CN103035808A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，其包括：一基板、一外延结构、一透明导电部以及一绝缘层。外延结构设于该基板上，且外延结构还包括一第一型半导体层、一发光层以及一第二型半导体层。上述的发光层设于第一型半导体层之上，而上述的第二型半导体层设于发光层之上。透明导电部设于外延结构之上，且该透明导电部包覆该外延结构，且透明导电部具有一开口，以曝露第一型半导体层。该绝缘层设于该透明导电部与该外延结构的侧壁间。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，尤其是涉及一种发光效率较佳且发光面积较大的发光二极管及其制造方法。
背景技术
发光二极管由一种具有同质结构(Homostructure)、单异质结构(SingleHeterostructure)、双异质结构(Double Heterostructure，DH)或是多重量子井(Multiple Quantum Well，MQW)结构所堆叠而成的外延结构，其能自然放射出不同波长的光线的p-n接面二极管。由于发光二极管具有低耗电量、低发热量、操作寿命长、耐撞击、体积小、反应速度快以及可发出稳定波长的色光等优点，因此，常应用于显示器与照明等领域。
图1显示传统的水平式发光二极管示意图。如图1所示，发光二极管1包括一基板101、一N型半导体层102、一发光层103、一P型半导体层104、一透明导电层105、一第一电极106以及一第二电极107。发光二极管通过第一电极106与第二电极107之间电流的流动，而使得电子与空穴在发光层103复合而发光，且传统的水平式发光二极管1的第二电极107设置于N型半导体层102的表面上，所以需要移除第二电极107所在位置的P型半导体层10、发光层103与部分N型半导体层102，由于发光层103的移除造成此区域无法发光，且第二电极107会阻挡及吸收发光二极管1所发出的侧向出光而造成光损失，进而使发光二极管的整体发光效率不佳且发光不均匀。
鉴于传统的发光二极管并无法有效提供较佳的发光效率与发光面积以及减少光损失，因此，需要提出一种新颖的发光二极管，可用于提高发光效率并减少光损失。
发明内容
鉴述上述，本发明的目的在于提供一种发光二极管，可将第一与第二电极设于不同侧，以减少吸光所造成的光损失，进而提升发光二极管的发光效率。
本发明提供一种发光二极管，其具有较大的发光面积，以提升发光二极管的发光效率。
在一实施例中，本发明提供一种发光二极管，包括：一基板、一外延结构、一透明导电部以及一绝缘层。该外延结构设于该基板上且该外延结构包括一第一型半导体层、一发光层以及一第二型半导体层。该发光层设于第一型半导体层上，而该第二型半导体层设于该发光层上。该透明导电部设于该外延结构之上，且该透明导电部包覆该外延结构，且该透明导电部具有一开口，以曝露该第一型半导体层。该绝缘层设于该透明导电部与该外延结构的侧壁间。
在另一实施例中，本发明提供一种发光二极管的制造方法，其步骤包括：首先，提供一基板，并形成一外延结构于该基板之上，再将该外延结构蚀刻成多个子外延结构，且每一个子外延结构间具有多个隔离沟槽，且每一个子外延结构个别包含一第一型半导体层、设于该第一型半导体层之上的一发光层与设于该发光层之上的一第二型半导体层。接着，沉积绝缘材料于该多个子外延结构，并移除该每一子外延结构的顶部表面的该绝缘材料以及位于多个隔离沟槽间的部分的该绝缘材料，进而使该每一子外延结构的至少一侧面被一绝缘层所覆盖。接着，沉积一第一透明导电材料于该每一子外延结构，以形成一第一透明导电层以及于该每一个子外延结构个别形成一开口，以曝露该第一型半导体层。
为进一步对本发明有更深入的说明，通过以下图示、图号说明及发明详细说明，冀能对贵审查委员于审查工作有所助益。
附图说明
图1为传统的发光二极管示意图；
图2为本发明的一实施例的发光二极管的剖面示意图；
图3A-图3G为本发明的一实施例的发光二极管的制作工艺方法。
主要元件符号说明
1、2、3 发光二极管
101、201、301 基板
102 N型半导体层
