TW201314956A

TW201314956A - 發光二極體及其製造方法

Info

Publication number: TW201314956A
Application number: TW100135478A
Authority: TW
Inventors: Shih-Yang Chang
Original assignee: Chi Mei Lighting Tech Corp
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-01
Also published as: CN103035808A

Abstract

本發明係關於一種發光二極體及其製造方法，係包括：一基板、一磊晶結構、一透明導電部以及一絕緣層。磊晶結構設於該基板上，且磊晶結構更包括一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層。上述之發光層設於第一型半導體層之上，而上述之第二型半導體層設於發光層之上。透明導電部設於磊晶結構之上，且該透明導電部包覆該磊晶結構，且透明導電部具有一開口，以曝露第一型半導體層。該絕緣層設於該透明導電部與該磊晶結構之側壁間。

Description

發光二極體及其製造方法

本發明係為一種發光二極體及其製造方法，尤其是有關於一種發光效率較佳且發光面積較大之發光二極體及其製造方法。

發光二極體係由一種具有同質結構(Homostructure)、單異質結構(Single Heterostructure)、雙異質結構(Double Heterostructure，DH)或是多重量子井(Multiple Quantum Well，MQW)結構所堆疊而成的磊晶結構，其能自然放射出不同波長之光線的p-n接面二極體。由於發光二極體具有低耗電量、低發熱量、操作壽命長、耐撞擊、體積小、反應速度快以及可發出穩定波長的色光等優點，因此，常應用於顯示器與照明等領域。

圖一顯示傳統的水平式發光二極體示意圖。如圖一所示，發光二極體1包括一基板101、一N型半導體層102、一發光層103、一P型半導體層104、一透明導電層105、一第一電極106以及一第二電極107。發光二極體透過第一電極106與第二電極107之間電流的流動，而使得電子與電洞在發光層103複合而發光，且傳統的水平式發光二極體1之第二電極107係設置於N型半導體層102之表面上，所以需要移除第二電極107所在位置的P型半導體層10、發光層103與部分N型半導體層102，由於發光層103的移除造成此區域無法發光，且第二電極107會阻擋及吸收發光二極體1所發出的側向出光而造成光損失，進而使發光二極體的整體發光效率不佳且發光不均勻。

鑑於傳統的發光二極體並無法有效提供較佳的發光效率與發光面積以及減少光損失，因此，需要提出一種新穎的發光二極體，可用於提高發光效率並減少光損失。

鑑述上述，本發明提供一種發光二極體，可將第一與第二電極設於不同側，以減少吸光所造成的光損失，進而提升發光二極體的發光效率。

本發明提供一種發光二極體，其具有較大的發光面積，以提升發光二極體的發光效率。

在一實施例中，本發明提供一種發光二極體，係包括：一基板、一磊晶結構、一透明導電部以及一絕緣層。該磊晶結構設於該基板上且該磊晶結構包括一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層。該發光層設於第一型半導體層上，而該第二型半導體層設於該發光層上。該透明導電部設於該磊晶結構之上，且該透明導電部包覆該磊晶結構，且該透明導電部具有一開口，以曝露該第一型半導體層。該絕緣層設於該透明導電部與該磊晶結構之側壁間。

在另一實施例中，本發明提供一種發光二極體的製造方法，其步驟包括：首先，提供一基板，並形成一磊晶結構於該基板之上，再將該磊晶結構蝕刻成複數子磊晶結構，且每一個子磊晶結構間具有複數隔離溝槽，且每一個子磊晶結構個別包含一第一型半導體層、設於該第一型半導體層之上的一發光層與設於該發光層之上的一第二型半導體層。接著，沉積絕緣材料於該複數子磊晶結構，並移除該每一子磊晶結構之頂部表面的該絕緣材料以及位於複數隔離溝槽間的部分之該絕緣材料，進而使該每一子磊晶結構之至少一側面被一絕緣層所覆蓋。接著，沉積一第一透明導電材料於該每一子磊晶結構，以形成一第一透明導電層以及於該每一個子磊晶結構個別形成一開口，以曝露該第一型半導體層。

