CN101944558B - 具有钝化层的发光二极管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有钝化层的发光二极管及其制造方法，所述发光二极管包括：一基材、一设置在该基材上的发光单元、一第一电极、一第二电极以及一钝化层。本发明的主要改良在于：该钝化层设置在该发光单元上并对应地位于该第二电极的下方，该钝化层具有一个对应于该第二电极的本体部以及一个连接在该本体部的周缘的延伸部，所述延伸部的宽度为L，且3微米≤L≤20微米，该钝化层的厚度为D，且D≥4埃。本发明通过适当的延伸部宽度及钝化层的厚度设计，具有良好的扩散电流效果，达到发光均匀、提升发光效率的目的。

Description

具有钝化层的发光二极管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，特别涉及一种利用表面处理方式形成一钝化层，以提升电流分布的均匀性及发光效率的具有钝化层的发光二极管及其制造方法。

背景技术

参阅图1，传统发光二极管1包括：一基板11、一披覆在该基板11的表面的缓冲层12、一发光单元13、一钝化层14、一透明导电层15、一n侧电极16以及一p侧电极17。该发光单元13由下往上依序包括：一个n型接触层131、一个n型披覆层132、一发光层133、一个p型披覆层134以及一个p型接触层135。而该n侧电极16设置在该n型接触层131外露的表面上，该p侧电极17设在该透明导电层15的上面，通过所述电极16、17可接受外部电流注入，以提供电能给该发光单元13。

该钝化层14形成于该p型接触层135上，其制法是在该p型接触层135外延(磊晶)成形后，于该p型接触层135的上表面作表面处理，所述表面处理是利用离子注入(ion implantation)或离子轰击(ion bombardment)等方式，改变该p型接触层135的局部部位的电性，使该p型接触层135的部分区块形成该钝化层14，而且该钝化层14与该p侧电极17通常为上下对应设置。

由于该钝化层14的导电性较差，当电流注入时，电流可以往该钝化层14周遭的区域流动，进而提升电流扩散的范围，如此可以避免电流只集中流动于对应于该p侧电极17的部位，从而降低电流过于集中所引起的过热现象，同时可提升发光的均匀性与效率。

虽然设置该钝化层14确实有助于扩散电流，但是并非任意型态的钝化层14都具有良好效果，在实际应用时，该钝化层14的宽度设计与厚度控制相当重要，对于电流扩散效果具有关键性的影响。然而，以往研究都未针对钝化层14的宽度与厚度作考量，往往导致即使设置该钝化层14，却因为厚度与宽度设计不良，使其辅助电流扩散的效果不佳，发光效率也没有明显提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种可提升电流扩散范围、发光均匀、发光效率高的具有钝化层的发光二极管及其制造方法。

本发明具有钝化层的发光二极管，包括：一基材、一设置在该基材上的发光单元、一层位于该发光单元上的透明导电层、一第一电极、一第二电极以及一钝化层。该发光单元设置在该基材上，并包括沿由邻近至远离该基材的方向设置的一第一披覆层、一发光层以及一第二披覆层。该第一电极电连接该第一披覆层，该第二电极位于该透明导电层的上方并通过该透明导电层电连接该第二披覆层。该钝化层设置在该发光单元上并对应地位于该第二电极与该透明导电层的下方，该钝化层具有一个对应于该第二电极的本体部以及一个连接在该本体部的周缘的延伸部，所述延伸部的宽度为L，且3微米(μm)≤L≤20微米(μm)；该钝化层的厚度为D，且D≥4埃

较佳地D≥10埃更佳地D≥13埃

本发明所述的具有钝化层的发光二极管，该发光单元还包括一个位于该基材与该第一披覆层之间的第一接触层以及一个位于该第二披覆层的上方的第二接触层，该第一电极设置在该第一接触层的表面，该钝化层设置于该第二接触层的表面。

