具有凹坑层的发光二极管装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了发光二极管装置及其制造方法。在一实施例中，发光二极管装置包含一具有第一表面与第一厚度的N型层，以及一位于第一表面的凹坑层。凹坑层具有第二表面以及介于以及至第二厚度。此外，一具有介于至的第三厚度的活性层位于第二表面，并且一P型层位于活性层上。N型层在第一表面具有一缺陷密度，范围从1×109cm-2至1×1010cm-2。凹坑层具有许多凹坑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体装置与制造方法。本专利技术尤其涉及使用凹坑层的半导体装置与方法。作为例示而非限制，本专利技术的实施例以发光二极管装置为例，但本专利技术实施例可有更广泛的应用范围。
技术介绍
发光二极管(light-emitting diode, LED)已被广泛地作为光源。当正偏压施加于发光二极管，其内的电子与电洞结合而发光；发光的颜色与能隙相关。相较于白炽光源， 发光二极管作为光源更具有许多优点。图1显示一传统发光二极管装置1100的简化图。发光二极管装置100具有基材 1102、N型层1110、活性层1125，以及P型层1130。此外，接触区域1115与接触区域1135 分别形成在N型层与1110与P型层1130上方并与之电性接触。当电压被施加于接触区域 1115与接触区域1135时，N型层1110中的一些电子被注入活性层1125并与其中的电洞结合，而以光子的形式发光。通常，基材1102的材质为蓝宝石。此外，硅掺杂氮化镓铝(AlGaN)，或硅掺杂氮化镓(GaN)作为N型层1110 ；镁掺杂氮化镓铝，或镁掺杂氮化镓作为P型层1130。活性层1125 可包含以至少一个氮化铟镓/氮化镓超结晶形成的单一量子井或多重量子井。在某些情况，可在一基板上，例如一绝缘或一高阻抗基板，例如蓝宝石、碳化硅、三族-氮(例如氮化镓或氮化铝)基板上，以串联或并联的方式，形成一发光二极管数组。通常数组中的发光二极管装置之间，可以沟渠隔开，再沉积互联机(interconnect)电性连接彼此。例如，可先沉积一绝缘层于发光二极管数组，接着图案化该绝缘层，使得移除N型层与P型层上方的绝缘层，留下沟渠以及与N型层与P型层之间侧壁上的绝缘层。绝缘层的使用可改善个别发光二极管装置的电绝缘性。现有的发光二极管其发光效率有限，因此有需要提出一种可改善效率的发光结构与制造方法。
技术实现思路
本专利技术是关于半导体装置与制造方法。本专利技术尤其提供使用凹坑层的半导体装置与方法。作为例示而非限制，本专利技术的实施例以发光二极管装置为例，但本专利技术实施例可有更广泛的应用范围。本专利技术一实施例提供一种发光二极管装置，其包含一具有第一表面与第一厚度的 N型层，并且该第一表面上具有一凹坑层(pitted layer)。该凹坑层具有第二表面以及第二厚度，厚度范围从500 A至3000A。此外，一具有介于10 A至20A之间的第三厚度的活性层位于第二表面上，并且一 P型层位于活性层上。该N型层在第一表面具有一缺陷密度，范围从！父川^！^至！父川1、!!!—2。凹坑层具有许多凹坑，在第二表面上凹坑的尺寸大约 % 500 AM 3000A之间。本专利技术另一实施例提供一种发光二极管装置，其包含一具有第一表面与第一厚度的N型层，并且该第一表面上具有第一凹坑层。该第一凹坑层具有第二表面以及第二厚度， 厚度范围从500 A至3000 A。此外，一具有介于10 A至20 A之间的第三厚度的第一活性层位于第二表面上，第一 P型层位于第一活性层上，一穿隧层位于第一 P型层上，并且第二凹坑层位于穿隧层上。该第二凹坑层具有第三表面以及第四厚度，厚度范围从500 A 至3000A。此外，该LED装置还包含位于第三表面上的第二活性层，第二活性层具有第五厚度，其范围介于10 A至20A之间。此外，该LED装置还包含位于第二活性层上的第二 P型层。所述N型层在第一表面具有一缺陷密度，范围从IX IO9CnT2至IX KTcnT2。第一凹坑层具有许多第一凹坑，每一个第一凹坑在第二表面上具有第一凹坑尺寸，其值大约介于 500 A至3000A之间。第二凹坑层具有许多第二凹坑，每一个第二凹坑在第三表面上具有第二凹坑尺寸，其值大约介于500 A至3000A之间。本专利技术另一实施例提供一种发光二极管装置的制造方法，其包含下列步骤沉积一具有第一表面与第一厚度的N型层；沉积第一凹坑层于第一表面，该第一凹坑层具有第二表面以及第二厚度，厚度范围从500 A至3000A;在第二表面上形成一具有介于IOA 至20A之间的第三厚度的第一活性层；在第一活性层上形成第一P型层。该N型层在第一表面具有一缺陷密度，范围从1X IO9CnT2至1X KTcnT2。第一凹坑层具有许多第一凹坑，每一个第一凹坑在第二表面上具有第一凹坑尺寸，其值大约介于500 A至3000A之间。本专利技术相较于现有技术具有许多优点。例如，本专利技术实施例提供相较现有技术更简单的结构，更低成本的工艺，或具有更高效率的LED结构。附图说明图1显示一传统发光二极管装置的简化图。图2显示根据本专利技术一实施例的氮化镓(GaN)发光二极管(LED)装置。图3显示硅掺杂氮化镓层的厚度与缺陷密度的关系。图4显示厚度与凹坑尺寸的关系图。图5(A)、(B)、(C)显示根据本专利技术实施例凹坑层的凹坑的各种形状。图6(A)、⑶、(C)显示在凹坑层上，以不同沉积时间形成活性层。图7(A)、(B)显示活性层与凹坑层的凹坑密度的关系。图8显示根据本专利技术一实施例的一种发光芯片。图9显示根据本专利技术另一实施例的LED结构。