三族氮化合物半导体发光二极管及其制造方法技术

一种三族氮化合物半导体发光二极管及其制造方法，该三族氮化合物半导体发光二极管包含衬底、第一三族氮化合物层及第二三族氮化合物层。该衬底具有第一表面及多个凸伸于该第一表面的凸部，各该凸部的周围被该第一表面围绕。该第一三族氮化合物层覆盖于该多个凸部的顶面，并自该多个顶面往侧向相互连接。该第一表面被该第二三族氮化合物层覆盖，该第二三族氮化合物层的厚度小于该凸部的高度，又该第二三族氮化合物层和该第一三族氮化合物层相同材料。根据本发明专利技术的二极管具有更佳的发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其涉 及一种高光线取出率的发光二极管及其制造方法。
技术介绍
随着发光二极管元件被广泛应用于不同产品，近年来制作蓝光发光二极 管的材料，业已成为当前光电半导体材料业重要的研发对象。目前蓝光发光二极管的材料有硒化锌(ZnSe)、碳化硅(SiC)及氮化铟镓(InGaN)等材料，这些 材料都是宽能隙(bandgap)的半导体材料，能隙大约在2.6eV以上。由于氮化 镓系列直接能隙(direct gap)的发光材料，因此可以产生高亮度的照明光线， 且相较于同为直接能隙的硒化锌更有寿命长的优点。为了提升发光二极管的亮度，光电领域的专家从数个方面着手以增加其 亮度。例如在外延技术(epitaxialtechnology)方面主要尽量提升施体(donor) 及受体(acceptor)的浓度，并设法降低发光层的差排密度(dislocation density)。 由于提高发光层(或有源层)中的受体浓度并不容易，特别是在宽能隙氮化镓 (GaN)系列有其难度。同时由于蓝宝石(sapphire)衬底与氮化镓材料存在相当 大的晶格不匹配(lattice mismatch),因此设法减低发光层中的差排密度的技术 并不容易突破。图1是美国第US 6,870,191号专利的半导体发光二极管的剖面示意图。 发光二极管IO包含蓝宝石衬底11、 N型半导体层12、有源层13及P型半 导体层14。该蓝宝石衬底11的上表面形成有多个平行排列的凹槽15，其使 用C面(0001)的蓝宝石衬底，且构成该等凹槽15的边是大致平行于N型半 导体层12的成长稳定面(亦即M面(l T 0 O))，以使形成于蓝宝石衬底ll 上的N型半导体层12不产生结晶缺陷。图2(a) 图2(f)是说明图1中N型半导体层形成于蓝宝石衬底的外延成 长过程。相对于蓝宝石衬底11上的凹槽15，则其他较高部分可视为基面16。当N型半导体层11在蓝宝石衬底11上成长时，其自基面16及凹槽15表面 向上累积，但凹槽15的侧壁部分的成长速度相对地会较迟缓。参见图2(d) 图2(f)，当凹槽15的底面及基面16成长的该N型半导体层11交会时，则 交会处的N型半导体层11的成长速度加快。最后，会形成结晶性(crystallinity) 佳且不具空洞的平坦N型半导体层11。但是，两种不同晶格常数的材质的接触面积越大及累积的原子层厚度越 大时，伴随着晶格不匹配现象而产生的差排(即所谓的线缺陷)密度也随之变 高。N型半导体层11因为覆盖于凹槽15及基面16，从而和蓝宝石衬底11 接触面积增大，相对地差排密度也会随之增加。亦即发光二极管10的内部 量子效率将因大量差排密度而大幅降低，并同时影响其外部量子效率。参见图3，美国第US 6,091,083号专利将蓝宝石衬底31的部分表面蚀刻 为多个相连的V型槽33。于该蓝宝石衬底31上分别形成缓冲层34、 N型氮 化镓层35、未掺杂氮化镓层36及未掺杂氮化铝镓层37。未掺杂氮化镓层36 中位于V型槽33上的部分具有较低电阻，相对位于其他平坦区32上的部分 则具有较高电阻，从而产生电流阻障(current block)型结构。很显然V型槽 33与图1中凹槽15的功用及效果不同。图4(a) 图4(d)美国第US 6,940,089号专利的半导体发光二极管的外延 成长示意图。于基材41上形成多个凸部42及凹部43，并有掩模44(二氧化 硅)覆盖于凹部43的底面。再外延氮化铝镓层45于凸部42的顶端，由于该 氮化铝镓层45由该顶端的起始点朝向凸部42侧向生长，因此差排密度会因 为该侧向成长效应而降低，并且能避免线缺陷向上发展的问题。最后，形成 平坦的氮化铝镓层45',然后再将基材41移除而得到分离的氮化铝镓层45' 可作为基材。