CN101540356B - 发光二极管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发光二极管及其制作方法，该发光二极管包含基板、依次层叠于该基板上的第一型半导体层、有源层及第二型半导体层。沟槽贯穿第二型半导体层至第一型半导体层。第一型电极设置于该沟槽与第一型半导体层接触，第二型电极设置于该第二型半导体层上并与其接触。介电材料共形层设于该沟槽内位于第一型电极上方，阻隔该第一型电极与第二型电极。该第一型电极呈网状，该第二型电极呈梳状或具有呈环状的分支电极。本发明的发光二极管及其制作方法较现有技术，提高光匀性和发光效率，避免在第一型或第二型电极断裂时损坏发光二极管；且未增加工艺复杂度和工艺难度。

Description

发光二极管及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种发光组件及其制作方法，尤其涉及一种发光二极管的电极结构及其制作方法。

背景技术

作为新时代绿色节能照明的优质光源，发光二极管凭借其自身的种种优点而被越来越广泛的应用。随之而来，业界对大功率发光二极管的需求也越来越迫切，而所谓的大功率发光二极管通常是通过加大发光二极管的尺寸以提供较大的发光面积而实现。这种大面积的发光二极管在提供较大的发光面积的同时也产生许多问题：首先，二极管面积的增大并不一定意味发光面积的增大；因为通常电流会选择阻抗最低的路径，导致发光区域会相对集中于一处而发光不均匀。另外，随着面积增加，电流行经的路径也会增加，所产生的热量也会相应大幅增加；而大面积发光二极管在散热方面又比较困难，如此不但会极大缩短发光二极管的使用寿命，而且会降低发光效率。

为解决上述问题，美国专利第6,307,218号提出一种具有平行电极的发光二极管7，如图1、2所示。该发光二极管7是在基板70上依次形成N型半导体层71、有源层72及P型半导体层73，然后通过蚀刻及沉积等步骤产生分别呈梳状图案的N型电极710及P型电极730。该N型电极710和P型电极730均呈梳状(或手指状)，相较于传统的电极结构可改善电流分布及有源层72的发光效率。但是，梳状电极其尖端部分易产生尖端放电而烧毁局部组件。另一方面，当N型电极710局部断裂时，电流拥塞的状况会非常严重，会过度驱动发光二极管7而使其失效。

另外，如图3所示，中国台湾第I266,442号专利提出一种双回路电极设计的发光二极管8，其N型电极81与P型电极82分别设计成环状，而且位于内环的P型电极82的中间部分可镂空以增加发光面积。但同时，也导致内环电极的电流路径过长，电流几乎不会流通至发光二极管8内部，降低发光面积利用率。

另一方面，传统发光二极管的电极制作也存在一定的缺陷，不利于大功率发光二极管的制作。其一般需经下述步骤：在外延完成具有P型与N型半导体层以及有源层的发光二极管芯片上，先利用蚀刻方法移除一个面积的P型半导体层与有源层至N型半导体层；接着，在P、N型半导体层上利用电镀或沉积方法形成一层透明电极并留下用于形成焊盘的孔穴；在该孔穴内制作金属接点，用来与打线相接合，最后再经由热处理而得到较佳的合金。若需要设计不同的电极图案，则只要在光罩与蚀刻阶段制作出所需的图案，并在其上沉积金属电极即可达到不同图案设计的目的。该传统方法使用ITO(氧化铟锡)来提高电流分布，但因为ITO本身材料特性，不易与AlGaInN材料产生直接电接触，需在ITO与P型半导体之间成长一层约50A厚度的P型半导体，且需要加一层渐变层以减少AlGaInN与GaN之间因电位不同而产生的电阻，因而增加工艺困难度。另外若使用电流阻障层结构(CurrentBlocking)，使电流不被局限在电极之下，但此种工艺的光罩复杂度将会大幅提高且设计困难。

综上所述，如何制作一种可靠且简易的大功率发光二极管仍是业界的重点研究课题。

发明内容

本发明提供一种发光二极管及其制作方法，适用于大功率发光二极管，而不会增加工艺复杂度和工艺难度。

为解决上述问题，本发明提出下述技术方案：一种发光二极管及其制作方法，该发光二极管包含基板、依次层叠于该基板上的第一型半导体层、一有源层及第二型半导体层。该第一型半导层与该第二型半导体层之间设置有一沟槽，第一型电极设置于该沟槽并与该第一型半导体层接触。第二型电极设置于该第二型半导体层上方并与其接触。该第一型电极与第二型电极之间阻隔有一介电材料共形层。

