CN1458701A - Led电极的构造及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发光二极管(LED)的电极构造及其制造方法。于LED的基板上形成pn接面的发光二极管后，在晶粒的外围及切割道部分形成一层氧化硅，于其上沉积一层透明导电层，再沉积一层金(Au)或金锗合金(AuGe)或并在中央部开口，于加热处理形成合金的欧姆接触后，再于晶粒的一侧形成长条形的铝(Al)或铝合金或金接线垫作打线之用，并作LED的正极电极。负极则在基底上以金属接触形成。另一构造使正负极皆在正面，以蚀刻pn接面的p型层，于n型材料上形成负极电极，p型材料上形成正极电极。

Description

LED电极的构造及制造方法

技术领域

本发明有关于半导体发光二极管(LED)的电极构造及其制造方法，特别是有关适合叠层封装的LED的电极的构造及其制造方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitted Diode，LED)是半导体发光的组件，以pn接面形成，以将电能转变成光。具有体积小、寿命长、驱动电压低、反应速度快、耐震、耐热等特性，能够配合各种应用设备的轻、薄、小型化的需求，且为各种交通标志、活动看板、LCD背光光源及其它日常生活中十分广泛应用的产品。

发光二极管利用各种化合物半导体材料如III-V族材料、II-VI族材料等，以不同的结构如pn接面，双异质接面(DH)及量子井(Quantumwell，QW)等以设计出红、橙、黄、绿、蓝、紫等各种颜色，以及红外、紫外等不可见光的LED。适合制作1000mcd以上高亮度LED的材料，依其波长由长至短分别为AlGaAs，InGaAlP和InGaN。

公知LED的构造如图1所示，图1A上视图，图1B沿AA′线的剖面图，在基板1(一般为n型GaAs或GaP或GaN基板)上，磊晶n型半导体2及p型半导体3形成pn接面后，先镀一层较薄的金(Au)或金锗合金(AuGe)5a形成一圆形的欧姆接触于晶粒中央，再于其上沉积铝接线垫(Al)7供打线之用，基板下的金属电极10作为负极，金线9将正极连至铝焊垫7。

公知的电极是于中央可以使电场均匀向四周平均分布，但金及铝皆不透光，电极太大则光被遮住很多，不能充分利用产生之光，太小又使电场过度集中，电流密度增加而使寿命减少；且中间形成一暗洞，在近距离时尤其明显。且此种电极不能用于叠层封装。

公知的电极构造的另一缺点为外围切割道的晶粒切面形成的晶格缺陷，由于电场由电极7经过p型半导体分散至晶粒四周，电流极易经过晶格缺陷而集中形成亮度甚高的亮点，也易使接面受损而减少寿命。故亟需解决上述各种问题以得寿命长、适合叠层封装的LED的电极构造。

发明内容

本发明的目的在提供一种发光二极管的电极构造，以减低晶粒周围的电场强度，增加LED的寿命。

本发明的次一目的在提供一种发光二极管的电极构造，以使电场均匀分布于晶粒外围以外的区域使电流密度均匀而增加LED的寿命。

本发明的另一目的在提供一种发光二极管的电极构造，使其周围有一层金属遮光反射层，使自pn接面产生的光在晶粒外围被反射回去再经其它下层的反射层反射而增强光的放射效率，有效利用产生之光，且在遮光部分不致有光射出，仅能自开口部分射出，若其上有另一色LED叠置，即可混合二种不同色之光而得另一色之光，不致有单独射出而未混合之光以消除杂光。

本发明的再一目的在提供一种发光二极管的电极构造，在利用蓝宝石为基底时，正、负极皆在正面，而基底下的透明导电层供叠层封装时的黏合之用，并将其下层LED的光射入上层LED与上层之光混合而得另一色之光。

