CN101315959A - 高亮度发光二极管 - Google Patents

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Abstract

一种高亮度发光二极管，其包括：一基底，一第一电极、一半导体发光结构、一第二电极、以及第三电极、粘着材料层及第四电极。所述第一电极位于所述基底的一第一侧；一所述半导体发光结构位于所述基底的一与第一侧相对的第二侧；所述第二电极位于所述半导体发光结构的远离所述基底的一侧；所述第三电极、粘着材料层及第四电极位于所述基底与所述半导体发光结构之间，所述粘着材料层位于第三电极与第四电极之间，所述第三电极与第四电极分别邻近基底与半导体发光结构设置。该高亮度发光二极管在制作过程中采用粘着材料层贴合晶片，避免了长时间高温处理对发光二极管磊晶结构造成的不良影响，其制程良率较佳。

Description

高亮度发光二极管
技术领域
本发明涉及一种半导体发光元件，尤其是一种制作方法简单、制程良率较佳的高亮度发光二极管。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为一种半导体光源，由于其具有寿命长、功耗低、稳定性强等特点被广泛应用于各种产品，如科学仪器、医疗仪器及消费性产品等。发光二极管中往往不可避免地存在电阻较高的材料，这使得由电极注入的电流不易在发光二极管元件中有效地扩散，导致电流拥塞(Current Crowding)现象的发生，造成仅在靠近电极的四周产生亮光，发光二极管发光效率不佳。
参见图1，美国第5,869,849号专利中的发光二极管结构由如下方法制成。首先在n型砷化镓基底上成长一磷化铝镓铟双异质磊晶层500，该双异质磊晶层依次包括一n型磷化铝镓铟束缚层550，一磷化铝镓铟活性层540，及一p型磷化铝镓铟束缚层530。然后以晶片贴合的技术将上述磷化铝镓铟双异质磊晶层500移植到一n型磷化镓基底560并除去原吸光的砷化镓基底。接着再在P型磷化铝镓铟束缚层530上成长一层p型砷化镓欧姆接触层520，紧接着在其上方镀上一层氧化铟锡(ITO)电流分散层590，最后在n型磷化镓基底560与氧化铟锡电流分散层590上分别制作第一电极570与第二电极580。该技术方案之特征在于以晶片贴合方式将吸光的砷化镓基底置换成可透光的磷化镓基底，且通过一层氧化铟锡电流分散层来扩散电流，其制作方法简单且效果较佳。但是该方案所需采用的晶片贴合方法为两片晶片不藉由外物而直接加压紧密贴合，且需长时间处于高温650度达30分钟，不但会对发光二极管磊晶层结构造成不良的影响，而且其制程良率不佳。
发明内容
有鉴于此，提供一种制作过程中无需长时间高温处理、制程良率较佳的高亮度发光二极管实为必要。
下面将以实施例说明一种制作过程中无需长时间高温处理、制程良率较佳的高亮度发光二极管。
一种高亮度发光二极管，其包括：一基底，一第一电极、一半导体发光结构、一第二电极、以及第三电极、粘着材料层及第四电极。所述第一电极位于所述基底的一第一侧；一所述半导体发光结构位于所述基底的一与第一侧相对的第二侧；所述第二电极位于所述半导体发光结构的远离所述基底的一侧；所述第三电极、粘着材料层及第四电极位于所述基底与所述半导体发光结构之间，所述粘着材料层位于第三电极与第四电极之间，所述第三电极与第四电极分别邻近基底与半导体发光结构设置。
相对于现有技术，所述高亮度发光二极管在制作过程中采用粘着材料层贴合晶片，避免了长时间高温处理对发光二极管磊晶结构造成的不良影响，其制程良率较佳。
附图说明
图1是现有的一种发光二极管的截面示意图。
图2是本发明第一实施例中一半导体发光结构形成于一半导体基底上而形成的磊晶结构的截面示意图。
图3是在如图2所示的磊晶结构上形成多个欧姆电极所形成的结构的截面示意图。
图4是在如图3所示的结构上依次形成一金属反射层及一粘着材料层所形成的结构的截面示意图。
图5是本发明第一实施例中在一负载基底上形成一欧姆电极及一粘着材料层所形成结构的截面示意图。
图6是将如图4所示的结构贴合至如图5所示的结构并除去图4结构中原有基底所形成的结构的截面示意图。
图7是在如图6所示结构上形成一层透光导电层所形成的结构的截面示意图。
图8是本发明第一实施例中发光二极管的截面示意图。
图9是本发明第二实施例中发光二极管的截面示意图。
图10是本发明第二实施例中发光二极管的俯视图。
图11是本发明第三实施例中发光二极管的俯视图。
图12是本发明第四实施例中发光二极管的截面示意图。
图13是本发明第五实施例中在半导体发光磊晶结构上形成布拉格反射镜结构及欧姆电极所形成的结构的截面示意图。
图14是本发明第五实施例中发光二极管的截面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。
