[发明专利]发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光元件(Nitride Device)及其制造方法，且特别是涉及一种具有镁化物缓冲层(Mg-based Buffer Layer)的发光元件及其制造方法。

背景技术

近年来，许多的焦点集中在以氮化物为主的半导体所形成的发光元件，例如氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)及氮化铝铟镓(AlInGaN)等。此类的发光元件半导体大多成长于不导电的蓝宝石(Sapphire)基板上，而与其他发光元件采用可导电的基板不同。

请参照图1，其所示为传统氮化物发光元件的剖面图。制作氮化物的发光元件100时，先提供透明的蓝宝石基板102。接下来，在蓝宝石基板102的表面上成长氮化铝铟镓缓冲层104，以使后续的发光外延结构106能顺利成长在蓝宝石基板102上。然后，再于氮化铝铟镓缓冲层104的表面上外延成长发光外延结构106，而大致完成发光元件100的制作。

然而，直接在蓝宝石基板102上成长氮化铝铟镓缓冲层104时，在氮化铝铟镓缓冲层104中会产生过多的错位缺陷密度(Dislocation Density)。如此一来，将进一步影响成长于氮化铝铟镓缓冲层104的发光外延结构106的外延品质，而不仅会对发光元件100的电稳定度造成不良影响，而降低发光元件100的操作品质，还会造成发光元件100的操作寿命的缩减。

为了降低蓝宝石基板与发光外延结构之间的缓冲层的错位缺陷密度，目前发展出以横向外延(Epitaxially Laterally Overgrown；ELOG)方式来制作缓冲层。然而，横向外延的方式工艺成本相当高昂，对发光元件的生产成本造成相当大的负担，不利于量产。

发明内容

因此，本发明的目的就是在提供一种发光元件，具有镁化物(Mg-based)缓冲层，故可大幅降低成长于蓝宝石基板上的外延材料的错位缺陷密度。

本发明的另一目的是在提供一种发光元件，在基板与氮化物外延结构之间具有镁化物/氮化镓系列(GaN-based)材料的多层堆叠结构所构成的缓冲层，如此一来可提高外延材料层的品质。因此，不仅可增加发光元件的操作寿命，还可提高发光元件的抗静电(ESD)能力，有效提高发光元件的电品质。

本发明的又一目的是在提供一种发光元件的制造方法，可直接在外延机器中，依次成长镁化物缓冲层与发光外延结构，以降低外延结构的错位缺陷密度。因此，与使用横向外延方式的现有技术相比，本发明的方式可大幅减少工艺成本。

根据本发明的上述目的，提出一种发光元件，至少包括：镁化物缓冲结构，具有相对的第一表面和第二表面；透明基板，直接设于镁化物缓冲结构的第一表面上；和发光外延结构，直接设于镁化物缓冲结构的第二表面上。

依照本发明优选实施例，上述的镁化物缓冲结构包含氮化镁(MgN_x)缓冲层或氮化镁(MgN_x)层/氮化镓系列材料层的多层堆叠结构，且镁化物缓冲结构的厚度约为30nm。

根据本发明的目的，提出一种发光元件的制造方法，至少包括：提供透明基板；形成镁化物缓冲结构于透明基板的表面上；以及形成发光外延结构于镁化物缓冲结构上。

依照本发明优选实施例，上述形成镁化物缓冲结构的步骤与形成发光外延结构的步骤可在同一有机金属化学气相沉积(MOCVD)机器中进行。

通过在透明基板的表面上成长镁化物缓冲结构的方式，无需使用横向外延技术，即可大幅度地降低错位缺陷密度，可进一步提高后续成长的发光外延结构的品质。因此，应用本发明可延长发光元件的操作寿命，并可提高元件的抗静电能力而增进发光元件的操作品质，还可有效降低元件的制作成本。

附图说明

图1所示为传统氮化物发光元件的剖面图。

图2所示为依照本发明优选实施例的一种发光元件的剖面图。

图3所示为依照本发明另一优选实施例的一种发光元件的剖面图。

简单符号说明

100：发光元件         102：蓝宝石基板

104：氮化铝铟镓缓冲层     106：发光外延结构

200a：发光元件            200b：发光元件

202：透明基板             204a：镁化物缓冲结构

204b：镁化物缓冲结构      206：发光外延结构

208：氮化镁(MgN_x)层       210：氮化镓系列材料层

212：未掺杂氮化物层       214：n型氮化物层