專利名稱：具有量子簇柱的固態發光組件與其制作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光組件與其制作方法，特別是涉及一種具有量子簇柱(quantum cluster)的固態發光組件與其制作方法。
背景技術：
固態發光組件，特別是發光二極管(light emitting diode，簡稱LED)應用的領域廣泛，主要作為顯示器背光模組、交通信號及照明的用途。而隨著環保意識的提升，發光二極管挾著節能與低污染等的優勢，被積極發展作為新世代主要的光源，以取代過往的水銀燈管及鎢絲燈泡，因此，發光二極管的發光亮度愈形重要，業界及學界也朝提高發光二極管的發光效率的課題持續努力。參閱圖1，以往的發光二極管1的主要結構包含一塊藍寶石基板11、一層具有第一型半導體性質(即n-type)的第一披覆層12 (n-cladding layer)、一層具有第二型半導體性質(即p-type)的第二披覆層14(p-Cladding layer)、一層夾設于該第一、二披覆層12、 14間的發光層單元13，及一組與外界電連接的電極單元15。該發光層單元13包括多層交錯層疊的阻障層131 (barrier layer)及量子井(quantum well)結構的發光層132 (active layer)。該電極單元15包括兩個分別與該第一、二披覆層12、14電連接的電極151、152。 當經由該電極單元15的兩電極151、152自外界提供電能于該發光層單元13時，所述發光層132的量子井結構將該第一、二披覆層12、14產生的電子與空穴限位而結合并釋放出光能。然而，由于量子井結構是二維空間，載子于二維空間的可移動范圍相對較大，再者，形成該第一、二披覆層12、14與發光層單元13的過程中產生的缺陷(dislocation) 密度偏高，而影響量子井結構的完整，從而降低電子空穴對的復合比率，致使此等以量子井結構作為發光層132主要結構的發光二極管1的內部量子效率(Internal quantum efficiency)受限，導致整體發光效率無法有效地再進一步提升。為解決以往的發光二極管1所遭遇發光效率無法有效提高的瓶頸，目前有類量子點(quantum-dot-like)結構的發光二極管被提出。參閱圖2，類量子點結構的發光二極管2包含一塊以藍寶石為主要構成材料的基板21、一層以第一型(n-type)半導體材料構成于該基板21上的第一披覆層22 (n-cladding layer)、一層以第二型(p-type)半導體材料構成的第二披覆層M(p-cladding layer)、一層夾設于該第一、二披覆層22、M間的發光層單元23，及一組與外界電連接的電極單元25。 該發光層單元23包括多層交錯層疊的阻障層231與具有多個供電時以光電效應產生光子的類量子點233的晶體層232。該電極單元25包括兩個分別與該第一、二披覆層22、24電連接的電極251、252。當經由該電極單元25傳送自外界對該發光層單元23提供電能時，該第一、二披覆層22J4產生的電子與空穴被局限于所述類量子點233而結合并釋放出光能。由于所述類量子點233結構可視為分別獨立的準零維空間，所以電子與空穴在該準零維空間可自由移動的范圍減少，同時，外延過程中產生的缺陷對個別獨立的多個類量子點233結構而言破壞有限，因此可以有效的增加電子空穴于所述類量子點233結合并將電能轉換為光能的機率，進而提高發光二極管2的發光效率。參閱圖2、圖3，大致而言，上述類量子點結構的發光二極管2的制作過程，是先進行步驟31，在該基板21上外延形成該第一披覆層22，接著進行步驟32，在該第一披覆層22 上沉積形成該阻障層231，然后繼續進行步驟33，在該阻障層231上外延一層以氮化鎵銦系化合物為主要成份的薄膜(圖未示)，接著進行步驟34，以高溫熱處理的方式使該薄膜變形為所述不規則地形成于該阻障層231頂面的類量子點233 ；接下來進行步驟35，自該阻障層 231往上外延而形成該具有所述類量子點233的晶體層232 ；接著進行步驟38，在該晶體層頂面再形成一層阻障層231，再重復進行步驟33至步驟35而形成該具有多層交錯層疊的阻障層231與晶體層232的發光層單元23 ；再接著實施步驟36，該發光層單元23的表面形成該第二披覆層M ；最后進行步驟37，分別在該第一、二披覆層22J4上形成該兩電極251、 252而構成該電極單元25，即制得類量子點結構的發光二極管2。