CN103682011A - 半导体发光元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体发光元件及其制造方法，半导体发光元件包括发光的磊晶结构、第一电极结构、光反射层及电阻增加结构。其中，磊晶结构具有相对的第一面及第二面；第一电极结构与第一面电性相接；光反射层与第二面相邻；电阻增加结构与光反射层相邻，并远离第二面，且与第一电极结构之位置相对应。另提供半导体发光元件之制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体元件及其制造方法，尤其涉及应用在半导体发光元件及其制造方法。
背景技术
半导体发光元件，如发光二极管(light emitting diode,LED)，已逐渐广泛运用在照明、显示面板、指示灯等领域。于发光二极管中，磊晶结构具有不同电性的半导体相接，当于两端电极结构之间提供一电压时，电流从一电极循最短路径穿过磊晶结构至另一电极，并于磊晶结构中产生电子电洞结合现象，结合的能量透过光的形式发出，据此将电能转变为光能。
因此，磊晶结构的出光区域通常位于电流最短路径上，而电流最短路径通常与出光面上方的电极结构的位置相对应，然而，电极结构为不透光区，会吸收大量磊晶结构所发出的光线，导致出光率大为降低。据此，如何改善半导体发光元件低出光率的缺失，为本案发展的目的。
发明内容
本发明提供一种半导体发光元件，来达到出光率增加的目的。为达前述目的，半导体发光元件包括发光的磊晶结构、第一电极结构、光反射层及电阻增加结构。其中，磊晶结构具有相对的第一面及第二面；第一电极结构与第一面电性相接；光反射层与第二面相邻；电阻增加结构与光反射层相邻，并远离第二面，且与第一电极结构的位置相对应。
于本发明的一实施例中，上述的磊晶结构包括第一电性半导体层、第二电性半导体层及位于第一电性半导体层及第二电性半导体层之间的发光层，其中，第一电性半导体层的表面形成第一面，第二电性半导体层的表面形成第二面。
于本发明的一实施例中，上述的电阻增加结构与第一电极结构的同一侧边缘对准。
于本发明的一实施例中，上述的电阻增加结构的中线与第一电极结构的中线对准。
于本发明的一实施例中，上述的半导体发光元件更包括缓冲层、结合层、基板及第二电极结构。其中缓冲层与光反射层及电阻增加结构相邻；结合层与缓冲层相邻，并远离光反射层；基板与结合层相邻，并远离缓冲层；第二电极结构与基板电性相接。
于本发明的一实施例中，上述的半导体发光元件更包括保护结构，围绕光反射层边缘侧壁，其中，该缓冲层包覆该保护结构。
于本发明的一实施例中，上述的电阻增加结构位于缓冲层中。
于本发明的一实施例中，上述的电阻增加结构与光反射层直接接触。
于本发明的一实施例中，上述的半导体发光元件更包括保护结构，围绕光反射层边缘侧壁。
本发明提供一种半导体发光元件制造方法，以达到提升出光率的目的。为达前述目的，半导体发光元件制造方法的步骤包括形成具有相对的第一面及第二面的发光的磊晶结构；于第二面上方形成光反射层；于光反射层上方形成电阻增加结构；以及，形成第一电极结构，与第一面电性相接，且与电阻增加结构的位置相对应。
于本发明的一实施例中，上述的形成磊晶结构的步骤包括于具有第一面的第一电性半导体层上方形成发光层，且发光层远离第一面；以及于发光层上方形成第二电性半导体层，用以形成第二面。
于本发明的一实施例中，上述的步骤更包括于形成光反射层之前，于第二电性半导体层上形成封闭的保护结构，且光反射层填入保护结构中。
于本发明的一实施例中，上述的半导体发光元件制造方法的步骤更包括形成保护结构，围绕于光反射层的边缘侧壁。
于本发明的一实施例中，上述的半导体发光元件制造方法的步骤中于形成保护结构时，同时形成电阻增加结构。
于本发明的一实施例中，上述的半导体发光元件制造方法的步骤更包括于光反射层上方形成缓冲层，且缓冲层覆盖电阻增加结构；于缓冲层上方形成结合层；于结合层上方形成基板；以及于基板上方形成第二电极结构，并电性相接。
于本发明的一实施例中，上述的半导体发光元件制造方法的步骤中于缓冲层中形成电阻增加结构。
