CN1909252A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管及其制造方法，此发光二极管包括基板、第一型掺杂半导体层、发光层、第二型掺杂半导体层、第一介电层、第一导电插塞、第一电极及第二电极。其中，第一型掺杂半导体层是设置于基板上，且发光层及第二型掺杂半导体层是依次设置于部分第一型掺杂半导体层上。第一介电层是设置于未被发光层覆盖的部分第一型掺杂半导体层上，且设置于第一介电层上的第一电极是通过位于第一介电层中的第一导电插塞而电连接于第一型掺杂半导体层。此外，第二电极则是电连接于第二型掺杂半导体层。

Description

发光二极管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光元件及其制造方法，且特别是涉及一种发光二极管及其制造方法。

背景技术

由于发光二极管与传统灯泡比较具有绝对的优势，例如体积小、寿命长、低电压/电流驱动、不易破裂、发光时无显著的热问题、不含水银(没有污染问题)、发光效率佳(省电)等特性，且近几年来发光二极管的发光效率不断提高，因此发光二极管在某些领域已渐渐取代日光灯与白热灯泡，例如需要高速反应的扫描仪灯源、液晶显示器的背光源或前光源汽车的仪表板照明、交通信号灯以及一般的照明装置等。

而且，由于含氮的III-V族化合物为宽频带能隙的材料，其发光波长可以从紫外光一直涵盖至红光，可说是几乎涵盖整个可见光的波段。因此，利用含氮化镓的化合物半导体，如氮化镓(GaN)、氮化铝镓(GaAlN)、氮化铟镓(GaInN)等的发光二极管元件已广泛地应用在各种发光模块中。

图1为公知的发光二极管的剖面示意图。请参照图1，发光二极管100主要是由基板110、n型掺杂半导体层120、电极122、发光层130、p型掺杂半导体层140、透明导电层150以及电极142所构成。其中，n型掺杂半导体层120、发光层130、p型掺杂半导体层140、透明导电层150以及电极142是依次设置于基板110上，且发光层130仅覆盖住部分的n型掺杂半导体层120，而电极122即是设置在未被发光层130所覆盖的n型掺杂半导体层120上。

请继续参照图1，发光二极管100的发光面积主要是取决于发光层130的面积，也就是说，发光层130的面积愈大，发光二极管100的发光面积也就愈大。但由于发光层130与电极122均设置在n型掺杂半导体层120上，因此如欲增加发光层130的面积，就必须缩小电极122的面积。然而，若电极122的面积过小，将会增加后续引线键合(wire bonding)工艺的难度，进而影响发光二极管100的制造合格率。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的就是提供一种发光二极管，其可同时具有大面积的发光层与电极，以增加此发光二极管的发光面积，并提高此发光二极管的引线键合工艺的合格率。

本发明的另一目的是提供一种发光二极管的制造方法，其可在不降低后续引线键合工艺的合格率的情况下，增加发光二极管的发光面积。

本发明提出一种发光二极管结构，包括基板、第一型掺杂半导体层、发光层、第二型掺杂半导体层、第一介电层、第一导电插塞、第一电极及第二电极。其中，第一型掺杂半导体层是设置于基板上，且发光层及第二型掺杂半导体层是依次设置于部分第一型掺杂半导体层上。第一介电层是设置于未被发光层覆盖的部分第一型掺杂半导体层上，且设置于第一介电层上的第一电极是通过位于第一介电层中的第一导电插塞而电连接于第一型掺杂半导体层。此外，第二电极则是电连接于第二型掺杂半导体层。

在本发明的较佳实施例中，上述发光二极管还可以包括第二介电层，其是设置于部分第二型掺杂半导体层上。在一实例中，上述发光二极管还可以包括第二导电插塞，其位于第二介电层中。而且，第二电极设置于第二介电层上，并通过此第二导电插塞而与第二型掺杂半导体层电连接。

在本发明的较佳实施例中，上述发光二极管还可以包括透明导电层，设置于上述第二型掺杂半导体层与第二电极之间。

在本发明的较佳实施例中，上述第一型掺杂半导体层、发光层与第二型掺杂半导体层的材质包括III-V族化合物半导体材料。举例来说，第一型掺杂半导体层、发光层与第二型掺杂半导体层的材质例如是氮化镓、磷化镓或磷砷化镓。

