CN102683529A - 发光二极管元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光二极管元件及其制造方法。此发光二极管元件的未掺杂半导体层与电流阻障结构依序设于基板上。发光二极管元件的发光结构分离地设于电流阻障结构上。每个发光结构包含第一电性半导体层、依序设于部分的第一电性半导体层上的有源层与第二电性半导体层、及分别位于第一电性半导体层的另一部分与第二电性半导体层上的第一电极与第二电极。第一电性半导体层与第二电性半导体层的电性不同。发光二极管元件的绝缘间隙壁分别位于相邻的发光结构之间。发光二极管元件的导线分别连接依序相邻的发光结构中之一者的第一电极与另一者的第二电极。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光元件，且特别是涉及一种发光二极管(LED)元件及其制造方法。
背景技术
随着发光二极管技术的蓬勃发展，再加上发光二极管在光源上的应用具有薄型化、省电与不含汞等优势，因此发光二极管的技术有逐渐取代传统发光技术的趋势。
而随着发光二极管在照明、汽车头灯等高亮度需求产品的应用上的比例逐渐增加，对于发光二极管芯片的亮度的要求也日益提高。为了得到更高的亮度，在操作上需利用更大的电流来进行驱动，以增加发光二极管芯片的亮度。
然而，电流的增加，可能会导致发光效率随着注入电流的增加而明显下降，产生所谓的效率骤降(efficiency droop)现象。亦即，在高电流持续注入之下，虽可提供可贡献发光的载子，但发光二极管元件的发光效率并未随之提升，反而呈现下降的趋势。目前为了避免效率骤降的现象，通常以增加发光二极管芯片的尺寸的方式来增加亮度。但是，发光二极管芯片的尺寸的增加，同时也造成了电流扩散不均的问题。
一般而言，如图1A所示，低功率的发光二极管芯片100的驱动电流小，电流分散的效果较为良好。因此，n型接触电极102与p型接触电极104的安排与形状无需特别设计，注入电流即可均匀地扩散在发光二极管芯片100中，而达到均匀发光的效果。而如图1B的发光二极管芯片110与图1C的发光二极管芯片120所示为不同尺寸的高功率的发光二极管芯片，其中，图1A的发光二极管芯片100的尺寸小于图1B的发光二极管芯片110的尺寸，而图1B的发光二极管芯片110的尺寸又小于图1C的发光二极管芯片120的尺寸。在图1B与图1C中的该些高功率的发光二极管芯片的驱动电流大，目前除了利用增加发光二极管芯片的尺寸的方式来改善效率骤降现象与增加散热面积外，也利用设置具有导电分支(conductive finger)的p型与n型接触电极，用于利用电路并联的概念来改善电流分布。举例而言，发光二极管芯片110的p型接触电极114具有朝n型接触电极112延伸的导电分支116；而发光二极管芯片120的p型接触电极124具有三个朝n型接触电极122延伸的导电分支128，且n型接触电极122具有二个朝p型接触电极124延伸的导电分支126。
然而，这种通过并联来散布电流的方式，还是没办法获得很好的电流分配效果。通常愈靠近n型与p型接触电极的区域，电流密度较高；而愈远离n型与p型接触电极的区域、或者愈远离n型与p型接触电极连线的区域，电流密度愈小。
因此，请参照图2，为了进一步改善电流分布的问题，现在更有人提出在同一基板146上形成一个包含多个小型发光二极管芯片，例如发光二极管芯片132与134的发光二极管模块130。其中，这些小型发光二极管芯片132与134的相邻二者之间具有沟槽140，沟槽140中填设有绝缘材料142，以电性隔离相邻的发光二极管芯片132与134。在此发光二极管模块130中，这些发光二极管芯片132与134以串联方式结合，亦即利用导线144来连接发光二极管芯片132的n型接触电极136与发光二极管芯片134的p型接触电极138。
通过将多个小型发光二极管芯片串联的驱动模式，可利用这些小型发光二极管芯片来增加整个模块的发光面积，由此达到提高发光二极管模块的亮度的效果。由于这样的发光二极管模块由多个小型发光二极管芯片串联而成，因此可利用小电流(高电压)来进行驱动。如此一来，可解决大型发光二极管芯片的电流分布不均的问题，也可利用小电流驱动方式，来避免大电流驱动时所产生的效率骤降现象。