本发明所述的具有钝化层的发光二极管，该钝化层的延伸部连接该本体部的部分周缘。

本发明所述的具有钝化层的发光二极管，该钝化层的延伸部连接该本体部的整个周缘。

当钝化层的延伸部的宽度L太小时，其突出于该第二电极的部位太短，阻障能力不足而无法使电流均匀地往该第二电极的两侧扩散；当L值过大时，将使电流过度地往该第二电极的周边路径移动，使电流的可流动路径变小而使发光面积变小，反而会导致发光效率下降。因此较佳地限定3μm≤L≤20μm。

此外，当钝化层的厚度D太小时，其表面钝化作用不佳、阻障能力不足而无法达到电流扩散效果。虽然该钝化层愈厚，其电流阻障能力愈强，但是当钝化层大到一定厚度时，其电流阻障能力达到饱合，超过饱合厚度对于提升元件的发光效率，并无显著的帮助。

本发明具有钝化层的发光二极管的制造方法，包括：

步骤A：提供一个基材；

步骤B：在该基材上披覆一个发光单元，该步骤B是披覆一层第一披覆层、一层发光层以及一层第二披覆层；

步骤C：在该发光单元上形成一层钝化层，并使该钝化层形成一个本体部以及连接在该本体部的周缘的延伸部，所述延伸部的宽度为L，且3μm≤L≤20μm。

步骤D：在该发光单元上披覆一层透明导电层，且该透明导电层位于该钝化层的上方；

步骤E：形成一个第一电极以电连接该第一披覆层；及

步骤F：在该透明导电层上形成一个第二电极以通过该透明导电层电连接该第二披覆层，并且使该第二电极对应地位于该钝化层的本体部的上方。

本发明所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，该步骤C是对该发光单元进行表面处理以形成该钝化层。

本发明所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，该步骤B是先在该基材上披覆一层第一接触层，接着披覆该第一披覆层、该发光层以及该第二披覆层之后，再于该第二披覆层的上方披覆一层第二接触层。

本发明所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，该步骤C是对该第二接触层进行表面处理，使该钝化层位于该第二接触层的表面。

本发明所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，该步骤C的表面处理是利用离子植入法、离子轰击法或热扩散法。

本发明所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，D≥4埃。

本发明所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，D≥10埃。

本发明所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，D≥13埃。

本发明的有益效果在于：通过适当的延伸部宽度设计，具有良好的扩散电流效果，达到发光均匀、提升发光效率的目的。

附图说明

图1是一种已知发光二极管的示意图；

图2是本发明具有钝化层的发光二极管的一第一较佳实施例的示意图；

图3是该第一较佳实施例的俯视示意图；

图4为一流程方块图，显示本发明具有钝化层的发光二极管的制造方法的一第一较佳实施例；

图5是一流程示意图，显示本发明制作一钝化层的其中一种方式；

图6是一流程示意图，显示制作该钝化层的另一种方式；

图7是输出功率对应一延伸部的宽度的关系图，显示该第一较佳实施例的样品1至8以及比较例1于注入电流为20mA下，所测得的输出功率；

图8是输出功率对应该钝化层的厚度的关系图，显示该第一较佳实施例的样品9至13以及比较例2于注入电流为20mA下，所测得的输出功率；

图9是本发明具有钝化层的发光二极管的一第二较佳实施例的示意图；

图10是该第二较佳实施例的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件以相同的编号来表示。

参阅图2、图3，本发明具有钝化层的发光二极管的第一较佳实施例，包括：一基材2、一发光单元3、一透明导电层4、电连接该发光单元3的一第一电极5及一第二电极6以及一钝化层7。

该基材2包括一基板21以及一披覆在该基板21的表面的缓冲层22。本实施例的基板21为蓝宝石基板21，该缓冲层22为未掺杂的氮化镓(GaN)材料所制成。

该发光单元3披覆在该基材2的缓冲层22的表面，而且沿由邻近至远离该基材2的方向依序包括：一第一接触层30、一第一披覆层31、一发光层32、一第二披覆层33以及一第二接触层34。

本实施例的第一接触层30为n型半导体，位于该缓冲层22的表面，并与该第一电极5有良好的欧姆接触。该第一披覆层31为GaN系材料制成的n型半导体层。该发光层32可以为涵盖GaN系材料的同质结构、异质结构或量子井结构。而该第二披覆层33为GaN系材料制成的p型半导体层。所述第二接触层34为p型半导体层，披覆在该第二披覆层33的表面。