在本发明的较佳实施例中，上述第一型掺杂半导体例如是n型掺杂半导体层，而第二型掺杂半导体层例如是p型掺杂半导体层。当然，在另一实施例中，第一型掺杂半导体也可以是p型掺杂半导体层，而第二型掺杂半导体层则例如是n型掺杂半导体层。

在本发明的较佳实施例中，上述基板的材质可以是蓝宝石、碳化硅、尖晶石或硅。

本发明还提出一种发光二极管的制造方法，此方法是先在基板上依次形成第一型掺杂半导体层、发光层、第二型掺杂半导体层与掩膜层(masklayer)。其中，掩膜层是暴露出部分第二型掺杂半导体层。接着，以掩膜层为掩膜，移除暴露出的第二型掺杂半导体层与其下方的发光层，以暴露出部分第一型掺杂半导体层。然后，在掩膜层与第一型掺杂半导体层上形成介电材料层。之后，移除部分介电材料层与掩膜层，以于未被发光层所覆盖的部分第一型掺杂半导体层上形成第一介电层。接着，在第一介电层中形成第一导电插塞，以与第一型掺杂半导体层电连接。接着再分别形成第一电极与第二电极，其中第二电极是与第二型掺杂半导体层电连接，且第一电极是通过第一导电插塞而与第一型掺杂半导体层电连接。

在本发明的较佳实施例中，上述未被掩膜层所覆盖的部分第二型掺杂半导体层与其下方的发光层，通过各向异性蚀刻来移除。

在本发明的较佳实施例中，移除上述掩膜层及部分介电材料层的方法例如是先在介电材料层上形成图案化光刻胶层，此图案化光刻胶层是暴露出部分介电材料层。接着，利用此图案化光刻胶层为掩膜，依次移除该图案化光刻胶层所暴露的该介电材料层、掩膜层。之后，移除图案化光刻胶层与部分介电材料层。

在本发明的较佳实施例中，上述掩膜层的材质例如是镍，且其例如是通过王水溶液而移除。

在本发明的较佳实施例中，上述介电材料层的材质例如是二氧化硅，且其例如是通过氟化氢而移除。

在本发明的较佳实施例中，上述移除图案化光刻胶层与部分介电材料层的方法例如是先将膜片粘着于图案化光刻胶层上，然后再撕取此膜片，以使图案化光刻胶层与部分介电材料层连同此膜片而从基板上被撕离。

在本发明的较佳实施例中，在形成该第一介电层之后以及形成第一电极与第二电极之前，还可以先在基板上形成第二介电层，以覆盖部分第二型掺杂半导体层。然后再于第二介电层中形成第二导电插塞，以使后续形成的第二电极通过此第二导电插塞，而与第二型掺杂半导体层电连接。

在本发明的较佳实施例中，在形成该第一介电层之后以及形成第二电极之前，还包括在第二型掺杂半导体层上形成透明导电层。

本发明是在发光二极管的第一电极与第一型掺杂半导体层之间设置第一介电层，以使第一电极通过第一介电层中的第一导电插塞而与第一型掺杂半导体层电连接，进而降低第一电极与第一型掺杂半导体层之间的阻值，以改善发光二极管的电特性。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为公知的发光二极管的剖面示意图。

图2A至图2F为本发明的较佳实施例中发光二极管的制造流程剖面图。

图3A至图3D为形成图2D的结构的流程剖面图。

图4为本发明的另一实施例的发光二极管的剖面图。

图5为本发明的又一实施例的发光二极管的剖面图。

主要元件标记说明

100、200、400、500：发光二极管

110、210：基板

120：n型掺杂半导体层

122、142：电极

130、230：发光层

140：p型掺杂半导体层

150、290：透明导电层

220：第一型掺杂半导体层

240：第二型掺杂半导体层

250：掩膜层

260：介电材料层

262：第一介电层

264：第一导电插塞

266：第二介电层

268：第二导电插塞

270：图案化光刻胶层

272：膜片

282：第一电极

284：第二电极

具体实施方式

图2A至图2F为本发明的较佳实施例中发光二极管的制造流程剖面图。请参照图2A，首先在基板210上依次形成第一型掺杂半导体层220、发光层230、第二型掺杂半导体层240与掩膜层250。其中，掩膜层250是暴露出部分第二型掺杂半导体层240。

