專利名稱：氮化物發(fā)光二極管制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別指一種氮化鎵系發(fā)光二極管或其它寬帶隙材料的發(fā)光二極管歐姆接觸的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
如圖1所示，傳統(tǒng)氮化鎵系發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，其大致上包含有成長(zhǎng)基板1、形成在基板上的緩沖層2(buffer layer)、形成在緩沖層2上的N型氮化鎵系層3、形成在N型氮化鎵系層3上的發(fā)光層4、及形成在發(fā)光層4上的P型氮化鎵系層5。組件形成的方法如下一、如圖2A所示，利用感應(yīng)耦合等離子離子蝕刻(Inductively CoupledPlasma-Reactive Ion Etching，ICP-RIE)干式蝕刻技術(shù)，向下蝕刻經(jīng)過P型氮化鎵系層5，發(fā)光層4，然后到達(dá)N型氮化鎵系層3，形成深約1μm的N-金屬形成區(qū)6。
二、如圖2B所示，在P型氮化鎵系層5之上形成具有透明導(dǎo)電性的第一歐姆接觸電極7。
三、如圖2C所示，在N-金屬形成區(qū)6上形成第二歐姆接觸電極8。
四、如圖2D所示，同時(shí)在第一歐姆接觸電極7與第二歐姆接觸電極8上形成黏接墊9，即完成傳統(tǒng)氮化鎵系發(fā)光二極管。
根據(jù)上述的傳統(tǒng)氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及其歐姆接觸的制造方法，透明導(dǎo)電層7所采用的材料為鎳/金，其本身對(duì)可見光的透光性很差，因此造成組件的發(fā)光效率不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有數(shù)碼穿透層與氧化銦錫層(Indium Tin Oxide，ITO)的氮化鎵系發(fā)光二極管歐姆接觸的結(jié)構(gòu)及其制造方法，而減少傳統(tǒng)上氮化鎵系發(fā)光二極管接觸電阻的問題。
基于上述目的，本發(fā)明是利用氧化銦錫層(Indium Tin Oxide，ITO)在數(shù)碼穿透層之上形成具有低電阻、透明導(dǎo)電性的歐姆接觸層，由于氧化銦錫對(duì)可見光的穿透性極佳(＞90％)，因此可大幅增加發(fā)光效率。并將N-金屬形成區(qū)形成在發(fā)光層上，以降低操作電壓。此外，通過一P/N-金屬形成區(qū)之間距離僅約0.2μm的結(jié)構(gòu)，以利于覆晶型式(Flip-chip)的封裝，也可提高發(fā)光效率。


圖1為傳統(tǒng)氮化鎵系發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)。
圖2A至2D為具有圖1結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法。
圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施例一。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)碼穿透層的橫截面圖。
圖5A至5D為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例一的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法。
圖6A至6D為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例二的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法。
圖7為N-金屬形成區(qū)位于發(fā)光層上的穿透式電子掃描影像。
圖8為分別根據(jù)傳統(tǒng)氮化鎵系發(fā)光二二極管的結(jié)構(gòu)和本發(fā)明的氮化鎵系發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)的電流-電壓特性曲線圖。
圖中1成長(zhǎng)基板2緩沖層 3 N型氮化鎵系層4發(fā)光層 5 P型氮化鎵系層 6 N-金屬形成區(qū)7第一歐姆接觸電極8第二歐姆接觸電極 9黏接墊10成長(zhǎng)基板 20緩沖層 30 N型氮化鎵系層40發(fā)光層 50 P型氮化鎵系層60N-金屬形成區(qū) 70第一歐姆接觸電極80第二歐姆接觸電極90黏接墊 100數(shù)碼穿透層 110氧化銦錫層具體實(shí)施方式