然而，在这样的发光二极管模块设计中，由于相邻两个发光二极管芯片之间需形成电性绝缘沟槽，因此需将基板上的相邻发光二极管芯片之间的外延层予以蚀刻移除。如此将造成蚀刻时间过长，进而导致制作工艺设备的需求增加、以及制作工艺成本的提高。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种发光二极管元件及其制造方法，其包含数个串联的小型发光结构，故可解决大芯片尺寸的电流分布不均的问题，并可利用小电流驱动的方式，来避免大电流驱动所造成的效率骤降效应。
本发明的另一目的在于提供一种发光二极管元件及其制造方法，其设有电流阻障层，可在发光二极管元件运转时，有效避免电流经由下方的未掺杂半导体层，而可确保发光二极管的有效运转。
本发明的又一目的在于提供一种发光二极管元件及其制造方法，其可通过预设的蚀刻终止层，使蚀刻停在此蚀刻终止层，而无需完全蚀穿未掺杂半导体层。因此，不仅可缩短蚀刻制作工艺的时间，更可精准控制蚀刻深度。
本发明的再一目的在于提供一种发光二极管元件及其制造方法，其可缩减蚀刻时间，因此可降低设备需求，减少制作成本。
本发明的再一目的在于提供一种发光二极管元件及其制造方法，其电流阻障层可包含未掺杂的氮化铝镓层或超晶格结构，而含未掺杂的氮化铝镓层或超晶格结构可做为半导体层外延时的错排(dislocation)的阻障层。因此，可提高后续成长的半导体层的外延品质。
根据本发明的上述目的，提出一种发光二极管元件。此发光二极管元件包含一基板、一未掺杂半导体层、一电流阻障结构、多个发光结构、多个绝缘间隙壁以及多个导线。未掺杂半导体层设于基板上。电流阻障结构设于未掺杂半导体层上。前述的发光结构分离地设于电流阻障结构上。其中，每个发光结构包含一第一电性半导体层、一有源层、一第二电性半导体层、以及一第一电极与一第二电极。第一电性半导体层与第二电性半导体层的电性不同。有源层位于部分的第一电性半导体层上。第二电性半导体层位于有源层上。第一电极与第二电极分别位于第一电性半导体层的另一部分上与第二电性半导体层上。前述的绝缘间隙壁分别位于相邻的发光结构之间。而前述的导线分别连接依序相邻的发光结构中之一者的第一电极与另一者的第二电极。
依据本发明的一实施例，上述的电流阻障结构可包含一轻掺杂半导体层，且此轻掺杂半导体层的掺杂浓度的范围可从8×1016cm-3至8×1017cm-3。在一例子中，前述的轻掺杂半导体层的厚度范围可从0.01μm至3μm。
依据本发明的另一实施例，上述的第一电性半导体层、有源层与第二电性半导体层的材料为氮化物半导体材料，且电流阻障结构包含一未掺杂氮化铝镓层。
依据本发明的又一实施例，上述的电流阻障结构包含一超晶格(superlattice)结构。
依据本发明的再一实施例，上述的电流阻障结构包含一镁掺杂的半导体层，且第一电性半导体层为n型，第二电性半导体层为p型。
根据本发明的上述目的，另提出一种发光二极管元件的制造方法，包含下列步骤。提供一基板。形成一未掺杂半导体层于此基板上。形成一电流阻障结构于前述的未掺杂半导体层上。形成多个发光结构，其中这些发光结构分离地位于电流阻障结构上。每一个发光结构包含一第一电性半导体层、一有源层、一第二电性半导体层、以及一第一电极与一第二电极。第一电性半导体层与第二电性半导体层的电性不同。前述的有源层位于部分的第一电性半导体层上。第二电性半导体层位于有源层上。第一电极与第二电极则分别位于第一电性半导体层的另一部分上与第二电性半导体层上。形成多个绝缘间隙壁分别位于相邻的发光结构之间。形成多个导线分别连接依序相邻的发光结构中之一者的第一电极与另一者的第二电极。
依据本发明的一实施例，上述形成发光结构的步骤包含下列步骤。形成依序堆叠在电流阻障结构上的一第一电性半导体材料层、一有源材料层与一第二电性半导体材料层。移除部分的第二电性半导体材料层与部分的有源材料层，以暴露出部分的第一电性半导体材料层，并形成上述的有源层与第二电性半导体层。形成上述的第一电极与第二电极。移除第一电性半导体材料层的暴露部分的一部分，以在第一电性半导体材料层与电流阻障结构中形成多个分离沟槽，而形成上述的第一电性半导体层。