為進一步對本發明有更深入的說明，乃藉由以下圖示、圖號說明及發明詳細說明，冀能對　貴審查委員於審查工作有所助益。

為使　貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，下文特將本發明之裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得審查委員可以了解本發明之特點，詳細說明陳述如下：圖二顯示根據本發明之一實施例之發光二極體2的剖面示意圖。發光二極體2包括：一基板201、一磊晶結構202、一透明導電部203、一第一電極204以及一第二電極205。磊晶結構202設於該基板201上，且磊晶結構202更包括一第一型半導體層202a、一發光層202b以及一第二型半導體層202c。第一型半導體層202a形成並貼合於基板201上，發光層202b形成於第一型半導體層202a上，以及第二型半導體202c形成於發光層202b上。此外，第一型半導體層202a與第二型半導體層202c電性相反，例如，第一型半導體層202a為N型半導體層，而第二型半導體層202c為P型半導體。或者是，第一型半導體層202a為P型半導體層，而第二型半導體層202c為N型半導體。透明導電部203設於磊晶結構202之上，且包覆磊晶結構202與基板201。透明導電部203上具有一開口d，以曝露第一型半導體層202a。上述之開口d可貫穿透明導電部203、第二型半導體層202c與發光層202b，以曝露第一型半導體層202a的部分區域，且在第一型半導體層202a之部分區域上形成一第一電極204，且可透過電鍍、蒸鍍、濺鍍或沉積等方式先形成金屬層，再應用一微影蝕刻製程，將第一電極204形成於第一型半導體層202a上，且較佳地，該開口之位置可設於磊晶結構202之中央。發光二極體2更包括一絕緣層206，且絕緣層206設置於透明導電部203與磊晶結構202的側壁之間，而絕緣層206的材料可為氧化矽(SiO_x)、氮化鎵(Ga₃N₄)、氧化鈦(TiO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、氮化矽(Si₃N₄)或氮化鋁(AlN)。發光二極體2更包括一第二電極205，且可應用電鍍、蒸鍍、濺鍍或沉積等方式先形成金屬層，再透過微影蝕刻製程形成第二電極205於透明導電部203上。第二電極205相對於開口d與第一電極204，且第二電極205與第一電極204的電性相反，例如，第一電極204為N型，而第二電極205為P型。或者是，第一電極204為P型，而第二電極205為N型。

此外，該基板更包括一第一表面201a與一第二表面201b，且磊晶結構202形成第一表面201a上，而第二電極205位於第二表面201b，且第二表面201b與第二電極體205間具有透明導電部203。另外，於本實施例，該磊晶結構202可由同質結構、單異質結構、雙異質結構、多重量子井結構或上述之任意組合所堆疊而成。再者，於本實施例，基板201之材料可為藍寶石(sapphire)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)或氮化鎵鋁(GaAlN)或其由其他絕緣材料所構成之基板，第一型半導體層202a與第二型半導體層202c的材料可為氮化鎵(GaN)或氮化鋁鎵(AlGaN)，該透明導電部203的材料可為氧化銦錫(ITO)、氧化鋅鎵(GZO)、銦鋅氧化物(IZO)或氧化鋅(ZnO)等透明且可導電之材料，而該絕緣層206的材料為氧化矽(SiO_x)、氮化鎵(Ga₃N₄)、氧化鋁(Al₂O₃)、氮化矽(Si₃N₄)、氧化鈦(TiO₂)或氮化鋁(AlN)。

圖三A-三G顯示根據本發明之一實施例之發光二極體的製程方法。首先，提供一基板301並形成一磊晶結構302於基板301之上(如圖三A所示)。接著，應用電感耦合電漿蝕刻(Inductively coupled plasma etching，ICP etching)的方式，將磊晶結構302蝕刻成複數子磊晶結構303，且每一個子磊晶結構303間具有複數隔離溝槽g，且每一個子磊晶結構303個別包含一第一型半導體層303a、一發光層303b以及一第二型半導體層303c(如圖三B所示)。第一型半導體層303a形成並貼合於基板301上，發光層303b形成於第一型半導體層303a上，以及第二型半導體303c形成於發光層303b上。