主要组件符号说明100 发光二极管结构110 基材120 成核层130 N 型 GaN 层132 表面140 凹坑层142 表面150 活性层160InAlGaN 层170P 型层600芯片625基板635金属线642共同阴极645共同阳极800发光二极管结构810基材820成核层830N 型 GaN 层840凹坑层850活性层860InAlGaN 层870P 型层880InGaN 层890GaN 层940凹坑层950 活性层960 InAlGaN 层970P 型层1100 发光二极管装置1102基材1110N 型层1115接触区域1125 活性层1130P 型层1135接触区域具体实施例方式本专利技术关于半导体装置与制造方法。本专利技术尤其提供利用凹坑层的半导体装置与方法。作为例示而非限制，本专利技术的实施例以发光二极管装置为例，但本专利技术实施例可有更广泛的应用范围。图2显示根据本专利技术一实施例的氮化镓(GaN)发光二极管(LED)结构。本领域技术人员可根据本实施例做各种变更、替换或修改，而这些变更、替换或修改均属于本专利技术的范畴。参见图2，氮化镓LED结构100包含基材110、成核层(nucleation layer) 120、N型GaN 层130、凹坑层140、活性层150、氮化铝铟镓anxAlyfeizN)层160、P型层170。在一实施例， 氮化铝铟镓层的各元素符合下列条件x+y+z = 1，0<乂<1，0<7<1，以及0<2<1。 在另一实施例，活性层150的能隙(bandgap)小于凹坑层140以及氮化铝铟镓层160的能隙。在另一实施例，活性层150是一量子井层(quantum well layer)，其与凹坑层140以及氮化铝铟镓层160形成一量子井(quantum well)。在一范例，基材110是C-plane蓝宝石基材或A-plane蓝宝石基材。在另一范例中，基材110是碳化硅基材或一硅基材。在另一范例中，基材110是一圆形蓝宝石基材，具有一稍微倾斜角度以及约2至4英寸的直径。在一范例中，成核层120形成在基材110上。例如，在温度约400°C至400°本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.11.23 US 61/416,634;2011.01.21 US 13/011,3991.一种发光二极管装置，包含一 N型层，该N型层具有一第一表面与一第一厚度；一凹坑层，该凹坑层位于所述第一表面，且具有一第二表面以及一第二厚度，该第二厚度的范围从500 A至3000A;一活性层，该活性层位于所述第二表面上，且具有一介于10 A至20A的第三厚度；以及一 P型层，该P型层位于所述活性层上；其中，所述N型层在所述第一表面具有一缺陷密度，其范围从1 X IO9CnT2至1 X IOiciCnT2, 所述凹坑层具有多个凹坑，且在所述第二表面上每一个凹坑的凹坑尺寸介于500 A至 3 000A之间。2.如权利要求1的发光二极管装置，其特征在于，所述缺陷密度的范围从5X IO9CnT2至IX IO10CnT2。3.如权利要求1的发光二极管装置，其特征在于，所述第二厚度介于500A至1000A， 且在所述第二表面上所述凹坑尺寸介于500 A至1000A。4.如权利要求3的发光二极管装置，其特征在于，所述凹坑层的所述第二表面上的所述凹坑尺寸介于500 A至1OOOA，凹坑密度介于1X IO9CnT2至3X IOltlcnT2。5.如权利要求1的发光二极管装置，其特征在于，具有一内部量子效率，其中所述内部量子效率具有一最大值，且该最大值介于60 %至95 %。6.如权利要求1的发光二极管装置，其特征在于，所述N型层包含硅掺杂氮化镓，该活性层包含氮化铟镓，所述P型层至少包含下列群组的其中之一镁掺杂氮化镓、镁掺杂氮化铟镓。7.如权利要求1的发光二极管装置，其特征在于，所述凹坑层包含下列群组的其中之一一氮化镓层、一氮化铟镓层，以及一氮化铟镓/氮化镓超结晶层。8.如权利要求1的发光二极管装置，还包含一^ixAlfazN层位于该活性层与该P型层之间，其中X，1’ ζ满足x+y+z = 1，0彡χ彡1，0彡y彡1，以及0彡ζ彡1。9.如权利要求1的发光二极管装置，其特征在于，具有一正向电流2mA与一正向电压3V。10.如权利要求1的发光二极管装置，还包含 一基材；以及位于所述基材上的一成核层，该成核层具有一第三表面与介于200A至400 A的一第四厚度；其中所述N型层位于所述第三表面上。11.如权利要求10的发光二极管装置，还包含 位于该N型层与该成核层之间的一未掺杂的氮化镓层； 其中所述N型层包含硅掺杂氮化镓。12.一种发光二极管装置，包含一 N型层，该N型层具有一第一表面与一第一厚度；一第一凹坑层，该第一凹坑层位于所述第一表面，且具有一第二表面以及介于500 A 至3000A的一第二厚度；一第一活性层，该第一活性层位于所述第二表面，且具有介于IOA至20A的一第三厚度；一第一 P型层，该第一 P型层位于所述第一活性层上； 一穿隧层，该穿隧层位于所述第一 P型层上；一第二凹坑层，该第二凹坑层位于所述穿隧层上，且具有一第三表面以及介于500 A 至3000A的一第四厚度；一第二活性层，该第二活性层位于所述第三表面，且具有介于IOA至20A的一第五厚度；以及一第二 P型层，该第二 P型层位于该第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恒，
申请(专利权)人：绿种子能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：