依据本发明的另一实施例，上述的第一电性半导体层、有源层与第二电性半导体层的材料为氮化物半导体材料，且电流阻障结构包含一未掺杂氮化铝镓层。在一例子中，上述形成电流阻障结构的步骤还包含形成一轻掺杂半导体层或另一第一电性半导体层于未掺杂半导体层上。
依据本发明的又一实施例，上述的电流阻障结构包含一超晶格结构。在一例子中，上述形成电流阻障结构的步骤还包含形成一轻掺杂半导体层或另一第一电性半导体层于未掺杂半导体层上。
依据本发明的再一实施例，上述的电流阻障结构包含一镁掺杂的半导体层，且此镁掺杂的半导体层为p型，第一电性半导体层为n型，第二电性半导体层为p型。在一例子中，上述形成电流阻障结构的步骤还包含形成一轻掺杂半导体层或另一第一电性半导体层于未掺杂半导体层上。
本发明通过电流阻障层的设置，可顺利串联数个小型发光结构而形成较大型的发光二极管元件。因此，可解决大芯片尺寸的电流分布不均的问题，并可利用小电流驱动的方式，来避免大电流驱动所造成的效率骤降效应。
此外，本发明可通过预设的蚀刻终止层，使蚀刻停在此蚀刻终止层，而无需完全蚀穿未掺杂半导体层。因此，运用本发明，不仅可精准控制蚀刻深度，更可缩短蚀刻制作工艺的时间，进而可降低设备需求，减少制作成本。
再者，本发明可使用包含未掺杂的氮化铝镓层或超晶格结构的电流阻障层，而含未掺杂的氮化铝镓层或超晶格结构可做为半导体层外延时的错排的阻障层。因此，可提高后续成长的半导体层的外延品质。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1A为一种传统发光二极管芯片的上视图；
图1B为一种传统发光二极管芯片的上视图；
图1C为一种传统发光二极管芯片的上视图；
图2为一种传统发光二极管模块的剖面示意图；
图3A至图3F为本发明的一实施方式的一种发光二极管元件的制作工艺剖视图；
图4为本发明的另一实施方式的一种发光二极管元件的上视示意图。
主要元件符号说明
100：发光二极管芯片 102：n型接触电极
104：p型接触电极 110：发光二极管芯片
112：n型接触电极 114：p型接触电极
116：导电分支 120：发光二极管芯片
122：n型接触电极 124：p型接触电极
126：导电分支 128：导电分支
130：发光二极管模块 132：发光二极管芯片
134：发光二极管芯片 136：n型接触电极
138：p型接触电极 140：沟槽
142：绝缘材料 144：导线
146：基板 200：基板
202：表面 204：未掺杂半导体层
206：轻掺杂半导体层 208：电流阻障层
210a：第一电性半导体材料层 210b：第一电性半导体层
212a：有源材料层 212b：有源层
214a：第二电性半导体材料层 214b：第二电性半导体层
216：沟槽 218：部分
220：透明导电层 222：电极
224：电极 226：绝缘保护层
228：分离沟槽 230a：发光结构
230b：发光结构 230c：发光结构
230d：发光结构 230e：发光结构
232：部分 234：绝缘间隙壁
236：导线 238：发光二极管元件
238a：发光二极管元件 240：导线
242：导线 244：第二电性电极
246：第一电性电极
具体实施方式
请先参照图3F，其是绘示依照本发明的一实施方式的一种发光二极管元件的剖视图。在此实施方式中，发光二极管元件238主要包含基板200、未掺杂半导体层204、轻掺杂半导体层206与电流阻障层208所构成的电流阻障结构、以及分离地设于电流阻障结构上的数个发光结构230a、230b与230c。其中，发光结构230a、230b与230c的任相邻二者之间均设有绝缘间隙壁234，以利电性隔离相邻的发光结构230a、230b与230c。发光二极管元件238还包含数个导线236，以电性串联这些发光结构230a、230b与230c。因此，发光二极管元件238相当于利用数个小芯片尺寸的发光二极管芯片串联的结构，可解决大尺寸发光二极管芯片的电流分布不均的问题，并可利用小电流驱动的方式，来避免大电流驱动所造成的效率骤降效应。