由上述說明可知，雖然類量子點結構的發光二極管2的發光效率較以量子井結構為主的發光二極管1為高，但由于類量子點233是以高溫熱處理氮化鎵銦系化合物的薄膜而自變形形成，故形狀、大小都相當隨機并差異大，且分布狀態也不可控；而根據研究，類量子點結構是產生光能的結構，其大小尺寸與分布狀態都會影響到發光的波長范圍與發光均勻度，也因此，目前類量子點結構的發光二極管還有改善的空間需要業者投入、努力。由此可見，上述現有的發光二極管在產品結構、制造方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。因此如何能創設一種新的具有量子簇柱的固態發光組件與其制作方法，亦成為當前業界極需進的目標。有鑒于上述現有的發光二極管存在的缺陷，本發明人基于從事此類產品設計制造多年豐富的實務經驗及專業知識，并配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種新的具有量子簇柱的固態發光組件與其制作方法，能夠改進一般現有的發光二極管，使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計，并經過反復試作樣品及改進后，終于創設出確具實用價值的本發明。
發明內容
本發明的主要目的在于，克服現有的發光二極管存在的缺陷，而提供一種新的具有量子簇柱的固態發光組件與其制作方法，所要解決的技術問題是使其在于提供一種具有高發光效率及發光波長范圍窄的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，非常適于實用。本發明的另一目的在于，克服現有的發光二極管存在的缺陷，而提供一種新的具有量子簇柱的固態發光組件與其制作方法，所要解決的技術問題是使其在于提供另一種具有高發光效率及發光波長范圍窄的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，從而更加適于實用。本發明的再一目的在于，克服現有的發光二極管存在的缺陷，而提供一種新的具有量子簇柱的固態發光組件與其制作方法，所要解決的技術問題是使其提供一種具有高發光效率及發光波長范圍窄的具有量子簇柱的固態發光組件，從而更加適于實用。
本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其中該制作方法包含(a)在一塊基板上形成一層具有第一型半導體性質的第一披覆層；(b)在該第一披覆層的頂面形成一層晶體層，該晶體層具有多個獨立地形成于該晶體層頂面的凹部；(c)自所述凹部填覆滿在提供電能時產生光的量子簇柱，而使該晶體層頂面與所述量子簇柱頂面共同成為一個實質平坦的平面；(d)自該實質平坦的平面向上形成一層具有第二型半導體性質的第二披覆層； 及(e)形成一組與該第一、二披覆層電連接而可自外界對該形成有多個量子簇柱的晶體層提供電能的電極單元。本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。前述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其中所述的該步驟(b)是以外延方式自該第一披覆層頂面向上形成厚度不大于50nm且具有所述凹部的晶體層。前述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其中所述的該步驟(b)中所述凹部的直徑是lnm-10nm、深度是lnm-lOnm，且分布密度是1 X IOiciCnT2-S X IO13CnT2。前述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其中所述的該步驟(C)以外延方式形成所述量子簇柱而使得該晶體層頂面與所述量子簇柱頂面共同成為粗糙度不大于 2nm的平面。