[發明專利]一種發光二極管及其制造方法

有效

• 申請號: 200910119595.1
• 申請日: 2009-03-17
• 公開（公告）號: CN101840971A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 林文禹;黃世晟;涂博閔;葉穎超;吳芃逸;詹世雄;楊順貴;黃嘉宏
• 申請（專利權）人: 先進開發光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 呂俊清

技術領域

本發明涉及一種發光二極管(Light?Emitting?Diode)結構，尤其是一種具有應變補償層的發光二極管。

背景技術

發光二極管(Light?Emitting?Diode)之所以會發光，主要原因是利用半導體在施加電能后轉化為光能的物理特性，當半導體的正負極兩端施加電壓產生電流流經半導體時，會促使半導體內部的電子與空穴相互結合，結合后剩余能量便以光的形式釋放。隨著半導體工藝技術發展，光電相關產業順應技術潮流，不斷研究開發高亮度發光二極管(High?Brightness?LED)，不僅是應用在照明上的高亮度白光二極管，也包括了高亮度的各色發光二極管，甚至在未來發光二極管將取代現在傳統照明裝置，研發人員更是積極努力與研發超高亮度的發光二極管(Ultra?High?Brightness?LED)，來適應未來整個廣大照明市場的需求。

發光二極管背光取代手持裝置原有的冷光(又稱電激發光ElectroLuminescent；EL)以及液晶電視使用冷陰極熒光燈管(Cold?CathodeFluorescent?Lamp；CCFL)的背光，是目前光電產業的趨勢，由于二極管不僅電路設計更簡潔容易，且有較高的外力抗受性，因此，用發光二極管背光取代液晶電視原有的冷陰極熒光燈管背光，不僅更環保而且顯示更逼真亮麗。用發光二極管照明取代白光燈、鹵素燈等照明，不僅更光亮省電，使用也更長效，且點亮反應更快，用于煞車燈時能減少后車追撞率。

所以，發光二極管從過去只能用在電子裝置的狀態指示燈，進步到成為液晶顯示的背光，再擴展到電子照明及公眾顯示，如車用燈、交通信號燈、看板信息跑馬燈、大型影視墻，甚至是投影機內的照明等，其應用范圍仍在持續地延伸。很重要的一點是，發光二極管的亮度效率就如同摩爾定律(Moore′s?Law)一樣，每24個月提高一倍，過去認為白光二極管只能用來取代過于耗電的白熾燈、鹵素燈，即發光效率在10～30lm/W內的層次，然而在白光二極管突破60lm/W甚至達100lm/W后，就連熒光燈、高壓氣體放電燈等，也開始感受到被替換的威脅。

請參考圖1A，其為傳統發光二極管的典型結構，包括了一基板11、一N型導電的半導體層12、一活性層13以及一P型導電的半導體層14。首先，強化二極管的光轉效率，這也是提高亮度最根源之道，現有發光二極管的每瓦用電中，僅有15％～20％被轉化成光能，其余都被轉化成熱能并消散掉(廢熱)，而提高這一轉換效率的重點就在P-N結(P-Njunction)上，P-N結是發光二極管主要的發光發熱位置，通過P-N結的結構設計改變可提高轉化效率。關于發光二極管轉化效率的提高，目前多是在P-N結上形成量子阱(Quantum?Well；QW)，以此來提高用電能轉換成光能的比例，更進一步的方法，朝在P-N結上長成更多的量子阱數來努力，即所謂的多重量子阱(Multiple?Quantum?Well；MQW)技術。

如果光轉效率難再要求，進一步的就必須從出光效率的層面下手，此層面的作法相當多，依據不同的化合材料也有不同，目前HB?LED(高亮度)較常使用的兩種化合材料是磷化鋁銦鎵型(AlGaInP)及氮化銦鎵型(InGaN)，前者用來產生高亮度的橘紅、橙、黃、綠光，后者GaN用來產生綠、翠綠、藍光，以及用氮化銦鎵型產生近紫外線、藍綠、藍光。

針對發光二極管的亮度提高技術，美國加州州立大學(The?Regents?oftheUniversity?of?California)在美國專利US?7091514提出利用新的半導體工藝方法，生成出非極性(Non-polar)氮化鎵(GaN)取代傳統極性氮化鎵材料，在非極性氮化鎵底材上長成的量子阱(Quantum?Well；QW)，能具有更佳的電能轉換成光能效率。該專利主要技術在于制作以r-plane藍寶石基板取代傳統c-plane藍寶石基板，以制作出非極性氮化鎵薄膜。

理論上，非極性量子阱的特性相較傳統c-plane制作出極性量子阱，具有較佳的電子空穴復合率。實際上，使用r-plane藍寶石基板成長出的非極性氮化鎵薄膜，雖能消除發光二極管在PN結上電場效應，由于結晶取向(crystal-orientation)的原因，不僅晶體底材(template)成長不易，而最后的氮化鎵結晶表面也十分不平整，導致降低整體發光效率。