请参照图3A至图3F，其是绘示依照本发明的一实施方式的一种发光二极管元件的制作工艺剖视图。在本实施方式中，制作发光二极管元件时，先提供基板200，以供外延层成长于其表面202上。在一实施例中，基板200可为蓝宝石。
接下来，如图3A所示，利用例如金属有机化学气相沉积(Metal-organicChemical Vapor Deposition；MOCVD)、分子束外延(Molecular Beam Epitaxy)或其他外延技术，来依序成长未掺杂半导体层204、轻掺杂半导体层206、电流阻障层208、第一电性半导体材料层210a、有源材料层212a与第二电性半导体材料层214a于基板200的表面202上。在本发明中，第一电性与第二电性为不同的电性。例如，第一电性与第二电性的其中一者为n型，另一者则为p型。在本示范实施例中，第一电性为n型，第二电性为p型。
在一实施例中，未掺杂半导体层204、轻掺杂半导体层206、第一电性半导体材料层210a、有源材料层212a与第二电性半导体材料层214a的材料可为氮化物系列的半导体材料，例如为氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)与氮化铟铝(AlInN)等半导体材料。有源材料层可例如为包含多重量子阱(Multiple Quantum Well；MQW)的结构。轻掺杂半导体层206与第一电性半导体材料层210a的材料可例如为硅掺杂的半导体材料。在一例子中，轻掺杂半导体层206的掺杂浓度的范围可例如从约8×1016cm-3至约8×1017cm-3，而第一电性半导体材料层210a的掺杂浓度的范围可例如从约5×1018cm-3至约2×1019cm-3。
在一示范实施例中，轻掺杂半导体层206可直接做为发光二极管元件的电流阻障结构，因此在这样的实施例中，可无需额外形成电流阻障层208。此时，轻掺杂半导体层206较佳是具有较薄的厚度。在一些例子中，轻掺杂半导体层206的厚度范围较佳可例如从0.01μm至3μm，更佳可例如为0.1μm至1μm。在此实施例中，通过降低轻掺杂半导体层206的掺杂浓度与厚度，可提高此轻掺杂半导体层206的电阻值，由此使得驱动电流不会流经此轻掺杂半导体层206。如此一来，可避免相邻的发光结构通过此轻掺杂半导体层206而电性导通。在此示范实施例中，轻掺杂半导体层206也可做为后续分离沟槽的蚀刻时的蚀刻终止层。
而在另一示范实施例中，电流阻障层208可直接做为发光二极管元件的电流阻障结构，此时，可无需额外形成轻掺杂半导体层206。也就是说，在发光二极管元件中，可仅包含轻掺杂半导体层206与电流阻障层208的至少一者。当然，如图3A所示，在此实施方式中，发光二极管元件的电流阻障结构可同时包含轻掺杂半导体层206与电流阻障层208。值得注意的是，可以另一第一电性半导体层来取代同时包含轻掺杂半导体层206与电流阻障层208的电流阻障结构中的轻掺杂半导体层206。在一些例子中，轻掺杂半导体层206或另一第一电性半导体层的厚度范围较佳可例如从0.01μm至3μm，更佳可例如为0.1μm至1μm。
在一实施例中，第一电性半导体材料层210a、有源材料层212a与第二电性半导体材料层214a的材料为氮化物半导体材料，且电流阻障层208可包含未掺杂的氮化铝镓层。由于铝为高能障材料，因此以未掺杂的氮化铝镓来做为电流阻障层208的材料可有效避免驱动电流经由此未掺杂的氮化铝镓层而流经下方的未掺杂半导体层204。此外，由于未掺杂的氮化铝镓与下层的未掺杂半导体层204的材料的晶格有所差异，因此可阻挡下层未掺杂半导体层204的外延缺陷继续向上延伸，而可提高上方外延层的品质。在此实施例中，电流阻障层208也可做为后续分离沟槽的蚀刻时的蚀刻终止层。
在另一实施例中，电流阻障层208可包含超晶格结构。此超晶格结构可例如为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N与Alx2Iny2Ga1-x2-y2N所构成的交错堆叠结构，其中x1＞x2。在一例子中，此超晶格结构可由多个氮化铝镓/氮化镓堆叠结构所堆叠而成。在另一例子中，此超晶格结构可由多个氮化铟镓/氮化镓堆叠结构所堆叠而成。在此实施例中，电流阻障层208也可做为后续分离沟槽的蚀刻时的蚀刻终止层。