该透明导电层4由氧化铟锡(ITO)材料所制成，具有高度透光性以及良好的导电特性。所述第一电极5及第二电极6接受外部输入的电流，并提供给该发光单元3而发光。其中，该第一电极5披覆在该第一接触层30外露于该第一披覆层31的右侧的表面上，借此使该第一电极5与该第一披覆层31形成电连接。该第二电极6披覆在该透明导电层4的表面，并通过该透明导电层4、第二接触层34而与该第二披覆层33形成电连接，而且该第二电极6具有一个位于中央且面积较大的中央部61、二个连接在该中央部61的两侧的细长状连接部62以及二个分别位于所述连接部62的末端的端部63。当然，本实施例只是提供一种第二电极6的具体态样，但实施时不须限制其形状。

该钝化层7形成于该第二接触层34的局部表面，并位于该第二接触层34与该透明导电层4之间，并且对应于该第二电极6的位置。该钝化层7的形状与该第二电极6相同但是面积较大，因而具有一个对应于该第二电极6的本体部71以及一个连接在该本体部71周缘的延伸部72。该本体部71的大小与该第二电极6的大小相同，该延伸部72整体都是均匀地对应于该第二电极6而突出，所述延伸部72的宽度为L，此宽度L同时代表该钝化层7突出于该第二电极6的宽度，无论量测该延伸部72的任何一个部位，其宽度L都相同，而且较佳地3μm≤L≤20μm。而该钝化层7的厚度为D，且

较佳地

更佳地

参阅图2、图4，本发明具有钝化层的发光二极管的制造方法的第一较佳实施例，包括以下步骤：

(1)进行步骤81：提供该蓝宝石基板21，并利用有机金属化学气相沉积法(MOCVD)在该基板21的表面外延成长该GaN缓冲层22。

(2)进行步骤82：在GaN缓冲层22上成长该发光单元3，成长步骤是先于GaN缓冲层22上成长该第一接触层30，再依序成长该第一披覆层31、该发光层32、第二披覆层33以及该第二接触层34。

(3)进行步骤83：在该第二接触层34的表面作钝化的表面处理，使该钝化层7形成该本体部71及延伸部72。所述钝化处理可以利用离子注入法(ion implantation)、离子轰击法(ionbombardment)或热扩散法等方式，并配合半导体的黄光显影与蚀刻制程，使该第二接触层34的表面形成预定大小及形状的钝化层7，通过此表面钝化处理使该部位导电性较差，产生电流阻障而导引电流向外扩散的效果。

上述离子注入法或离子轰击法所使用的材料选自下列元素的离子：碳(C)、硼(B)、磷(P)、硫(S)、硅(Si)、砷(As)、镓(Ga)、铟(In)、钠(Na)，氢(H)、氟(F)、氯(Cl)、氧(O)、氮(N)或上述的一组合。

如图5所示，具体而言，该钝化层7的制作方法，是先在该第二接触层34的表面涂布一光致抗蚀剂材料91，再利用光罩及显影制程将欲定形成该钝化层7的一钝化部位74上的光致抗蚀剂材料91移除，使此钝化部位74的表面露出，再利用离子植入或离子轰击作表面钝化处理而形成该钝化层7，最后再移除残留在该第二接触层34表面的光致抗蚀剂材料91。

如图6所示，另一种成型该钝化层7的方式，利用热扩散表面处理。首先在该第二接触层34的表面形成一钝化材料70，所述钝化材料例如含有Si元素的SiO₂，再于该钝化材料70的表面的预定位置涂布光致抗蚀剂材料91，并利用光罩及显影制程移除多余的钝化材料70，接着移除光致抗蚀剂材料91，利用热处理使钝化材料70扩散进入该第二接触层34的表层内部，就形成该钝化层7。

继续参阅图2、图4：

(4)进行步骤84：在该第二接触层34的表面披覆该透明导电层4。

(5)进行步骤85：在该第一接触层30外露的上表面，制作该第一电极5。

(6)进行步骤86：在该透明导电层4的表面制作该第二电极6，该第二电极6与该钝化层7具有相同形状，只是面积较小，并使该第二电极6对应地位于该钝化层7的本体部71的上方。