然而凹部43的底面则因掩模44而无法附着氮化铝镓的晶体， 亦即凹部43内并无氮化铝镓层45。图5(a) 图5(f)是美国第US 7,071,495号专利的半导体发光二极管的外 延成长示意图。于基材51上通过光阻52形成光捕捉膜层53，该光捕捉膜层 53是多个凸部，并和基材51是相同材料(Al203)。然后，于光捕捉膜层53 和基材51的表面上再形成非平坦的缓冲层54，如此可增加光线取出率，亦 即使上方有源层(图未示)产生的光线可更多由基材51透出，然此种结构适用 于覆晶封装的发光二极管。另外，很明显，要形成光捕捉膜层53尚需要增5加光学光刻蚀刻工艺。图6是美国专利公告第US2006/0267025号专利的半导体发光二极管的 剖面示意图。蓝宝石衬底61的基面63上具有多个平行凹槽62。由于N型 氮化镓半导体层64的横向的外延速度大于纵向的外延速度，使得N型氮化 镓半导体层64沿着基面64往凹槽62上方逐渐伸展。同时凹槽62内也有N 型氮化镓半导体层64向上成长，并和基面63上N型氮化镓半导体层64相 接合，且会继续向上生长而形成上表面平坦的N型氮化镓半导体层64。虽 然基面63上N型氮化镓半导体层64以横向生长，可以避免线缺陷向上延伸。 但是凹槽62内的N型氮化镓半导体层64中线缺陷65仍旧会向上延伸，从 而造成发光效率降低。综上所述，市场上需要一种确保品质稳定及高光线取出率的发光二极 管，能改善上述已知技术的各种缺点。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种三族氮化合物半导体发光二极管及其 制造方法，因直接覆盖于基材的三族氮化合物横向生长，因此穿透差排 (threading dislocation)不易发生，从而提高发光二极管的光线取出率。为达上述目的，本专利技术公开一种三族氮化合物半导体发光二极管，其包 含衬底、第一三族氮化合物层及第二三族氮化合物层。该衬底具有第一表面 及多个凸伸于该第一表面的凸部，各该凸部的周围被该第一表面围绕。该第 一三族氮化合物层覆盖于该多个凸部的顶面，并自该多个顶面往侧向相互连 接。该第一表面被该第二三族氮化合物层覆盖，该第二三族氮化合物层的厚 度小于该凸部的高度，又该第二三族氮化合物层和该第一三族氮化合物层是 相同材料。该第二三族氮化合物层和该第一三族氮化合物层是相同材料。当该第一三族氮化合物层是缓冲层，还包含依序设置于该第一三族氮化 合物层上的N型半导体材料层、有源层及P型半导体材料层。当该第一三族氮化合物层是N型半导体层，还包含依序设置于该第一三 族氮化合物层上的有源层及P型半导体材料层。该衬底是蓝宝石，该第一表面是蓝宝石的C面，该C面为(0001)面。该6多个凸部主要沿着(T T 2 o)、 (l l 3 o)、 (5 l l o)、 (2 T T o)、 (T 2 T o)及(i 5 l o)方向布置。或者，该多个凸部沿着平行(T T 2 o)、 (i i 5 o)、 (5 i i o)、 (2 T T o)、 (T 2 T o)及(i 5 i o)的方向以等 间距方式布置。该基材的材料是具有六方体系(Hexagonal)结晶的材料。本专利技术另公开一种三族氮化合物半导体发光二极管的制造方法，包含下 列步骤提供衬底，其中该衬底具有第一表面及多个凸伸于该第一表面的凸 部，各该凸部的周围被该第一表面围绕；以及于该该多个凸部的顶面及该第 一表面成长三族氮化合物；其中该三族氮化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三族氮化合物半导体发光二极管，包含：　衬底，具有第一表面及多个凸伸于所述第一表面的凸部，各所述凸部的周围被所述第一表面围绕；　第一三族氮化合物层，覆盖于所述多个凸部的顶面，并自所述多个顶面往侧向延伸并相互连接；以及　第 二三族氮化合物层，覆盖所述第一表面，其中所述第二三族氮化合物层的厚度小于所述凸部的高度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄世晟，林文禹，涂博闵，吴芃逸，徐智鹏，叶颖超，詹世雄，
申请(专利权)人：先进开发光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]