在又一实施例中，在第一电性半导体材料层210a为n型，而第二电性半导体材料层214a为p型时，电流阻障层208可包含镁掺杂的半导体层，其中此镁掺杂的半导体层为p型。因此，在此实施例中，第一电性半导体材料层210a与电流阻障层208可形成一个反向二极管架构。而此反向二极管架构可提供电流阻障，以避免相邻的发光结构通过此电流阻障层208而电性导通。在此实施例中，电流阻障层208也可做为后续分离沟槽的蚀刻时的蚀刻终止层。在一例子中，第一电性半导体材料层210a、有源材料层212a与第二电性半导体材料层214a的材料可为氮化物半导体材料，而此镁掺杂的半导体层的材料为镁掺杂的氮化物半导体材料。
接着，利用例如光刻与蚀刻方式，进行发光结构的平台图案定义。在此平台图案定义步骤中，移除了部分的第二电性半导体材料层214a与部分的有源材料层212a，而形成数个沟槽216，并暴露出下方的第一电性半导体材料层210a的一部分218。如图3B所示，经此平台图案定义步骤后，遭局部移除的第二电性半导体材料层214a与有源材料层212a分别形成了数个有源层212b与第二电性半导体层214b。在一例子中，此平台图案定义步骤并未移除部分的第一电性半导体材料层210a。然而，在另一些例子中，为确定蚀刻步骤已经完全将沟槽216中的有源材料层212a给移除，平台图案定义步骤通常会移除第一电性半导体材料层210a的上部，如图3B所示。
值得注意的是，在图3B所示的实施例中，主要仅以两个发光结构来做为图示的实施例，然在实际应用上，一个发光二极管元件可包含两个以上的发光结构。本发明的范围并不限于图3A至图3B所示的实施例。
完成发光结构的平台定义后，可依产品需求，选择性地利用例如物理气相沉积(PVD)或电子束蒸镀(Electron Beam Evaporation)技术，沉积一层透明导电材料层覆盖在暴露出的第二电性半导体层214b、有源层212b与第一电性半导体材料层210a上。再利用例如光刻与蚀刻技术，移除多余的透明导电材料层，以在每个第二电性半导体层214b上形成透明导电层(TransparentConductive Layer；TCL)220。透明导电层220的材料可例如为氧化铟锡(ITO)或氧化锌(ZnO)等。在一些例子中，可选择性地利用例如高温烤炉，进行回火制作工艺，用于提高透明导电层220的透明度与导电度。
接下来，利用例如光刻与浮离(lift-off)制作工艺、或光刻与蚀刻制作工艺，形成数个电极222位于沟槽216所暴露出的第一电性半导体材料层210a的一部分上、以及数个电极224位于第二电性半导体层214b上的透明导电层220的一部分上。其中，每个电极222可至少对应于一电极224。在一实施例中，发光二极管元件并未包含透明导电层220时，电极224可直接形成在第二电性半导体层214b上。电极222与224的材料可选用与接触表面，即第一电性半导体材料层210a与透明导电层220，可形成良好欧姆接触的金属材料，例如镍/金(Ni/Au)、铬/金(Cr/Au)、钛钨合金/钛(TiW/Ti)等。
接着，可依产品需求，选择性地形成一层绝缘保护材料覆盖在暴露出的透明导电层220、第二电性半导体层214b、有源层212b、第一电性半导体材料层210a、电极222与224上。再利用例如光刻与蚀刻技术，移除多余的绝缘保护材料，以暴露出电极222与224、以及沟槽216中的第一电性半导体材料层210a的一部分，而形成数个绝缘保护层226。如图3D所示，这些绝缘保护层226保护住电极224与对应的电极222之间的透明导电层220、第二电性半导体层214b、有源层212b与第一电性半导体材料层210a。在一些例子中，绝缘保护层226的材料可例如为二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN3)。