需要说明的是，上述制程顺序不须加以限制，只要能使制程顺利进行就可以，例如：也可以先进行步骤86再进行步骤85。

由于该钝化层7对应地位于该第二电极6的下方，而且面积较大，因此电流流动时，就不会只集中在该第二电极6的下方或周围，而是较为扩散且均匀地流出，借此提高电流的流动扩散范围，同时提升发光二极管的发光均匀度及发光效率。

参阅表1、图2及图7，表1及图7为本发明实施例1的结构所制成的样品1至8与一比较例1，于注入电流为20mA下所测得的发光输出功率，本发明样品1至8及比较例1的钝化层7的厚度D都是

不同的地方在于该钝化层7的延伸部72的宽度L。比较例1的宽度L＝0，表示比较例1的钝化层7的大小与该第二电极6的大小相同。

由实验结果可知，比较例1的输出功率只有8.15mW，而本发明样品1将L值提升至3μm时，输出功率已增加为8.27mW，直到样品6的L＝15μm时，输出功率值达到最大为8.54mW，而且与比较例1相较之下，其输出功率值提升4.8％，此为相当高的功率提升比例。而L再增加时，像样品8的L＝20μm，虽然输出功率略微下降，但是与比较例1相较之下，仍提升3.44％。由于该延伸部72的宽度L过大时，将使电流过度地往该第二电极6的周边路径移动，使电流的可流动路径变小而电流拥挤，发光区域变小，因此本发明限定3μm≤L≤20μm。

表1

参阅表2、图2及图8，为本发明实施例1的结构所制成的样品9至13与一比较例2，于注入电流为20mA下所测得的发光输出功率，所述样品9至13与比较例2的延伸部72的宽度L都是10μm，其不同的地方，在于该钝化层7的厚度D。比较例2的厚度D为0，代表没有设置钝化层7。

由实验结果可知，比较例2没有设置该钝化层7，其输出功率只有8.12mW。而本发明样品9设置该钝化层7时，就达到扩散电流的目的，使输出功率增加为8.38mW。随着厚度D的增加，输出功率渐渐提升，直到如本实施例样品13的

时，输出功率值达到最大为8.54mW。

当钝化层7厚度太小时，其阻障能力不足而无法使电流均匀往两侧扩散；虽然该钝化层7的厚度愈大，电流阻障能力愈强，但是大到一定厚度时，其电流阻障能力将达到饱合，像超过本实施例样品13的

时，已接近饱合厚度，此时再增加其厚度，对于提升元件的发光效率并无显著的帮助。

所以本发明限定

较佳地更佳地

因为由图8的实验曲线判断，当

时，就可初步达到提升发光效率的效果，而

甚至时，效果更好。

表2

由以上说明可知，通过该钝化层7的厚度D及延伸部72的宽度L设计，可以扩大电流流动范围、避免电流拥挤效应、提升发光均匀性与发光效率，确实达成本发明的目的。

需要说明的是，传统发光二极管的第二电极6与该钝化层7的面积通常为相同，因此在制作该第二电极6时，一旦光罩位置没有精确对准该钝化层7的位置，就会使该第二电极6无法完全对应于该钝化层7，该第二电极6的局部部位突出于该钝化层7的范围，进而影响电流扩散效果。而本发明的钝化层7面积比该第二电极6的面积大，另一好处在于：就使该第二电极6的光罩位置略微偏移，仍可使该第二电极6的成型位置完全受到该钝化层7涵盖。

此外，本实施例钝化层7设置在该第二接触层34的表面，其优点为：可以一并完成该缓冲层22到该第二接触层34的外延作业后，再表面处理形成该钝化层7，因此所述膜层的外延制程可以连贯进行；然而，该钝化层7不限于制作在该第二接触层34上，例如，也可以先在该第二披覆层33的表面作钝化处理而形成该钝化层7，再于该第二披覆层33的上方外延该第二接触层34，此时该钝化层7位于该第二披覆层33与该第二接触层34之间。