實(shí)施例一如圖3所示，首先，提供一基板10，并利用有機(jī)金屬化學(xué)氣相磊晶法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy，MBE)、液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy，LPE)在此基板10上形成一緩沖層20，本發(fā)明中較佳的形成方法為有機(jī)金屬化學(xué)氣相磊晶法，再以和上述相同的方法依次在緩沖層20上形成一N型氮化鎵系層30，在N型氮化鎵系層30上形成一發(fā)光層40，在發(fā)光層40上形成一P型氮化鎵系層50，及在P型氮化鎵系層50上形成一數(shù)碼穿透層100。其中，數(shù)碼穿透層100的橫截面圖如圖4中所示。在圖4中，數(shù)碼穿透層100是由二種厚度漸增(10?！?0)/漸減(90～10)的材料AlxInyGal-x-yNzPl-z/AlpInqGal-p-qNrPl-r所層疊而成，其中，0≤[x、y、z、p、q、r]≤1。該發(fā)光層所發(fā)出的光波波長(zhǎng)范圍為380nm～560nm時(shí)，該數(shù)碼穿透層對(duì)于該波長(zhǎng)范圍的光波的穿透率將可大于80％。
接下來，再以階段性干蝕刻法中的單一階段蝕刻，依次蝕刻數(shù)碼穿透層100、P型氮化鎵系層50、發(fā)光層40并終止于發(fā)光層40，形成N-金屬形成區(qū)60，本發(fā)明中較佳的干蝕刻制作程序?yàn)楦袘?yīng)耦合等離子離子蝕刻，如圖5A所示。
隨后，利用電子槍氣相蒸鍍法、濺鍍式氣相蒸鍍法或熱阻式氣相蒸鍍法在數(shù)碼穿透層100之上形成氧化銦錫層110，其中較佳制造的方法為濺鍍式氣相蒸鍍法。如圖5B所示的氧化銦錫層110，可通過氣相蒸鍍法在數(shù)碼穿透層100之上形成厚度范圍約從100?！?0000的氧化銦錫層110，但氧化銦錫層110的厚度以1000?！?000為佳。
如上所述，在數(shù)碼穿透層100上形成氧化銦錫層110，可將氧化銦錫層110當(dāng)作P型歐姆接觸電極用，即第一歐姆接觸電極，因其具有高透光性，而可大幅度增加組件的發(fā)光效率。
隨后，利用上述各種方法的其中一種在N-金屬形成區(qū)60形成N型歐姆接觸層，即第二歐姆接觸電極80。由于以感應(yīng)耦合等離子離子蝕刻法蝕刻至發(fā)光層區(qū)域，一方面會(huì)產(chǎn)生缺陷，此缺陷會(huì)吸收掉自由載流子，使得等效的表面濃度較低；加上因表面耗盡區(qū)的影響，使得P/N之間的區(qū)域中雖有InGaN通道，但是其中并沒有載流子存在。另一方面在此金屬形成區(qū)60上鍍上Ti/Al等材料，由于InGaN可與Ti/Al形成歐姆接觸，且其接觸電阻比N-GaN與Ti/Al的接觸電阻更低，再輔以缺陷的幫助，即可形成相當(dāng)?shù)偷臍W姆接觸。同時(shí)，因干蝕刻深度較傳統(tǒng)氮化鎵系發(fā)光二極管淺，也造成側(cè)向電阻較小，進(jìn)而可降低操作電壓。
本發(fā)明中較佳的方法為電子槍氣相蒸鍍法，N型歐姆接觸層80所使用的材料可為鈦(Ti)、鋁(Al)、金(Au)、鎳(Ni)、銦(In)、錫(Sn)、鋅(Zn)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎢(W)、鉑(Pt)、鈀(Pd)及其合金或氧化銦錫(Indium TinOxide)、氧化銦(Indium Oxide)、氧化錫(Tin Oxide)、氧化鋁鋅(AluminumZinc Oxide)，如圖5C所示。
最后，利用上述各種方法的其中一種，同時(shí)在氧化銦錫層110和第二歐姆接觸電極80上形成黏接墊90，本發(fā)明中較佳的方法為電子槍氣相蒸鍍法，黏接墊90所使用的材料可為鈦(Ti)、鋁(Al)、金(Au)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉑(Pt)的組合，如第五圖D所示。
圖7是以干蝕刻法制作出N-金屬形成區(qū)60位于發(fā)光層40上的穿透式電子掃描圖像(TEM)。
圖8是分別根據(jù)傳統(tǒng)氮化鎵系發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)和本發(fā)明的氮化鎵系發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)的電流-電壓特性曲線圖。該圖表示分別以傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和本發(fā)明結(jié)構(gòu)制作直徑2”芯片，經(jīng)過100％測(cè)試，結(jié)果顯示前者在20毫安的順向電壓平均值為3.17，合格率為97.95％，后者在20毫安的順向電壓平均值為3.12，合格率為98.17％；前者在-5伏的漏電流小于1微安的合格率為87.68％，后者在-5伏的漏電流小于1微安培的合格率為92.81％，因此顯示本發(fā)明組件特性更優(yōu)于傳統(tǒng)氮化鎵系發(fā)光二極管的特性。