103、202b、303b 发光层
104 P型半导体层
105 透明导电层
106、204、306 第一电极
107、205、307 第二电极
202、302 外延结构
201a、301a 第一表面
201b、301b 第二表面
202a、303a 第一半导体层
202c、303c 第二半导体层
203、305 透明导电部
206、304 绝缘层
303 子外延结构
305a 第一透明导电层
305b 第二透明导电层
d 开口
g 隔离沟槽
S 间隔通道
具体实施方式
为使贵审查委员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，下文特将本发明的装置的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，以使得审查委员可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下：
图2显示根据本发明的一实施例的发光二极管2的剖面示意图。发光二极管2包括：一基板201、一外延结构202、一透明导电部203、一第一电极204以及一第二电极205。外延结构202设于该基板201上，且外延结构202还包括一第一型半导体层202a、一发光层202b以及一第二型半导体层202c。第一型半导体层202a形成并贴合于基板201上，发光层202b形成于第一型半导体层202a上，以及第二型半导体202c形成于发光层202b上。此外，第一型半导体层202a与第二型半导体层202c电性相反，例如，第一型半导体层202a为N型半导体层，而第二型半导体层202c为P型半导体。或者是，第一型半导体层202a为P型半导体层，而第二型半导体层202c为N型半导体。透明导电部203设于外延结构202之上，且包覆外延结构202与基板201。透明导电部203上具有一开口d，以曝露第一型半导体层202a。上述的开口d可贯穿透明导电部203、第二型半导体层202c与发光层202b，以曝露第一型半导体层202a的部分区域，且在第一型半导体层202a的部分区域上形成一第一电极204，且可通过电镀、蒸镀、溅镀或沉积等方式先形成金属层，再应用一光刻蚀刻制作工艺，将第一电极204形成于第一型半导体层202a上，且较佳地，该开口的位置可设于外延结构202的中央。发光二极管2还包括一绝缘层206，且绝缘层206设置于透明导电部203与外延结构202的侧壁之间，而绝缘层206的材料可为氧化硅(SiOx)、氮化镓(Ga3N4)、氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)或氮化铝(AlN)。发光二极管2还包括一第二电极205，且可应用电镀、蒸镀、溅镀或沉积等方式先形成金属层，再通过光刻蚀刻制作工艺形成第二电极205于透明导电部203上。第二电极205相对于开口d与第一电极204，且第二电极205与第一电极204的电性相反，例如，第一电极204为N型，而第二电极205为P型。或者是，第一电极204为P型，而第二电极205为N型。
此外，该基板还包括一第一表面201a与一第二表面201b，且外延结构202形成第一表面201a上，而第二电极205位于第二表面201b，且第二表面201b与第二电极体205间具有透明导电部203。另外，于本实施例，该外延结构202可由同质结构、单异质结构、双异质结构、多重量子井结构或上述的任意组合所堆叠而成。再者，于本实施例，基板201的材料可为蓝宝石(sapphire)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)或氮化镓铝(GaAlN)或其由其他绝缘材料所构成的基板，第一型半导体层202a与第二型半导体层202c的材料可为氮化镓(GaN)或氮化铝镓(AlGaN)，该透明导电部203的材料可为氧化铟锡(ITO)、氧化锌镓(GZO)、铟锌氧化物(IZO)或氧化锌(ZnO)等透明且可导电的材料，而该绝缘层206的材料为氧化硅(SiOx)、氮化镓(Ga3N4)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)、氧化钛(TiO2)或氮化铝(AlN)。