参阅图9、图10，本发明具有钝化层的发光二极管的第二较佳实施例，该钝化层7同样包括一个对应于该第二电极6的本体部71以及一个连接在该本体部71周缘的延伸部72，但是该延伸部72只连接在该本体部71的一侧周缘，因此该延伸部72只对应地突出于第二电极6的一侧，而其突出宽度同样为L。延伸部72只突出于一侧时，同样可以达到扩散电流的效果。

因此，本发明的精神在于：该钝化层7的延伸部72突出于该第二电极6的至少一侧，以涵盖该第二电极6所在位置，通过此扩大的面积提升阻障效果，所以钝化层7只要有局部部位大于该第二电极6就可以，不需限定整个钝化层7的周缘都突出于该第二电极6。而且随着第二电极6的形状改变时，该钝化层7的形状及大小也可以作相对应的改变。

Claims (15)

1.一种具有钝化层的发光二极管，包括：一个基材、一个设置在该基材上的发光单元、一层位于该发光单元上的透明导电层、一个第一电极以及一个第二电极，该发光单元包括沿由邻近至远离该基材的方向设置的一层第一披覆层、一层发光层以及一层第二披覆层，该第一电极电连接该第一披覆层，该第二电极位于该透明导电层的上方并通过该透明导电层电连接该第二披覆层，其特征在于，该具有钝化层的发光二极管还包括：

一层钝化层，设置在该发光单元上并对应地位于该第二电极与该透明导电层的下方，该钝化层具有一个对应于该第二电极的本体部以及一个连接在该本体部的周缘的延伸部，所述延伸部的宽度为L，且3微米≤L≤20微米。

2.根据权利要求1所述的具有钝化层的发光二极管，其特征在于，该钝化层的厚度为D，且D≥4埃。

3.根据权利要求2所述的具有钝化层的发光二极管，其特征在于，D≥10埃。

4.根据权利要求3所述的具有钝化层的发光二极管，其特征在于，D≥13埃。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的具有钝化层的发光二极管，其特征在于，该发光单元还包括一个位于该基材与该第一披覆层之间的第一接触层以及一个位于该第二披覆层的上方的第二接触层，该第一电极设置在该第一接触层的表面，该钝化层设置于该第二接触层的表面。

6.根据权利要求1所述的具有钝化层的发光二极管，其特征在于，该钝化层的延伸部连接该本体部的部分周缘。

7.根据权利要求1所述的具有钝化层的发光二极管，其特征在于，该钝化层的延伸部连接该本体部的整个周缘。

8.一种具有钝化层的发光二极管的制造方法，包括：

步骤A：提供一个基材；

步骤B：在该基材上披覆一个发光单元，该步骤B是披覆一层第一披覆层、一层发光层以及一层第二披覆层；

步骤C：在该发光单元上形成一层钝化层；

步骤D：在该发光单元上披覆一层透明导电层，且该透明导电层位于该钝化层的上方；

步骤E：形成一个第一电极以电连接该第一披覆层；及

步骤F：在该透明导电层上形成一个第二电极以通过该透明导电层电连接该第二披覆层；其特征在于，

该步骤C是使该钝化层形成一个本体部以及一个连接在该本体部的周缘的延伸部，并且使该延伸部的宽度为L，且3微米≤L≤20微米；该步骤F是使该第二电极对应地位于该钝化层的本体部的上方。

9.根据权利要求8所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，该步骤C是对该发光单元进行表面处理以形成该钝化层。

10.根据权利要求8所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，该步骤B是先在该基材上披覆一层第一接触层，接着披覆该第一披覆层、该发光层以及该第二披覆层之后，再于该第二披覆层的上方披覆一层第二接触层。

11.根据权利要求10所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，该步骤C是对该第二接触层进行表面处理，使该钝化层位于该第二接触层的表面。

12.根据权利要求9或11所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，该步骤C的表面处理是利用离子植入法、离子轰击法或热扩散法。

13.根据权利要求8所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，该钝化层的厚度为D，且D≥4埃。

14.根据权利要求13所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，D≥10埃。

15.根据权利要求14所述的具有钝化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，D≥13埃。

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