前述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其中所述的該制作方法還包括一個步驟(f)，在實施該步驟(d)形成該第二披覆層之前，在形成有所述量子簇柱的該晶體層上依序再形成一層阻障層及一層具有多個凹部的晶體層后重復實施該步驟(c)，而形成多層分別填覆有所述量子簇柱的晶體層。本發明的目的及解決其技術問題還采用以下技術方案來實現。依據本發明提出的一種具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其中該制作方法包含(a)在一塊基板上形成一層具有第一型半導體性質的第一披覆層；(b)在該第一披覆層的頂面向上形成一層量子簇發光層；(c)移除該量子簇發光層部分結構而成為多個獨立并在接受電能時產生光子的量子簇柱；(d)自該第一披覆層的頂面向上形成一層供所述量子簇柱嵌填其中的晶體層，直到該晶體層的頂面與所述量子簇柱的頂面共同成為一個實質平坦的平面；(e)自該實質平坦的平面向上形成一層具有第二型半導體性質的第二披覆層；及(f)形成一組與該第一、二披覆層電連接而可自外界對該形成有多個量子簇柱的晶體層提供電能的電極單兀。本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。前述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其中所述的該步驟(b)以外延方式在該第一披覆層頂面形成厚度為Inm-IOnm的量子簇發光層。前述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其中所述的該步驟(C)中所述量子簇柱其外徑為lnm-10nm、高度為lnm-lOnm，且分布密度是1 X IOiciCnT2-S X IO13CnT2。前述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其中所述的該步驟(d)以外延方式形成該晶體層而使得該晶體層頂面與所述量子簇柱頂面共同成為粗糙度是不大于2nm 的平面。前述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其中所述的該制作方法還包括一個步驟(g)，該步驟(g)是在實施該步驟(e)形成該第二披覆層之前，于該晶體層頂面與所述量子簇柱頂面依序再形成一層阻障層及一層量子簇發光層后重復實施該步驟(C)、 (d)，而成為多層疊置且分別形成有所述量子簇柱的晶體層。本發明的目的及解決其技術問題另外再采用以下技術方案來實現。依據本發明提出的一種具有量子簇柱的固態發光組件，包含一塊基板、一層以具有第一型半導體性質的材料形成在該基板上第一披覆層、一層形成于該第一披覆層上的發光層單元、一層以具有第二型半導體性質的材料形成在該發光層單元上的第二披覆層，及一組與該第一、二披覆層電連接而可自外界對該發光層單元提供電能的電極單元；其中該發光層單元還包括至少一層晶體層，及多個在供電時產生光子的量子簇柱，該晶體層的頂面具有多個分別間隔形成的凹部，所述量子簇柱分別相對應地填滿所述凹部，且所述量子簇柱的頂面與該晶體層頂面共同成為一個實質平坦的平面。本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。前述的具有量子簇柱的固態發光組件，其中所述的該晶體層的厚度不大于50nm。前述的具有量子簇柱的固態發光組件，其中所述的所述凹部的平均徑寬是 Inm-lOnm，平均深度是 Inm-lOnm，且分布密度是 1 X 10lclcnT2-5 X IO13CnT2。前述的具有量子簇柱的固態發光組件，其中所述的所述量子簇柱頂面與該晶體層頂面共同界定的平面的粗糙度為不大于2nm前述的具有量子簇柱的固態發光組件，其中所述的該發光層單元的晶體層是先在該第一披覆層的頂面形成一層平整的晶體層后，粗化該晶體層頂面而使該晶體層頂面形成多個獨立的凹部。