承上所述，基板210的材质例如是蓝宝石(sapphire)、碳化硅、尖晶石或硅。第一型掺杂半导体层220、发光层230与第二型掺杂半导体层240的材质例如是III-V族化合物半导体材料，且常用的是氮化镓、磷化镓或磷砷化镓。本实施例的第一型掺杂半导体层220例如是n型掺杂半导体层，第二型掺杂半导体层240则例如是p型掺杂半导体层。但在其它实施例中，第一型掺杂半导体层220也可以是p型掺杂半导体层，而第二型掺杂半导体层240则是n型掺杂半导体层。此外，掩膜层250的材质例如是镍。

请参照图2B，接着以掩膜层250为掩膜，移除部分第二型掺杂半导体层240与部分发光层230，以暴露出部分的第一型掺杂半导体层220。在本实施例中，其是以各向异性蚀刻(anisotropic etching)的方式来移除掩膜层250所暴露出的第二型掺杂半导体层240与其下方的发光层230。举例而言，此各向异性蚀刻工艺例如是反应离子蚀刻(reaction ion etching，RIE)工艺。

请接着参照图2C，在基板200上形成介电材料层260，以覆盖住掩膜层250与第一型掺杂半导体层220。其中，介电材料层260的材质例如是二氧化硅。然后，请参照图2D，移除掩膜层250以及部分的介电材料层260，以于掩膜层250所暴露的部分第一型掺杂半导体层220上形成第一介电层262。以下将举例详细说明形成第一介电层262的过程，但其并非用以限定本发明。

图3A至图3D为形成图2D的结构的流程剖面图。请参照图3A，本实施例例如是先在介电材料层260上形成图案化光刻胶层270，接着利用图案化光刻胶层270为掩膜，移除图案化光刻胶层270所暴露出的部分介电材料层260。在此步骤中，可通过氟化氢(HF)溶液来进行湿式蚀刻(wetetching)，以移除本实施例中由二氧化硅(SiO₂)所组成的介电材料层260。请参照图3B，在移除暴露出的介电材料层260之后，接着再移除掩膜层250。在此步骤中，其例如是通过王水(aqua regia)溶液来进行湿式蚀刻(wet etching)，以移除本实施例中由镍所组成的掩膜层250。

最后，移除图案化光刻胶层270与未被蚀刻的部分介电材料层260，以于第一型掺杂半导体220上形成图2D的第一介电层262。值得注意的是，此处例如是以剥离(lift-off)的方式来移除图案化光刻胶层270，而使部分介电材料层260与图案化光刻胶层270一并从基板210上被剥离。举例来说，请参照图3C，本实施例例如是先将膜片272粘着在图案化光刻胶层上，然后再如图3D所示，将膜片272从基板210上剥离，以使图案化光刻胶层270与部分介电材料层260连同该膜片272而从基板210上被剥离，以形成图2D的结构。

请参照图2E，在形成第一介电层262之后，接着在第一介电层262中形成第一导电插塞264，以电连接至第一型掺杂半导体层220。其中，第一导电插塞264例如是以蒸镀的方式形成。然后，请参照图2F，形成第一电极282与第二电极284，其中第一电极282与第二电极284的材质例如是铝或其它具有高反射系数的导电材料。在此，由于第一电极282是形成于第一介电层262上，并通过第一导电插塞264而与第一型掺杂半导体层220电连接，因此第一电极282与第一型掺杂半导体层220之间可以具有比公知技术更好的电接触，进而改善第一电极282的可靠性(reliability)。

在此值得一提的是，如图2F所示，形成第二电极284之前，还可以先在第二型掺杂半导体层240上形成透明导电层290，以改善电流在第一型掺杂半导体层220、发光层230与第二型掺杂半导体层240的传导均匀性。其中，透明导电层290的材质例如是铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)或铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)。本实施例的第二电极284即是形成于透明导电层290上，并通过透明导电层290而与第二型掺杂半导体层240电连接。

