发光二极管芯片制造技术

一种发光二极管芯片，其主要包括基板、第一型掺杂半导体层、第二型掺杂半导体层、发光层、至少一掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层及至少一穿隧接合层。第一型掺杂半导体层设置于基板上，且发光层设置于第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层之间。掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层设置于发光层的至少其中一表面上，且穿隧接合层设置于掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与第一型掺杂半导体层之间及／或掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与第二型掺杂半导体层之间，其中掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与穿隧接合层是位于发光层的同一侧。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体元件，且特别涉及一种发光二极管(LightEmitting Diode，LED)芯片。
技术介绍
发光二极管属于半导体元件，其发光芯片的材料一般可使用III-V族化学元素，如磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等化合物半导体。利用对上述这些化合物半导体施加电流，透过电子空穴对的结合，可将电能转为光能，而以光波的形态释出，达到发光的效果。由于发光二极管的发光现象是属于冷性发光，而非通过加热发光，因此发光二极管的寿命可长达十万小时以上，且无须暖灯时间(idling time)。此外，发光二极管具有反应速度快(约为10-9秒)、体积小、用电省、污染低(不含水银)、可靠度高、适合量产等优点，因此其所能应用的领域十分广泛，如扫描仪的灯源、液晶屏幕的背光源、户外显示广告牌或是车用照明设备等等。公知的发光二极管主要是由发光层、n型掺杂半导体层及p型掺杂半导体层所组成，其中n型掺杂半导体层及p型掺杂半导体层分别设置于发光层的两侧。一般而言，由于前述各层材质之间会有晶格不匹配(latticemismatch)的现象，这会造成在外延(epitaxy)的过程中产生较大的应力(stress)而降低外延质量。此外，由于p型掺杂半导体层具有较高的电阻值，使得在p型掺杂半导体层与发光层的接合处会具有较大的压降，因此需要较高的操作电压才能操作发光二极管。
技术实现思路
鉴于上述情况，本专利技术的目的就是提供一种发光二极管芯片，其具有较低的操作电压及较平坦的表面。本专利技术的再一目的是提供一种发光二极管芯片，其具有较低的漏电流。基于上述或其它目的，本专利技术提出一种发光二极管芯片，其包括基板、第一型掺杂半导体层、第二型掺杂半导体层、发光层、至少一掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层(In doped AlxGa1-xN based material layer，0≤x＜1)、至少一穿隧接合层(tunneling junction layer)、第一电极及第二电极。第一型掺杂半导体层设置于基板上，而第二型掺杂半导体层设置于第一型掺杂半导体层上方，且发光层设置于第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层之间。掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层设置于发光层的至少其中一表面上，且穿隧接合层设置于掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与第一型掺杂半导体层之间及/或掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与第二型掺杂半导体层之间，其中掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与穿隧接合层是位于发光层的同一侧。第一电极设置于第一型掺杂半导体层上，且第二电极设置于第二型掺杂半导体层上。此外，本专利技术另提出一种发光二极管芯片，其包括基板、第一型掺杂半导体层、第二型掺杂半导体层、发光层、至少一未掺杂之氮化铝镓系材料层(undoped AlxGa1-xN based material layer，0≤x＜1)、至少一穿隧接合层、第一电极及第二电极。第一型掺杂半导体层设置于基板上，而第二型掺杂半导体层设置于第一型掺杂半导体层上方，且发光层设置于第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层之间。未掺杂之氮化铝镓系材料层设置于发光层的至少其中一表面上，且穿隧接合层设置于未掺杂之氮化铝镓系材料层与第一型掺杂半导体层之间及/或未掺杂之氮化铝镓系材料层与第二型掺杂半导体层之间，其中未掺杂之氮化铝镓系材料层与穿隧接合层是位于发光层的同一侧。第一电极设置于第一型掺杂半导体层上，且第二电极设置于第二型掺杂半导体层上。在本专利技术之一实施例中，上述的穿隧接合层的能隙宽度可以大于发光层的能隙宽度。在本专利技术之一实施例中，上述的穿隧接合层包括第一型氮化铝镓系材料层及第二型氮化铝镓系材料层，其中第二型氮化铝镓系材料层设置于第一型氮化铝镓系材料层的其中一表面上。在本专利技术之一实施例中，上述的第一型氮化铝镓系材料层可以具有硅掺质、铟掺质或其组合，且第二型氮化铝镓系材料层可以具有镁掺质、铟掺质或其组合。在本专利技术之一实施例中，上述的掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层/未掺杂之氮化铝镓系材料层设置于发光层的上表面上，且第二型氮化铝镓系材料层设置于掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层/未掺杂之氮化铝镓系材料层与第一型氮化铝镓系材料层之间。在本专利技术之一实施例中，上述的掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层/未掺杂之氮化铝镓系材料层设置于发光层的下表面上，且第一型氮化铝镓系材料层设置于掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层/未掺杂之氮化铝镓系材料层与第二型氮化铝镓系材料层之间。在本专利技术之一实施例中，上述的第一型氮化铝镓系材料层可以具有镁掺质、铟掺质或其组合，且第二型氮化铝镓系材料层可以具有硅掺质、铟掺质或其组合。在本专利技术之一实施例中，上述的掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层/未掺杂之氮化铝镓系材料层设置于发光层的上表面上，且第二型氮化铝镓系材料层设置于掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层/未掺杂之氮化铝镓系材料层与第一型氮化铝镓系材料层之间。在本专利技术之一实施例中，上述的掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层/未掺杂之氮化铝镓系材料层设置于发光层的下表面上，而第一型氮化铝镓系材料层设置于掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层/未掺杂之氮化铝镓系材料层与第二型氮化铝镓系材料层之间。