前述的具有量子簇柱的固態發光組件，其中所述的該晶體層與所述量子簇柱是先在該第一披覆層的頂面向上形成一層量子簇發光層后，移除該量子簇發光層部分結構而成為所述獨立的量子簇柱，然后再自該第一披覆層的頂面向上形成該晶體層而構成。本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，本發明的主要技術內容如下一種具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，包含以下步驟。步驟(a)是在一塊基板上形成一層具有第一型半導體性質的第一披覆層。步驟(b)在該第一披覆層的頂面形成一層晶體層，該晶體層具有多個獨立地形成于該晶體層頂面的凹部。步驟(c)自所述凹部填覆滿在提供電能時產生光的量子簇柱，而使該晶體層頂面與所述量子簇柱頂面共同成為一個實質平坦的平面。步驟(d)是繼續自該實質平坦的平面向上形成一層具有第二型半導體性質的第
二披覆層。步驟(e)是形成一組與該第一、二披覆層電連接而可自外界對該形成有多個量子簇柱的晶體層提供電能的電極單元。較佳地，該步驟(b)是以外延方式自該第一披覆層頂面向上形成厚度不大于50nm 且具有所述凹部的晶體層。較佳地，該步驟(b)中所述凹部的直徑是Inm-lOnm、深度是Inm-lOnm，且分布密度是 IXIO1W2-SXIO1W20較佳地，該步驟(C)以外延方式形成所述量子簇柱而使得該晶體層頂面與所述量子簇柱頂面共同成為粗糙度不大于2nm的平面。
較佳地，該制作方法還包括一個步驟(f)，在實施該步驟(d)形成該第二披覆層之前，在形成有所述量子簇柱的該晶體層上依序再形成一層阻障層及一層具有多個凹部的晶體層后重復實施該步驟(C)，而形成多層分別填覆有該等量子簇柱的晶體層。又，本發明另一種具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，包含以下步驟。步驟(a)首先在一塊基板上形成一層具有第一型半導體性質的第一披覆層。步驟(b)在該第一披覆層的頂面向上形成一層量子簇發光層。步驟(c)移除步驟(b)得到的半成品中該量子簇發光層部分結構而成為多個獨立形成于該第一披覆層頂面并在接受電能時產生光子的量子簇柱。步驟(d)是自該第一披覆層的頂面向上形成一層供所述量子簇柱嵌填其中的晶體層，直到該晶體層的頂面與所述量子簇柱的頂面共同成為一個實質平坦的平面。步驟(e)再自該實質平坦的平面向上形成一層具有第二型半導體性質的第二披覆層。步驟(f)形成一組與該第一、二披覆層電連接而可自外界對該形成有多個量子簇柱的晶體層提供電能的電極單元。較佳地，該步驟(b)以外延方式在該第一披覆層頂面形成厚度為Inm-IOnm的量子簇發光層。較佳地，該步驟(c)中所述量子簇柱其外徑為Inm-lOnm、高度為Inm-lOnm，且分布密度是 ι χ 101QcnT2-5 X IO13CnT2。較佳地，該步驟(d)以外延方式形成該晶體層而使得該晶體層頂面與所述量子簇柱頂面共同成為粗糙度是不大于2nm的平面。較佳地，該制作方法還包括一個步驟(g)，該步驟(g)是在實施該步驟(e)形成該第二披覆層之前，于該晶體層頂面與所述量子簇柱頂面依序再形成一層阻障層及一層量子簇發光層后重復實施該步驟(c)、(d)，而成為多層疊置且分別形成有所述量子簇柱的晶體層。再，本發明一種具有量子簇柱的固態發光組件，包含一塊基板、一層第一披覆層、 一層發光層單元、一層第二披覆層及一組電極單元。該第一披覆層以具有第一型半導體性質的材料為主地形成在該基板上。該發光層單元形成于該第一披覆層上，且包括至少一層晶體層，及多個在供電時產生光子的量子簇柱，該晶體層的頂面具有多個分別間隔形成的凹部，所述量子簇柱分別對應地填滿所述凹部，且所述量子簇柱的頂面與該晶體層頂面共同成為一個實質平坦的平面。該第二披覆層以具有第二型半導體性質的材料為主地形成在該發光層單元上。該電極單元與該第一、二披覆層電連接而可自外界對該發光層單元提供電能。較佳地，該晶體層的厚度不大于50nm。較佳地，所述凹部的平均徑寬是Inm-lOnm，平均深度是lnm-lOnm，且分布密度是 1 X 10lclcm_2-5 X 1013cm_2。較佳地，所述量子簇柱頂面與該晶體層頂面共同界定的平面的粗糙度為不大于 2nm。較佳地，該發光層單元的晶體層是先在該第一披覆層的頂面形成一層平整的晶體層后，粗化該晶體層頂面而使該晶體層頂面形成多個獨立的凹部。
