化层108第一半导体层 110发光层112第二半导体层 114磊晶层11具体实施例方式图IA至图IC和图IE是本专利技术之发光二极管在不同制造步骤时的剖面示意图。请参照图1A，其为一剖面示意图。首先提供一基材102，基材102的材料可为蓝宝石(Al2O3)基板、碳化硅(SiC)基板、铝酸锂基板(LiAlO2)、镓酸锂基板(LiGaO2)、硅(Si) 基板、氮化镓(GaN)基板、氧化锌(SiO)基板、氧化铝锌基板(AlZnO)、砷化镓(GaAs)基板、 磷化镓(GaP)基板、锑化镓基板(feSb)、磷化铟αηΡ)基板、砷化铟(InAs)基板或硒化锌 (ZnSe)基板，但可适用于本专利技术之基材102不限于上述材料。如图IB所示，于基材102上方形成一缓冲层104。由于晶格结构与晶格常数是另一项选择磊晶基板的重要依据。若基板与磊晶层之间晶格常数差异过大，往往需要先形成一缓冲层才可以得到较佳的磊晶质量。前述缓冲层104形成的方式是以化学气相沈积法(Chemical Vapor Deposition ；CVD) 例如在有机金属化学气相沈积(MOCVD ； Metal Organic Chemical Vapor Deposition)机台或是分子束幕晶(MBE ;Molecular Beam Epitaxy)机台中，以相对于后续正常磊晶温度较低的环境长晶。例如氮化镓的一般长晶温度约在800-1400°C之间，而缓冲层的长晶温度约在250-700°C之间。当使用有机金属化学气相沈积法时，氮的先驱物可以是NH3或是N2。镓的先驱物可以是三甲基镓 (trimethylgallium ；TMGa)或是三乙基镓(triethylgallium ；TEGa)。反应室的压力可以是低压或是常压。接下来于前述缓冲层104上将反应温度升高至1000-140(TC之间高温形成一磊晶质量较佳的无掺杂氮化镓层106。进一步参考图1C，粗化层108可为一无机材料所制成，例如金属氮化物。在一实施例中，粗化层108为单晶氮化铝(AlN)。粗化层108的厚度并无特殊限制，在一实施例中，粗化层108的厚度为约0. 5μπι至约2μπι，可依材料种类以及后续制程的需要调整粗化层108的厚度。在另一实施例中，使用有机金属化学气相沈积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)技术，温度约800°C下形成粗化层108。在使用MOCVD形成氮化铝层(AlN) 108的实施例中，可使用三甲基铝(TMAI，trimethylaluminum)为有机金属反应源(precursor)和NH3气体反应而得到氮化铝(AlN)。在粗化层108为氮化铝的实施例中， 氮化铝的折射率为约为2.1。在温度约800°C下形成氮化铝层，由于晶格排列较混乱，使得氮化铝层108产生不规则表面亦即为粗化层，如图IC及图ID所示。图IC为剖面示意图，图ID为图IC的顶视图。此粗化表面可造成光学散射效果，并能改变发光二极管芯片中的光学路径，而达成提升光取出率的效果。前述形成粗化层108可以在同一反应腔室中完成，无须更换腔室或移动基材。图3为低温下成长之氮化铝层表面的显微图片。由于低温下成长之氮化铝层的晶格排列不整齐，因此容易产生一粗化表面。从显微图片中可以观察得到。请参见图1E，形成一磊晶层116于粗化层108上，其中前述磊晶层116包含一第一半导体层110、一发光层112以及一第二半导体层114。前述磊晶层116材料的折射率大于粗化层108材料的折射率。第一半导体层可为η型半导体层，利用掺杂四族的原子以形成η型半导体层110。在本实施例中是硅原子(Si)，而硅的先驱物在有机金属化学气相沈积机台中可以是硅甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种发光二极管组件之制造方法，包含：提供一基材；形成一缓冲层于该基板上；形成一粗化层于该缓冲层上；形成一磊晶层于该粗化层上；其特征在于上述步骤皆在一反应炉中完成。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管组件之制造方法，包含提供一基材；形成一缓冲层于该基板上；形成一粗化层于该缓冲层上；形成一磊晶层于该粗化层上；其特征在于上述步骤皆在一反应炉中完成。2.根据权利要求项1所述的发光二极管组件之制造方法，其特征在于形成一氮化镓层介于该缓冲层及粗化层之间。3.根据权利要求项1所述的发光二极管组件之制造方法，其特征在于所述粗化层的材料为氮化铝(AlN)。4.根据权利要求项1所述的发光二极管组件之制造方法，其特征在于所述磊晶层的折射率大于该粗化层的折射率。5.根据权利要求项1所述的发光二极管组件之制造方法，其特征在于所述粗化层形成的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄世晟，凃博闵，吴芃逸，
申请(专利权)人：展晶科技深圳有限公司，荣创能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94