CN103094446A - 固态发光半导体元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种固态发光半导体元件，其包括基板、平台状外延堆叠结构、绝缘层、第一型电极以及第二型电极。平台状外延堆叠结构依序包括第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层，且平台状外延堆叠结构的中央具有一凹陷区，曝露出部分第一型半导体层。绝缘层覆盖平台状外延堆叠结构四周所裸露的第一型半导体层表面、平台状外延堆叠结构的侧壁以及部分第二型半导体层的表面。第一型电极位于凹陷区中的曝露的第一型半导体层上。第二型电极位于平台状外延堆叠结构四周的绝缘层上，使得第一型电极被第二型电极环绕。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体元件，且特别是涉及一种固态发光半导体元件。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)主要是通过电能转化为光能的方式发光。发光二极管的主要组成材料是半导体，其中含有带正电的空穴比率较高的称为P型半导体，含有带负电的电子比率较高的称为N型半导体。P型半导体与N型半导体相接处形成PN接面。在发光二极管的正极及负极两端施加电压时，电子将与空穴结合。电子与空穴结合后便以光的形式发出。
此外，发光二极管的出光强度与外加电流密度(current density)有关。一般而言，电流密度增加，出光强度则会增大。然而，要同时兼顾出光效率及电流扩散均匀并非容易，传统的做法是加长电极延伸以达到电流扩散均匀，但这却会导致发光面积减少使得出光强度降低。反之，若减少电极遮光面积来增加出光强度，却会造成电流扩散不均使得热集中效应加剧。因此，如何使电流密布均匀分布，又不会减少出光强度，实为业界发展的关键因素之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固态发光半导体元件，可使电极的遮光面积减少，又能将电流均匀扩散，进而增加发光半导体元件的出光强度。
为达上述目的，根据本发明的一方面，提出一种固态发光半导体元件，包括一基板、一平台状(mesa)外延堆叠结构、一绝缘层、一第一型电极以及一第二型电极。平台状外延堆叠结构形成于基板上。平台状外延堆叠结构从与基板接触端起算依序包括一第一型半导体层、一有源层以及一第二型半导体层，其中平台状外延堆叠结构的四周并有部分第一型半导体表面裸露，且平台状外延堆叠结构的中央具一凹陷区，曝露出部分第一型半导体层。绝缘层覆盖平台状外延堆叠结构四周所裸露的第一型半导体层表面、平台状外延堆叠结构的侧壁以及部分第二型半导体层的表面。第一型电极位于凹陷区中的曝露的第一型半导体层上。第二型电极位于平台状外延堆叠结构四周的绝缘层上，使得第一型电极被第二型电极环绕。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1为本发明一实施例的固态发光半导体元件的俯视示意图；
图2A为图1的固态发光半导体元件沿着A-A剖面线的剖面示意图；
图2B为图1的固态发光半导体元件沿着B-B剖面线的剖面示意图；
图2C为图1的固态发光半导体元件沿着C-C剖面线的剖面示意图；
图3A～图3D分别为图1的固态发光半导体元件沿着B-B剖面线的制作流程的示意图；
图4A～图4D分别为图1的固态发光半导体元件沿着C-C剖面线的制作流程的示意图。
主要元件符号说明
10：固态发光半导体元件
100：基板
110’：外延堆叠结构
110：平台状外延堆叠结构
111：凹陷区
112：第一型半导体层
113：侧壁
114：有源层
116：第二型半导体层
120：绝缘层
122：透明导电层
130：第一型电极
132：第一接垫
134：第一延伸部
136：端部
140：第二型电极
142：第二接垫
143：第二延伸部
144：第三延伸部
143a：第一延伸区段
143b：第二延伸区段
144a：第三延伸区段
144b：第四延伸区段
146a：第一手指部结构
146b：第二手指部结构
L1～L5：距离
D1～D5：方向
具体实施方式
本实施例的固态发光半导体元件，是利用狭长形的第一型电极以及环绕第一型电极周围的第二型电极来传输电流至平台状外延堆叠结构中，使电流均匀扩散，以改善电流拥挤或电流密度不均匀的现象，进而增加发光半导体元件的内部量子效率及提高出光效率。此外，第二型电极的遮光面积最小化，由此增加发光面积使得出光强度增加。
以下提出各种实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。
请参照图1及图2A～图2C，其中图1绘示依照本发明一实施例的固态发光半导体元件的俯视示意图，图2A绘示图1的固态发光半导体元件沿着A-A剖面线的剖面示意图，图2B绘示图1的固态发光半导体元件沿着B-B剖面线的剖面示意图，图2C绘示图1的固态发光半导体元件沿着C-C剖面线的剖面示意图。