較佳地，該晶體層與所述量子簇柱是先在該第一披覆層的頂面向上形成一層量子簇發光層后，移除該量子簇發光層部分結構而成為所述獨立的量子簇柱，然后再自該第一披覆層的頂面向上形成該晶體層而構成。借由上述技術方案，本發明具有量子簇柱的固態發光組件與其制作方法至少具有下列優點及有益效果提供新的制作方法制作一種具有尺寸大小近似且呈幾乎規則分布的量子簇柱的固態發光組件，而提升目前固態發光組件的內部量子效率與發光均勻度。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
圖1是一示意圖，說明以往的發光二極管的結構；圖2是一示意圖，說明目前具有類量子點的發光二極管的結構；圖3是一流程圖，說明該具有類量子點的發光二極管的制造方法；圖4是一示意圖，說明本發明一個具有量子簇柱的固態發光組件的結構的較佳實施例；圖5是一流程圖，說明該較佳實施例的第一種制作方法；圖6是一流程圖，說明該較佳實施例的第二種制作方法；圖7是本發明具有量子簇柱的固態發光組件的示意圖，說明該固態發光組件具有一層發光層單元；圖8是本發明具有量子簇柱的固態發光組件的流程圖，說明該固態發光組件具有一層發光層單元時的第一種制作方法；圖9是本發明具有量子簇柱的固態發光組件的流程圖，說明該固態發光組件具有一層發光層單元時的第二種制作方法。
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的具有量子簇柱的固態發光組件與其制作方法其具體實施方式
、結構、方法、步驟、特征及其功效，詳細說明如后。參閱圖4，本發明具有量子簇柱的固態發光組件的一個較佳實施例包含一塊基板 41、一層第一披覆層 42(n-cladding layer)、一層第二披覆層 44 (p-cladding layer)、一層夾設于該第一、二披覆層42、44之間的發光層單元43，及一組與所述披覆層42、44及外部電源電連接的電極單元45。該基板41以藍寶石為主要材料所形成。該第一披覆層42設置在該基板41的頂面，且該第一披覆層42的主要材料為具有第一型半導體性質-也就是η型半導體性質的氮化鎵系化合物。該第二披覆層44的主要材料是類似該第一披覆層42的氮化鎵系化合物，且不同于該第一披覆層42的第一型半導體性質，而具有第二型半導體性質-也就是ρ型半導體性質。
該發光層單元43由該第一披覆層42向該第二披覆層44方向依序包括多層交錯疊置的阻障層433與厚度不大于50nm的晶體層431，和多個獨立地位于每一晶體層431中的量子簇柱432。該阻障層433及該晶體層431以氮化鎵系化合物為主要材料所形成，該晶體層431具有多個自該晶體層431頂面往該基板41方向凹陷的凹部434，所述凹部434 的平均徑寬是Inm-lOnm，平均深度為lnm-lOnm，分布密度為1 X IOiciCnT2-S X IO13CnT2。所述量子簇柱432以氮化鎵銦系化合物為主要材料，且在接受電能時會將電能轉換為光能而發光。所述量子簇柱432填覆于每一晶體層431的凹部434并與每一晶體層431的頂面等高而共同界定一個實質平坦且粗糙度不大于2nm的平面。由于每一量子簇柱432是容填于每一凹部434中，而所述凹部434具有實質相近的尺寸大小，以及近似規則的分布，因此，所述量子簇柱432也具有相似尺寸大小與態樣，以及近似規則的分布，從而具有較窄的發光波長范圍以及整體而言較為均勻的發光均勻度。該電極單元45包括兩個分別與該第一、第二披覆層42、44電連接的第一、二電極 451、452，而可將外界的電能傳送至該發光層單元43。當經由該電極單元45自外界對該發光層單元43提供電能時，由于每一量子簇柱 432的大小尺寸在Inm-IOnm而可被視為準零維空間，所以可將來自第一、二披覆層42、44的電子-空穴對限位于其能階近似的準零維空間，進而使得電子-空穴對在所述量子簇柱432 內發生光電效應時釋放出具有近似波長范圍的光(也就是說發光波長范圍較窄)。