專利名稱：發光二極管裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極管裝置，特別是涉及一種具缺陷層的發光二極管裝置。
背景技術：
為了提升發光二極管(LED)的發光效率，方法之一是使用穿隧接面(tunneljunction)將兩個或多個發光二極管迭加起來。迭加發光二極管比單一發光二極管放射更多的光線，因而提高了亮度。使用穿隧接面還可強化電流的分散(spreading)，使得主動層內更多的載子可進行再結合(recombination)。此外，迭加發光二極管比同樣數目的單一發光二極管具有較少的電極接觸，不但可節省空間，而且可降低所造成的電致遷移(electromigration)問題。傳統形成穿隧接面的方法之一是使用重摻雜技術，如美國專利第6，822，991號，題為“含有穿隧接面的發光裝置(Light Emitting DevicesIncluding TunnelJunctions) ”。由于穿隧距離通常很短，因此，使用重摻雜技術較難達到所要的穿隧接面。再者，重摻雜也可能影響到鄰近層級的摻雜濃度。傳統形成穿隧接面的另一方法是使用極化(polarization)技術，如美國專利第 6，878，975 號，題為“極化場增強之穿隧結構(PolarizationField Enhanced TunnelStructures) ”。此種方法需要較復雜的工藝控制，而且會限制材質使用的選擇性。提升發光二極管的發光效率的另一方法是在發光二極管的電極處形成歐姆接觸(ohmic contact)。傳統形成歐姆接觸的方法之一是使用重摻雜技術，此方法的缺點會影響到鄰近層級的摻雜濃度。因此，亟需提出一種新穎的發光二極管結構，用以解決上述的問題。

發明內容
鑒于上述，本發明實施例的目的之一在于提出一種發光二極管裝置，其使用導電缺陷層以形成穿隧接面或者歐姆接觸，以提升發光二極管的發光效率。相較于傳統發光二極管，本發明實施例使用較簡單的工藝及架構來形成穿隧接面或歐姆接觸，不但能改善發光效率且不會弓I發其它問題。根據本發明實施例之一，發光二極管包含第一發光二極管、第二發光二極管及導電缺陷層。其中，導電缺陷層位于該第一發光二極管與該第二發光二極管之間，作為穿隧接面，藉以將第一發光二極管與第二發光二極管迭加在一起。根據本發明另一實施例，發光二極管包含第一摻雜層、第二摻雜層、導電缺陷層及至少一個電極。其中，導電缺陷層位于第一 /第二摻雜層與電極之間，藉以形成歐姆接觸。


圖1顯示本發明第一實施例的發光二極管裝置的剖面簡化示意圖。圖2A顯示圖1的第一發光二極管及第二發光二極管為同質接面結構的剖面示意圖。圖2B顯示圖1的第一發光二極管及第二發光二極管為異質接面結構的剖面示意圖。圖3顯示圖2B的第二摻雜層與導電缺陷層的晶格示意圖。圖4顯示本發明第二實施例的剖面示意圖。圖5顯示發光二極管裝置的立體示意圖。主要組件符號說明11第一發光二極管111η型摻雜層112P型摻雜層113第一摻雜層114主動層115第二摻雜層116共價鍵117第一電極12導電 缺陷層121共價鍵122懸鍵13第二發光二極管131η型摻雜層132P型摻雜層133第一摻雜層134主動層135第二摻雜層136第二電極20發光二極管單元22焊線24基板25第一電極27第二電極29電源供應器41η型摻雜層42主動層43ρ型摻雜層44導電缺陷層45ρ型電極46η型電極
具體實施方式
