发光二极管及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种高亮度发光二极体及其制造方法，特别涉及一种具有选择性高掺杂低电阻层的磷化铝镓铟的发光二极体。此选择性高掺杂低电阻层可以现有的磊晶技术成长，故可进行大批量生产，具有产业上的价值。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高亮度发光二极体及其制作方法，特别是涉及一种具有选择性高掺杂低电阻层的发光二极体。在III、V族化合物半导体中，除了氮化物外，对直接能隙仅次于氮化物的磷化铝镓铟而言，当改变发光元件活性区中铝和镓的含量比时，发光波长可在680nm至550nm之间变化。另外，磷化铝镓铟的晶格常数与砷化镓基板可完全匹配，因此，磷化铝镓铟(InGaAlP)可适用于可见光区的发光元件。传统的磷化铝镓铟发光二极体(LED)结构如图1所示。其结构是在n型砷化镓(GaAs)吸光基板10上成长数层磊晶层以形成发光二极体的结构其中依序是在砷化镓基板10上成长一n型磷化铝镓铟(n-InGaAlP)限制层11，接着在其上成长一磷化铝镓铟活性层12，然后在活性层12上再成长一p型磷化铝镓铟(p-InGaAlP)限制层13，如此便形成双异质结构。此发光二极体的发光波长是由活性层12中的铝和镓的比例所决定。增加活性层12中的铝含量，即可使LED发光波长变短。在此同时，于活性层12两侧外的限制层11，13的铝含量必须比活性层12中的铝含量高，才能有效地将载子注入活性层12中，另一方面也使活性层12所发出的光不致被限制层11，13所吸收。在LED结构的发光面上镀上一正面金属电极14，并于砷化镓基板10未成长磊晶层的一面镀上背面电极15。一般而言，发光二极体之发光效率，除了取决于在活性层12中电子与电洞之结合效率外，正面电极14的电流是否能有效地分布到晶粒的边缘，使光能够均匀地从p-n接面产生，也是决定发光二极体之发光效率的主要原因之一。若p型限制层13因电阻太高而无法使电流有效分散时，则电流将直接由正面电极流向背面电极14，发生电流拥塞的现象，如此将无法使电流有效分散，且大部份产生的光将被不透光的正面电极14阻挡而无法发出，或因金属电极14反射而被基板吸收，造成发光效率降低。在已知的磷化铝镓铟发光二极体中便存在有上述的缺点，这是因p型的磷化铝镓铟限制层13的浓度一般在1×1018cm-3以下，而其中的电洞移动率又仅约10至20cm2·V/sec，所得的电阻值约为0.5Ω-cm左右，由于电阻偏高以致于横向电流无法分散到整个晶粒上。为解决这一问题，如图2所示，现有技术如美国专利第5,008,718号也开发出相关的不同结构。图2的结构是于图1的P型的磷化铝镓铟限制层13上成长一不同于磷化铝镓铟的半导体窗户层16，该窗户层的特性为电阻低，导电性佳，且能隙大于活性层12的能隙。因此，这一半导体窗户层16不吸收p-n介面所发出的光。适合用以制作窗户层16的材料如砷化铝镓(GaAlAs)、磷砷化镓(GaAsP)，和磷化镓(GaP)等，且此窗户层16的最佳厚度介于5-数十微米之间。由于砷磷化镓和磷化镓的晶格常数与砷化镓基板10及磷化铝镓铟13的晶格常数极不匹配，因此成长的界面极易产生大量的差排或错位，因而不利地影响发光二极体的光电特性。如图3所示，现有技术的另一种结构如美国专利第5,048,035号所述，是增加电流阻隔层17及布拉格反射层18，而其电流分散层或窗户层19则是以砷化铝镓(GaAlAs)为材料。该项专利的二极体结构使得正面电极14所流出的电流受电流阻隔层17的影响而有效地分布在电流分散层19中；另外，在砷化镓基板10与磷化铝镓铟异质结构间加入的反射层18可减少活性层12所发出的光被砷化镓基板10所吸收。这一结构使得发光二极体的发光效率可增加一倍左右，然而，这一结构必须多成长一层n型磷化铝镓铟(InGaAlP)作为电流分散层19，各层p/n型掺杂物的交互切换使得掺杂物的纯度受影响且整体结构变得较为复杂，明显增加了制造成本。另外，反射层18的成长必须准确地控制其组成及各层之厚度，且厚度为数微米，故制造颇为费时。为了改进上述现有技术中各种磷化铝镓铟发光二极体结构所产主的缺点，本专利技术的目的即在于提供一新型高亮度磷化铝镓铟发光二极体的结构，使其具有如下的优点(1)直接使用高掺杂低电阻层作为分散电流的机制；(2)不需再成长一电流阻隔层；以及(3)不需切换不同的掺杂源来成长电流阻隔层。