TWI420706B - 發光二極體及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種半導體元件，尤其涉及一種發光二極體及其製造方法。
現在，發光二極體(Light Emitting Diode,LED)已經被廣泛應用到很多領域。然而，發光二極體產生的光只有在小於臨界角的情況下才能射出至外界，否則由於內部全反射的原因，大量的光將在發光二極體內部損失掉，無法射出至外界，導致發光二極體的出光率低下，亮度不高。目前，利用蝕刻使得發光二極體表面粗化來增加發光二極體亮度的技術已為公眾熟知，現有的技術大致分為兩種：1.利用高溫的酸性液體(如硫酸，磷酸等)來對發光二極體進行蝕刻，其缺點為液體中易因溫度不均而產生蝕刻速率不穩定的現象，且使用槽體需經良好的設計，使在高溫操作的液體不具危險，因此槽體的製作成本也會較高；2.利用紫外光照光加電壓的方式，使半導體元件易和氫氧化鉀產生反應，進而達成蝕刻的目的，但操作上需製作絕緣物保護，在晶片上布下電極線，再進行通電照光蝕刻，由於電極導電性的問題使製作上只能在小片晶片上製作，而整片晶圓的製作上受限於電力的分佈，而很難有良好的蝕刻均勻性，且製作流程較複雜。
有鑒於此，有必要提供一種便於蝕刻的發光二極體及其製造方法。
一種發光二極體，其包括基板、第一n型氮化鎵層、連接層、第二n型氮化鎵層、發光層、p型氮化鎵層、p型電極及n型電極。所述第一n型氮化鎵層、連接層、第二n型氮化鎵層依次形成於所述基板上。所述第二n型氮化鎵層具有一個遠離基板的頂面，該頂面包括一個第一區域及一個第二區域，所述發光層、p型氮化鎵層和p型電極依次形成於所述第一區域上，所述n型電極形成在所述第二區域上。所述連接層能夠被鹼性溶液蝕刻，所述第二n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化氮化鎵，且該底面有裸露的粗化表面。
一種發光二極體的製造方法，包括以下步驟：提供一基板；在所述基板上依次成長形成第一n型氮化鎵層、連接層、第二n型氮化鎵層、發光層和p型氮化鎵層，所述第二n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化氮化鎵；蝕刻所述p型氮化鎵層和發光層直至裸露出部分第二n型氮化鎵層；在p型氮化鎵層上形成p型電極及在所述第二n型氮化鎵層的裸露區域上形成n型電極；及採用鹼性溶液蝕刻掉部分所述連接層，裸露出第二n型氮化鎵層面向連接層的底面的一部分，並採用所述鹼性溶液對裸露出的第二n型氮化鎵層的底面進行蝕刻以形成粗化表面。
一種發光二極體的製造方法，包括以下步驟：提供一基板；在所述基板上依次成長形成第一n型氮化鎵層、連接層、第二n型氮化
鎵層、發光層和p型氮化鎵層，所述第一n型氮化鎵層、連接層、第二n型氮化鎵層、發光層和p型氮化鎵層構成一半導體層，所述第二n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化氮化鎵；在所述半導體層上形成多個切割道，該多個切割道將半導體層分割成多個發光單元，所述切割道依次貫穿p型氮化鎵層、發光層及第二n型氮化鎵層以裸露出連接層；蝕刻所述每個發光單元上的透明導電層、p型氮化鎵層和發光層直至裸露出部分第二n型氮化鎵層；在上述每個發光單元的透明導電層和第二n型氮化鎵層裸露區域上分別形成p型電極及n型電極，從而得到多個發光二極體；採用鹼性溶液蝕刻掉所述每個發光二極體的部分連接層，裸露出第二n型氮化鎵層的部分底面，並採用所述鹼性溶液對裸露出的第二n型氮化鎵層的底面進行蝕刻以形成粗化表面；沿所述切割道切割分離所述多個發光二極體。
本發明提供的發光二極體中，由於發光二極體具有易被鹼性溶液蝕刻的連接層，且第二n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化(N-face)氮化鎵，從而很容易對第二n型氮化鎵層的底面進行粗化以提高發光二極體的光萃取率。