接下来，可利用干蚀刻，例如感应耦合等离子体(ICP)蚀刻，移除第一电性半导体材料层210a的暴露部分218的一部分，以在第一电性半导体材料层210a与电流阻障层208中形成多个分离沟槽228、以及由分离沟槽228所分隔的数个发光结构230a、230b与230c。因此，这些发光结构230a、230b与230c分离地位于电流阻障结构208上。而遭局部移除的第一电性半导体材料层210a形成了数个第一电性半导体层210b。
在每个发光结构中，例如图3E所示的发光结构230a与230b中，有源层212b与第二电性半导体层214b依序堆叠在部分的第一电性半导体层210b上。此外，这些发光结构230a与230b可相当于小型发光二极管芯片的发光结构。
在一实施方式中，当电流阻障结构仅包含轻掺杂半导体层206时，蚀刻分离沟槽228的过程中，可以利用轻掺杂半导体层206做为蚀刻终止层，而使蚀刻停在轻掺杂半导体层206。因此，在分离沟槽228中，轻掺杂半导体层206并未遭到完全蚀刻移除，仍有部分的轻掺杂半导体层206留下。为避免相邻的发光结构通过轻掺杂半导体层206而电性导通，可降低轻掺杂半导体层206的掺杂浓度与厚度，来提高此轻掺杂半导体层206的电阻值。
在另一实施方式中，当电流阻障结构同时包含轻掺杂半导体层206与电流阻障层208时，蚀刻分离沟槽228的过程中，可以利用电流阻障层208或轻掺杂半导体层206做为蚀刻终止层，而使蚀刻停在电流阻障层208或轻掺杂半导体层206。因此，在一实施例中，如图3E所示，分离沟槽228中，电流阻障层208完全遭到移除而暴露出轻掺杂半导体层206的一部分232，但轻掺杂半导体层206并未遭到蚀刻。在另一实施例中，分离沟槽228中，电流阻障层208完全遭到移除，而轻掺杂半导体层206遭到部分移除，但仍有部分的轻掺杂半导体层206留下。在又一实施例中，分离沟槽228中，电流阻障层208仅遭到部分移除，而未暴露出部分的轻掺杂半导体层206。此时，残留在分离沟槽228底部的电流阻障层208并不会影响元件的特性。
在本发明中，电流阻障层208的材料为未掺杂氮化铝镓、超晶格结构或镁掺杂的半导体层时，由于这些材料层的厚度相当薄，例如未掺杂氮化铝镓层的厚度约从
至
超晶格结构的厚度约从
至
以及镁掺杂的半导体层的厚度约从
至
因此，在形成分离沟槽228时，分离沟槽228中的未掺杂氮化铝镓层、超晶格结构与镁掺杂的半导体层相当容易被完全蚀刻掉。
在一较佳实施例中，采用感应耦合等离子体蚀刻方式来形成分离沟槽228时，利用感应耦合等离子体蚀刻机可侦测蚀刻反应物的机制，因而可由此来控制蚀刻深度。举例而言，电流阻障层208的材料为未掺杂氮化铝镓或者为氮化铝镓/氮化镓的超晶格结构时，感应耦合等离子体蚀刻机在蚀刻期间若侦测到反应生成物中含有铝原子，则表示已经蚀刻到电流阻障层208；又例如当电流阻障层208的材料为镁掺杂的半导体层时，感应耦合等离子体蚀刻机在蚀刻期间若侦测到反应生成物中含有镁原子，则表示已经蚀刻到电流阻障层208。当蚀刻至电流阻障层208后，此时可再设定蚀刻一预设时间来做为蚀刻终点，以避免分离沟槽228中的第一电性半导体材料层210a未完全蚀刻完。
完成分离沟槽228的制作后，在分离沟槽228中填入绝缘材料。举例而言，利用涂布方式在分离沟槽228中填入绝缘材料，例如绝缘光致抗蚀剂材料，再利用光刻制作工艺移除多余的绝缘光致抗蚀剂材料，而在相邻的发光结构230a与230b、以及发光结构230b与230c之间的这些分离沟槽228中形成绝缘间隙壁234。
然后，利用例如物理气相沉积与光刻蚀刻的方式，形成数个导线236来电连接这些发光结构230a、230b与230c，而大致完成发光二极管元件238的制作。导线236的材料可选用高导电材料，例如铝、铜、金与银等。如图3F所示，这些导线236分别连接相邻的发光结构230a的电极222与发光结构230b的电极224、相邻的发光结构230b的电极222与发光结构230c的电极224，以将这些发光结构230a、230b与230c予以串联。