于本发明的一实施例中，上述的半导体发光元件制造方法的步骤更包括形成保护结构，围绕于光反射层的边缘侧壁，且缓冲层包覆保护结构。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的第一实施例的半导体发光元件的剖面示意图。
图2为本发明的第二实施例的半导体发光元件的剖面示意图。
图3为本发明的第三实施例的半导体发光元件的剖面示意图。
图4为本发明的第四实施例的半导体发光元件的剖面示意图。
图5为本发明的第五实施例的半导体发光元件的剖面示意图。
图6为本发明的第一实施例的半导体发光元件的电流示意图。
图7为本发明的第六实施例的半导体发光元件的剖面示意图。
具体实施方式
本发明技术适于应用在半导体发光元件，如发光二极管，请参考图1，图1为本发明的第一实施例的半导体发光元件的剖面示意图。首先，提供第一基板（图未示），于第一基板上形成磊晶结构10，其步骤包括于第一基板上方依序形成第一电性半导体层101、发光层102及第二电性半导体层103。其中，第一电性半导体层101的表面形成磊晶结构10的第一面10a，并与第一基板相邻，而第二电性半导体层103的表面形成磊晶结构10的第二面10b，且第一面10a与第二面10b相对，而发光层102远离第一面10a及第二面10b。
第一电性半导体层101与第二电性半导体层103电性相反，如前者为N型掺杂层，而后者则为P型掺杂层，而两者电性亦可互换，材料可为三族氮化物，如氮化镓(Gallium Nitride,GaN)、氮化铝(AluminumNitride,AlN)、氮化铟(Indium Nitride,InN)、氮化铝镓(AluminumGallium Nitride,AlGaN)、氮化铟镓(Indium Gallium Nitride,InGaN)，但不限于上述。
于本实施例中，于该磊晶结构10的第二面10b上方形成光反射层20，用以将发光层所产生的光线往第一面10a方向反射出去，其材料可为金属，如银、镍、或铝；或银/钛钨/铂合金镀膜，另外，银的厚度可为100-300纳米、钛钨的厚度可为200-300纳米、铂的厚度可小于500纳米；于另一实施例中，光反射层20的材料可为银/钛/铂合金镀膜，银的厚度可为200-300纳米、钛的厚度可为200-300纳米、铂的厚度可小于500纳米；于又一实施例中，与前一实施例相比，铂可改成镍，而厚度可与铂相同；或是光反射层20的材料可为银/镍合金镀膜，银的厚度可为200-300纳米、镍的厚度可小于500纳米。
接着，于光反射层20上形成多个电阻增加结构25，用以降低电阻增加结构25所在区域的导电性，材料可选自由二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)、氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)所组成的绝缘物群组之一或其组合。
因为光反射层20的粒子于半导体制程中容易迁移(migration)，因此于光反射层20及电阻增加结构25上覆盖缓冲层30，以此阻挡光反射层20的粒子迁移。缓冲层30具有良好的导电性及稳定性，其可为至少两种以上金属堆栈的多层结构，材料可为钛、铂、钛钨、镍、铝等，但不受此限制。
接下来，于光反射层20上方依序形成结合层40、第二基板50与第二电极结构60，且第二电极结构60与第二基板50电性相接。其中，结合层40的材料可为金铟或金锡，用以将第二基板50结合固定。
另外，缓冲层30与结合层40相邻的表面具有凸出部301，因为其形成于电阻增加结构25上方，而电阻增加结构25凸出于光反射层20的表面上，因此缓冲层30的一表面并非平整的，再加上缓冲层30的热膨胀系数可介于磊晶结构10与第二基板50之间，据此，可释放磊晶结构10与第二基板50的应力。
接着，将上述结构上下翻转，移除第一基板，将暴露出来的磊晶结构10的第一面10a进行粗糙化，可增加出光散射量。另外，于第一面10a上配置多个第一电极结构70，且彼此电性相接。