参见图2，一半导体发光结构12形成于一半导体基底14上形成磊晶结构10。优选地，该半导体发光结构12至少包括：一第一半导体层17，一与所述第一半导体层17电性相反的第三半导体层13及位于所述第一半导体层13与所述第三半导体层13之间的第二半导体层15。优选地，所述第一半导体层17为p型磷化铝镓铟束缚层，所述第二半导体层15为一磷化铝镓铟活性层，所述第三半导体层13为一n型磷化铝镓铟束缚层，该半导体基底14为一n型砷化镓基底。
接着，参见图3，磊晶结构10经过平顶蚀刻(Mesa Etching)、金属化及热处理等制程在其上局部形成多个点状的欧姆电极21。该欧姆电极21可以帮助流经半导体发光结构12的电流更有效地横向扩散。
然后，参见图4，在多个欧姆电极21上依次序镀上一金属反射层32以及一粘着材料层34，并使金属反射层32及粘着材料层34覆盖磊晶结构10，形成结构30。优选地，金属反射层32可以由高反射率的材料构成，如铝(Al)、银(Ag)等。优选地，粘着材料层34可以为银(Ag)、金(Au)、锡(Sn)，锡化金(AuSn)，锡化铅(PbSn)、铟(In)、钯化铟(InPd)、氧化铟锡(ITO)等材料。
参见图5，另选取一合适的负载基底42，并于其上形成一欧姆电极44，并在欧姆电极44加上一粘着材料层46，形成结构40。优选地，该负载基底42可以为硅(Si)，碳化硅(SiC)，或III-V族化合物半导体。
然后，参见图6，利用晶片贴合技术将结构30贴合至结构40上，再利用研磨或选择性蚀刻的方式除去砷化镓基底14而得到发光芯片50。
接着，参见图7，在发光晶片50的n型磷化铝镓铟束缚层13上形成一透光导电层62。优选地，该透光导电层可以为一氧化锡(SnO)、铟掺杂一氧化锡(SnO:In)、锑掺杂二氧化锡(SnO2:Sb)、锌掺杂三氧化二铟(In2O3:Zn)、锡掺杂银铟氧化物(AgInO2:Sn)、氧化铟锡(ITO)、一氧化锌(ZnO)、铝掺杂氧化锌(ZnO:Al)、锌镓氧化物(ZnGa2O4)、锡掺杂三氧化二镓(Ga2O3:Sn)等材料。优选地，该透光导电层62与n型磷化铝镓铟束缚层13形成欧姆接触。
最后，参见图8，再于透光导电层62上形成上层电极72，并于负载基底42的底部形成背面欧姆电极74，形成半导体发光二极管结构70。
本发明实施例中，采用导电的粘着材料层34、46贴合结构30与结构40，避免了长时间的高温处理以及由此造成的对磊晶层结构的不良影响，从而提高了制程良率。此外，由于透光导电层62可与n型磷化铝镓铟束缚层13形成欧姆接触，从而避免了二次磊晶，简化了制作工艺，也降低了生产成本。
另外，上述第一实施例的图4所示结构30中可以省去金属反射层32并使欧姆电极21与粘着材料层34接触；也可以省去图8所示半导体发光二极管结构70的透光导电层62并将上层电极72直接制作于第三半导体层13上。这些变更均应包含在本发明的权利保护范围之内。
在第二实施例中，参见图9及图10，如第一实施例在制作完透光导电层62后，在透光导电层62的中央蚀刻出一用于制作金属电极之圆形孔洞81，然后再制作金属电极82并使该电极穿过孔洞81并与第三半导体层13接触。本实施例中的发光二极管结构可解决金属电极82与透光导电层62之间附着力不佳的问题。
在第三实施例中，参见图11，如第一实施例在制作完透光导电层62后，在透光导电层62的中央蚀刻出一用于制作金属电极之孔洞84，该孔洞84包括一中心部及多个从该中心部向外延伸的触角，然后再制作金属电极83并使该金属电极83穿过孔洞84并与第三半导体层13接触。在本实施例中，延伸出去的电极触角可帮助电流更加均匀地扩散开来，从而提升发光二极管的发光效率。
在第四实施例中，参见图12，选用具有极佳散热效果之陶瓷作为负载基底42的材料。为了解决陶瓷基底不导电的缺点，在其上制作许多由其上表面贯穿至下表面的通孔91，通孔91内加入导电物质，如此可让该陶瓷基底转变为一可导电之基底，加上其优秀的散热表现，可使该发光二极管的发光效率达到最佳化。
在第五实施例中，参见图13及图14，如第一实施例在制成图2所示的磊晶结构10后，紧接着成长一布拉格反射结构(Distributed Bragg Reflector)层23，然后在布拉格反射结构层23上蚀刻出一些穿透至第一半导体层17的孔洞并在这些孔洞中制作欧姆电极21。接下去在布拉格反射结构层23及欧姆电极21上镀上一粘着材料层34，并参照第一实施例完成其余的步骤，制成半导体发光二极管结构90。相比第一实施例，本实施例中的布拉格反射镜结构23替代了金属反射层32，提高了光反射的效率。
以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例，为说明本发明之技术提供方便，并非用以限定本发明的范围，凡其他于未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效变更或修饰，均应包含在本发明的专利范围内。