圖1顯示本發明第一實施例的發光二極管裝置的剖面簡化示意圖。發光二極管裝置包含至少一各發光二極管單元，而每一個發光二極管單元包含迭加(stack)在一起的第一發光二極管11 (LEDl)與第二發光二極管13 (LED2),兩者之間形成有一導電缺陷(defect)層12,用以作為穿隧接面(tunnel junction),其具有低阻抗及低光損失(optical loss)。其中,第一發光二極管11的頂部面向第二發光二極管13的底部。本實施例雖以迭加的兩個發光二極管作為例示，然而，本實施例可擴展應用于兩個以上的發光二極管的迭加。圖1所示的第一發光二極管11及第二發光二極管13可以為同質接面(homojunction)結構或者為異質接面(heterojunction)結構。圖2A顯示當第一發光二極管11及第二發光二極管13為同質接面結構的剖面示意圖。第一發光二極管11主要包含η型摻雜層111及P型摻雜層112，該二層的材質相同，因此具有相同的能隙(energy gap)。P型摻雜層112與η型摻雜層111之間會形成ρ-η接面。類似的情形，第二發光二極管13主要包含η型摻雜層131及P型摻雜層132。第一電極117位于η型摻雜層111上，而第二電極136位于P型摻雜層132上。圖2Β顯示當第一發光二極管11及第二發光二極管13為異質接面結構的剖面示意圖。在部分范例中，第一發光二極管或第二發光二極管為三族氮化物(group-1IInitride)發光二極管。第一發光二極管11主要包含第一摻雜層113、主動(active)層114及第二摻雜層115。第一摻雜層/第二摻雜層113/115與主動層114使用不同材質，因此具有相異的能隙。藉此，載子可被局限于主動層114所形成的井區(well)。在部分范例中，第一摻雜層113為η型摻雜層(例如氮化鎵(GaN))，主動層114為氮化銦鎵(InGaN)，而第二摻雜層115為P型摻雜層(例如氮化鎵(GaN))。類似的情形，第二發光二極管13主要包含第一摻雜層133、主動層134及第二摻雜層135。第一電極117位于第一摻雜層113上,而第二電極136位于第二摻雜層135上。由于異質接面結構的發光二極管為目前的主流，因此以下實施例的說明將以圖2B作為例示。圖2A及圖2B所顯示的剖面結構僅為簡化示意圖，可依實際應用情形在所示層級之間額外插入一個或多個層級。在部分范例中，第一發光二極管11的主動層114與第二發光二極管13的主動層134可使用相同的材質，因而得以發射相同波長的光線。在部分范例中，第一發光二極管11的主動層114與第二發光二極管13的主動層134可使用不同的材質，因而得以發射不同波長的光線。相關細節可參考美國專利第6822991號，題為“含穿隧接面的發光二極管裝置(Light Emitting Device Including Tunnel Junctions) ”，其內容視為本說明書的一部份。在部分范例中，導電缺陷層12可使用磊晶技術形成于第一發光二極管11的頂部，例如第二摻雜層115的上表面。在部分范例中，導電缺陷層12提升缺陷密度至其成長面缺陷密度的5倍以上，藉由高缺陷密度提供導電的效果；在部分范例中，導電缺陷層12提升缺陷密度至其成長面缺陷密度的2個數量級以上。在部分范例中，導電缺陷層12的材質可為氮化硅(SiN)、金屬(例如:鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)...等)、碳化硅(SiC)或硅(Si)，但不以此為限。導電缺陷層12的厚度可為數納米(nm)至數十納米之間。在部分范例中，導電缺陷層12的厚度小于或等于100納米(nm)。在部分范例中，導電缺陷層12與第二發光二極管13之間還包含一緩沖層(未顯示于圖中)，緩沖層鄰接導電缺陷層12，且降低缺陷密度至其成長面缺陷密度的5分之I以下。在部分范例中，緩沖層降低缺陷密度至其成長面缺陷密度的2個數量級以下。在部分范例中，緩沖層的厚度大于或等于10納米。