CN2768207Y - 具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其揭示一基板、一半导体堆叠层、一织状纹路层、一导电透光金属层，并于该导电透光金属层设置一第二电极衬垫与二辨识记号，透过该二辨识记号以提高固晶制程或打线制程的生产率；再者，于该导电透光金属层设置一液态玻璃层，以提高其该二辨识记号的平坦性。

Description

具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构

技术领域

本实用新型涉及一种发光二极管的结构，其尤指一种具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构。

背景技术

公知使用蓝宝石基板成长氮化镓系列的发光二极管装置如图1所示，此为传统结构。其中包含在蓝宝石基板10’上形成氮化镓系数个外延层(磊晶层)，其包含一低温氮化镓缓冲层11’、一高温氮化镓缓冲层12’、一N型氮化镓欧姆接触层13’、一氮化铟镓发光层14’、一P型氮化铝镓披覆层15’及一P型氮化镓欧姆接触层16’，最后于该P型氮化镓欧姆接触层16’上制作一镍与金所形成的P型导电透光金属层17’，并分别制作一P型金属电极衬垫18’于该P型导电透光金属层17’之上以及一N型欧姆接触金属电极19’及一N型金属电极衬垫20’于该N型氮化镓欧姆接触层13’之上，一般而言，P型金属电极衬垫18’及N型金属电极衬垫20’的主体形状可为圆形或方形。

由于上述的该氮化镓系数个外延层结构(即该发光二极管)的折射系数(n＝2.4)、该蓝宝石基板10’的折射系数(n＝1.77)、封装用的树脂封盖材料的折射系数(n＝1.5)的分布，使得该氮化铟镓发光层14’所发出的光只有接近25％能一次射出而不被其接口所反射，而其余75％的光均被蓝宝石基板10’及封装用的树脂封盖材料所构成的光导结构所局限，并经由多次的接口反射而增加光被重吸收的机率进而无法有效的被取出利用，故此种发光二极管装置结构其光线取出的机制受限于透光金属导电层的吸收及内部外延结构的重吸收。

为了提升上述发光二极管装置结构光线取出的效率，如美国专利第6,091,085号已揭示一种中断光导效应的方法，再者，美国专利第6,495,862号亦揭示一种表面凸化的氮化镓系列的发光二极管装置结构以减少发光层所发出的光被半穿透金属层与封装用的树脂封盖的接口反射进而增加其外部量子效率，另外，中国台湾专利申请号92132987，本申请人所揭示一种磊晶成长过程中的控制方法与其结构，即可使该P型半导体层表面具有纹路结构。

再者，根据中国台湾专利申请号92136888，本申请人曾揭示使用镍与金双层金属结构作为该织状纹路表面结构的氮化镓系列发光二极管装置的P型透光导电金属层易造成电流横向分散不均匀而造成局部发光的现象而导致工作电压的上升。另外，透光导电氧化层如氧化铟锡(ITO)不但为一种能隙(Energybandgap)介于2.9～3.8电子伏特的高能隙材料，在可见光范围其穿透率达95％以上。此氧化铟锡(ITO)的折射系数介于1.7～2.2，根据Snell’s law及抗反射原理，由于多层氮化镓外延结构的折射系数(n＝2.4)而封装用的树脂封盖材料的折射系数(n＝1.5)的分布，若能加入一折射系数n～1.9的中间介质，于封装后则可减少光的反射进而增加光的萃取(light extracting)效率，故此材料极适合当成发光二极管的电流分布窗户层。再者，根据中国台湾专利申请号93204255，本申请人揭示使用透光导电氧化层如氧化铟锡(ITO)作为该织状纹路表面结构的氮化镓系列发光二极管装置的电流分布窗户层不仅可提高外部发光效率且可与该织状纹路表面结构形成良好的欧姆接触。