为达成上述目的及改进一般LED电极的缺点，本发明的发光二极管的电极构造适合用于叠层封装的用途。可分为二种情形。第一实施例，当晶粒用作叠层的最下层基底作为负极使用。基底不透明的GaAs或GaP、GaN等III-V族化合物半导体，在其上磊晶形成pn接面、双异质接面或量子井接面等作发光二极管的接面。在p型半导体上沉积氧化硅膜于晶粒四周围，使电极形成后，周围的电极与p型半导体形成电容，加上正电压时可减少切割道附近的电场强度，使切割形成的晶格缺陷不致异常发光而可增加LED晶粒的寿命。再沉积一层透明导电层于p型半导体及氧化硅层上与p型半导体形成欧姆接触，使正电压经过接线垫加于p型半导体上，并使光由此层射出。金属遮光反射层例如由金锗合金或金或其它金的合金形成在透明导电层上，中间有一开口使光经过开口射出。但有金属遮光反射层之处，光线被反射回来，再经下层的反射层由开口射出。此反射层及透明导电层的厚度较薄，以免切割成晶粒时剥离(pilling)，接线垫一长条形的铝或铝合金或金，形成在晶粒的一侧以作正极联机的接线垫，其厚度较透明导电层及反射层厚，以适于打线(wire bonding)之需。基底上有一金属负电极，用作负电极连接于基板或印刷电路板上，并作光的反射层将光线向上反射。

第二实施例，晶粒用于叠层封装的中间层。基底透明的蓝宝石，作为磊晶基板。因蓝宝石不导电，故将负极亦形成在正面。可将一侧的p型半导体蚀刻除去一长条形之沟，露出n型半导体，在p型及n型半导体表面沉积氧化硅膜于晶粒四周围，使电极形成后在切割道附近的电场强度减少。再沉积一层透明导电层于n型及p型半导体上及氧化硅层上与p型及n型半导体形成欧姆接触。在p型半导体上如实施例一的方式在晶粒四周形成金属遮光反射层，在p型半导体上形成一开口使光射出，在n型半导体上形成负极接线垫，及在p型半导体的一侧形成正极接线垫。基底则沉积透明导电层作叠层封装与下层LED焊接之用，并使下层LED的光射入而混波形成另一色之光。

附图说明

图1A是公知技术的LED电极构造的平面图。

图1B是公知技术的LED电极构造沿图1A的AA′线的剖面图。

图2是依据本发明的一实施例的LED电极构造的平面图。

图3是沿图2的BB′线的剖面图。

图4A、图4B、图4C是依据本发明第一实施例的LED电极的制作工艺步骤。

图5是将另一LED叠层封装于本发明的第一实施例的LED电极构造的剖面图。

图6是依据本发明第二实施例的LED电极构造的平面图。

图7沿图6的CC′线的剖面图。

图8A、图8B、图8C、图8D是依据本发明第二实施例的LED电极的制作工艺步骤。符号说明

1基底                  2n型半导体磊晶层

3p型半导体磊晶层       4氧化硅层

5透明导电层            5a金(Au)或金锗合金(AuGe)

6金属遮光反射层        7正极接线垫

7a负极接线垫           8开口

9金线或铝线            10金属负电极

11透明胶               12叠层封装叠置另一LED

13基底之透明导电层     14蚀刻之沟

15隔离沟

具体实施方式

本发明的内容可经过下述实施例配合其相关图式阐述而予揭示。本发明使用的LED的颜色，材料及发光二极管的结构并无限制，祗要能发出光的发光二极管皆可适用。本发明的电极构造适合用于不同颜色的发光二极管的叠层封装，以混合二种颜色或三种频色之光而得另一种颜色之光或白光。

