发光二极管结构制造技术

本发明专利技术是关于一种发光二极管结构，包括：一基底；一ｎ型第一束缚层形成于基底上；一第一ｎ型电极形成于第一束缚层上一凹陷区域；一第一主动层形成于第一束缚层上；一ｐ型第二束缚层形成于第一主动层上；一穿隧层形成于第二束缚层上；一ｎ型第三束缚层形成于穿隧层上；一第二ｎ型电极形成于ｎ型第三束缚层上一凹陷区域；一第二主动层形成于第三束缚层上；一ｐ型第四束缚层形成于第二主动层上；一ｐ型第三电极形成于第四束缚层上。其中穿隧层可包括一超晶格穿隧层，可免除ｐ型第二束缚层与ｎ型第三束缚层之间具有整流特性的ｐｎ结合面的形成。电压可透过一第二ｎ型电极，施加给ｐ型第二束缚层。本发明专利技术可容易单独控制两不同波长的主动层，而可以达到任意配色的功效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发光二极管结构，特别是涉及一种具有超晶格(superlattices)穿隧层的三端pnpn串接式的发光二极管结构。
技术介绍
近年来，利用含氮化镓的化合物半导体，如氮化镓(GaN)、氮化铝镓(GaAlN)、氮化铟镓(GaInN)等的发光二极管组件吸引许多人的目光。含氮三族化合物为一宽频带能隙的材料，其发光波长可以从紫外光一直含盖至红光，因此可说是几乎含盖整个可见光的波段。由于现在制造工艺所使用的材料因素，无法造成发出全波段光束的白光二极管，所以只能以经由三原色混光，才可制造出发白光的发光二极管。而在目前现有技艺中，混光的方式有二至三种，一种方式是使用被动式混光方式，亦即使用单波长的发光二极管，以便于激发萤光粉。另外一种混光方式是为能量转换式混光方式，该方法与被动式混光方式相近，但是实际上则为在发光二极管成长之时，多增加成长一组到两组与主发光层不同波长的多层量子井(Multi quantum well，MQW)，但是额外的多层量子井的发光波长必须较原有的主发光层使用的波长较长或较短的波长，藉由主发光层的激发，可产生两种以上的波长，如此，不同颜色光混光之后，可以产生类似白光的发光二极管。另外一种混光方式是为主动式混光方式，亦即在主动发光层内设计两种以上不同发光波长的多层量子井或使用其它形式，以便藉由电流独立驱动产生不同发光波长的光源，如此即可产生类似白光的发光二极管。在现有技艺中，有数种方式可以产生上述所述的主动式混光的发光二极管结构。图1是一现有习知常见的无法控制发光颜色的混光式发光二极管的结构示意图。请参阅图1所示，此类型的发光二极管是形成在一基底10上，如Sapphire基底。基底10上依序为晶核层(nucleation layer)12与N型导电缓冲层(n-type conductive buffer layer)14，缓冲层14为N型的GaN，其目的用来使后续的长晶更加顺利与容易。缓冲层14的上为做为发光用的第一主动层(active layer)18，一般其上下会形成束缚层(confinementlayer)或称为包覆层(Cladding layer)16、20。一般而言，束缚层16、20的导电型是相反的，但是因为在束缚层的上另有做为发光用的第二主动层(active layer)22，其上下会有束缚层20、24，此时束缚层20、24的导电型是相反的，如图所示，现有习知的下束缚层16为N型掺杂的AlGaN，中束缚层20为N型的GaN，而上束缚层24为P型掺杂的AlGaN。之后，在上束缚层24之上形成接触层26，其为P型GaN。接着再形成阳极电极28。此外，在缓冲层14上与束缚层16、20、24及第一及第二主动层18、22隔离的区域上形成电极30，做为二极管的阴极电极。其中，第一主动层18为黄绿光的多量子井(multiple quantum well，MQW)材料，另外主动层22为发出蓝光的MQW材料。依此结构，当外加顺向电压于二极管的阳极电极28与阴极电极30两者之间时，则由于第一主动层18与第二主动层22均通过此顺向电流，所以两主动层的发光亮度，无法被单独控制，使得无法得到纯的白光。在该传统式发光二极管的结构之下，因为二主动层的发光效率不同，所以无法得到适度的发光强度比例；亦即颜色补偿，以便于得到一接近白光的光束。请参阅图2所示，是另一种现有习知常见的可控制发光强度的发光的三端二极管结构示意图。该类型的发光二极管是形成在一基底40上，如Sapphire基底。基底40上依序为晶核层42与N型导电缓冲层44，缓冲层44为N型的GaN，其目的用来使后续的长晶更加顺利与容易。缓冲层44之上为做为发光用的第一主动层48，一般其上下会形成束缚层46、50。束缚层46、50的导电型是相反的，在束缚层50之上有发光用的第二主动层52，其上下会有束缚层50、52，此时束缚层50、54的导电型亦为相反的，如图所示，现有习知的下束缚层46为N型掺杂的AlGaN，中束缚层50为P型的AlGaN，而上束缚层54为N型掺杂的AlGaN。之后，在上束缚层54之上形成接触层56，此时为N型GaN。接着形成一第一N型电极58。此外，在缓冲层44上与束缚层46、50及第一主动层48隔离的区域上形成第二N型电极60。在束缚层50上与束缚层54及第二主动层52隔离的区域上形成P型电极62。图2所示为一npn结构的三端组件，其优点为每个主动层发光强度可单独控制，例如可以在P型电极62与第二N型电极60施行顺向电压，以便于控制第一主动层48的发光强度，或是在P型电极62与第一N型电极58施行顺向电压，以便于控制第二主动层52的发光强度，如此将可调整两组发光层的发光强度以混合出近似的白光。但是该结构的缺点为具有低接触电阻的p型电极接触点的形成是一大挑战，因为P型电极62需形成于P型束缚层50上，其一般需经由电浆干蚀刻(plasma dry etching)技术使其暴露出，而后形成P形电极。但经过电浆离子(plasma)的冲击，p型表面很容易受到破坏(damage)，以致于受离子蚀刻后的p型表面很难形成有好的欧姆接触的接触点。