该发光二极体包括一第一金属电极，一基板，一第一限制层，一活性层，一第二限制层，一选择性高掺杂低电阻层，一多层结构的低吸光性电流分散层及一第二金属电极，其特征在于此结构经由两次磊晶成长及一次制版及蚀刻步骤即可完成，第一次成长是在基板上依次序成长一第一限制层，一活性层，一第二限制层和一选择性高掺杂低电阻层。然后该选择性高掺杂低电阻层经由制版及蚀刻步骤后，留下部份所需的选择性高掺杂低电阻层区。接着将含有本专利技术磷化铝镓铟发光二极体的晶片送入磊晶系统中以有机金属气相磊晶法(OMVPE)成长一多层结构的低吸光性电流分散层后，再完成第一金属电极及第二金属电极的制作，即完成本专利技术的高亮度发光二极体的制程。根据本专利技术的较佳实施例，在P型磷化铝镓铟限制层13上，成长一p型高掺杂低电阻层20，然后再利用一次光罩制版及蚀刻，露出P型磷化铝镓铟(p-InGaAlP)。由于磷化铝镓铟的掺杂浓度小于1×1018cm-3，因此露出部分如前所述将是具有较高电阻值的p型磷化铝镓铟限制层13，结果使得电流流向经选择性蚀刻后所留下的p型高掺杂低电阻层20，达到电流分散的效果。本专利技术的另一目的即在提供一种制造具有选择性高掺杂低电阻层的新型高亮度磷化铝镓铟的发光二极体结构的方法，其方法系在磷化铝镓铟双异质结构上成长一p型高掺杂低电阻层20，该高掺杂低电阻层20的材料可以为砷化镓、砷化铝镓、磷砷化镓、磷化镓，或其它掺杂浓度大于1×1018cm-3的半导体材料。然后经由一次光罩制版及蚀刻步骤，露出具有较高电阻值的p型磷化铝镓铟限制层13，使得电流流向p型高掺杂低电阻20，达到电流分散的效果，由此提高发光二极体的发光效率。为了使本专利技术的目的更清楚明了，现配合附图说明本专利技术的较佳实施例如下图1所示为传统的磷化铝镓铟发光二极体结构的剖面图。图2为现有技术中的一种具有窗户层的磷化铝镓铟发光二极体结构的剖面图。图3为现有技术中的另一种具有窗户层、电流阻隔层，及布拉格反射层的磷化铝镓铟发光二极体结构的剖面图。图4(a)-4(c)为根据本专利技术的一较佳实施例的高亮度发光二极体结构的剖面图。图5(a)-5(c)为根据本专利技术的另一较佳实施例的高亮度发光二极体结构的剖面图。附图中元件符号说明10申化镓基板11磷化铝镓铟限制层12磷化铝镓铟活性层13磷化铝镓铟限制层14正面电极15背面电极16半导体窗户层17电流阻隔层18布拉格反射层19电流分散层20高渗杂低电阻层21多层结构的低吸光性电流分散层本专利技术的目的即在提供一具有选择性高掺杂低电阻层的新颖的高亮度磷化铝镓铟的发光二极体结构，图4绘示根据本专利技术的一实施例的新颖磷化铝镓铟发光二极体结构的剖面图，其中，图4(a)显示本专利技术的高亮度磷化铝镓铟的发光二极体结构的第一次磊晶成长的结构，其中该二极体的形成方法由下而上分别是在一掺入第一种导电型，例如n型杂质的砷化镓(GaAs)基板10上依序成长一掺入第一种导电型杂质的磷化铝镓铟(n-InGaAlP)限制层11，一磷化铝镓铟(InGaAlP)活性层12，一掺入第二种导电型，例如p型杂质的磷化铝镓铟(p-InGaAlP)限制层13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极体，包括：一基板，掺入第一种导电型杂质；第一限制层，形成于该基板之上且掺入第一种导电型杂质；一活性层，形成于该第一限制层之上；第二限制层，形成于该活性层之上且掺入第二种导电型杂质；一选择性高掺杂低电阻层，选择 性形成于部分第二限制层之上，且掺入第二种导电型杂质；一低吸光性电流分散层，形成于该选择性高掺杂低电阻层和部分第二限制层之上，且掺入第二种导电型杂质；第一金属电极，形成于所述基板下方；以及第二金属电极，形成于所述低吸光性电流分散层 之上；由此，当一电压施加于第二金属电极时，电流会由第二金属电极流向两侧的选择性高掺杂低电阻层，有效地使电流分散，而不致产生电流拥塞的现象。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：詹世雄，曾坚信，郭政达，吴育珊，
申请(专利权)人：詹世雄，曾坚信，郭政达，吴育珊，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]