发光二极管组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明有关于一种发光二极管组件，特别的是一种将纳米结构层及超晶格结构层设置在以硅基板为主的发光二极管组件。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light emitting d1de, LED)在各种电子产品与工业上的应用日益普及，由于所需的能源成本远低于传统的白热灯或荧光灯，且单一的发光二极管的尺寸非常的轻巧，乃传统光源所不及，因此在电子产品体积日益轻薄短小的趋势之下，发光二极管的需求也与日俱增。
[0003]发光二极管是一种可以将电能直接转换为光能的发光组件，由于不需经由将电能转换成热能的热炽发光过程。因此也称为冷发光组件。发光二极管除了具有高发光效率之夕卜，也是一种微小的固态光源(solid state illuminator),可制作成一半导体芯片形式，具有一半导体P-η接面结构。在此P-η接面的两端施加电压以通入电流之后，随即产生电子与电洞往此P-η接面流动，并结合而释放出光子。
[0004]就发光二极管的亮度方面而言，一般认为现阶段的发光二极管，其技术上已经具备冷阴极灯管一半左右的效率，甚至其发光效能可以与冷阴极灯管并驾齐驱，发光二极管的光效率主要与两者有关:一是与半导体芯片本身的发光效率，另一个是将半导体芯片封装完成之后的光取出率。关于半导体芯片发光效率的主要发展方向为:电致发光材料的研发、以及提高半导体芯片结晶性的研究，以增加半导体芯片内部的量子效率。
【发明内容】
[0005]根据已知技术的缺点，本发明的主要目的是揭示一种以硅基板为主的发光二极管组件，在发光二极管组件内设置超晶格结构层，由于超晶格结构层的厚度极薄，且根据其材料特性可以降有效释放应力、降低发光二极管量子下降效应并且可以增加磊晶质量。
[0006]本发明的目的在于揭示一种以硅基板为主的发光二极管组件，而于发光二极管组件中的超晶格结构，主要用于缓冲基板与所成长上去的第一半导体氮化镓层所产生的应力，借着调制两种不同材料厚度，例如氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)，可减少相对应厚度的应力。
[0007]本发明另一目的是揭露一种以硅基板为主的发光二极管组件，于发光二极管组件内设置纳米结构层，其可以降低磊晶缺陷、提升磊晶质量、提升内部量子效率(IQE)、提升背向光散射效果，即提升发光层往硅基板方向的光的散射效果以提升其发光二极管的出光效率以及增加外部量子效率(EQE)。
[0008]根据以上所述的目的，本发明揭示的发光二极管组件包含:硅基板、缓冲层、超晶格结构层(super lattice structure layer)、纳米结构层(nano-structure layer)、第一半导体层、发光层及第二半导体层，其中缓冲层设置在硅基板上、超晶格结构层设置在缓冲层上、纳米结构层设置在超晶格结构层上、第一半导体层设置在纳米结构层上以及发光层设置在第一半导体层及第二半导体层之间，藉由超晶格结构层及纳米结构层可以有效的释放发光二极管组件的应力以及降低磊晶缺陷，并且可以提高内部量子效率以及外部量子效率。
[0009]故而，关于本发明的优点与精神可以藉由以下发明详述及附图得到进一步的了解。
【附图说明】
[0010]图1是根据本发明所揭示的技术，发光二极管组件的截面示意图。
【具体实施方式】
[0011]请参考图1。图为本发明所揭示的发光二极管组件的截面示意图。在图1的发光二极管组件I中，其由下而上包括基板10、缓冲层12、超晶格结构层(super latticestructure layer) 14、纳米结构层(nano-structure layer) 16、第一半导体层 18、发光层 20以及第二半导体层22。
[0012]于本发明的实施例中，基板10为硅基板，其取代传统发光二极管利用蓝宝石做为基板10。于本实施例中，使用硅基板的原因在于，由于其材料便宜，且可往大尺寸晶圆例如12寸(12〃)制作，且其具有散热性佳等优点，故本发明亦有利于与其他大尺寸硅基半导体制程设备进行整合等优点。
[0013]缓冲层12设置在硅基板10上，其中缓冲层12以磊晶成长的方式形成在硅基板10上，且缓冲层12的材料可以是氮化镓铝(AlNGa)。接着，超晶格结构层14设置在缓冲层12上，其中超晶格结构层14可以是由多层氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)对(pairs)所组成的结构。于一实施例中，超晶格结构层14可以是单层结构设置于缓冲层12上；而于另一实施例中，超晶格结构层14可以是多层结构设置于缓冲层12上。无论是单层结构或是多层结构的超晶格结构层14其设置在缓冲层12上的厚度薄，其单层厚度(AlGaN or GaN)约为Inm至1nm,总厚度约10nm至100nm,要说明的是其厚度还是要根据其多层结构的超晶格结构层14的形成对数而定，例如超晶格结构，一般为两纳米尺度介电材料的堆栈，如氮化镓招/氮化镓(AlGaN/GaN)厚度有lnm/lnm, 2nm/2nm or2nm/6nm,并没有固定的形式,一般视成长环境而定，如成长温度、成长的机台、以及应力控制的需求等等。藉由超晶格结构层14设置于发光二极管组件1，可以有效的释放应力、降低发光二极管量子下降效应以及增加磊晶质量，因此藉由本发明所揭示具有超晶格结构层14的发光二极管组件1，可以增加发光二极管组件I的发光效率。
