TW201145577A - Light-emitting diode unit and method for making it - Google Patents

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201145577 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種發光二極體晶粒及其製作方法。 【先前技術】 [0002] 發光二極體（Light Emitting Diode，LED)是一種可 將電流轉換成特定波長範圍的光的半導體元件。發光二 極體以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路 匹配、驅動簡單、壽命長等優點，從而可作為光源而廣 泛應用於照明領域。 [00〇3]發光二極體晶粒通常包括p型丰導體層、活性層、n型半 導體層以及形成在該p型半導體層與n型半導體層上的電 極。在發光二極體晶粒兩端的電極施加電壓，空穴與電 子將會在活性層複合，輻射出光子。發光二極體晶粒在 應用過程中所面臨的一個問題是其光取出效率問題。由 於電子與空穴在活性層中複合產生光子，因此，發光二 極體晶粒的光取出效率與電子在〇型半導體層中的分佈均 勻性有很大義。為防止活性層所發出的光線被電極所 阻擋’電極的面積通常設置的比較小，此時將會出現在 電極下方的位置電流密度較大，而遠離電極位置的電流 密度較小的情況，從而使得在發光二極體晶粒的η型半,導 =的電流分佈不均句’發光二極體晶粒的光取出效率 【發明内容】 有必要提供一種電—佳的發光 099119034 表單蝙號Α0101 第4頁/共18頁 201145577 [0005] [0006] Ο [0007] [0008] [0009] Ο tooio] [0011] 099119034 一種發光二極體晶粒，其包括····基板及設置於基板上的 半導體發光結構。一透明導電層設置於半導體發光結構 表面，一電極層設置透明導電層表面。所述發光二極體 晶粒進一步包括一金屬層及設置於金屬層周圍的一緩衝 層。所述金屬層與緩衝層設置於透明導電層與半導體發 光結構之間。所述金屬層與半導體發光結構之間形成肖 特基接觸，所述緩衝層與半導體發光結構之間形成歐姆 接觸。 一種發光二極體晶粒的製作方法，其:包括以下步驟： .. ... ....::. ' 在基底上形成半導體畚光結構； 在半導體發光結構表面形成金屬層及緩衝層，其中，緩 衝層形成於金屬層的周圍，所述金屬層與丰導體發光結 構之間形成肖特基接觸，所述缓衝層與半導體發光結構 之間形成歐姆接觸； 在金屬層及緩衝層的表面形成透明導電層； 在透明導電層表面形成電極層。 相較於先前技術，本發明在半導體發光結構表面設置一 金屬層及一設置於金屬層周圍的緩衝層。由於金屬層與 半導體發光結構之間形成肖特基接觸，且緩衝層與半導 體發光結構之間形成歐姆接觸，因此金屬層與半導體發 光結構之間的接觸電阻要大於緩衝層與半導體發光結構 之間的接觸電阻。發光二極體晶粒在工作時，其注入電 流將會從接觸電阻較高區域往接觸電阻較低的區域擴散 。即，使電流往發光二極體晶粒的邊緣擴散，從而增加 表單編號卿1 第5㈣18 s 0992033726-0 201145577 電流在半導體發光結構表面分佈的均勻性。另外，由於 金屬材料具有較高的反射率，該金屬層除了是電流分佈 均勻外，其亦可以將活性層發出的朝向電極層的光線反 射，從而避免了該部分光線被電極層所遮擋，從而提高 該發光二極體晶粒的光取出效率。 【實施方式】 [0012] 下面以具體的實施例對本發明作進一步地說明。 [0013] 請參見圖1，本發明實施例所提供的發光二極體晶粒100 包括一個基板11及設置於基板11上的半導體發光結構12 。一金屬層13與一緩衝層14設置於半導體發光結構12的 表面，其中，緩衝層14設置於金屬層13的周圍。金屬層 13與緩衝層14的表面設置有一層透明導電層15。透明導 電層15的表面設置有一層電極層16。 [0014] 基板11由具有高導熱率的材料製成，其可以是採用銅、 銘、錄、銀、金等金屬材料或者任意两種以上金屬所形 成的合金所製成的基板，或者是採用導熱性能好的陶瓷 基板如矽基板、鍺基板。在本實施例中，基板11為具有 高導熱效率的金屬鎳層。基板11與半導體發光結構12的 結合過程通常為：首先藉由MOCVD(Metal-〇rganic Chemical Vapor Deposition，有機金屬化學氣相沈 積）的方法在藍寶石基板上生長半導體發光結構12，然後 採用鐳射切割的方法使半導體發光結構1 2與藍寶石基板 剝離，最後採用黏合或者電鍍的方法使半導體發光結構 12與導熱基板11結合。 [0015] 半導體發光結構12包括一p型半導體層121、一活性層 099119034 表單編號A0101 第6頁/共18頁 0992033726-0 201145577 122、一η型半導體層123。當在ρ型半導體層121表面施 加正電壓，在η型半導體層123表面施加負電壓時，ρ型半 導體層121中的空穴與η型半導體層123中的電子將會在活 性層複合，能量以光子的形式發出，從而使發光二極體 晶粒發光。在本實施例中，半導體發光結構12由GaN材料 製作。根據需要，半導體層的製作材料還可以包括AlGaN 、InGaN等。 [0016] Ο 在本實施例中，半導體發光結構12進一步包括一反射層 124。該一反射層124設置於半導體發光結構12與基板11 相鄰的表面。反射層124由銀、錄、銘、銅、金等金屬材 料所製成。該反射層124的目的在於將活性層122所發出 的，朝向P型半導體層121的光線反射，使其從η型半導體 層123的表面發出，提高整個發光二極體晶粒100的出光 效率。在本實施例中，反射層124為銀反射層，其藉由真 空蒸鍍的方法形成。根據需要，反射層124亦可以是布拉 格反射層，其由折射率不同的材料依次交替形成。 Ο [0017] 金屬層13與緩衝層14設置於半導體發光結構12的表面。 如圖2所示，金屬層13設置於半導體發光結構12的中心位 置，緩衝層14設置於金屬層13的周圍。金屬層13與半導 體發光結構12形成肖特基接觸，且緩衝層14與半導體發 光結構12之間形成歐姆接觸。由於金屬層13與半導體發 光結構12之間為肖特基接觸關係，因為肖特基勢壘的阻 擋，金屬層13與半導體發光結構12之間的接觸電阻較大 。而由於緩衝層14與半導體發光結構12之間為歐姆接觸 關係，使得緩衝層14與半導體發光結構12之間的接觸電 099119034 表單編號Α0101 第7頁/共18頁 0992033726-0 201145577 阻較小。因此，當對發光二極體晶粒100施加工作電壓時 ，電流將會流經緩衝層14與半導體發光結構12之間的接 觸區域。#，電流不會集中在半導體發光結構12的中心 位置，而會朝著電阻較小的邊緣擴散，從而使電流擴散 均勻。在本實施例中，金屬層13由鋁材料製成，其藉由 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Depos-ltion，等離子體增強化學氣相沈積）的方法在半導體發 光結構12表面沈積一層鋁薄膜，其厚度為〇. 1"1{1到〇 3 的範圍内。根據需要，該金屬層13亦可以由銅錫、 鋅、鎳等金屬材料形成。同時，該煖衝層14為透明的金 屬鈦或者二氧化鈦薄膜，該緩衝層14形成於半導體發光 結構12表面的除金屬層13以外的區域，其厚度為〇】以爪 到0.3/zm的範圍内。該緩衝層14亦可藉由pECVD的方法 形成。 [0018] [0019] 根據需要，金屬層13可設置於電極層16的正下方位置且 金屬層13的面積要大於電極層〗6的面積，如此可有效對 電極層16注入的電流進行阻擋使其電流從中心往邊緣擴 散’提咼電流在半導體發光結構12表面分佈的均勻性。 另外，由於金屬材料具有較高的反射率，在本實施例中 ，所述金屬層13除了起到使電流從中心往四周擴散的作 用外，其還可以起到反射光線的作用。即，金屬層13可 將從活性層122發出的朝向金屬層13的光線反射，然後再 經過反射層124反射後，從由透明材料形成的緩衝層14的 區域出射。藉由金屬層13對活性層122光線的反射，避免 了從活性層122發出的光線被電極層16所遮擋，從而提高 099119034 表單編號A0101 第8頁/共18頁 0992033726-0 201145577 本實施例的發光二極體晶粒1〇〇的出光效率。 [0020] Ο [0021] Ο [0022] [0023] 透明導電屠15設置於金屬層13與緩衝層14的表面。該透 明導電層15可以是氧化銦錫（ITQ)薄膜或者氧化辞錫（ IZO)薄膜或者氧化鋅（Zn0)薄膜。在本實施例中該 透明導電層15為IZO (Indium Zinc Oxide，氧化銦鋅 )薄膜。藉由濺鍍的方法在金屬層13與緩衝層14的表面 形成該IZ0薄膜。該透明導電層15的厚度越薄，其透光性 就越好。但由於該透明導電層15亦起著電流擴散的作用 ，考慮到對其導電性的影響，該透明導電層15亦不能太 薄。在本實施例中，透明導電層〗5的厚度控制在〇. 到〇· 5/zm的範圍内。 ' ,、 電極層16設置於透明導電層15的表面，該電極層16的作 用在於使外界電源與發光二極體晶粒1〇〇相接觸從而為發 光二極體晶粒1〇〇提供電流使其發光'在本實施例中，電 極層16位於透明導電層15的中心位置。該電極層16由金 材料製成，其藉由PECVD的方法在透明導電層15表面沈積 .... . 一層厚度約為0,5pi的金層，從而形成本實施例之電極 層1 6。 