值得注意的是，第一电极结构70与电阻增加结构25的位置彼此相对应，例如，两者的中心线相互对准，或两者的同一侧边缘对准，或两者的边缘对准。因为电阻增加结构25的材料可为绝缘物，可提高其所在区域的电阻值，减少电流通过。虽然电阻增加结构25位于光反射层20与缓冲层30之间，并非位于磊晶结构10中，但电流会依照最短路径流通，因此，如图6所示，电流E为避开电阻增加结构25，于磊晶结构10中即会分散开来，大为降低磊晶结构10中位于第一电极结构70下方区域的电流量，并转而流向该区域的两侧。据此减少该区域的发光量，并增加该区域两侧的发光量，光线经过光反射层20往第一面10a反射时，即不会被第一电极结构70遮蔽或吸收，而据以增加半导体发光元件的出光率，达到本案发展的一目的。
另外，电阻增加结构25与光反射层20及缓冲层30的位置关系可有所不同。于本实施例中，电阻增加结构25与光反射层20直接接触；于另一实施例中（图未示），光反射层的表面可定义出多个凹槽，再将多个电阻增加结构形成于该些凹槽中，可凸出于光反射层的表面，再覆盖上缓冲层；或者，于光反射层上先形成一部分的缓冲层，将电阻增加结构形成于该部分的缓冲层上，再覆盖第二部分的缓冲层，据以将电阻增加结构形成于缓冲层中（图未示）。前述该些实施例，均可达到增加半导体发光元件的出光率的目的。
请参考图2，图2为本发明的第二实施例的半导体发光元件的剖面示意图。申请人发现于光反射层20边缘的侧壁配置具有封闭结构的保护结构15，可提升阻挡光反射层20粒子迁移的效果，其材料可为绝缘材料，可选自由二氧化钛、二氧化硅、与氧化铟锡、氮化硅或分布布拉格反射材料(distributed bragg reflector，简称DBR)所组成的群组之一或其组合，其具有稳定、不易改变物性等特性。
第二实施例与第一实施例不同之处在于，于光反射层20的边缘处定义出凹陷部，接着，于形成电阻增加结构25时，可共享同一光罩同时形成保护结构15，用以围绕光反射层20的边缘侧壁及凹陷部而形成一中空的封闭结构，接着，将缓冲层30填满该封闭结构，并覆盖保护结构15、光反射层20及电阻增加结构25，因而保护结构15同时围绕光反射层20的边缘侧壁，并由缓冲层30完全覆盖住保护结构15的外侧壁，通过保护结构15及缓冲层30共同包围光反射层20，可更加阻挡光反射层20粒子的迁移，以提升光反射层20的反射率。另外，于本实施例中，电阻增加结构25与保护结构15于同一制程中完成，因此为相同材质。
请参考图3，图3为本发明的第三实施例的半导体发光元件的剖面示意图。与第二实施例类似，但电阻增加结构26与保护结构15的材质不同，因此，两者于不同制程中分别形成后，再覆盖上缓冲层30。本实施例同样可提升阻挡光反射层20粒子的迁移，以及提升半导体发光元件的出光率。
请参考图4，图4为本发明的第四实施例的半导体发光元件的剖面示意图。与第二实施例不同之处在于，于第二电性半导体层103上先形成保护结构16，并沿着第二电性半导体层103边缘上方形成中空的封闭结构，接着，再将光反射层20覆盖第二电性半导体层103，以填满保护结构16的封闭结构，并覆盖至保护结构16的内缘。接下来的制程与第一实施例相同，于光反射层20上形成电阻增加结构25，而电阻增加结构25的材料可与保护结构15的材料相同或不同。
请参考图5，图5为本发明的第五实施例的半导体发光元件的剖面示意图，其与第四实施例类似，但将光反射层20覆盖第二电性半导体层103时，并未覆盖至保护结构17。形成电阻增加结构25后，再形成缓冲层30时，才填满保护结构17的封闭结构，因此，本实施例的保护结构17围绕光反射层20的边缘侧壁。另外，电阻增加结构25的材料与保护结构17的材料相同或不同，并不影响本案改善习知技术缺失的效果。
请参考图7，图7为本发明的第六实施例的半导体发光元件的剖面示意图，其与第三实施例相似，缓冲层30覆盖光反射层20及电阻增加结构25，并覆盖保护结构15及填满其封闭结构，但不同之处在于第六实施例的缓冲层30并未包覆住保护结构15的外侧壁。据此，亦能达到本案发明的目的。
综上，于光反射层20与缓冲层30之间，配置多个电阻增加结构，且该些电阻增加结构与该些第一电极结构70的位置相对应，可促使电流流经磊晶结构时，避开第一电极结构70下方的区域，转而流向该区域的两侧，使该两侧的发光层诱发光线，经光反射层20反射至第一面10a时，即不会被不透光的第一电极结构70遮蔽或吸收；再搭配保护结构与缓冲层30包围光反射层20，可有效提升光反射层20的反射率。据此，可达到本案提升半导体发光元件出光率的目的。