本發明利用大量的量子簇柱432，使來自所述披覆層42、44的電子-空穴對再結合的機率增加，組件的發光效率顯著提升，此外，由于所述量子簇柱432具有近似的尺寸且呈整齊分布，因此可將電能轉換成波長范圍窄且亮度均勻的光向外射出，從而確實改善發光二極管的發光波長范圍與發光均勻度等實際發光動作的表現。上述本發明具有量子簇柱的固態發光組件的該較佳實施例，在通過以下兩種制作方法的說明后，當可更佳清楚明白。參閱圖4、圖5，上述該較佳實施例的第一種制作方法，是先進行步驟51，在該基板 41上以外延的方式沉積形成該第一披覆層42 ；接著進行步驟52，在該第一披覆層42頂面形成一層阻障層433 ；再來進行步驟53，在該阻障層433的頂面以外延的方式形成厚度不大于50nm且具有多個獨立凹部434的晶體層431，所述凹部434的平均徑寬是lnm-lOnm，平均深度為Inm-lOnm，分布密度為1 X IOltlCnT2-S X IO13CnT2。其中，所述凹部4；34可利用降低外延成長溫度、增加外延成長速率，及/或使用侵蝕性氣體刻蝕的方式形成，此為熟習此領域人士所知，故不再多加敘述。繼續進行步驟M，利用外延的方式，并根據工藝設備中相關參數的設定及控制，在該晶體層431的凹部434形成量子簇柱432，直到所述量子簇柱432的頂面與該晶體層431 的頂面共同成為該粗糙度不大于2nm的大致平坦的平面(以供后續外延工藝的進行)為止；接著是步驟55，在上述大致平坦的表面上再外延一層阻障層433，及一層具有多個凹部 434的晶體層431，并重復進行步驟54、步驟55而形成該具有多層交錯疊置的阻障層433 與包覆多個量子簇柱432的晶體層431的該發光層單元43 ；然后實施步驟56，在最上層由所述量子簇柱432頂面及該晶體層431頂面共同形成的表面再往上外延形成該第二披覆層 44 ；最后是步驟57，在該第一、二披覆層42、44上設置該第一、二電極451、452而構成該電極單元45，也就制得該較佳實施例的具有量子簇柱的固態發光組件。
要特別說明的是，因為每次形成的晶體層431結構都近似，晶格最脆弱處的分布、 大小尺寸等也會實質成近似有規律的分布，所以形成于該晶體層431頂面的多個凹部434 也會成近似有規律的分布，且大小尺寸也會呈現近似，從而使得成長填覆于所述凹部434 的量子簇柱432也因此實質成近似規則的分布，同時大小尺寸也呈現近似，使所制得的固態發光組件具有發光的波長范圍較窄以及發光均勻度較佳的實際發光動作表現。參閱圖4、圖6，上述該較佳實施例的第二種制作方法是先進行步驟61，在該基板 41的頂面以外延形成該第一披覆層42 ；接著進行的是步驟62，在該第一披覆層42的頂面利用外延法沉積形成該以氮化鎵為主要材料所形成的阻障層433 ；再來是步驟63，在該阻障層433頂面以外延的方式形成一層以氮化鎵銦系化合物為主要材料且厚度為Inm-IOnm 的量子簇發光層；接著進行步驟64，通入氫氣及氯化氫等氣體以刻蝕的方式從該量子簇發光層頂面的晶格最脆弱處開始刻蝕移除該量子簇發光層的部分結構，而使得原本完整、平坦的量子簇發光層成為多個獨立地形成于該阻障層433頂面的多數量子簇柱432。然后進行的是步驟65，利用工藝設備中相關參數的控制及設定，在已形成所述量子簇柱432的阻障層433的頂面再往上外延而形成該晶體層431，直到包覆所述量子簇柱 432且該晶體層431的頂面與所述量子簇柱432的頂面可達到實質平坦且粗糙度不大于 2nm的平面(以供后續外延工藝的進行)。接著進行步驟68，在所述量子簇柱432頂面及該晶體層431頂面共同形成的平坦的表面上繼續再外延一層阻障層433后，再重復地進行步驟63-65及步驟68而形成該具有多層交錯層疊的阻障層433與填覆大量量子簇柱432的發光層單元43。最后依序進行的是步驟66及步驟67，在該發光層單元43上形成該第二披覆層44與分別設置第一、二電極 451,452于該第一、第二披覆層42、44上，就制得該較佳實施例所述的具有量子簇柱的固態發光組件。類似地，由于量子簇發光層結構為近似規則的分布，所以用例如刻蝕的方式亦會形成近似規律的分布且具有相似尺寸的量子簇柱432，也因此所制得的固態發光組件具有發光的波長范圍較窄以及發光均勻度較佳的實際發光動作表現。