實(shí)施例二如圖6A所示，首先，提供一基板10，并利用有機(jī)金屬化學(xué)氣相磊晶法、分子束磊晶法、液相磊晶法在此基板10上形成一緩沖層20，本發(fā)明中較佳的形成方法為有機(jī)金屬化學(xué)氣相磊晶法，再以和上述相同的方法依次在緩沖層20上形成一N型氮化鎵系層30，在N型氮化鎵系層30上形成一發(fā)光層40，在發(fā)光層40上形成一P型氮化鎵系層50，及在P型氮化鎵系層50上形成一數(shù)碼穿透層100。
接下來，再以階段性蝕刻法中的二階段干蝕刻法向下蝕刻。第一階段向下蝕刻數(shù)碼穿透層100、P型氮化鎵系層50、發(fā)光層40并終止于發(fā)光層40，形成N-金屬形成區(qū)60；第二階段向下蝕刻部分N-金屬形成區(qū)60、發(fā)光層40、N型氮化鎵系層30，形成一溝槽61。本發(fā)明中較佳的干蝕刻法為感應(yīng)耦合等離子離子蝕刻法。隨后，利用電子槍氣相蒸鍍法、濺鍍式氣相蒸鍍法或熱阻式氣相蒸鍍法在數(shù)碼穿透層100之上，形成可當(dāng)作P型歐姆接觸用，且又具高透光性的氧化銦錫層110，亦即第一歐姆接觸電極。本發(fā)明中較佳的方法為濺鍍式氣相蒸鍍法，氧化銦錫層110的厚度范圍約從100?！?0000，其中以1000?！?000為較佳，如圖6B所示。
隨后，利用上述所述的各種方法的其中一種在N-金屬形成區(qū)60形成N型歐姆接觸層，亦即第二歐姆接觸電極80。本發(fā)明中較佳的方法為電子槍氣相蒸鍍法，N型歐姆接觸層80所使用的材料可為鈦(Ti)、鋁(Al)、金(Au)、鎳(Ni)、銦(In)、錫(Sn)、鋅(Zn)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎢(W)、鉑(Pt)、鈀(Pd)及其合金或氧化銦錫(Indium Tin Oxide)、氧化銦(Indium Oxide)、氧化錫(Tin Oxide)、氧化鋁鋅(Aluminum Zinc Oxide)，如圖6C所示。
最后，利用上述所述的各種方法之其中一種，同時(shí)在氧化銦錫層110和第二歐姆接觸電極80上形成黏接墊90，本發(fā)明中較佳的方法為電子槍氣相蒸鍍法，黏接墊90所使用的材料可為鈦(Ti)、鋁(Al)、金(Au)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉑(Pt)的組合，如圖6D所示。
本發(fā)明的一些實(shí)施例中，組件的不同部分并未依照實(shí)際尺寸繪制。某些尺寸與其它部分相關(guān)的尺寸相比系被夸張的表示以便更清楚的描述，以幫助熟悉此技藝的相關(guān)人士了解本發(fā)明。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍；凡未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效變換或修飾，均應(yīng)包含在本專利申請(qǐng)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于該方法包含提供一基板；在所述基板上形成一氮化鎵系半導(dǎo)體磊晶層，該氮化鎵系半導(dǎo)體磊晶層是由依次層疊的一N型氮化鎵系接觸層、一發(fā)光層及一P型氮化鎵系接觸層所組成，其中該發(fā)光層為發(fā)射光波的光源；在所述P型氮化鎵系接觸層上形成一數(shù)碼穿透層，其中該數(shù)碼穿透層具有P型歐姆接觸的功能且對(duì)該發(fā)光層所發(fā)射的光波具有良好的光穿透率；以一階段性干蝕刻法依次蝕刻該數(shù)碼穿透層、該P(yáng)型氮化鎵系層、該發(fā)光層并終止于該發(fā)光層內(nèi)，以形成一N-金屬形成區(qū)；在所述數(shù)碼穿透層上形成一第一歐姆接觸電極，做為該P(yáng)型歐姆接觸層用；在所述N-金屬形成區(qū)上形成一第二歐姆接觸電極，做為該N型歐姆接觸層用；在該第一歐姆接觸電極與該第二歐姆接觸電極上分別形成一黏接墊；以及在該P(yáng)/N接面之上覆蓋一保護(hù)層。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述數(shù)碼穿透層的形成方法是有機(jī)金屬化學(xué)氣相磊晶法(MOCVD)、分子束磊晶法(MBE)、氣相磊晶法(VPE)和液相磊晶法(LPE)中的任意一種。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該數(shù)碼穿透層是由二種厚度漸增(10?！?0)/漸減(90?！?0)的材料AlxInyGal-x-yNzPl-z/AlpInqGal-p-qNrPl-r所層疊而成，且0≤[x、y、z、p、q、r]≤1，導(dǎo)電性可為P型、N型或I型。