此外，第一型半導體層303a與第二型半導體層303c電性相反，例如，第一型半導體層303a為N型半導體層，而第二型半導體層303c為P型半導體。或者是，第一型半導體層303a為P型半導體層，而第二型半導體層303c為N型半導體。接著，沉積絕緣材料於該複數子磊晶結構303，使得絕緣材料完整覆蓋子磊晶結構303。(如圖三C所示)，接著移除該每一個子磊晶結構之頂部表面的該絕緣材料以及位於隔離溝槽g間的部分之絕緣材料，而形成間隔通道S，以使該每一個子磊晶結構之至少一側面被一絕緣層304所覆蓋(如圖三D所示)，然後，沉積一第一透明導電材料於該每一個子磊晶結構，以形成一第一透明導電層305a(如圖三E所示)。

接著，利用微影與蝕刻將每一個子磊晶結構303之特定部份區域之第一透明導電層305a、第二型半導體層303c、發光層303b移除，以個別形成一開口d，進而曝露第一型半導體層303a之部分區域(如圖三F所示)，並且於曝露的第一半導體層303a之部分區域的表面上，應用電鍍、蒸鍍、濺鍍或沉積等方式先形成金屬層，再應用微影蝕刻製程，將一第一電極306形成於第一半導體層303a上。通常為了確定完全移除發光層303b，以暴露出第一型半導體層303a，在製程上通常也會移除部份的第一型半導體層303a以確認會暴露出第一型半導體層303a。接著，對基板301進行切割與研磨，以分離每一個子磊晶結構，再對該基板經切割後之基板側部與相對於磊晶結構之基板底部沉積一第二透明導電材料，以形成一第二透明導電層305b，且該形成於基板側部與底部的第二透明導電層305b與圖三F中包覆磊晶結構之第一透明導電層305a結構上互相連接且電性連接，進而形成除了開口d所在區域外完整包覆整個發光二極體之一透明導電部305(如圖三G所示)。然後應用電鍍、蒸鍍、濺鍍或沉積的方式，於基板301之底部形成一第二電極307(如圖三G所示)。第二電極307相對於開口d與第一電極306，且第二電極307與第一電極306的電性相反，例如，第一電極306為N型，而第二電極307為P型。或者是，第一電極306為P型，而第二電極307為N型。

此外，該基板更包括一第一表面301a與一第二表面301b，且磊晶結構302形成第一表面301a上，而第二電極307位於第二表面301b，且第二表面301b與第二電極307間具有第二透明導電層305b。另外，於本實施例，磊晶結構302可由同質結構、單異質結構、雙異質結構、多重量子井結構或上述之任意組合所堆疊而成。此外，於本實施例，基板301之材料可為藍寶石(sapphire)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)或氮化鎵鋁(GaAlN)或其由其他絕緣材料所構成之基板，第一型半導體層303a與第二型半導體層303c的材料可為氮化鎵(GaN)或氮化鋁鎵(AlGaN)，該第一透明導電層305a與第二透明導電層305b可以為相同材料所構成，例如可為氧化銦錫(ITO)、氧化鋅鎵(GZO)、銦鋅氧化物(IZO)或氧化鋅(ZnO)等透明且可導電之材料，而該絕緣層304的材料為氧化矽(SiO_x)、氮化鎵(Ga₃N₄)、氧化鋁(Al₂O₃)、氮化矽(Si₃N₄)、氧化鈦(TiO₂)或氮化鋁(AlN)。

唯以上所述者，僅為本發明之範例實施態樣爾，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請　貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