[0014]接着同样参考图1。纳米结构层16设置在超晶格结构层14上，其中纳米结构层16的材料为二氧化娃(Si02),氮化娃(SiNx),空气洞(air voids)或是复合式多层介电质材料，且设置于超晶格结构层14上的厚度约1nm至2000nm。于本发明的实施例中，其纳米结构层16可以连续结构或非连续结构设置在超晶格结构层14上，其优点在于可以降低磊晶缺陷、提升内部量子效率(IQE)、散射效果提升以及增加外部量子效率(EQE)。因此，藉由本发明所揭示具有纳米结构层16的发光二极管组件1，可以增加发光二极管组件I的发光效率。
[0015]接着，同样参考图1。在本发明所揭示的发光二极管组件I中，其第一半导体层18设置在纳米结构层16上以及发光层20设置在第一半导体层18及第二半导体22之间，其中第一半导体层18系为η-型氮化镓层(n-type GaN)，而第二半导体层22为p-型氮化镓层(p-type GaN)。而发光层20可以是单层量子井(single quantum well)或是多层量子井(mult1-quantum well)。于本发明实施例中其第一半导体层18、发光层20以及第二半导体层22以磊晶成长的方式依序形成在发光二极管组件I上。
[0016]根据本发明所揭示的发光二极管组件1，其优点在于使用硅基板其材料便宜，且可以朝大尺寸晶圆，例如12寸或更大尺寸的方向来制作,有利于与其他大尺寸硅基半导体设备进行整合，且其具有良好的散热性，可以将发光二极管组件I在进行操作时所产生的热释放至外界环境中。另外，其可藉由超晶格结构层14主要是缓冲硅基板与在硅基板成长上去的氮化镓所产生，并藉由调整两种材料不同的厚度，例如，氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)的厚度，其可以减少其相对应厚度的应力，故可以降低发光二极管量子效率下降效应。另一个优点在于，藉由纳米结构层16可以降低磊晶缺陷以提升磊晶质量，并增加发光层往基板方向的光的散射，即增加背向光散射效率，而提升发光二极管组件I的出光效率，以及其可以藉由提升内部量子效率以及外部量子效率来提升发光二极管组件I的散射效率以提升发光二极管组件I的发光效率。
[0017]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的权利要求范围内。
【主权项】
1.一种发光二极管组件，其特征在于，包含: 一娃基板; 一缓冲层，设置在该硅基板上； 一超晶格结构层，设置在该缓冲层上； 一纳米结构层，设置在该超晶格结构层上； 一第一半导体层，设置在该纳米结构层上； 一发光层，设置在该第一半导体层上；以及 一第二半导体层，设置在该发光层上。2.如权利要求1项所述之发光二极管组件，其特征在于，该缓冲层为氮化镓铝。3.如权利要求1所述的发光二极管组件，其特征在于，该超晶格结构层为氮化镓/氮化嫁招O4.如权利要求1所述的发光二极管组件，其特征在于，该超晶格结构层由单层结构以及多层结构群组中所选出。5.如权利要求1所述的发光二极管组件，其特征在于，该纳米结构层由Si02、SiNx,SiC、空气洞以及复合式多层介电质材料群组中所选出。6.如权利要求1所述的发光二极管组件，其特征在于，该纳米结构层由连续结构以及非连续结构群组中所选出设置在该超晶格结构层上。7.如权利要求1所述的发光二极管组件，其特征在于，该发光层由单层量子井以及多层量子井群组中所选出。
【专利摘要】本发明揭示一种发光二极管组件，包含：硅基板、缓冲层、超晶格结构层、纳米结构层、第一半导体层、发光层及第二半导体层，其中缓冲层设置在硅基板上、超晶格结构层设置在缓冲层上、奈米结构层设置在超晶格结构层上、第一半导体层设置在奈米结构层上以及发光层设置在第一半导体层及第二半导体层之间，藉由超晶格结构层及奈米结构层可以有效的释放发光二极管组件的应力以及降低磊晶缺陷，并且可以提高内部量子效率以及外部量子效率。
【IPC分类】H01L33/48
【公开号】CN104979448
【申请号】CN201410394673
【发明人】李佳佑, 林大为, 邹安杰, 郭浩中
【申请人】财团法人交大思源基金会
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2014年8月12日
【公告号】US20150287879