图2显示本发明用于叠层封装最下层的LED的电极构造的第一实施例的平面图。图3沿图2的BB′线的剖面图。基底1一般为不透明的GaAS，GaP或GaN等III-V族成II-VI族化合物半导体。在基底1上以磊晶技术磊晶一层n型半导体层2(见图3的剖面图)，再磊晶一层p型半导体3形成pn接面作发光二极管。pn接面可为双异质接面或量子井接面等。在p型半导体上形成本发明的电极构造，首先在P型半导体上沉积一层1000至10000的氧化硅膜4。以第一光罩做微影蚀刻除去中间部分的氧化硅膜而保留晶粒四周围的氧化硅膜4，在焊垫以外的处其宽度为5-20μm，但在正极电极下的宽度较金属接线垫宽使电极形成后，周围的金属电极5，6与氧化硅膜4及p型半导体层3形成电容，以减少切割道附近或晶粒外周的电场强度使切割形成的晶格缺陷(未显示)在有电场时不致异常发光，而增加LED晶粒的寿命。其次在p型半导体层3及氧化硅层4上沉积一层厚200至10000，较佳为500至1000的透明导电层5，与p型半导体形成欧姆接触，使正电压经过接线垫及金属遮光反射层加于p型半导体层3上。光可由金属遮光反射层5的开口8射出。金属遮光反射层5例如由金锗合金，纯金或其它金的合金如金硅合金等，厚度在200至5000，较佳为500，沉积在透明导层4上，中间有一开口8使光经过此开口8而射出，但有金属遮光反射层5之处，光线被反射回来，经下层的金属反射层由开口8射出，以提高光的效率，并于上层有叠层的另一LED12时，(参考图5的叠层构造)所有光线经过开口8射入另一LED内与另一LED的光混合，但周围并无下层LED未混合的光射出而消除杂光。此金属遮光反射层5及透明导电层4的厚度较薄，以免切割成晶粒时剥离(pilling)，最后在有较宽的氧化硅层4及金属遮光反射层5的一侧(图2，3中的右侧)沉积接线垫7，其一长条形的铝或铝合金或纯金，金的金合等。作正极联机的接线垫，其厚度为1000至2000，较佳为5000此厚度较透明导电层4及金属遮光反射层5为厚，以适于金线或铝线9打线(wire bonding)之需。基底1上有一金属负极10用作负电极连接于基板或印刷电路板上，并作光的反射层将光线向上反射。

如上述的构造，将电极7显于晶粒的一侧，周围并有一层金属遮光反射层6将开口8以外的光遮住，光线仅能由开口8经过透明导电层5射出，可有效增加光的转换效率，且不致有未经混合的杂光射出而减少噪声。又晶粒周围及接线垫7下氧化硅可减低晶粒周围切割道上的电场强度，使切割形成的晶格缺陷不致因强电场而异常发光，可增加晶粒的寿命，又接线垫7下的氧化硅也使打线时增加弹性而免打线的压力伤及其下的pn接面形成缺陷。

图4A、图4B、图4C依据本发明第一实施例的LED电极的制作工艺步骤。如图4A，在基底1上磊晶n型及p型半导体以形成pn接面，再沉积一层厚1000至10000，氧化硅膜4以第一光罩做微影蚀刻除去中间的氧化硅膜而保留晶粒四周围及接线垫下的氧化硅膜4，在接线垫以外之处氧化硅膜4的宽度为5-20μm。但在接线垫下的宽度则较金属接线垫7为宽，以承受焊接的压力。然后如图4B，全面沉积一层厚200至10000，较佳为500至1000的透明导电层5，再沉积一层由金锗合金，纯金或其它金的合金的金属遮光反射层6，厚度为200至5000，较佳为500。再于其上沉积一层铝或铝合金或纯金或金的合金等，以作接线垫7之用。再如图4C所示，先以第二光罩做微影蚀刻而形成接线垫7，再利用第三光罩做微影蚀刻形成金属遮光反射层6之中开口8，最后在基底上沉积金属，例如铝，铝合金或纯金，金之合金等作负极电极。

图5将另一LED12叠层封装于本发明的第一实施例的LED电极构造上的剖面图，LED12的正面及基底皆由透明导电层形成电极，再于角隅形成接线垫，晶粒的大小配合开口8的大小，LED12与本发明的第一实施例的LED以透明胶黏合，使两种颜色之光混合形成另一色之光。