特别的是，请参照图4，在本发明的另一实施例中，还可以在形成第一介电层262之后，以及形成第一导电插塞264之前，于基板210上形成第二介电层266，以覆盖第一介电层262与第二型掺杂半导体层240，然后在形成第一导电插塞264的同时，一并在第二介电层266中形成与第二型掺杂半导体层240电连接的第二导电插塞268。之后，如上述实施例的说明，形成第一电极282与第二电极284，以分别电连接至第一型掺杂半导体层220与第二型掺杂半导体层240。需要注意的是，此实施例的第一导电插塞264是贯穿第一介电层262与第二介电层266而与第一型掺杂半导体层220电连接。

请继续参照图4，由于本实施例是将第一电极282设置于第二介电层266上，因此可在不必缩小第一电极282的面积的前提下，增加发光层230的面积，进而增加此发光二极管400的发光面积。而且，若实际工艺中需要通过增加第一电极282的面积来提高后续引线键合工艺的合格率，亦不会对发光二极管400的发光面积造成不良的影响。换言之，发光二极管400可同时具有大发光面积以及高合格率的引线键合工艺。

在形成第一电极282与第二电极284之后，即大致完成发光二极管200的制造，后续其它工艺则为所属技术领域的技术人员所熟知，此处不再赘述。

以下将以图2F的发光二极管200为例，详细说明本发明的发光二极管的结构，以使所属技术领域的技术人员更加了解本发明的特点。

请参照图2F，发光二极管200主要是由基板210、第一型掺杂半导体层220、发光层230、第二型掺杂半导体层240、第一介电层262、第一导电插塞264、第一电极282及第二电极284所构成。其中，第一型掺杂半导体层220是设置于基板210上，且发光层230及第二型掺杂半导体层240是依次设置于部分第一型掺杂半导体层220上，第一介电层262则是设置于未被发光层230覆盖的部分第一型掺杂半导体层220上。

承上所述，设置于第一介电层262上的第一电极282是通过位于第一介电层262中的第一导电插塞264而电连接于第一型掺杂半导体层220。第二电极284则是电连接于第二型掺杂半导体层240，且其例如是通过设置于第二型掺杂半导体层240上的透明导电层290，而与第二型掺杂半导体层240电连接。在此，由于发光二极管200的第一电极282是通过第一导电插塞264而电连接于第一型掺杂半导体层220，因此可以降低第一电极282与第一型掺杂半导体层220之间的阻值。

值得一提的是，在本发明的其它实施例中，如图4所示，在第一介电层262上还设置有第二介电层266，且第一电极264是设置于第二介电层266上，并通过贯穿第二介电层266与第一介电层262的第一导电插塞264，而电连接至第一型掺杂半导体层220。或者，如图5所示，第一介电层262可以是部分地覆盖住第二型掺杂半导体层240。如此一来，即可增加第一电极282的预定设置处的面积，进而在不缩小发光层230面积的前提下，增加第一电极282的面积，以利于进行后续引线键合工艺。

需要在此说明的是，图4的第一介电层262与第二介电层266可以是如上述实施例的说明，分别在不同工艺中形成，但在其它实施例中，第一介电层262与第二介电层266也可以是在同一道工艺中由同一膜层所构成，本发明并未对此加以限定。

此外，所属技术领域的技术人员应该知道，图5的发光二极管500的制造工艺例如是先在基板210上依次形成第一型掺杂半导体层220、发光层230、第二型掺杂半导体层240与透明导电层290之后，再形成第一介电层262，以覆盖住第一型掺杂半导体层220与部分的第二型掺杂半导体层240。其中，第一介电层262例如是以光刻及蚀刻的方式而形成。后续形成第一导电插塞264、第二导电插塞268、第一电极282与第二电极284的工艺则与上述实施例相同此处不再赘述。

综上所述，本发明的发光二极管是在第一电极与第一型掺杂半导体层之间设置第一介电层，以使第一电极通过第一介电层中的第一导电插塞而与第一型掺杂半导体层电连接，进而降低第一电极与第一型掺杂半导体层之间的阻值，以改善发光二极管的电特性。

此外，由于本发明的发光二极管的第一电极并非设置于第一型掺杂半导体层上，因此可在不缩小第一电极面积的前提下，增加发光层的面积，进而增加发光二极管的发光面积。以另一角度来看，本发明亦可在不缩小发光层面积的情况下，增加第一电极的面积，进而提高后续引线键合工艺的合格率。

总而言之，与公知技术相比之下，本发明的发光二极管不但具有较大的发光面积，且本发明的发光二极管亦可具有较大的电极面积，因而能够同时达到增加发光面积及提高引线键合工艺的合格率的目的。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (17)