100‧‧‧發光二極體
10‧‧‧基板
11‧‧‧緩衝層
20‧‧‧第一n型氮化鎵層
21‧‧‧第一表面
30‧‧‧連接層
40‧‧‧第二n型氮化鎵層
41‧‧‧第一區域
42‧‧‧第二區域
50‧‧‧發光層
60‧‧‧p型氮化鎵層
70‧‧‧透明導電層
80‧‧‧p型電極
90‧‧‧n型電極
101‧‧‧半導體層
102‧‧‧切割道
103‧‧‧發光單元
圖1是本發明實施方式提供的一種發光二極體的俯視圖。
圖2是圖1中發光二極體沿II-II的剖視圖。
圖3是反向極化氮化鎵被鹼性溶液蝕刻後的示意圖。
圖4-圖9是圖1中的發光二極體的第一種製造方法示意圖。
圖10是圖1中的發光二極體的第二種製造方法示意圖。
以下將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
請參閱圖1和圖2，本發明實施方式提供的一種發光二極體100包括基板10、第一n型氮化鎵層20、連接層30、第二n型氮化鎵層40、發光層50、p型氮化鎵層60、透明導電層70、p型電極80及n型電極90。
所述基板10的材質可選自矽、碳化矽、藍寶石等。為提高後續成長的第一n型氮化鎵層20的品質，所述基板10可先形成一緩衝層11。本實施方式中，所述基板10的材質為藍寶石。
所述第一n型氮化鎵層20形成在所述基板10上，所述第一n型氮化鎵層20具有一遠離基板10的第一表面21，該第一表面21為正常極化(Ga-face)氮化鎵。正常極化(Ga-face)氮化鎵為晶格成長堆疊時，鎵原子形成在表面的結構；反向極化(N-face)氮化鎵為晶格成長堆疊時，氮原子形成在表面的結構。反向極化(N-face)氮化鎵易被鹼性溶液在低於100℃情況下蝕刻成六角錐的形態(如圖3所示)；但正常極化(Ga-face)氮化鎵則與鹼性溶液在低於100℃情況下完全不反應。
所述連接層30和第二n型氮化鎵層40依次形成於第一n型氮化鎵層20的第一表面21上。所述連接層30易於被鹼性溶液在低於100℃情況下蝕刻。所述連接層30的面積小於形成在其上的第二n型氮化鎵層40，使得第二n型氮化鎵層40面向所述連接層30的底面周
緣裸露出。所述連接層30的材質可選自氮化鋁、二氧化矽、氮化矽等。本實施方式中，所述連接層30為氮化鋁。優選地，所述連接層30的厚度範圍為5奈米-1000奈米。連接層30的厚度大於5奈米時，蝕刻液才會有效的側蝕滲透，所述連接層30的厚度大於1000奈米則容易因為應力太大而導致其上形成的結構出現碎裂。
所述第二n型氮化鎵層40的底面為反向極化(N-face)氮化鎵，其底面裸露的部分被粗化，以能夠提高發光二極體100的光萃取率。所述第二n型氮化鎵層40遠離連接層30的頂面包括一個第一區域41及一個第二區域42。所述發光層50、p型氮化鎵層60、透明導電層70及p型電極80依次形成在所述第一區域41上，所述n型電極90形成在所述第二區域42上。
所述透明導電層70可選自鎳金雙金屬薄層、氧化銦錫(ITO)等。本實施方式中，所述透明導電層70為氧化銦錫。
本實施方式中，所述p型電極80包括一個圓形電連接部81及一線狀電擴散部82。所述電連接部81和n型電極90分別設於發光二極體100的兩端，所述電擴散部82自電連接部81向n型電極90方向延伸，以提高發光二極體100中的電流擴散效果。
下面將介紹所述發光二極體100的製造方法，本實施方式提供的所述發光二極體100的第一種製造方法包括以下步驟：請參閱圖4，提供基板10，所述基板10的材質可選自矽、碳化矽、藍寶石等。
請參閱圖5，在所述基板10上依次成長形成第一n型氮化鎵層20、