經過上述說明可知，發明人主要是設計出如上述兩種制作方法，通過整體的制作過程，制作出與現今利用熱處理制作的類量子點的發光二極管相較而言，具有更大量且態樣尺寸與分布狀況皆成近似規則的量子簇柱的固態發光組件，而借著大小尺寸成近似相同、且分布亦成近似規則分布的量子簇柱432而使得產生光的波長范圍更窄、整體發光均勻度更佳。參閱圖7，當然本發明具有量子簇柱的固態發光組件的發光層單元43也可以僅有單一形成有多個量子簇柱432的晶體層431，不過因單一晶體層結構的固態發光組件因結構更為簡單且通常僅限于實驗室研究之用，故在此不再多加敘述。參閱圖8、圖9，上述發光層單元僅具有單一形成有多個量子簇柱432的晶體層431 的固態發光組件的制作方法，是與如圖5、圖6所說明的制作方法近似，不同處僅在于進行步驟58、69時是直接在該第一披覆層42上形成具有所述凹部434的晶體層431與直接在該第一披覆層42上形成量子簇發光層，且無須再實施步驟55、68的重復施作過程，在此同樣地不再多加敘述。綜上所述，本發明主要是設計出固態發光組件的制作方法，制作具有量子簇柱432的固態發光組件，而利用大量近似整齊排列、大小尺寸亦成近似的量子簇柱432，提高固態發光組件的內部量子效率、發光均勻度，以及較窄的發光波長范圍，且由于本發明提出的制作方法是晶體層431結構具有實質相同的特性，而在進行刻蝕移除結構時能得到較現今利用熱處理形成類量子點更為近似規則的結果，從而得到相近的尺寸大小與分布態樣的大量量子簇柱432，進而改善固態發光組件產生光的波長范圍，以及整體發光均勻度與質量，故確實能達成本發明目的。 以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其特征在于該制作方法包含(a)在一塊基板上形成一層具有第一型半導體性質的第一披覆層；(b)在該第一披覆層的頂面形成一層晶體層，該晶體層具有多個獨立地形成于該晶體層頂面的凹部；(c)自所述凹部填覆滿在提供電能時產生光的量子簇柱，而使該晶體層頂面與所述量子簇柱頂面共同成為一個實質平坦的平面；(d)自該實質平坦的平面向上形成一層具有第二型半導體性質的第二披覆層；及(e)形成一組與該第一、二披覆層電連接而可自外界對該形成有多個量子簇柱的晶體層提供電能的電極單元。
2.根據權利要求1所述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其特征在于該步驟(b)是以外延方式自該第一披覆層頂面向上形成厚度不大于50nm且具有所述凹部的晶體層。
3.根據權利要求2所述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其特征在于該步驟(b)中所述凹部的直徑是Inm-lOnm、深度是Inm-lOnm，且分布密度是 1 X 10lclcm_2-5 X 1013cm_2。
4.根據權利要求3所述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其特征在于該步驟(c)以外延方式形成所述量子簇柱而使得該晶體層頂面與所述量子簇柱頂面共同成為粗糙度不大于2nm的平面。
5.根據權利要求1或4中任一權利要求所述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其特征在于該制作方法還包括一個步驟(f)，在實施該步驟(d)形成該第二披覆層之前，形成有所述量子簇柱的該晶體層上依序再形成一層阻障層及一層具有多個凹部的晶體層后重復實施該步驟(c)，而形成多層分別填覆有所述量子簇柱的晶體層。
6.一種具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其特征在于該制作方法包含(a)在一塊基板上形成一層具有第一型半導體性質的第一披覆層；(b)在該第一披覆層的頂面向上形成一層量子簇發光層；(c)移除該量子簇發光層部分結構而成為多個獨立并在接受電能時產生光子的量子簇柱；(d)自該第一披覆層的頂面向上形成一層供所述量子簇柱嵌填其中的晶體層，直到該晶體層的頂面與所述量子簇柱的頂面共同成為一個實質平坦的平面；(e)自該實質平坦的平面向上形成一層具有第二型半導體性質的第二披覆層；及(f)形成一組與該第一、二披覆層電連接而可自外界對該形成有多個量子簇柱的晶體層提供電能的電極單元。