根据本发明一个实施例，该沟槽是贯穿该第二型半导体层、有源层及该第一型半导体层大部。该沟槽侧壁设有介电材料形成的间隙壁，该介电材料是由选自SiO、SiN、SiON、TaO、AlO、TiO、AlN、TiN。该介电材料共形层设置于该沟槽内，且位于第一型电极上方。该第一型电极呈网状，该第二型电极呈梳状或具有环状分支电极；该两电极的线宽为0.1-5um；选自Ti/Al、Ti/Au、Ti/Au/Al金属材料。该第一、第二型电极进一步设有至少一个焊盘，该第一型电极的焊盘设于该沟槽中相应位置与该第一型半导体层接触，并凸伸于该沟槽外。该用于制作第一型电极的焊盘的沟槽的相应位置，其位于第二型半导体层、有源层及第一型半导体层靠近该有源层部分的宽度较其其他部分的宽度宽，相应的间隙壁部分厚度加厚。在一个实施例中，该第一型半导体层是N型半导体层，该第一型电极是N型电极；该第二型半导体层是P型半导体层，该第二型电极是P型电极。在另一实施例中，该第一型半导体层是P型半导体层，该第一型电极是P型电极；该第二型半导体层是N型半导体层，该第二型电极是N型电极。

根据本发明的另一实施例，在制作间隙壁时可使用具有方向性的沉积方法，生成N型电极时可使用剥离工艺。而且在形成该第二型电极之前，先用化学机械研磨或其它抛光、研磨的技术平坦化该介电材料层表面。

本发明还提供了一种制作发光二极管的方法，包含以下步骤：在基板上依次形成第一型半导体层、有源层及第二型半导体层；自所述第二型半导体层向所述第一型半导体层蚀刻出沟槽，并在沟槽侧壁形成间隙壁；在所述沟槽内形成与第一型半导体接触的第一型电极，并在所述第一型电极上形成介电材料共形层；及于所述第二型半导体上形成与其接触的第二型电极。

根据本发明的制作发光二极管的方法，在所述沟槽侧壁形成间隙壁的步骤包含：在所述第二型半导体层表面与整个沟槽内壁表面沉积层介电材料；再蚀刻去除所述第二型半导体层表面与所述沟槽底部的介电材料。

根据本发明的制作发光二极管的方法，使用方向性沉积方法沉积所述层介电材料，然后使用干式蚀刻使沉积较厚方向的移除率大于沉积较薄方向的移除率。

根据本发明的制作发光二极管的方法，所述介电材料选自SiO、SiN、SiON、TaO、AlO、TiO、AlN、TiN。

根据本发明的制作发光二极管的方法，使用剥离方法在所述沟槽内形成与第一型半导体接触的第一型电极。

根据本发明的制作发光二极管的方法，在形成所述第二型电极之前，先用化学机械研磨或其它抛光、研磨的技术平坦化所述介电材料层表面。

根据本发明的制作发光二极管的方法，其进一步包含制作第一型电极与第二型电极的焊盘的步骤。

根据本发明的制作发光二极管的方法，制作所述第一型电极的焊盘的步骤为：在所述沟槽中相应位置沉积金属，使其与所述第一型半导体层接触并凸伸于所述沟槽外。

根据本发明的制作发光二极管的方法，所述第一型半导体层是N型半导体层，所述第一型电极是N型电极；所述第二型半导体层是P型半导体层，所述第二型电极是P型电极。

根据本发明的制作发光二极管的方法，所述第一型半导体层是P型半导体层，所述第一型电极是P型电极；所述第二型半导体层是N型半导体层，所述第二型电极是N型电极。

本发明的发光二极管及其制作方法，其N型与P型电极中一个是埋入发光二极管内部，较现有技术中均设于发光二极管表面，电极可具有小线宽，减少遮光面积，因而提高光匀性和发光效率；同时两电极均可设计具有循环回路，即使发生断裂也不会损坏二极管；且未增加工艺复杂度和工艺难度。

附图说明

图1是一现有发光二极管的俯视图；

图2是沿图1中A-A线截取的剖面图；

图3是另一现有发光二极管的俯视图；

图4是根据本发明一个实施例的发光二极管的俯视图；

图5A-图5D是制作图5E所示N-型电极与P型电极的流程示意图；

图5E是沿图4中BB线截取的剖面图；

图6是沿图4中CC线截取的N型电极的焊盘的剖面图；

图7A-图7B是间隙壁工艺剖面示意图；

图8A-图8C是剥离工艺剖面示意图；

图9是根据本发明另一实施例的发光二极管的俯视图。

其中，附图标记说明如下：

1、4发光二极管    2基板

3沟槽

10N型半导体层    100、410N型电极

101N型电极焊盘

12有源层

14P型半导体层    140、440P型电极

141P型电极焊盘

16间隙壁         17光致抗蚀剂层

18介电材料共形层

具体实施方式

为便于更好的理解本发明，以下将结合本发明的具体实施例对其作详细说明。

图4所示，根据本发明一个实施例的发光二极管1包含网状的N型电极100与梳状的P型电极140，且该N型电极100是埋于该发光二极管1内部，仅其相应的焊盘101凸伸于外，与P型电极140的焊盘141位于同一平面。