連接層30、第二n型氮化鎵層40、發光層50、p型氮化鎵層60和透明導電層70。所述第一n型氮化鎵層20、連接層30、第二n型氮化鎵層40、發光層50、p型氮化鎵層60和透明導電層70一同構成一半導體層101。為提高第一n型氮化鎵層20的品質，可在成長第一n型氮化鎵層20之前，先在基板10上形成緩衝層11。所述第一n型氮化鎵層20遠離基板10的第一表面21可為正常極化(Ga-face)氮化鎵，以避免後續被鹼性溶液蝕刻。所述連接層30的厚度範圍為5奈米-1000奈米。連接層30的厚度大於5奈米時，蝕刻液才會有效的側蝕滲透，所述連接層30的厚度大於1000奈米則容易因為應力太大而導致其上形成的結構出現碎裂。所述第二n型氮化鎵層40的底面為反向極化(N-face)氮化鎵，以便於被鹼性溶液蝕刻。
請參閱圖6，在所述半導體層101上形成多個切割道102，該多個切割道102將半導體層101分割成多個發光單元103。所述切割道102依次貫穿透明導電層70、p型氮化鎵層60、發光層50及第二n型氮化鎵層40以裸露出連接層30。為便於後續對於連接層30的蝕刻，優選地，所述切割道102進一步貫穿所述連接層30。所述切割道102可通過感應耦合電漿蝕刻技術(Inductively Coupled Plasma,ICP)形成。
蝕刻所述每個發光單元103上的透明導電層70、p型氮化鎵層60和發光層50直至裸露出部分第二n型氮化鎵層40。所述第二n型氮化鎵層40也可有部分被蝕刻。
請參閱圖7，在上述每個發光單元103的透明導電層70和第二n型氮化鎵層40裸露區域上分別形成p型電極80及n型電極90，從而得
到多個發光二極體100。
請參閱圖8，採用鹼性溶液蝕刻掉所述每個發光二極體100的部分連接層30，裸露出第二n型氮化鎵層40的部分底面，並採用所述鹼性溶液對裸露出的第二n型氮化鎵層40的底面進行蝕刻以形成粗化表面。為加快對連接層30及第二n型氮化鎵層40的底面的蝕刻速度，優選地，所述鹼性溶液為強鹼性溶液，如氫氧化鉀、氫氧化鈉等。具體的，可採用85攝氏度的氫氧化鉀溶液對所述連接層30和第二n型氮化鎵層40蝕刻30-60分鐘。
請參閱圖9，沿所述切割道102切割分離所述多個發光二極體100。
可以理解，在上述發光二極體100的製造方法中，所述發光二極體100也可不包括透明導電層70，即不形成透明導電層70，所述p型電極80可直接形成於p型氮化鎵層60上。另外，所述p型電極80及n型電極90可在第二n型氮化鎵層40底面粗化後再形成。
請參閱圖10，本發明提供的所述發光二極體100的第二種製造方法與所述第一種製造方法的區別為一次僅形成一個發光二極體100，因此，在第二種製造方法中，不需要第一種製造方法中形成切割道102的步驟及切割分離多個發光二極體100的步驟。所述發光二極體100的第二種製造方法包括以下步驟：提供基板10；在該基板10上依次成長形成第一n型氮化鎵層20、連接層30、第二n型氮化鎵層40、發光層50、p型氮化鎵層60和透明導電層70；蝕刻所述透明導電層70、p型氮化鎵層60和發光層50直至裸露出
部分第二n型氮化鎵層40；在透明導電層70和第二n型氮化鎵層40裸露區域上分別形成p型電極80及n型電極90；及採用鹼性溶液蝕刻掉部分連接層30，裸露出第二n型氮化鎵層40的部分底面，並採用所述鹼性溶液對裸露出的第二n型氮化鎵層40的底面進行蝕刻以形成粗化表面。
本發明實施方式提供的發光二極體中，由於發光二極體具有易被鹼性溶液蝕刻的連接層，且第二n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化(N-face)氮化鎵，從而很容易對第二n型氮化鎵層的底面進行粗化以提高發光二極體的光萃取率。
另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化，當然，這些依據本發明精神所做之變化，都應包含在本發明所要求保護之範圍之內。
100‧‧‧發光二極體
10‧‧‧基板
11‧‧‧緩衝層
20‧‧‧第一n型氮化鎵層
21‧‧‧第一表面
30‧‧‧連接層
40‧‧‧第二n型氮化鎵層
41‧‧‧第一區域
42‧‧‧第二區域
50‧‧‧發光層
60‧‧‧p型氮化鎵層
70‧‧‧透明導電層
80‧‧‧p型電極