根据公知的氮化镓系发光二极管的晶粒制作过程，于移除部份P型氮化镓欧姆接触层、P型氮化铝镓披覆层、氮化铟镓发光层及N型氮化镓欧姆接触层的步骤中主要是使用ICP或RIE的干蚀刻(dry etching)制程，此蚀刻法的方向性极佳，故于制程中容易将表面的状态复制至底层，换言之，即氮化镓系发光二极管的P型氮化镓欧姆接触层表面若为亮面(like mirror)则蚀刻至N型氮化镓欧姆接触层时亦容易形成亮面，反之，P型氮化镓欧姆接触层表面若为织状纹路或称粗化面(texture or rough)则易形成织状纹路或粗化面。另外，根据公知的氮化镓系发光二极管的晶粒封装的固晶及打线(引线焊接)制作过程中，主要是利用一光源照射晶粒而撷取其影像，再根据影像比对辨识的方法将符合设定的参考影像来抓取晶粒并将晶粒固定于支架之上，即所谓固晶制程(diebonding)；另外，根据参考影像比对辨识的方法设定打线衬垫的影像而计算其位置坐标而将金线与打线衬垫相结合，即所谓引线焊接(wire bonding)。一般而言，其影像比对辨识的方法可分为：圆形框比对法，十字比对法，方引号比对法。根据研究发现当织状纹路或粗化面的表面粗糙度(Ra)超过次微米级(sub-micro)以上，经由干蚀刻法极容易造成N型氮化镓欧姆接触层表面的粗糙度不易相近于P型氮化镓欧姆接触层表面，易导致P型金属电极打线衬垫及N型金属电极打线衬垫的光散射且反射强度不一而使得影像比对辨识率相对降低造成停机率上升而造成生产率降低。另外，全点留下的针痕亦容易造成影像辨识率降低。

因此，如何针对上述问题而提出一种新颖氮化镓系的发光二极管的结构，不仅可有效地降低发光二极管的操作电压，又可提高整体的发光效率且提升封装制程的生产率，长久以来一直是使用者殷切盼望及本发明人致力解决的问题，而本发明人基于多年从事于发光二极管相关产品的研究、开发、及销售实务经验，乃思及改良的意念，穷其个人的专业知识，经多方研究设计、专题探讨，终于研究出一种具有氮化镓系的发光二极管的结构，可解决上述的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其利用二辨识记号，在固晶制程或打线制程中，提高其辨识成品率。

本实用新型要解决的另一技术问题是：提供一种具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其利用一液态玻璃层设置于一导电透光氧化层上，提高该二辨识记号的平坦性，以增加固晶制程或打线制程的生产率。

本实用新型的技术解决方案是：一种具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其包括：一基板；一半导体堆叠层，其位于该基板的上方，其由下而上依序包含一N型半导体层、一发光层，一P型半导体层及一织状纹路层，其中该发光层介于该N型半导体层与该P型半导体层之间；一导电透光氧化层，位于该织状纹路层上方，透过该织状纹路层而与该半导体堆叠层形成欧姆接触；二辨识记号，位于该导电透光氧化层的上方；一第一电极衬垫，其位于该半导体堆叠层中的N型半导体层的上方且与该辨识记号成一相对距离；以及一第二电极衬垫，其位于该导电透光氧化层的上方且与该辨识记号成一相对距离。

如上所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，该基板为蓝宝石、氧化锌、氧化锂镓、氧化锂铝、尖晶石、碳化硅、氮化镓、二硼化锆或硅基材。

如上所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，该N型导电型半导体层为氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓。

如上所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，该P型半导体层为氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓。

如上所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，该发光层为含铟的氮化物化合物半导体。

如上所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，该织状纹路层为氮化镓系化合物半导体。

如上所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，该导电透光氧化层为氧化铟钼、氧化锌、氧化镁锌、氧化铟锌、氧化铟铈、氧化铟、氧化锡或氧化铟锡。

如上所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，该电透光氧化层的上方更进一步包含一液态玻璃层。

如上所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，该织状纹路层是在一外延制程中所产生的织状纹路层。

如上所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，该织状纹路层是由控制该P型半导体层中的应变量而成的织状纹路层。

如上所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，该导电透光金属层至少包含镍与金所形成的P型导电透光金属层。

如上所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，该二辨识记号表面金属选自铝、银或铑所组成的群组的其中之一。

如上所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，该二辨识记号形成于液态玻璃层之上。

本实用新型提供的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其揭示一基板、一半导体堆叠层、一织状纹路层、一导电透光金属层，并于该导电透光金属层设置一第二电极衬垫与二辨识记号，透过该二辨识记号以提高固晶制程或打线制程的生产率；再者，于该导电透光金属层设置一液态玻璃层，以提高该二辨识记号的平坦性。