以下结合图5A-图5E，进一步说明该发光二级管1沿图4中BB线截取的的结构形成与制作方法：

首先，如图5A所示，在基板2上依次层叠N型半导体层10、有源层12及P型半导体层14，依欲成型的N型电极图案利用蚀刻技术自该P型半导体层14向该N型半导体层10蚀刻出具有适当深度的沟槽3，并利用沉积方法在P型半导体层14表面与整个沟槽3内壁表面均匀覆盖一层介电材料。该介电材料是具有良好的金属离子阻挡能力，并与金属有良好附着能力，例如SiO、SiN、SiON、TaO、AlO、TiO、AlN、TiN等。接着，如图5B所示，蚀刻去除P型半导体层14表面与沟槽2底部的介电材料，从而在沟槽3侧壁上形成间隙壁16。如图5C所示，利用涂布技术上光致抗蚀剂、曝光显影、沉积与蚀刻技术在沟槽3中沉积适当高度的金属而形成N型电极100。该N型电极100的材料优选低电阻并能与N型半导体层3形成较佳欧姆接触的金属合金材料，例如Ti/Al、Ti/Au、Ti/Au/Al等。如图5D所示，再次利用沉积方法形成介电材料共形层(Conformal Layer)18，该共形层18具有适当厚度可以阻隔N型电极100与有源层12、P型半导体层14及P型电极140(见图5E)之间的直接导通，及形成电容效应；如此N型电极100即完成埋入发光二极管1内部的工艺。如图5E所示，接着蚀刻除去P型半导体层14表面的介电材料，利用光刻、沉积与蚀刻工艺制作P型电极140。且在布建P型电极140之前，可先用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polish)或其它抛光(Polish)、研磨(Grounding)的技术使得共形层18表面平坦化。

对于N型电极100与P型电极140的焊盘101、141的制作，如图6所示，N型电极焊盘101的制作方式与N型电极100的制作方式类似，主要差异是在成长金属时，其必须在高度上填满该沟槽3并超过适当的距离，以与P型电极140的焊盘141在同一平面而使得金线能够方便的焊接其上。在一个实施例中，为防止N型电极101与P型电极141之间形成杂散电容，在蚀刻沟槽3时对应制作焊盘101的位置，其位于P型半导体层14、有源层12及N型半导体层10上方两侧部分较宽，以沉积更多介电材料而使相应的间隙壁16较厚而达到阻隔的目的。P型电极140的焊盘141制作与现有技术相同，不再赘述。

根据本发明的另一实施例，在制作间隙壁时也可采用具有方向性的沉积方法沉积介电材料。如图7A所示，因为沉积具有方向性，因此在水平方向沉积较厚的介电材料，而在垂直方向沉积的介电材料则较薄，形成不规则厚度的薄层。接着，如图7B所示，再利用干式蚀刻方式，使得水平方向移除率大于垂直方向的移除率，进而得到沟槽3侧壁的间隙壁16，如此可以减少一道上光致抗蚀剂、光刻的工艺以降低成本。

根据本发明的又一实施例，电极的制作也可使用半导体工艺中熟知的剥离(lift-off)工艺来达到，以能够减少工艺步骤与降低成本。如图8A所示，在制作完间隙壁16后，对不需要沉积金属电极的部分涂布光致抗蚀剂层17，只留下沟槽3底部。如图8B所示，再利用化学或物理沉积法于晶片表面整体沉积一层金属，其厚度约达到沟槽3深度的适当比例。如图8C所示，最后把光致抗蚀剂的部分移除掉之后，不需要金属的地方也随之被剥离，只留下沟槽3中的金属即形成N型电极100，此即为剥离工艺。

该N型电极100与P型电极440的分布图案，可以利用不同的光罩图案来满足需要。如图9所示，根据本发明的另一实施例的发光二极管4，其P型电极440的图案也可设计成具有环状分支电极441，其相较于梳状电极，即使其中的分支电极441发生断裂，也不至于造成局部面积不发光而影响其发光效率。

以上仅以N型电极埋入发光二极管内部为例，P型电极埋入发光二极管内部时同样适用。

本发明的发光二极管及其制作方法，由于电极是埋入发光二极管内部，使得电流不会仅局限在焊盘下而被遮挡发光，且可获得更细微的金属导线的线宽(约0.1～5um，现有发光二极管的电极约5～25um)，可形成网状或其它任意不会阻挡光线的电极形状。较现有技术可获得更高的光均性和发光效率；即使N型或P型电极断裂也不会影响整体性能；且未增加工艺复杂度和工艺的难度，易于实施。