图6依据本发明的第二实施例的LED的电极构造的平面图，图7沿图6的CC′线的剖面图。此实施例的晶粒用于叠层封的中间层。基底1用透明的蓝宝石作磊晶基板使光能透过。但蓝宝石不导电，且负极在基底上不便打线封装故将负极电极7a亦形成在正面而利于打线。先在基底1上以磊晶技术磊晶一层n型及一层p型半导体3(见图7的剖面图)形成pn接面作发光二极管，首先以微影蚀刻除去晶粒一侧的一长条形的p型半导体之沟，露出N型半导体2，再沉积一层氧化硅膜4并使氧化硅膜覆盖住晶粒的外围及正极接线垫7及负极接线垫7a的部分。使电极形成后在切割道附近的电场强度减少，以增加晶粒的寿命，并于打线时在接线垫下增加弹性以免压力伤及其下方pn接面，再沉积一层透明导电层5在p型半导体及N型半导体及氧化硅膜4上，与半导体形成欧姆接触。再沉积一层金属遮光反射层6，并在p型半导体3上形成开口8，最后在p型半导体的一侧形成正极接线垫7，并在n型半导体2上形成负极接线垫7a。以上各种膜的厚度及宽度与实施例1相同，否另赘述。

图8A、图8B、图8C、图8D依据本发明第二实施例的LED电极的制作工艺骤。如图8A，在蓝宝石基底1上磊晶n型半导体2及p型半导体3，再以微影蚀刻术除去晶粒一侧的长条形的P型半导体之沟14，其宽度为100-200μm，露出N型半导体2。如图8(B)沉积一层厚度为1000至10000的氧化硅膜，以第一光罩做微影蚀刻除去p型半导体及n型半导体中间的氧化硅膜而保留晶粒四周围及正极接线垫下的氧化硅4，在正极接线垫以外之处氧化硅膜之宽为5-20μm，但在正极接线垫下则较金属接线垫为宽，以承受焊接的压力，但在负极接线垫下的氧化硅层除了晶粒外缘及接近p型半导体之边缘部分保留外，皆蚀刻去除，如图8B所示。然后，全面沉积一层厚200至10000，较佳为500至1000的透明导电层5，再沉积一层由金锗合金或金或金硅合金等金属遮光反射层6，厚度为200至5000，较佳为500，再于其上沉积一层铝或铝合金或纯金或金的合金等，以作接线垫7之用，再如图8C所示，以第二光罩做微影蚀刻而形成正极接线垫7及负极接线垫7a，再利用第三光罩做微影蚀刻形成p型半导体3及n型半导体间的隔离沟15。最后在基底上沉积厚度为200至20000，较佳为2000的透明导电层作叠层焊接之用。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明，凡其它不脱离本发明所公开的精神下完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书。

Claims (23)