1.一种发光二极管，其特征是包括：

基板；

第一型掺杂半导体层，设置于该基板上；

发光层，设置于部分该第一型掺杂半导体层上；

第二型掺杂半导体层，设置于该发光层上；

第一介电层，设置于未被该发光层所覆盖的部分该第一型掺杂半导体层上；

第一导电插塞，贯穿该第一介电层而与该第一型掺杂半导体层电连接；

第一电极，设置于该第一介电层上，以通过该第一导电插塞而与该第一型掺杂半导体层电连接；以及

第二电极，电连接于该第二型掺杂半导体层。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是还包括第二介电层，设置于部分该第二型掺杂半导体层上。

3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征是还包括第二导电插塞，位于该第二介电层中，且该第二电极是设置于该第二介电层上，并通过该第二导电插塞而与该第二型掺杂半导体层电连接。

4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是还包括透明导电层，设置于该第二型掺杂半导体层与该第二电极之间。

5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是该第一型掺杂半导体层、该发光层与该第二型掺杂半导体层的材质包括III-V族化合物半导体材料。

6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征是该III-V族化合物半导体材料包括氮化镓、磷化镓或磷砷化镓。

7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是该第一型掺杂半导体层为n型掺杂半导体层，而该第二型掺杂半导体层为p型掺杂半导体层。

8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是该第一型掺杂半导体层为p型掺杂半导体层，而该第二型掺杂半导体层为n型掺杂半导体层。

9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是该基板包括蓝宝石、碳化硅、尖晶石或硅基板。

10.一种发光二极管的制造方法，其特征是包括：

于基板上依次形成第一型掺杂半导体层、发光层、第二型掺杂半导体层与掩膜层，其中该掩膜层暴露出部分该第二型掺杂半导体层；

以该掩膜层为掩膜，移除暴露出的该第二型掺杂半导体层与部分该发光层，以暴露出部分该第一型掺杂半导体层；

于该掩膜层与该第一型掺杂半导体层上形成介电材料层；

移除该掩膜层与部分该介电材料层，以于未被该发光层所覆盖的部分该第一型掺杂半导体层上形成第一介电层；

于该第一介电层中形成第一导电插塞，以与该第一型掺杂半导体层电连接；以及

分别形成第一电极与第二电极，其中该第二电极是与该第二型掺杂半导体层电连接，且该第一电极是通过该第一导电插塞而与该第一型掺杂半导体层电连接。

11.根据权利要求10所述的发光二极管的制造方法，其特征是部分该第二型掺杂半导体层与部分该发光层通过各向异性蚀刻来移除。

12.根据权利要求10所述的发光二极管的制造方法，其特征是移除该掩膜层及部分该介电材料层的方法包括：

于该介电材料层上形成图案化光刻胶层；

利用该图案化光刻胶层为掩膜，移除该图案化光刻胶层所暴露的部分该介电材料层；

利用该图案化光刻胶层为掩膜，移除该掩膜层；以及

移除该图案化光刻胶层与部分该介电材料层。

13.根据权利要求12所述的发光二极管的制造方法，其特征是该掩膜层的材质包括镍，且该掩膜层是通过王水溶液而移除。

14.根据权利要求12所述的发光二极管的制造方法，其特征是该介电材料层的材质包括二氧化硅，且该介电层材料是通过氟化氢而移除。

15.根据权利要求12所述的发光二极管的制造方法，其特征是移除该图案化光刻胶层与部分该介电材料层的方法包括：

将膜片粘着于该图案化光刻胶层上；以及

剥离该膜片，以使该图案化光刻胶层与部分该介电材料层连同该膜片而从该基板上被剥离。

16.根据权利要求10所述的发光二极管的制造方法，其特征是在形成该第一介电层之后以及形成该第一电极与该第二电极之前，还包括：

在该基板上形成第二介电层，以覆盖部分该第二型掺杂半导体层；以及

在该第二介电层中形成第二导电插塞，以使后续形成的该第二电极通过该第二导电插塞，而与该第二型掺杂半导体层电连接。

17.根据权利要求10所述的发光二极管的制造方法，其特征是在形成该第一介电层之后以及形成该第二电极之前，还包括在该第二型掺杂半导体层上形成透明导电层。

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