在本专利技术之一实施例中，上述的第一型掺杂半导体层包括缓冲层(buffer layer)、结晶层(nucleation layer)及第一型接触层。缓冲层设置于基板上，而结晶层设置于缓冲层上，且第一型接触层设置于结晶层上。在本专利技术之一实施例中，上述的第二型掺杂半导体层包括第二型接触层。综合上述，由于穿隧接合层可以有效降低第一/第二型掺杂半导体层与发光层之间的压降，因此本专利技术的发光二极管具有较低的操作电压。此外，掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层可使发光二极管芯片具有较平坦的表面，而未掺杂之氮化铝镓系材料层可使发光二极管芯片具有较低的漏电流。因此，上述的优良特性均有效提高本专利技术的发光二极管芯片的质量。为让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。附图说明图1为依照本专利技术的第一实施例的发光二极管芯片的剖面示意图。图2为依照本专利技术的第二实施例的发光二极管芯片的剖面示意图。图3为依照本专利技术的第三实施例的发光二极管芯片的剖面示意图。图4为依照本专利技术的第四实施例的发光二极管芯片的剖面示意图。主要元件标记说明100、200、300、400发光二极管芯片110基板120第一型掺杂半导体层122缓冲层124结晶层126第一型接触层130第二型掺杂半导体层132第二型接触层140发光层150、250掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层 160、260、360、460穿隧接合层162、262、362、462第一型氮化铝镓系材料层164、264、364、464第二型氮化铝镓系材料层170第一电极180第二电极具体实施方式第一实施例图1为依照本专利技术的第一实施例的发光二极管芯片的剖面示意图。请参照图1，本专利技术的发光二极管芯片100包括基板110、第一型掺杂半导体层120、第二型掺杂半导体层130、发光层140、掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层(In doped AlxGa1-xN based material layer，0≤x＜1)150、穿隧接合层(tunneling junction layer)160、第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管芯片，其特征是包括：　　　　基板；　　　　第一型掺杂半导体层，设置于该基板上；　　　　第二型掺杂半导体层，设置于该第一型掺杂半导体层上方；　　　　发光层，设置于该第一型掺杂半导体层与该第二型掺杂半导体层之间；　　　　至少一掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层，设置于该发光层的至少其中一表面上；　　　　至少一穿隧接合层，设置于该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与该第一型掺杂半导体层之间及／或该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与该第二型掺杂半导体层之间，其中该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与该穿隧接合层是位于该发光层的同一侧；　　　　第一电极，设置于该第一型掺杂半导体层上；以及　　　　第二电极，设置于该第二型掺杂半导体层上。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管芯片，其特征是包括基板；第一型掺杂半导体层，设置于该基板上；第二型掺杂半导体层，设置于该第一型掺杂半导体层上方；发光层，设置于该第一型掺杂半导体层与该第二型掺杂半导体层之间；至少一掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层，设置于该发光层的至少其中一表面上；至少一穿隧接合层，设置于该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与该第一型掺杂半导体层之间及/或该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与该第二型掺杂半导体层之间，其中该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与该穿隧接合层是位于该发光层的同一侧；第一电极，设置于该第一型掺杂半导体层上；以及第二电极，设置于该第二型掺杂半导体层上。2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征是该穿隧接合层的能隙宽度大于该发光层的能隙宽度。3.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征是该穿隧接合层包括第一型氮化铝镓系材料层；以及第二型氮化铝镓系材料层，设置于该第一型氮化铝镓系材料层的其中一表面上。4.根据权利要求3所述的发光二极管芯片，其特征是该第一型氮化铝镓系材料层具有硅掺质、铟掺质或其组合，且第二型氮化铝镓系材料层具有镁掺质、铟掺质或其组合。5.根据权利要求4所述的发光二极管芯片，其特征是该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层设置于该发光层的上表面上，且该第二型氮化铝镓系材料层设置于该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与该第一型氮化铝镓系材料层之间。6.根据权利要求4所述的发光二极管芯片，其特征是该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层设置于该发光层的下表面上，且该第一型氮化铝镓系材料层设置于该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与该第二型氮化铝镓系材料层之间。7.根据权利要求3所述的发光二极管芯片，其特征是该第一型氮化铝镓系材料层具有镁掺质、铟掺质或其组合，且该第二型氮化铝镓系材料层具有硅掺质、铟掺质或其组合。8.根据权利要求7所述的发光二极管芯片，其特征是该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层设置于该发光层的上表面上，且该第二型氮化铝镓系材料层设置于该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与该第一型氮化铝镓系材料层之间。9.根据权利要求7所述的发光二极管芯片，其特征是该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层设置于该发光层的下表面上，而该第一型氮化铝镓系材料层设置于该掺杂铟掺质之氮化铝镓系材料层与该第二型氮化铝镓系材料层之间。10.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征是该第一型掺杂半导体层包括缓冲层，设置于该基板上；结晶层，设置于该缓冲层上；以及第一型接触层，设置于该结晶层上。11.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征是该第二型掺杂半导体层包括第二型接...

【专利技术属性】
技术研发人员：武良文，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]