在部分范例中，緩沖層的厚度約為數百個納米。另外，導電缺陷層12的缺陷密度可為IO7 IO21/立方厘米。圖3顯示第二摻雜層115與導電缺陷層12的晶格示意圖。第二摻雜層115的晶格之間以共價鍵(covalent bond) 116相連結，導電缺陷層12的晶格之間也以共價鍵121相連結。由于第二摻雜層115與導電缺陷層12的晶格常數不同，造成兩者之間的晶格不匹配(mismatch),因此第二摻雜層115與導電缺陷層12之間會形成懸鍵(dangling bond) 122而非共價鍵。組成懸鍵122的電子比較不受到原子核的約束而形成自由電子，因而增加導電缺陷層12的極性，藉以形成第一發光二極管11與第二發光二極管13之間的穿隧接面。本實施例的導電缺陷層12的形成除了使用磊晶技術外，還可使用其它技術。例如，對第一發光二極管11的頂部(例如第二摻雜層115的上表面)施以布值(implantation)工藝,撞擊(impact)第二摻雜層115的上表面以形成導電缺陷層12。圖4顯示本發明第二實施例的剖面示意圖。如前所述，發光二極管可為同質接面結構或者異質接面結構，如圖2A或圖2B所示。在部分范例中，發光二極管為三族氮化物(group-1II nitride)發光二極管。在本實施例中，發光二極管主要包含η型摻雜層41、主動層(或Ρ-η接面)42及P型摻雜層43。在本實施例中，形成導電缺陷層44于ρ型摻雜層43或/且η型摻雜層41的表面,再于導電缺陷層44的表面分別形成ρ型電極45或η型電極46。藉此,P型摻雜層43與ρ型電極45之間可形成歐姆接觸(ohmic contact),使其電壓-電流的關系為線性。類似的情形，η型摻雜層41與η型電極46之間也可形成歐姆接觸。在本實施例中，導電缺陷層44可使用磊晶技術形成于ρ型摻雜層43的表面或/且η型摻雜層41的表面。類似于前述第一實施例，導電缺陷層44提升缺陷密度至其成長面缺陷密度的5倍以上，藉由高缺陷密度提供導電的效果；在部分范例中，導電缺陷層44提升缺陷密度至其成長面缺陷密度的2個數量級以上。在部分范例中，導電缺陷層44的材質可為氮化硅(SiN)、金屬(例如M (Ga)、鋁(Al)、銦(In)...等)、碳化硅(SiC)或硅(Si)，但不以此為限。導電缺陷層44的厚度可為數納米(nm)至數十納米之間。在部分范例中，導電缺陷層44的厚度小于或等于100納米(nm)。在部分范例中，導電缺陷層44與ρ型摻雜層43的表面和/或η型摻雜層41的表面之間還包含一緩沖層(未顯示于圖中)，緩沖層鄰接導電缺陷層44，且降低缺陷密度至其成長面缺陷密度的5分之I以下。在部分范例中，緩沖層降低缺陷密度至其成長面缺陷密度的2個數量級以下。在部分范例中，緩沖層的厚度大于或等于10納米。在部分范例中，緩沖層的厚度約為數百個納米。另外，導電缺陷層44的缺陷密度可為IO7 IO21/立方厘米。圖5顯示發光二極管裝置的立體示意圖，其包含多個發光二極管單元20，以數組型式排列于基板24上，因此，圖5所示的發光二極管裝置又稱為發光二極管數組。相鄰發光二極管20的第一電極25及第二電極27藉由焊線22或內聯機而電性連結，因而形成一串聯序列。位于串聯序列的最前端的發光二極管與最后端的發光二極管，未與其它發光二極管20連接的第一電極25及第二電極27分別連接至電源供應器29的兩端。圖5所示的發光二極管單元20可以是第一實施例(圖1)的垂直迭加發光二極管，也可以是第二實施例(圖4)的單一發光二極管。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并非用以限定本發明；凡其它未脫離發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在權利要求所限定的范圍內。