请参照图4，其是绘示依照本发明的另一实施方式的一种发光二极管元件的上视示意图。发光二极管元件238a包含四个等同于小型发光二极管芯片的发光结构230a、230b、230d与230e。外部电源的第二电性电极244利用导线240而与发光结构230a的电极224电连接；发光结构230a的电极222经由导线236而与下一发光结构230b的电极224电连接；发光结构230b的电极222经由导线236而与下一发光结构230d的电极224电连接；接着，发光结构230d的电极222经由导线236而与下一发光结构230e的电极224电连接；最后，发光结构230e的电极222利用导线242而与外部电源的第一电性电极246电连接。因此，发光二极管元件238a包含四个串联的发光结构230a、230b、230d与230e。
由上述的实施方式可知，本发明的一优点就是因为本发明的发光二极管元件包含数个串联的小型发光结构，因此可解决大芯片尺寸的电流分布不均的问题，并可利用小电流驱动的方式，来避免大电流驱动所造成的效率骤降效应。
由上述的实施方式可知，本发明的另一优点就是因为本发明的发光二极管元件设有电流阻障层，可在发光二极管元件运转时，有效避免电流经由下方的未掺杂半导体层，而可确保发光二极管的有效运转。
由上述的实施方式可知，本发明的又一优点就是因为本发明的发光二极管元件的制造方法可通过预设的蚀刻终止层，使蚀刻停在此蚀刻终止层，而无需完全蚀穿未掺杂半导体层。因此，不仅可缩短蚀刻制作工艺的时间，更可精准控制蚀刻深度。
由上述的实施方式可知，本发明的再一优点就是因为本发明的发光二极管元件的制造方法可缩减蚀刻时间，因此可降低设备需求，减少制作成本。
由上述的实施方式可知，本发明的再一优点就是因为电流阻障层可包含未掺杂的氮化铝镓层或超晶格结构，而含未掺杂的氮化铝镓层或超晶格结构可做为半导体层外延时的错排的阻障层。因此，本发明的发光二极管元件的制造方法可提高后续成长的半导体层的外延品质。
虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何在此技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，应可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应视附上的权利要求所界定的为准。
Claims (24)
1.一种发光二极管元件，包含：
基板；
未掺杂半导体层，设于该基板上；
电流阻障结构，设于该未掺杂半导体层上；
多个发光结构，分离地设于该电流阻障结构上，其中每一该些发光结构包含：
第一电性半导体层；
有源层，位于部分的该第一电性半导体层上；
第二电性半导体层，位于该有源层上，其中该第一电性半导体层与该第二电性半导体层的电性不同；以及
第一电极与一第二电极，分别位于该第一电性半导体层的另一部分上与该第二电性半导体层上；
多个绝缘间隙壁，分别位于相邻的该些发光结构之间；以及
多个导线，分别连接依序相邻的该些发光结构中之一者的该第一电极与另一者的该第二电极。
2.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该电流阻障结构包含一轻掺杂半导体层，且该轻掺杂半导体层的掺杂浓度的范围从8×1016cm-3至8×1017cm-3。
3.如权利要求2所述的发光二极管元件，其中该轻掺杂半导体层的厚度范围从0.01μm至3μm。
4.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该第一电性半导体层、该有源层与该第二电性半导体层的材料为氮化物半导体材料，且该电流阻障结构包含一未掺杂氮化铝镓层。
5.如权利要求4所述的发光二极管元件，其中该电流阻障结构还包含一轻掺杂半导体层或另一第一电性半导体层，介于该未掺杂氮化铝镓层与该未掺杂半导体层之间。
6.如权利要求5所述的发光二极管元件，其中该轻掺杂半导体层或该另一第一电性半导体层的厚度范围从0.01μm至3μm。
7.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该电流阻障结构包含一超晶格结构。