Claims (14)

1.一种高亮度发光二极管，其包括：一基底，一第一电极、一半导体发光结构、及一第二电极；所述第一电极位于所述基底的一第一侧；所述半导体发光结构位于所述基底的一与第一侧相对的第二侧；所述第二电极位于所述半导体发光结构的远离所述基底的一侧；其特征在于，该高亮度发光二极管还包括：位于所述基底与所述半导体发光结构之间的第三电极、粘着材料层及第四电极，所述第三电极与第四电极分别邻近基底与半导体发光结构设置，所述粘着材料层位于第三电极与第四电极之间。
2.如权利要求1所述的高亮度发光二极管，其特征在于，所述半导体发光结构包括：一第一半导体层、一与所述第一半导体层电性相反的第三半导体层、及位于所述第一半导体层与所述第三半导体层之间的第二半导体层，所述第三半导体层邻近所述第二电极设置。
3.如权利要求2所述的高亮度发光二极管，其特征在于，还包括一透光导电层，所述透光导电层位于所述第三半导体层与所述第二电极之间。
4.如权利要求3所述的高亮度发光二极管，其特征在于，所述的第三半导体层为n型半导体层且与所述透光导电层形成欧姆接触。
5.如权利要求3所述的高亮度发光二极管，其特征在于，所述透光导电层为一氧化锡、铟掺杂一氧化锡、锑掺杂二氧化锡、锌掺杂三氧化二铟、锡掺杂银铟氧化物、氧化铟锡、一氧化锌、铝掺杂氧化锌、锌镓氧化物、锡掺杂三氧化二镓之一。
6.如权利要求1所述的高亮度发光二极管，其特征在于，所述的粘着材料层为银、金、锡、锡化金、锡化铅、铟、钯化铟、氧化铟锡之一。
7.如权利要求1所述的高亮度发光二极管，其特征在于，还包括一金属反射层，所述金属反射层位于所述粘着材料层与所述半导体发光结构之间且与所述第四电极相邻设置。
8.如权利要求7所述的高亮度发光二极管，其特征在于，所述第四电极包括多个点状电极，所述金属反射层覆盖所述多个点状电极。
9.如权利要求1所述的高亮度发光二极管，其特征在于，还包括一布拉格反射结构层，所述布拉格反射结构层位于所述粘着材料层与所述半导体发光结构之间且与所述第四电极相邻设置。
10.如权利要求9所述的高亮度发光二极管，其特征在于，所述第四电极包括多个点状电极，所述布拉格反射结构层与该多个点状电极间隔排布。
11.如权利要求3所述的高亮度发光二极管，其特征在于，所述透光导电层中设置有孔洞，所述第二电极穿过该孔洞并与所述第三半导体层接触。
12.如权利要求11所述的高亮度发光二极管，其特征在于，所述第二电极包括一中心部及多个从该中心部向外延伸的触角。
13.如权利要求1至12任意一项所述的高亮度发光二极管，其特征在于，所述基底为硅基底，碳化硅基底，或III-V族化合物半导体基底。
14.如权利要求1至12任意一项所述的高亮度发光二极管，其特征在于，所述基底为陶瓷基底，且该陶瓷基底上设置有多个通孔，且通孔内填充有导电物质。
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