故会使得组件的操作电压大大提高，进而影响发光效率以及组件的可靠度。同时在上述结构中，束缚层50同时也为P型电极62的接触层，其是为P型掺杂的GaN或AlGaN层，其掺杂元素例如为Mg，Zn，Cd，Be等二价的元素。这些杂质在GaN中的活化能相当大，故要形成高载子浓度的P型掺杂接触层相当不容易。此外，P型掺杂的主要载子为电洞，其有效质量(effective mass)比电子大，因此载子的穿透性很差，故P型接触层50与阳极电极62之间的欧姆接触特性变得相当差，尤其是当束缚层50是含铝的AlGaN层时，上述的情形会更加严重。综合以上所述，使用多个多层量子井发出不同波长的光束，将多个光束混合之后，可得发出接近白光光束的发光二极管结构。但是以现有技艺而言，依据图1与图2所述的例证，前一例证使用二极管的pn结构，无法个别控制两不同波长的发光的主动层，如此无法补偿因制造所造成的不平衡现象，减少达成发出正常白光的发光二极管的可能性。而后一例证，虽然使用npn结构的构造，可以单独控制两不同波长主动层的发光亮度，但因为在目前的制造工艺上，低接触电阻的电极架构于p型GaN半导体层有其一定程度的制造困难，特别是形成p型电极在经过电浆离子plasma的冲击后的p型表面上更是困难。由此可见，上述现有的发光二极管结构仍存在有缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决发光二极管结构存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。有鉴于上述现有的发光二极管结构存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型的发光二极管结构，能够改进一般现有的发光二极管结构，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有的发光二极管结构存在的缺陷，而提供一种新型的发光二极管结构，所要解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管结构，其特征在于其包括：一基底；一第一束缚层，位于该基底上，含有一Ｎ型掺杂物；一第一电极，位于该第一束缚层上；一第一主动层，位于该第一束缚层上，经激发可发出一第一色光；一第二束缚层，位于 该第一主动层之上，含有Ｐ型掺杂物；一穿隧层，位于该第二束缚层之上；一第三束缚层，位于该穿隧层之上，含有一Ｎ型掺杂物；一Ｎ型第二电极，位于该第三束缚层的一凹陷区域；一第二主动层，位于该第三束缚层上，经激发可发出 一第二色光；一第四束缚层，位于该第二主动层之上，含有一Ｐ型掺杂物；以及一Ｐ型第三电极，位于该第四束缚层之上。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管结构，其特征在于其包括一基底；一第一束缚层，位于该基底上，含有一N型掺杂物；一第一电极，位于该第一束缚层上；一第一主动层，位于该第一束缚层上，经激发可发出一第一色光；一第二束缚层，位于该第一主动层之上，含有P型掺杂物；一穿隧层，位于该第二束缚层之上；一第三束缚层，位于该穿隧层之上，含有一N型掺杂物；一N型第二电极，位于该第三束缚层的一凹陷区域；一第二主动层，位于该第三束缚层上，经激发可发出一第二色光；一第四束缚层，位于该第二主动层之上，含有一P型掺杂物；以及一P型第三电极，位于该第四束缚层之上。2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于其中所述的穿隧层包括一超晶格穿隧层。3.根据权利要求2所述的发光二极管结构，其特征在于其中所述的穿隧层包括N-型的AlYInxGa1-x-yN。4.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于其中所述的基底的材料至少包括氧化铝(sapphire)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、硅(Si)基底、磷化镓(GaP)与砷化镓(GaAs)的群组其一。5.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于其中所述的该些主动层具有量子井结构。6.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于其中所述的主动层的材料包括一掺杂的以三-五族元素为主的半导体量子井(quantumwell)结构。7.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于其中所述的第一电极，第二电极，与该三电极经适当施加电压，以控制该第一色光与该第二色光的强度比例，以达到接近白光。8.一种发光二极管结构，其特征在于其包括一基底；一第一pn发光二极管结构层位于该基底上，可发出一第一色光，其中又包括一n型第一电极；一第二pn发光二极管结构层，在该第一pn发光二极管结构层上方可发出一第二色光，其中又包括一n型第二电极与一p型第三电极；以及至少一穿隧层，介于该该第一pn发光二极管结构层与该第二pn发光二极管结构层之间，以消除之间具整流特性的pn接合面。9.根据权利要求8所述的发光二极管结构，其特征在于其中所述的穿隧层是为超晶格穿隧层。10.根据权利要求8所述的发光二极管结构，其特征在于其中所述的穿隧层包括N-型的AlYInXGa1-x-yN。11.根据权利要求8所述的发光二极管结构，其特征在于其中所述的第一电极，第二电极，与该三电极经适当施加电压，以控制该第一色光与该第二色光的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许进恭，赖韦志，
申请(专利权)人：晶元光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]