图3A-图3G显示根据本发明的一实施例的发光二极管的制作工艺方法。首先，提供一基板301并形成一外延结构302于基板301之上(如图3A所示)。接着，应用电感耦合等离子体蚀刻(Inductively coupled plasma etching，ICPetching)的方式，将外延结构302蚀刻成多个子外延结构303，且每一个子外延结构303间具有多个隔离沟槽g，且每一个子外延结构303个别包含一第一型半导体层303a、一发光层303b以及一第二型半导体层303c(如图3B所示)。第一型半导体层303a形成并贴合于基板301上，发光层303b形成于第一型半导体层303a上，以及第二型半导体303c形成于发光层303b上。
此外，第一型半导体层303a与第二型半导体层303c电性相反，例如，第一型半导体层303a为N型半导体层，而第二型半导体层303c为P型半导体。或者是，第一型半导体层303a为P型半导体层，而第二型半导体层303c为N型半导体。接着，沉积绝缘材料于该多个子外延结构303，使得绝缘材料完整覆盖子外延结构303。(如图3C所示)，接着移除该每一个子外延结构的顶部表面的该绝缘材料以及位于隔离沟槽g间的部分的绝缘材料，而形成间隔通道S，以使该每一个子外延结构的至少一侧面被一绝缘层304所覆盖(如图3D所示)，然后，沉积一第一透明导电材料于该每一个子外延结构，以形成一第一透明导电层305a(如图3E所示)。
接着，利用光刻与蚀刻将每一个子外延结构303的特定部分区域的第一透明导电层305a、第二型半导体层303c、发光层303b移除，以个别形成一开口d，进而曝露第一型半导体层303a的部分区域(如图3F所示)，并且于曝露的第一半导体层303a的部分区域的表面上，应用电镀、蒸镀、溅镀或沉积等方式先形成金属层，再应用光刻蚀刻制作工艺，将一第一电极306形成于第一半导体层303a上。通常为了确定完全移除发光层303b，以暴露出第一型半导体层303a，在制作工艺上通常也会移除部分的第一型半导体层303a以确认会暴露出第一型半导体层303a。接着，对基板301进行切割与研磨，以分离每一个子外延结构，再对该基板经切割后的基板侧部与相对于外延结构的基板底部沉积一第二透明导电材料，以形成一第二透明导电层305b，且该形成于基板侧部与底部的第二透明导电层305b与图3F中包覆外延结构的第一透明导电层305a结构上互相连接且电连接，进而形成除了开口d所在区域外完整包覆整个发光二极管的一透明导电部305(如图3G所示)。然后应用电镀、蒸镀、溅镀或沉积的方式，于基板301的底部形成一第二电极307(如图3G所示)。第二电极307相对于开口d与第一电极306，且第二电极307与第一电极306的电性相反，例如，第一电极306为N型，而第二电极307为P型。或者是，第一电极306为P型，而第二电极307为N型。
此外，该基板还包括一第一表面301a与一第二表面301b，且外延结构302形成第一表面301a上，而第二电极307位于第二表面301b，且第二表面301b与第二电极307间具有第二透明导电层305b。另外，于本实施例，外延结构302可由同质结构、单异质结构、双异质结构、多重量子井结构或上述的任意组合所堆叠而成。此外，于本实施例，基板301的材料可为蓝宝石(sapphire)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)或氮化镓铝(GaAlN)或其由其他绝缘材料所构成的基板，第一型半导体层303a与第二型半导体层303c的材料可为氮化镓(GaN)或氮化铝镓(AlGaN)，该第一透明导电层305a与第二透明导电层305b可以为相同材料所构成，例如可为氧化铟锡(ITO)、氧化锌镓(GZO)、铟锌氧化物(IZO)或氧化锌(ZnO)等透明且可导电的材料，而该绝缘层304的材料为氧化硅(SiOx)、氮化镓(Ga3N4)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)、氧化钛(TiO2)或氮化铝(AlN)。