4.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該發(fā)光層所發(fā)射出的光波波長(zhǎng)范圍為380nm至560nm，而該數(shù)碼穿透層對(duì)于此波長(zhǎng)的光波具有的光穿透率大于80％。
5.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，形成該第一歐姆接觸電極的材料可為氧化銦錫。
6.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述第一歐姆接觸電極的厚度為1000?！?000。
7.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述第一歐姆接觸電極與該不導(dǎo)電基板之間的距離大于該第二歐姆接觸電極與該不導(dǎo)電基板之間的距離。
8.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述第二歐姆接觸電極所使用的材料可為鈦、鋁、金、鎳、銦、錫、鋅、鉻、銅、鎢、鉑、鈀及其合金或氧化銦錫(Indium Tin Oxide)、氧化銦(Indium Oxide)、氧化錫(Tin Oxide)、氧化鋁鋅(Aluminum Zinc Oxide)。
9.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該黏接墊所使用的材料可為鈦、鋁、金、鉻、鎳、鉑的組合。
10.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，以干蝕刻法所形成的該N-金屬形成區(qū)深度為1000?！?000。
11.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該保護(hù)層為絕緣性層。
12.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該保護(hù)層是選自氧化鋁、氧化硅、氮化硅、聚酰亞胺(polyimide)、對(duì)二甲基苯(parylene)或苯并環(huán)丁烯(Benzocyclobutene)其中一種。
13.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該階段性干蝕刻法可為一單一階段干蝕刻法，該單一階段蝕刻法包括依次蝕刻一數(shù)碼穿透層、一P型氮化鎵系層、一發(fā)光層；在該發(fā)光層內(nèi)終止蝕刻；以及在該發(fā)光層內(nèi)形成一N-金屬形成區(qū)。
14.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，該階段性干蝕刻法可為一二次階段干蝕刻法，該二次階段干蝕刻法包括依次蝕刻該數(shù)碼穿透層、該P(yáng)型氮化鎵系層、該發(fā)光層；在該發(fā)光層內(nèi)終止蝕刻；在該發(fā)光層內(nèi)形成一N-金屬形成區(qū)；依次蝕刻該發(fā)光層與該N型氮化鎵系層而在該N-金屬形成區(qū)形成一溝槽；以及終止蝕刻該溝槽在該N型氮化鎵系層，該溝槽用以隔離P/N接口。
15.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵系發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述該溝槽的寬度為0.2μm。
全文摘要
一種氮化物發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及其制造方法。首先，提供一成長(zhǎng)基板；然后，在基板上形成一氮化鎵系半導(dǎo)體磊晶層，此氮化鎵系半導(dǎo)體磊晶層依次層疊有一N型氮化鎵系局限層、一發(fā)光層及一P型氮化鎵系接觸層，在P型氮化鎵系局限層上形成一數(shù)碼穿透層。接著，再以干蝕刻法依次蝕刻數(shù)碼穿透層、P型氮化鎵系接觸層并終止于發(fā)光層，以在發(fā)光層形成N－金屬形成區(qū)。接下來，在數(shù)碼穿透層上形成一第一歐姆接觸電極用于做為P型歐姆接觸，在發(fā)光層上形成一第二歐姆接觸電極，用于做為N型歐姆接觸。最后，同時(shí)在第一歐姆接觸電極及第二歐姆接觸電極上分別各形成一黏接墊。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1622345SQ20031011700
公開日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2003年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者藍(lán)文厚, 楊光能, 陳建隆, 簡(jiǎn)奉任 申請(qǐng)人:璨圓光電股份有限公司