權利要求
1.一種發光二極管裝置，包含: 至少一個發光二極管單元，該發光二極管單元包含: 一第一發光二極管及一第二發光二極管；及 一導電缺陷層，位于所述第一發光二極管與所述第二發光二極管之間，作為穿隧接面，藉以將所述第一發光二極管與所述第二發光二極管迭加在一起。
2.如權利要求1所述的發光二極管裝置，其中所述第一發光二極管或所述第二發光二極管為三族氮化物發光二極管，所述第一發光二極管或所述第二發光二極管包含: 一第一摻雜層； 一第二摻雜層，該第二摻雜層的極性相反于所述第一摻雜層的極性； 一主動層，位于所述第一摻雜層與所述第二摻雜層之間； 其中所述第一發光二極管的第二摻雜層藉由所述導電缺陷層而與所述第二發光二極管的第一摻雜層迭加在一起。
3.如權利要求1所述的發光二極管裝置，所述導電缺陷層將缺陷密度提升至其成長面缺陷密度的5倍以上，所述導電缺陷層的厚度小于或等于100納米。
4.如權利要求1所述的發光二極管裝置，其中所述導電缺陷層包含氮化硅、金屬、碳化硅或硅。
5.如權利要求1所述的發光二極管裝置，其中所述導電缺陷層與所述第二發光二極管之間還包含一緩沖層， 該緩沖層鄰接所述導電缺陷層，且將缺陷密度降低至其成長面缺陷密度的5分之I以下，該緩沖層的厚度大于或等于10納米。
6.如權利要求1所述的發光二極管裝置，其中所述導電缺陷層以磊晶或布值技術所形成。
7.如權利要求1所述的發光二極管裝置，其中所述至少一個發光二極管單元包含多個發光二極管單元，以數組型式排列，且每一個發光二極管單元包含一第一電極及一第二電極，其中，相鄰發光二極管單元的第一電極及第二電極電性連結，因而形成一串聯序列。
8.一種發光二極管裝置，包含: 至少一個發光二極管單元，該發光二極管單元包含: 一第一摻雜層； 一第二摻雜層，該第二摻雜層的極性相反于所述第一摻雜層的極性； 一導電缺陷層，形成于所述第一摻雜層或所述第二摻雜層上；及 至少一個電極，位于所述導電缺陷層上，藉此，形成歐姆接觸于所述電極與所述第一 /第二摻雜層之間。
9.如權利要求8所述的發光二極管裝置，還包含一主動層，位于所述第一摻雜層與所述第二摻雜層之間，所述發光二極管單元為三族氮化物發光二極管。
10.如權利要求8所述的發光二極管裝置，所述導電缺陷層將缺陷密度提升至其成長面缺陷密度的5倍以上，該導電缺陷層的厚度小于或等于100納米。
11.如權利要求8所述的發光二極管裝置，其中所述導電缺陷層包含氮化硅、金屬、碳化硅或硅。
12.如權利要求8所述的發光二極管裝置，其中所述導電缺陷層與所述第二發光二極管之間還包含一緩沖層，該緩沖層鄰接所述導電缺陷層，且將缺陷密度降低至其成長面缺陷密度的5分之I以下，該緩沖層的厚度大于或等于10納米(nm)。
13.如權利要求8所述的發光二極管裝置，其中所述導電缺陷層以磊晶或布值技術所形成。
14.如權利要求8所述的發光二極管裝置，其中所述至少一個發光二極管單元包含多個發光二極管單元，以數組型式排列，且每一個發光二極管單元包含一第一電極及一第二電極，其中，相鄰發 光二極管單元的第一電極及第二電極電性連結，因而形成一串聯序列。
全文摘要
一種發光二極管，包含至少一個發光二極管單元。每一個發光二極管單元包含至少一個發光二極管，其包含第一摻雜層、第二摻雜層及導電缺陷層。其中，導電缺陷層形成于第一或第二摻雜層上。導電缺陷層可位于兩個迭加發光二極管之間，或者位于第一/第二摻雜層與電極之間。
文檔編號H01L27/15GK103199163SQ20121000409
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者謝炎璋 申請人:華夏光股份有限公司