90‧‧‧n型電極
Claims (10)
- 一種發光二極體，其包括基板、第一n型氮化鎵層、連接層、第二n型氮化鎵層、發光層、p型氮化鎵層、p型電極及n型電極，所述第一n型氮化鎵層、連接層、第二n型氮化鎵層依次形成於所述基板上，所述第二n型氮化鎵層具有一個遠離基板的頂面，該頂面包括一個第一區域及一個第二區域，所述發光層、p型氮化鎵層和p型電極依次形成於所述第一區域上，所述n型電極形成在所述第二區域上，所述連接層能夠被鹼性溶液蝕刻，所述第二n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化氮化鎵，且該底面有裸露的粗化表面。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中：所述第一n型氮化鎵層遠離基板的表面為正常極化氮化鎵。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中：所述連接層的材質選自氮化鋁、二氧化矽或氮化矽。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中：所述連接層的厚度範圍為5奈米-1000奈米。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中：所述p型電極包括一個圓形電連接部及一線狀電擴散部，所述電連接部和n型電極分別設於發光二極體的兩端，所述電擴散部自電連接部向n型電極方向延伸。
- 一種發光二極體的製造方法，包括以下步驟：a：提供一基板； b：在所述基板上依次成長形成第一n型氮化鎵層、連接層、第二n型氮化鎵層、發光層和p型氮化鎵層，所述第二n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化氮化鎵；c：蝕刻所述p型氮化鎵層和發光層直至裸露出部分第二n型氮化鎵層；d：在p型氮化鎵層上形成p型電極及在所述第二n型氮化鎵層的裸露區域上形成n型電極；及e：採用鹼性溶液蝕刻掉部分所述連接層，裸露出第二n型氮化鎵層面向連接層的底面的一部分，並採用所述鹼性溶液對裸露出的第二n型氮化鎵層的底面進行蝕刻以形成粗化表面。
- 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體的製造方法，其中：所述步驟e位於步驟c和d之前，或所述步驟e位於步驟c之後d之前。
- 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體的製造方法，其中：所述步驟e位於步驟c和d之後。
- 一種發光二極體的製造方法，包括以下步驟：提供一基板；在所述基板上依次成長形成第一n型氮化鎵層、連接層、第二n型氮化鎵層、發光層和p型氮化鎵層，所述第一n型氮化鎵層、連接層、第二n型氮化鎵層、發光層和p型氮化鎵層構成一半導體層，所述第二n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化氮化鎵；在所述半導體層上形成多個切割道，該多個切割道將半導體層分割成多個發光單元，所述切割道依次貫穿p型氮化鎵層、發光層及第二n型氮化鎵層以裸露出連接層；蝕刻所述每個發光單元上的透明導電層、p型氮化鎵層和發光層 直至裸露出部分第二n型氮化鎵層；在上述每個發光單元的透明導電層和第二n型氮化鎵層裸露區域上分別形成p型電極及n型電極，從而得到多個發光二極體；採用鹼性溶液蝕刻掉所述每個發光二極體的部分連接層，裸露出第二n型氮化鎵層的部分底面，並採用所述鹼性溶液對裸露出的第二n型氮化鎵層的底面進行蝕刻以形成粗化表面；沿所述切割道切割分離所述多個發光二極體。
- 如申請專利範圍第9項所述的發光二極體的製造方法，其中：所述切割道貫穿所述連接層。
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