附图说明

图1为公知技术的发光二极管的结构示意图；

图2为本实用新型的一较佳实施例的发光二极管的结构示意图；

图2A为本实用新型的一较佳实施例的发光二极管的俯视图；

图3为本实用新型的一较佳实施例的氮化镓系发光二极管的制造流程图；及

图4为本实用新型的另一较佳实施例的发光二极管的结构示意图。

附图标号说明：

10’蓝宝石基板             11’低温氮化镓缓冲层

12’高温氮化镓缓冲层       13’N型氮化镓欧姆接触层

14’氮化铟镓发光层         15’P型氮化铝镓披覆层

16’P型氮化镓欧姆接触层    17’P型导电透光金属层

18’P型金属电极衬垫        19’N型欧姆接触金属电极

20’N型金属电极衬垫                10基板

20外延半导体层                     22第一导电型半导体层

24发光层                           26第二导电型半导体层

28第二导电型半导体披覆层           30织状纹路层

40导电透光氧化层                   50第一电极衬垫

60第二电极衬垫                     70辨识记号

80液体玻璃层

由于公知技术中的固晶制程或打线制程都是使用影线比对辨识的方法，该P型电极衬垫与该N型电极衬垫的光散射且反射强度不一，因而降低影像比对辨识率造成停机率上升，且全点留下的针痕易造成影像辨识率降低故本实用新型揭示一种发光二极管的结构，以提供与固晶或打线制程的高生产率。

具体实施方式

兹为对本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例及配合附图详细说明，说明如后：

请参阅图2以及图2A，其为本实用新型的一较佳实施例的氮化镓系发光二极管的结构示意图及俯视图；如图所示，本实用新型的氮化镓系的发光二极管，其主要结构包括一基板10、一外延半导体层20，该外延半导体层20包含一第一导电型半导体层22、一发光层(light emitting layer)24、一第二导电型半导体层26，一织状纹路层(texturing layer，或称粗化层)30、一导电透光氧化层40、一第一电极衬垫50、一第二电极衬垫60以及二辨识记号70。

其中，该第一导电型半导体层22位于该基板10上部，该发光层24位于该第一导电型半导体层22的上方，该第二导电型半导体层26位于该发光层24的上方，其中该第二导电型半导体层26包含一第二导电型半导体披覆层28，其形成于该发光层24的上方，该织状纹路层30位于该第二导电型半导体披覆层28的上方，该导电透光氧化层40位于该织状纹路层30的上方，该第一电极衬垫50其位于该第一导电型半导体层22的上方，该第二电极衬垫60及该二辨识记号70其位于该导电透光氧化层40的上方，且该第二电极衬垫60部分与该织状纹路层30接触。该织状纹路层30是在外延制程中加以控制而形成或亦可于该第二导电型半导体层26的表面蚀刻处理而形成；且该二辨识记号70的形状可为十字、方引号等等，该二辨识记号70表面金属选自铝、银或铑所组成的群组的其中之一。

该基板10可为一透光性基板，其可为蓝宝石、氧化锌、氧化锂镓、氧化锂铝或尖晶石；或为碳化硅、氮化镓、二硼化锆或硅基材。该第一导电型半导体层22为一氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓。该第二导电型半导体层26为一氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓。该发光层24为一含铟的氮化物化合物半导体。该织状纹路层30为一氮化镓系化合物半导体，该导电透光氧化层40可为一氧化铟钼、氧化锌、氧化镁锌、氧化铟锌、氧化铟铈、氧化铟、氧化锡或氧化铟锡。

请参阅图3，其为本实用新型的一较佳实施例的氮化镓系发光二极管的制造流程图；如图所示，本实用新型的氮化镓系的发光二极管的结构的制作方法，其主要步骤包括：

步骤S100，提供一基板；

步骤S110，形成一第一导电型半导体层于该基板之上；

步骤S120，形成一发光层于该第一导电型半导体层之上；

步骤S130，形成一第二导电型半导体层于该发光层之上，其中该第二导电型半导体层包含一P型半导体披覆层，其形成于该发光层的上方；

步骤S140，形成一织状纹路层(texturing layer)于该P型半导体披覆层的上方；

步骤S150，形成一导电透明氧化层于该织状纹路层(texturing layer)的上方；

步骤S160，形成一第一电极衬垫于该N型半导体层的上方；以及

步骤S170，形成一第二电极衬垫及二辅助辨识记号于该导电透明氧化层的上方。

其具体实施例如下：

提供一基板，在基板表面上于低温下外延先成长一低温缓冲层，在低温缓冲层上于高温下形成一高温缓冲层，上述低温、高温缓冲层的材料包含氮化镓系化合物，通常为Al_xGa_1-xN(0≤x≤1)。