固态发光半导体元件10包括一基板100、一平台状(mesa)外延堆叠结构110、一绝缘层120、一透明导电层122、一第一型电极130(参见图2A及图2B)以及一第二型电极140(参见图2C)。平台状外延堆叠结构110形成于基板100上。平台状外延堆叠结构110从与基板100接触端起算依序包括一第一型半导体层112、一有源层114以及一第二型半导体层116。第一型半导体层112可为N型半导体层，第二型半导体层116可为P型半导体层。但在另一实施例中，第一型半导体层112可为P型半导体层，而第二型半导体层116可为N型半导体层。有源层114包括有多量子井层。第一型半导体层112、有源层114以及第二型半导体层116的材质可由周期表IIIA族元素的氮化物所构成，例如是氮化铝、氮化镓或氮化铟镓等。因此，当施加电压于第一型半导体层112与第二型半导体层116时，有源层114中的电子将与空穴结合，再以光的形式发出。透明导电层122的材质是铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)。
在本实施例中，平台状外延堆叠结构110的四周有平台结构，以使部分第一型半导体层112表面裸露，且平台状外延堆叠结构110的中央具一凹陷区111(参见图2A及图2B)，曝露出部分第一型半导体层112。有关平台状外延堆叠结构110的制作流程，将以后续的图3A～图3B及图4A～图4B介绍。
此外，绝缘层120覆盖平台状外延堆叠结构110四周所裸露的第一型半导体层112的表面、平台状外延堆叠结构110的侧壁113以及部分第二型半导体层116的表面。绝缘层120可为含硅的氧化物(SiOx)或为含硅的氮化物(SiN x)，例如为二氧化硅或氮化硅等绝缘材料，以使第一型半导体层112、第二型半导体层116以及第二型电极140彼此电性绝缘。此外，更可配置一透明导电层122在第二型电极140与第二型半导体层116间，以使第二型电极140与第二型半导体层116电连接。有关绝缘层120、透明导电层122的制作流程，将以后续的图3C及图4C介绍。
在图2A及图2B中，第一型电极130位于凹陷区111中的曝露的第一型半导体层112上。此外，在图2C中，第二型电极140位于平台状外延堆叠结构110四周的绝缘层120上，使得第一型电极130被第二型电极140环绕。在一实施例中，第一型电极130可与打线接合的焊线(未绘示)电连接，而第二型电极140可与打线接合的另一焊线(未绘示)，以使固态发光半导体元件10可经由焊线所传输的电能激发而发光。有关第一型电极130与第二型电极140的制作流程，将以后续的图3D及图4D介绍。
请参照图1，第一型电极130包括一第一接垫132、一第一延伸部134以及一端部136。第一接垫132设置于凹陷区111中的曝露的第一型半导体层112上。第一延伸部134自该第一接垫132沿一第一方向D1延伸一第一距离L1。端部136设置于第一延伸部134的尾端，且端部136上的任一点的切线(未绘示)均与第一延伸部134相交。端部136例如是一线段、V形、弧形、抛物线、叉形、凹形、半圆形、曲型或几何形等。在本实施例中，端部136是由第一延伸部134的相对两侧向外延伸为一弧形。
此外，第二型电极140包括一第二接垫142、一第二延伸部143以及一第三延伸部144。在图2C中，第二接垫142设置于平台状外延堆叠结构110四周的绝缘层120上。在图1中，第二接垫142是位于第一延伸部134的延伸线上与第一端部136相对应之处。
在图1中，第二延伸部143包括有一第一延伸区段143a以及一第二延伸区段143b。第一延伸区段143a自第二接垫142沿一第二方向D2延伸一第二距离L2。第二延伸区段143b连接第一延伸区段143a并沿一第三方向D3延伸一第三距离L3。第三距离L3可大于第一距离L1。
在图1中，第三延伸部144包括有一第三延伸区段144a以及一第四延伸区段144b。第三延伸区段144a自第二接垫142沿一第四方向D4延伸一第四距离L4。第四延伸区段144b连接第三延伸区段144a并沿一第五方向D5延伸一第五距离L5。第三距离L3可大于第一距离L1。
在本实施例中，第三方向D3、第五方向D5可分别与第一方向D1彼此成180度反方向。第二方向D2、第四方向D4可彼此成180度反方向且与第三方向D3、第五方向D5互相垂直。因此，位于凹陷区111中的第一型电极130可被第二型电极140的第二延伸部143以及第三延伸部144环绕，以改善电流分布不均的问题，且第二型电极140的遮光面积相对地减少，进而增加发光半导体元件10的出光强度。
此外，为了使电流均匀分布，第二型电极140的第二延伸区段143b及第四延伸区段144b上更分别包括有多个第一手指部结构146a及第二手指部结构146b，朝第一型电极130方向延伸。在本实施例中，第一、第二手指部结构146a、146b可分别与第二、第四延伸区段143b、144b互相垂直。由于第一手指部结构146a及第二手指部结构146b呈分支状分布，因此电流可由各个分支端均匀地向内扩散，且分支状分布可使第二型电极140的遮光面积最小化，由此增加发光面积使得出光强度增加。