以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (17)
1.一种半导体发光元件，其特征在于该半导体发光元件包括：
一发光的磊晶结构，具有相对的一第一面及一第二面；
一第一电极结构，与该第一面电性相接；
一光反射层，与该第二面相邻；以及
一电阻增加结构，与该光反射层相邻，并远离该第二面，且与该第一电极结构的位置相对应。
2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于该磊晶结构包括：
一第一电性半导体层，其表面形成该第一面；
一第二电性半导体层，其表面形成该第二面；以及
一发光层，位于该第一电性半导体层及该第二电性半导体层之间。
3.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：该电阻增加结构与该第一电极结构的一同一侧边缘对准。
4.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：该电阻增加结构的中线与该第一电极结构的中线对准。
5.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于该半导体发光元件更包括：
一缓冲层，与该光反射层及该电阻增加结构相邻；
一结合层，与该缓冲层相邻，并远离该光反射层；
一基板，与该结合层相邻，并远离该缓冲层；以及
一第二电极结构，与该基板电性相接。
6.如权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于：该半导体发光元件更包括一保护结构，围绕该光反射层边缘侧壁，其中，该缓冲层包覆该保护结构。
7.如权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于：该电阻增加结构位于该缓冲层中。
8.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：该电阻增加结构与该光反射层直接接触。
9.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：该半导体发光元件更包括一保护结构，围绕该光反射层边缘侧壁。
10.一种半导体发光元件制造方法，其步骤包括：
形成一具有相对的一第一面及一第二面的发光的磊晶结构；
于该第二面上方形成一光反射层；
于该光反射层上方形成一电阻增加结构；以及
形成一第一电极结构，与该第一面电性相接，且与该电阻增加结构的位置相对应。
11.如权利要求10所述的半导体发光元件制造方法，其特征在于形成该磊晶结构的步骤包括：
于具有该第一面的一第一电性半导体层上方形成一发光层，且该发光层远离该第一面；以及
于该发光层上方形成一第二电性半导体层，用以形成该第二面。
12.如权利要求10所述的半导体发光元件制造方法，其特征在于：该半导体发光元件制造方法的步骤更包括于形成该光反射层之前，于该第二电性半导体层上形成一封闭的保护结构，且该光反射层填入该保护结构中。
13.如权利要求10所述的半导体发光元件制造方法，其特征在于：该半导体发光元件制造方法的步骤更包括形成一保护结构，围绕于该光反射层的边缘侧壁。
14.如权利要求13所述的半导体发光元件制造方法，其特征在于：于形成该保护结构时，同时形成该电阻增加结构。
15.如权利要求10所述的半导体发光元件制造方法，其特征在于该半导体发光元件制造方法的步骤更包括：
于该光反射层上方形成一缓冲层，且该缓冲层覆盖该电阻增加结构；
于该缓冲层上方形成一结合层；
于该结合层上方形成一基板；以及
于该基板上方形成一第二电极结构，并电性相接。
16.如权利要求15所述的半导体发光元件制造方法，其特征在于：于该缓冲层中形成该电阻增加结构。
17.如权利要求15所述的半导体发光元件制造方法，其特征在于：该半导体发光元件制造方法的步骤更包括形成一保护结构，围绕于该光反射层的边缘侧壁，且该缓冲层包覆该保护结构。
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