在基板上形成厚度约200～300的低温缓冲层及厚度约0.7μm的高温缓冲层之后，接续在高温缓冲层之上外延形成一载子掺杂浓度约3～5e+18cm^-3的N型氮化镓(N-GaN)欧姆接触层，其成长厚度约2～5μm，接着，形成一含有氮化铟镓(InGaN)所组成的多重量子井结构发光层，当完成发光层的外延成长后成长一载子掺杂浓度约3e+17～5e+17cm^-3的P型氮化铝镓(P-AlGaN)所组成的披覆层及一P型氮化镓系(P-AlInGaN)织状纹路层。当完成整个发光元件的外延成长，接着以干蚀刻法(Dry Etching)将部份N-GaN欧姆接触层表面、部份发光层、及部份P-AlGaN披覆层及P型氮化镓系(P-AlInGaN)织状纹路层移除，露出N-GaN欧姆接触层表面20a。

接着制作本实用新型的导电透明氧化层与正负电极，其步骤如下：

(1)分别使用BOE及(NH₄)₂S_x清洗P型氮化镓系(P-AlInGaN)织状纹路层及N-GaN欧姆接触层表面各约10分钟。

(2)接着以电子束蒸镀法(E-beam evaporation)或溅镀法(sputtering)形成一厚度约500～4000的ITO的导电透光氧化层，于此P型氮化镓系(P-AlInGaN)织状纹路层之上，接着使用公知的光罩湿蚀刻法(wet etching)移除P型氮化镓系(P-AlInGaN)织状纹路层以外的ITO。

(3)于N-GaN欧姆接触层表面上形成Ti/Al，并使用快速对火炉(RTA)或石英炉管在含氮环境下温度约450～600℃，合金约5～30分钟以降低Ti/Al与N-GaN欧姆接触层20的接触电阻并同时将ITO退火以增加ITO的透光性及ITO与P型氮化镓系(P-AlInGaN)织状纹路层之间的接触电阻。

(4)接着于N-GaN欧姆接触层表面Ti/Al金属层上形成Ti/Au/Ti/Au的负电极衬垫(Bonding pad)而于ITO上形成一正电极衬垫及二辨识记号。

请参阅图4，其为本实用新型的另一较佳实施例的发光二极管的结构示意图；如图所示，本实用新型更进一步提供一液体玻璃层80，其设置于该导电透光氧化层40的上方，透过该液体玻璃层80以提高该导电透光氧化层40的平坦性，于固晶或打线制程时，提高影像比对辨识率以相对降低停机率以增加生产率。

虽然本实用新型已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本实用新型，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。

Claims (13)

1.一种具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其特征在于，包括：

一基板；

一半导体堆叠层，其位于该基板的上方，其由下而上依序包含一N型半导体层、一发光层，一P型半导体层及一织状纹路层，其中该发光层介于该N型半导体层与该P型半导体层之间；

一导电透光氧化层，位于该织状纹路层上方，透过该织状纹路层而与该半导体堆叠层形成欧姆接触；

二辨识记号，位于该导电透光氧化层的上方；

一第一电极衬垫，其位于该半导体堆叠层中的N型半导体层的上方且与该辨识记号间隔设置；以及

一第二电极衬垫，其位于该导电透光氧化层的上方且与该辨识记号间隔设置。

2.如权利要求1所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其特征在于，该基板为蓝宝石、氧化锌、氧化锂镓、氧化锂铝、尖晶石、碳化硅、氮化镓、二硼化锆或硅基材。

3.如权利要求1所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其特征在于，该N型导电型半导体层为氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓。

4.如权利要求1所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其特征在于，该P型半导体层为氮化镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓。

5.如权利要求1所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其特征在于，该发光层为含铟的氮化物化合物半导体。

6.如权利要求1所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其特征在于，该织状纹路层为氮化镓系化合物半导体。

7.如权利要求1所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其特征在于，该导电透光氧化层为氧化铟钼、氧化锌、氧化镁锌、氧化铟锌、氧化铟铈、氧化铟、氧化锡或氧化铟锡。

8.如权利要求1所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其特征在于，该电透光氧化层的上方更进一步包含一液态玻璃层。

9.如权利要求1所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其特征在于，该织状纹路层是在一外延制程中所产生的织状纹路层。

10.如权利要求1所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其特征在于，该织状纹路层是由控制该P型半导体层中的应变量而成的织状纹路层。

11.如权利要求1所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其特征在于，该导电透光金属层至少包含镍与金所形成的P型导电透光金属层。

12.如权利要求1所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其特征在于，该二辨识记号表面金属选自铝、银或铑所组成的群组的其中之一。

13.如权利要求8所述的具有固晶或打线辅助辨识记号的发光二极管的结构，其特征在于，该二辨识记号形成于液态玻璃层之上。

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