本发明的技术内容及技术特点已描述如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的启示及描述而作出各种不脱离本发明精神的替换及修改。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所描述的内容，而应包括各种不脱离本发明的替换及修饰，并为以下的权利要求所涵盖。

Claims (20)

1.一种发光二极管，包含基板、依次层叠于所述基板上的第一型半导体层、有源层及第二型半导体层；其特征在于，所述第一型半导层与所述第二型半导体层之间设置有沟槽；第一型电极设置于所述沟槽并与所述第一型半导体层接触，第二型电极设置于所述第二型半导体层上方并与其接触；所述第一型电极与第二型电极之间阻隔有介电材料共形层。

2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述沟槽是贯穿所述第二型半导体层、有源层及所述第一型半导体层大部。

3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述沟槽侧壁设有介电材料形成的间隙壁，所述介电材料选自SiO、SiN、SiON、TaO、AlO、TiO、AlN、TiN。

4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述介电材料共形层设置于所述沟槽内，且位于第一型电极上方。

5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一型电极呈网状，所述第二型电极呈梳状或具有环状分支电极；所述两电极的线宽为0.1-5μm。

6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一、第二型电极是金属材料，选自Ti/Al、Ti/Au、Ti/Au/Al。

7.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一、第二型电极进一步设有至少一个焊盘，所述第一型电极的焊盘设于所述沟槽中相应位置与所述第一型半导体层接触，并凸伸于所述沟槽外。

8.如权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，所述用于制作第一型电极的焊盘的沟槽的相应位置，其位于第二型半导体层、有源层及第一型半导体层靠近所述有源层部分的宽度较其他部分的宽度宽，相应的间隙壁部分厚度加厚。

9.如权利要求1-8中任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述第一型半导体层是N型半导体层，所述第一型电极是N型电极；所述第二型半导体层是P型半导体层，所述第二型电极是P型电极。

10.如权利要求1-8中任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述第一型半导体层是P型半导体层，所述第一型电极是P型电极；所述第二型半导体层是N型半导体层，所述第二型电极是N型电极。

11.一种制作发光二极管的方法，包含以下步骤：

在基板上依次形成第一型半导体层、有源层及第二型半导体层；

自所述第二型半导体层向所述第一型半导体层蚀刻出沟槽，并在沟槽侧壁形成间隙壁；

在所述沟槽内形成与第一型半导体接触的第一型电极，并在所述第一型电极上形成介电材料共形层；及

于所述第二型半导体上形成与其接触的第二型电极。

12.如权利要求11所述的制作发光二极管的方法，其特征在于，在所述沟槽侧壁形成间隙壁的步骤包含：在所述第二型半导体层表面与整个沟槽内壁表面沉积层介电材料；再蚀刻去除所述第二型半导体层表面与所述沟槽底部的介电材料。

13.如权利要求12所述的制作发光二极管的方法，其特征在于，使用方向性沉积方法沉积所述层介电材料，然后使用干式蚀刻使沉积较厚方向的移除率大于沉积较薄方向的移除率。

14.如权利要求12所述的制作发光二极管的方法，其特征在于，所述介电材料选自SiO、SiN、SiON、TaO、AlO、TiO、AlN、TiN。

15.如权利要求11所述的制作发光二极管的方法，其特征在于，使用剥离方法在所述沟槽内形成与第一型半导体接触的第一型电极。

16.如权利要求11所述的制作发光二极管的方法，其特征在于，在形成所述第二型电极之前，先用化学机械研磨或其它抛光、研磨的技术平坦化所述介电材料层表面。

17.如权利要求11所述的制作发光二极管的方法，其特征在于，其进一步包含制作第一型电极与第二型电极的焊盘的步骤。

18.如权利要求17所述的制作发光二极管的方法，其特征在于制作所述第一型电极的焊盘的步骤为：在所述沟槽中相应位置沉积金属，使其与所述第一型半导体层接触并凸伸于所述沟槽外。

19.如权利要求11-18中任一项所述的制作发光二极管的方法，其特征在于，所述第一型半导体层是N型半导体层，所述第一型电极是N型电极；所述第二型半导体层是P型半导体层，所述第二型电极是P型电极。

20.如权利要求11-18中任一项所述的制作发光二极管的方法，其特征在于，所述第一型半导体层是P型半导体层，所述第一型电极是P型电极；所述第二型半导体层是N型半导体层，所述第二型电极是N型电极。

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