1、2、3．．．發光二極體

101、201、301．．．基板

102．．．N型半導體層

103、202b、303b．．．發光層

104．．．P型半導體層

105．．．透明導電層

106、204、306．．．第一電極

107、205、307．．．第二電極

202、302．．．磊晶結構

201a、301a．．．第一表面

201b、301b．．．第二表面

202a、303a．．．第一半導體層

202c、303c．．．第二半導體層

203、305．．．透明導電部

206、304．．．絕緣層

303．．．子磊晶結構

305a．．．第一透明導電層

305b．．．第二透明導電層

d．．．開口

g．．．隔離溝槽

S．．．間隔通道

圖一顯示傳統的發光二極體示意圖。

圖二顯示根據本發明之一實施例之發光二極體的剖面示意圖。

圖三A-三G顯示根據本發明之一實施例之發光二極體的製程方法。

2．．．發光二極體

201．．．基板

202．．．磊晶結構

203．．．透明導電部

204．．．第一電極

205．．．第二電極

206．．．絕緣層

201a．．．第一表面

201b．．．第二表面

202a．．．第一半導體層

202b．．．發光層

202c．．．第二半導體層

d．．．開口

Claims

一種發光二極體，係包括：一基板；一磊晶結構，設於該基板上，且該磊晶結構更包括：一第一型半導體層；一發光層，設於該第一型半導體之上；以及一第二型半導體層，設置於該發光層之上；一透明導電部，設於該磊晶結構之上，且該透明導電部包覆該磊晶結構，且具有一開口，以曝露該第一型半導體層；以及一絕緣層，設於該透明導電部與該磊晶結構之側壁間。
如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第一型半導體層與該第二型半導體層的電性相反。
如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該開口貫穿該透明導電部與發光層，以在該第一型半導體層上形成一第一電極。
如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該透明導電部包覆該絕緣層與該基板。
如申請專利範圍第4項所述之發光二極體，更包括：一第二電極，形成於該透明導電部上，且相對應於該開口。
如申請專利範圍第5項所述之發光二極體的製造方法，其中應用電鍍、蒸鍍、濺鍍或沉積的方式，以形成該第一電極與第二電極。
如申請專利範圍第5項所述之發光二極體，其中該基板更包括一第一表面與一第二表面，且該磊晶結構形成於該第一表面，而該第二電極位於該第二表面。
如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該基板之材料包括藍寶石、氮化鎵、氮化鋁或氮化鎵鋁。
如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該第一型半導體層與該第二型半導體層的材料為氮化鎵或氮化鋁鎵。
如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該透明導電層的材料為氧化銦錫、銦鋅氧化物、氧化鋅鎵或氧化鋅。
如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該絕緣層的材料為氧化矽、氮化鎵、氧化鈦、氧化鋁、氮化矽或氮化鋁。
一種發光二極體的製造方法，包括：提供一基板，並形成一磊晶結構於該基板之上；將該磊晶結構蝕刻成複數子磊晶結構，且每一個子磊晶結構間具有複數隔離溝槽，且每一個子磊晶結構個別包含一第一型半導體層、設於該第一型半導體層之上的一發光層與設於該發光層之上的一第二型半導體層；沉積絕緣材料覆蓋於該複數子磊晶結構；移除該每一子磊晶結構之頂部表面的該絕緣材料以及位於複數隔離溝槽間的部分之該絕緣材料，以使該每一子磊晶結構之至少一側面被一絕緣層所覆蓋；沉積一第一透明導電材料於該每一子磊晶結構，以形成一第一透明導電層；以及於該每一個子磊晶結構個別形成一開口，以曝露該第一型半導體層。
如申請專利範圍第12項所述之發光二極體的製造方法，其中該第一型半導體層與該第二型半導體層的電性相反。
如申請專利範圍第12項所述之發光二極體的製造方法，其中該開口貫穿該第一透明導電層、該第二型半導體層與該發光層，以在該第一型半導體層上形成一第一電極。
如申請專利範圍第14項所述之發光二極體的製造方法，其中其中應用電鍍、蒸鍍、濺鍍或沉積的方式形成金屬層於第一型半導體層上，然後應用一微影蝕刻製程，形成該第一電極於該第一型半導體層上。
如申請專利範圍第14項所述之發光二極體的製造方法，更包括：對該基板進行切割，以分離該每一個子磊晶結構；再對該基板沉積一第二透明導電材料，以形成一第二透明導電層，使該第二透明導電層包覆該基板，且該第二透明導電層與該第一透明導電層電性連接，進而形成一透明導電部；以及形成一第二電極於該第二透明導電層上。
如申請專利範圍第16項所述之發光二極體的製造方法，其中應用電鍍、蒸鍍、濺鍍或沉積的方式，以形成該第二電極。
如申請專利範圍第16項所述之發光二極體的製造方法，其中該基板更包括一第一表面與一第二表面，且該磊晶結構形成於該第一表面，而該第二電極位於該第二表面。