以下介绍固态发光半导体元件的制作方法。图3A～图3D分别绘示图1的固态发光半导体元件沿着B-B剖面线的制作流程的示意图。图4A～图4D分别绘示图1的固态发光半导体元件沿着C-C剖面线的制作流程的示意图。
请参照图3A及图4A，首先，形成由一第一型半导体层112、一有源层114以及一第二型半导体层116依序成长的一外延堆叠结构110’于基板100上。接着，在图3B及图4B中，进行非等向性蚀刻，以形成一平台状(mesa)外延堆叠结构110，其中平台状外延堆叠结构110的四周有部分第一型半导体层112表面裸露，且平台状外延堆叠结构110的中央具一凹陷区111，曝露出部分第一型半导体层112。接着，在图3C及图4C中，形成绝缘层120，以覆盖平台状外延堆叠结构110四周所裸露的第一型半导体层112表面、平台状外延堆叠结构110的侧壁113以及部分第二型半导体层116的表面。之后，形成一透明导电层122于未被绝缘层120覆盖的部分第二型半导体层116的表面。接着，在图3D及图4D中，形成一第一型电极130于凹陷区111中的曝露的第一型半导体层112上，以及形成一第二型电极140于平台状外延堆叠结构110四周的绝缘层120上，使得第一型电极130被第二型电极140环绕。由于位于凹陷区111中的第一型电极130可被第二型电极140环绕，因此可改善电流分布不均的问题，且第二型电极140的的遮光面积相对地减少，进而增加发光半导体元件的出光强度。
综上所述，虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (13)
1.一种固态发光半导体元件，包括：
基板；
平台状(mesa)外延堆叠结构，形成于该基板上，该平台状(mesa)外延堆叠结构从与该基板接触端起算依序包括第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层，其中该平台状(mesa)外延堆叠结构的四周并有部分该第一型半导体层表面裸露，且该平台状(mesa)外延堆叠结构的中央具有一凹陷区，曝露出部分该第一型半导体层；
绝缘层，覆盖该平台状外延堆叠结构四周所裸露的该第一型半导体层表面、该平台状外延堆叠结构的侧壁以及部分该第二型半导体层的表面；
第一型电极，位于该凹陷区中的曝露的该第一型半导体层上；以及
第二型电极，位于该平台状外延堆叠结构四周的该绝缘层上，使得该第一型电极被该第二型电极环绕。
2.如权利要求1所述的固态发光半导体元件，其中该第一型电极包括：
第一接垫，设置于该凹陷区中的曝露的该第一型半导体层上；
第一延伸部，自该第一接垫沿一第一方向延伸一第一距离；及
端部，设置于该第一延伸部的尾端。
3.如权利要求2所述的固态发光半导体元件，其中该第二型电极，包括：
第二接垫，设置于该平台状外延堆叠结构四周的该绝缘层上，且位于该第一延伸部的延伸线上与该第一端部相对应之处；
第二延伸部，其包括有第一延伸区段，自该第二接垫沿一第二方向延伸一第二距离，以及第二延伸区段，连接该第一延伸区段并沿一第三方向延伸一第三距离；以及
第三延伸部，其包括有第三延伸区段，自该第二接垫沿一第四方向延伸一第四距离，以及第四延伸区段，连接该第三延伸区段并沿一第五方向延伸一第五距离；
其中，该第三、第五方向与该第一方向彼此成180度反方向，而该第二、第四方向彼此成180度反方向且与该第三、第五方向互相垂直。
4.如权利要求3所述的固态发光半导体元件，其中该第二、第四延伸区段上还分别包括有多个第一、第二手指部结构，朝该第一型电极方向延伸。
5.如权利要求4所述的固态发光半导体元件，其中该多个第一、第二手指部结构是分别与该第二、第四延伸区段互相垂直。
6.如权利要求1所述的固态发光半导体元件，还包括透明导电层，位于该第二型电极与该第二型半导体层间。
7.如权利要求6所述的固态发光半导体元件，其中该透明导电层的材质是铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)。
8.如权利要求1所述的固态发光半导体元件，其中该第一型半导体层为N型半导体层，该第二型半导体层为P型半导体层。
9.如权利要求1所述的固态发光半导体元件，其中该第一型电极是N型电极，该第二型电极是P型电极。
10.如权利要求3所述的固态发光半导体元件，其中该第三距离和该第五距离大于该第一距离。
11.如权利要求3所述的固态发光半导体元件，其中该第一电极位于该第二电极的该第二、第三延伸部所环绕的区域内。
12.如权利要求2所述的固态发光半导体元件，其中该端部是一线段、V形、弧形、抛物线、叉形、凹形、半圆形、曲型或几何形。
13.如权利要求2所述的固态发光半导体元件，其中该端部上的任一点的切线均与该第一延伸部相交。
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