1.一种发光二极管的电极构造，其特征在于：至少包含：

一基底由GaAs或GaP制成，作为磊晶的基板；

一发光二极管pn接面，由磊晶技术磊晶于基底之上；

一氧化硅膜，形成于晶粒四周围，以减少切割道附近的电场强度；

一透明导电层，形成在p型半导体及氧化硅上，使正电压均匀加于P型半导体层上；

一金属遮光反射层，由金锗合金或金的金合金制成，沉积于透明导电层上，中间有一开口使光经由此开口射出；

一接线垫，以铝或铝合金或金制成，一长条形形成在晶粒的一侧以作正极联机的接线垫；

一基底金属负极，形成在基底上作为光的反射层及负电极以连接于基板或印刷电路板上。

2.一种发光二极管的电极构造，其特征在于；至少包含：

一基底由透明的蓝宝石制成，作为磊晶的基板；

一发光二极管pn接面，由磊晶技术磊晶于基底之上；

一氧化硅膜，形成于晶粒四周围p型半导体上，以减少切割道附近的电场强度，增加LED的寿命；

一透明导电层，形成在n型及p型半导体及氧化硅上，使正电压于p型半导体层上，负电压加于n型半导体层上；

一金属遮光反射层，由金锗合金或金制成，沉积于透明导电层上，在p型半导体的中间有一开口使光经过此开口射出；

一接线垫，以铝或铝合金或金制成，一长条形形成在晶粒p型半导体的一侧及n型半导体上以作正极及负极联机的接线垫；

一基底金属负极，形成在基底上，使为下层LED的光射入以混波形成另一色光，并作叠层晶粒焊接之用。

3.如权利要求1或2所述的电极构造，其特征在于：其中所述氧化硅膜的宽度最少为5-20μm。

4.如权利要求1或2所述的电极构造，其特征在于：其中所述氧化硅膜的厚度为1000-10000。

5.如权利要求1或2所述的电极构造，其特征在于：其中所述透明导电层的厚度为200至10000，较佳为500至1000。

6.如权利要求1或2所述的电极构造，其特征在于：其中所述金属遮光反射层的厚度为200至5000，较佳为500。

7.如权利要求1或2所述的电极构造，其特征在于：其中所述金属反射层的开口距晶粒边缘或开口边缘大于10μm。

8.如权利要求1或2所述的电极构造，其特征在于：其中所述接线垫的厚度为1000至20000，较佳为5000。

9.如权利要求1或2所述的电极构造，其特征在于：其中所述接线垫距切割道大于20μm。

10.如权利要求1或2所述的电极构造，其特征在于：其中所述接线垫的宽度为50μm至200μm，较佳为100μm。

11.如权利要求1的电极构造，其特征在于：其中所述基底金属负电极的厚度为1000至20000，较佳为4000。

12.如权利要求2所述的电极构造，其特征在于：其中所述除去的长条形P型半导体的宽度为100-150μm。

13.如权利要求2所述的电极构造，其特征在于：其中所述基底透明导叠层的厚度为200至1000较佳为500至1000

14.一种发光二极管的制造方法，其特征在于：包括下述步骤：

(a)于基底上磊晶一层n型半导体及一层p型半导体，形成pn接面；

(b)沉积一层氧化硅膜，利用光罩以微影蚀刻形成一层氧化硅层于晶粒的四周围的切割道附近及将形成的接线垫区域下；

(c)沉积一层透明导电层作欧姆接触并作透光的电极；

(d)沉积一层金(或金锗合金或金硅合金)作遮光反射层；

(e)沉积一层铝(或铝合金或纯金)作正极接线垫；

(f)利用第二光罩做微影及蚀刻，形成正极接线垫；

(g)利用第二光罩做微影及蚀刻，在金属遮光反射层上形成开口。

15.一种发光二极管的制造方法，其特征在于：包括下述步骤：

(a)于一透明的蓝宝石基底上磊晶n型及p型半导体以形成pn接面；

(b)以微影蚀刻除去晶粒一侧的长条形的p型半导体以曝露其下的n型半导体，以作负极区域。

(c)沉积一层氧化硅膜，以第一光罩做微影蚀刻形成一层氧化硅层于晶粒的四周围的切割道附近及将形成正极及负极接线垫的区域下；

(d)沉积一层透明导电层作欧姆接触并作透光的电极；

(e)沉积一层金(或金锗合金或金硅合金)作遮光反射层；

(f)沉积一层铝(或铝合金或纯金)作接线垫；

(g)利用第二光罩做微影及蚀刻，形成正极接线垫及负极接线垫；

(h)利用第二光罩做微影及蚀刻，在金属遮光反射层，在p半导体区域上形成开口作光的出口，并在p型半导体与n半导体间形成一沟以隔离p及n型半导体。

16.如权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于：其中所述氧化硅膜的宽度最少为5-20μm，但在接线垫下的宽度应较接线垫宽。

17.如权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于：其中所述氧化硅膜的厚度最少为100至2000

18.如权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于：其中所述透明导电层的厚度为200至10000，较佳为500至1000。

19.如权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于：其中所述金属遮光反射层的厚度为200至5000，较佳为500。

20.如权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于：其中所述接线垫的厚度为100至20000，较佳为5000。

21.如权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于：其中所述接线垫距切割道大于20μm。

22.如权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于：其中所述金属反射层的开口距晶粒边缘大于10μm。

23.如权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于：其中所述接线垫的宽度为50μm至200μm，较佳为100μm。

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