8.如权利要求7所述的发光二极管元件，其中该超晶格结构为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N与Alx2Iny2Ga1-x2-y2N交错堆叠结构，且x1＞x2。
9.如权利要求7所述的发光二极管元件，其中该电流阻障结构还包含一轻掺杂半导体层或另一第一电性半导体层，介于该超晶格结构与该未掺杂半导体层之间。
10.如权利要求9所述的发光二极管元件，其中该轻掺杂半导体层或该另一第一电性半导体层的厚度范围从0.01μm至3μm。
11.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该电流阻障结构包含一镁掺杂的半导体层，且该第一电性半导体层为n型，该第二电性半导体层为p型。
12.如权利要求11所述的发光二极管元件，其中该第一电性半导体层、该有源层与该第二电性半导体层的材料为氮化物半导体材料，该镁掺杂的半导体层的材料为镁掺杂的氮化物半导体材料。
13.如权利要求11所述的发光二极管元件，其中该电流阻障结构还包含一轻掺杂半导体层或另一第一电性半导体层，介于该镁掺杂的半导体层与该未掺杂半导体层之间。
14.一种发光二极管元件的制造方法，包含：
提供一基板；
形成一未掺杂半导体层于该基板上；
形成一电流阻障结构于该未掺杂半导体层上；
形成多个发光结构，其中该些发光结构分离地位于该电流阻障结构上，其中每一该些发光结构包含：
第一电性半导体层；
有源层，位于部分的该第一电性半导体层上；
第二电性半导体层，位于该有源层上，其中该第一电性半导体层与该第二电性半导体层的电性不同；以及
第一电极与一第二电极，分别位于该第一电性半导体层的另一部分上与该第二电性半导体层上；
形成多个绝缘间隙壁分别位于相邻的该些发光结构之间；以及
形成多个导线分别连接依序相邻的该些发光结构中之一者的该第一电极与另一者的该第二电极。
15.如权利要求14所述的发光二极管元件的制造方法，其中形成该些发光结构的步骤包含：
形成依序堆叠在该电流阻障结构上的一第一电性半导体材料层、一有源材料层与一第二电性半导体材料层；
移除部分的该第二电性半导体材料层与部分的该有源材料层，以暴露出部分的该第一电性半导体材料层，并形成该些有源层与该些第二电性半导体层；
形成该些第一电极与该些第二电极；以及
移除该第一电性半导体材料层的该暴露部分的一部分，以在该第一电性半导体材料层与该电流阻障结构中形成多个分离沟槽，而形成该些第一电性半导体层。
16.如权利要求14所述的发光二极管元件的制造方法，其中该电流阻障结构包含一轻掺杂半导体层，且该轻掺杂半导体层的掺杂浓度的范围从8×1016cm-3至8×1017cm-3。
17.如权利要求16所述的发光二极管元件的制造方法，其中该轻掺杂半导体层的厚度范围从0.01μm至3μm。
18.如权利要求14所述的发光二极管元件的制造方法，其中该第一电性半导体层、该有源层与该第二电性半导体层的材料为氮化物半导体材料，且该电流阻障结构包含一未掺杂氮化铝镓层。
19.如权利要求18所述的发光二极管元件的制造方法，其中形成该电流阻障结构的步骤还包含形成一轻掺杂半导体层或另一第一电性半导体层于该未掺杂半导体层上。
20.如权利要求19所述的发光二极管元件的制造方法，其中该轻掺杂半导体层或该另一第一电性半导体层的厚度范围从0.01μm至3μm。
21.如权利要求14所述的发光二极管元件的制造方法，其中该电流阻障结构包含一超晶格结构。
22.如权利要求21所述的发光二极管元件的制造方法，其中形成该电流阻障结构的步骤还包含形成一轻掺杂半导体层或另一第一电性半导体层于该未掺杂半导体层上。
23.如权利要求14所述的发光二极管元件的制造方法，其中该电流阻障结构包含一镁掺杂的半导体层，且该镁掺杂的半导体层为p型，该第一电性半导体层为n型，该第二电性半导体层为p型。
24.如权利要求23所述的发光二极管元件的制造方法，其中形成该电流阻障结构的步骤还包含形成一轻掺杂半导体层或另一第一电性半导体层于该未掺杂半导体层上。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120919 |