7.根據權利要求6所述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其特征在于該步驟(b)以外延方式在該第一披覆層頂面形成厚度為Inm-IOnm的量子簇發光層。
8.根據權利要求7所述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其特征在于該步驟(c)中所述量子簇柱其外徑為Inm-lOnm、高度為Inm-lOnm，且分布密度是 1 X 10lclcm_2-5 X 1013cm_2。
9.根據權利要求8所述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其特征在于該步驟(d)以外延方式形成該晶體層而使得該晶體層頂面與所述量子簇柱頂面共同成為粗糙度是不大于2nm的平面。
10.根據權利要求6或9中任一權利要求所述的具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，其特征在于該制作方法還包括一個步驟(g)，該步驟(g)是在實施該步驟(e)形成該第二披覆層之前，于該晶體層頂面與所述量子簇柱頂面依序再形成一層阻障層及一層量子簇發光層后重復實施該步驟(c)、(d)，而成為多層疊置且分別形成有所述量子簇柱的晶體層。
11.一種具有量子簇柱的固態發光組件，包含一塊基板、一層以具有第一型半導體性質的材料形成在該基板上第一披覆層、一層形成于該第一披覆層上的發光層單元、一層以具有第二型半導體性質的材料形成在該發光層單元上的第二披覆層，及一組與該第一、二披覆層電連接而可自外界對該發光層單元提供電能的電極單元；其特征在于該發光層單元還包括至少一層晶體層，及多個在供電時產生光子的量子簇柱，該晶體層的頂面具有多個分別間隔形成的凹部，所述量子簇柱分別相對應地填滿所述凹部，且所述量子簇柱的頂面與該晶體層頂面共同成為一個實質平坦的平面。
12.根據權利要求11項所述的具有量子簇柱的固態發光組件，其特征在于該晶體層的厚度不大于50nm。
13.根據權利要求12所述的具有量子簇柱的固態發光組件，其特征在于所述凹部的平均徑寬是Inm-lOnm，平均深度是Inm-lOnm，且分布密度是1 X IOiciCnT2-S X IO13CnT2。
14.根據權利要求13所述的具有量子簇柱的固態發光組件，其特征在于所述量子簇柱頂面與該晶體層頂面共同界定的平面的粗糙度為不大于2nm
15.根據權利要求14所述的具有量子簇柱的固態發光組件，其特征在于該發光層單元的晶體層是先在該第一披覆層的頂面形成一層平整的晶體層后，粗化該晶體層頂面而使該晶體層頂面形成多個獨立的凹部。
16.根據權利要求14所述的具有量子簇柱的固態發光組件，其特征在于該晶體層與所述量子簇柱是先在該第一披覆層的頂面向上形成一層量子簇發光層后，移除該量子簇發光層部分結構而成為所述獨立的量子簇柱，然后再自該第一披覆層的頂面向上形成該晶體層而構成。
全文摘要
本發明是有關于一種具有量子簇柱的固態發光組件的制作方法，先在基板頂面形成第一披覆層，接著在第一披覆層上形成嵌填有多層將電能轉換為光能的量子簇柱的晶體層，然后在晶體層頂面及量子簇柱頂面共同形成的平坦表面上形成第二披覆層，最后設置電極單元，即制得具有量子簇柱的固態發光組件；本發明制作方法制得的固態發光組件因為實際產生光子的大量量子簇柱是呈近似規則的分布與近似的大小尺寸，所以可以有效提升內部量子效率與限縮發光波長范圍，而具有更佳的發光動作表現。
文檔編號H01L33/00GK102468383SQ201110289739
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月20日 優先權日2010年11月9日
發明者梁文燈, 陳銘勝 申請人:隆達電子股份有限公司