以上所述的仅为本发明的范例实施态样，不能以之限定本发明所实施的范围。即凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内，谨请贵审查委员明鉴，并祈惠准，是所至祷。
Claims (18)
1.一种发光二极管，包括：
基板；
外延结构，设于该基板上，且该外延结构还包括：
第一型半导体层；
发光层，设于该第一型半导体之上；以及
第二型半导体层，设置于该发光层之上；
透明导电部，设于该外延结构之上，且该透明导电部包覆该外延结构，且具有一开口，以曝露该第一型半导体层；以及
绝缘层，设于该透明导电部与该外延结构的侧壁间。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其中该第一型半导体层与该第二型半导体层的电性相反。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其中该开口贯穿该透明导电部与发光层，以在该第一型半导体层上形成一第一电极。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其中该透明导电部包覆该绝缘层与该基板。
5.如权利要求4所述的发光二极管，还包括：
第二电极，形成于该透明导电部上，且相对应于该开口。
6.如权利要求5所述的发光二极管的制造方法，其中应用电镀、蒸镀、溅镀或沉积的方式，以形成该第一电极与第二电极。
7.如权利要求5所述的发光二极管，其中该基板还包括第一表面与第二表面，且该外延结构形成于该第一表面，而该第二电极位于该第二表面。
8.如权利要求1所述的发光二极管，其中该基板的材料包括蓝宝石、氮化镓、氮化铝或氮化镓铝。
9.如权利要求1所述的发光二极管，其中该第一型半导体层与该第二型半导体层的材料为氮化镓或氮化铝镓。
10.如权利要求1所述的发光二极管，其中该透明导电层的材料为氧化铟锡、铟锌氧化物、氧化锌镓或氧化锌。
11.如权利要求1所述的发光二极管，其中该绝缘层的材料为氧化硅、氮化镓、氧化钛、氧化铝、氮化硅或氮化铝。
12.一种发光二极管的制造方法，包括：
提供一基板，并形成一外延结构于该基板之上；
将该外延结构蚀刻成多个子外延结构，且每一个子外延结构间具有多个隔离沟槽，且每一个子外延结构个别包含一第一型半导体层、设于该第一型半导体层之上的一发光层与设于该发光层之上的一第二型半导体层；
沉积绝缘材料覆盖于该多个子外延结构；
移除该每一子外延结构的顶部表面的该绝缘材料以及位于多个隔离沟槽间的部分的该绝缘材料，以使该每一子外延结构的至少一侧面被一绝缘层所覆盖；
沉积一第一透明导电材料于该每一子外延结构，以形成一第一透明导电层；以及
于该每一个子外延结构个别形成一开口，以曝露该第一型半导体层。
13.如权利要求12所述的发光二极管的制造方法，其中该第一型半导体层与该第二型半导体层的电性相反。
14.如权利要求12所述的发光二极管的制造方法，其中该开口贯穿该第一透明导电层、该第二型半导体层与该发光层，以在该第一型半导体层上形成一第一电极。
15.如权利要求14所述的发光二极管的制造方法，其中其中应用电镀、蒸镀、溅镀或沉积的方式形成金属层于第一型半导体层上，然后应用一光刻蚀刻制作工艺，形成该第一电极于该第一型半导体层上。
16.如权利要求14所述的发光二极管的制造方法，还包括：
对该基板进行切割，以分离该每一个子外延结构；
再对该基板沉积一第二透明导电材料，以形成一第二透明导电层，使该第二透明导电层包覆该基板，且该第二透明导电层与该第一透明导电层电连接，进而形成一透明导电部；以及
形成一第二电极于该第二透明导电层上。
17.如权利要求16所述的发光二极管的制造方法，其中应用电镀、蒸镀、溅镀或沉积的方式，以形成该第二电极。
18.如权利要求16所述的发光二极管的制造方法，其中该基板还包括第一表面与第二表面，且该外延结构形成于该第一表面，而该第二电极位于该第二表面。
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