本發明還包括一種發光二極體晶粒100的製作方法。 參見圖3，首先提供一個基板11，該基板11上形成有半導 體發光結構12 ’所述半導體發光結構12包括p型半導體層 121、活性層122與η型半導體層123。在p型半導體層121 表面還設置有一反射層124 ’該反射層124設置於半導體 發先結構12的與基板11相鄰的表面。 099119034 表單編號Α0101 第9頁/共18頁 0992033726-0 201145577 [0024] 在半導體發光結構12表面形成金屬層13與緩衝層14，其 中，緩衝層14形成在金屬層13的周圍。請參見圖4，首先 藉由微影制程在半導體發光結構12表面定義出需要沈積 緩衝層14的區域，將不需要沈積緩衝層14的區域上設置 Si〇2阻擋層。然後藉由PECVD的方法在沒有Si〇2阻擋層 覆蓋的半導體發光結構12表面形成緩衝層14，該緩衝層 14的厚度在0. 1 到0. 3 μ m的範圍内。緩衝層14與半導 體發光結構12之間為歐姆接觸。在緩衝層14的沈積過程 完成之後，將剰餘的Si〇2阻擋層去除。 [0025] 在缓衝層14的沈積完成後，開始進行金屬層13的製作過 程。請參見圖5，首先採用微影制程在定義出需要沈積金 屬層13的區域。即在緩衝層14的表面覆蓋SiO/且擋層。 然後藉由PECVD的方法在沒有SiO/且檔層覆蓋的半導體發 光結構12的表面形成一層金屬層13，其厚度為0.1 到 0. 3/zm的範圍内。該金屬層13與半導體發光結構12之間 為肖特基接觸。在金屬層13的沈積過程完成之後，將覆 蓋在緩衝層14表面的Si〇2阻擋層去除。 [0026] 藉由滅鍍的方法在金屬層13與緩衝層14的表面沈積一層 IZO薄膜作為透明導電層15。最後藉由PECVD的方法在透 明導電層15表面製作金材料製成的電極層16，即最終形 成圖1所示的發光二極體晶粒100的結構。 [0027] 综上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提 出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方 式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本 案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化 099119034 表單編號A0101 第10頁/共18頁 0992033726-0 201145577 [0028] ，皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明的發光二極體晶粒的結構示意圖。 [0029] 圖2係本發明的發光二極體晶粒的金屬層與緩衝層的形狀 〇 [0030] 圖3-圖5係金屬層與緩衝層的製作過程。 [0031] 【主要元件符號說明】 發光二極體晶粒：100 Ο [0032] 基板：11 [0033] 半導體發光結構：12 [0034] p型半導體層：121 [0035] 活性層：122 [0036] η型半導體層：123 [0037] 反射層：124 Ο ^ [0038] 金屬層：13 [0039] 緩衝層：14 [0040] 透明導電層：15 [0041] 電極層：16 099119034 表單編號Α0101 第11頁/共18頁 0992033726-0

Claims (1)

1. 201145577 七、申請專利範圍： 1 . 一種發光二極體晶粒，其包括一基板及設置於基板上的半 導體發光結構，一透明導電層設置於半導體發光結構表面 ，一電極層設置透明導電層表面，其中，所述發光二極體 晶粒進一步包括一金屬層及設置於金屬層周圍的一緩衝層 ，所述金屬層與緩衝層設置於透明導電層與半導體發光結 構之間，所述金屬層與半導體發光結構之間形成肖特基接 觸，所述缓衝層與半導體發光結構之間形成歐姆接觸。 2 .如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶粒，其中，所 述金屬層的製作材料選自鋁、銅、錫、鋅與鎳其中之一或 者它們之間的化合物。 3 .如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶粒，其中，所 述金屬層設置於電極的正下方，且金屬層的面積大於或等 於電極層的面積。 4 .如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶粒，其中，所 述金屬層的厚度為O.lem至0.3//m之間。 5 .如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶粒，其中，所 述緩衝層為鈦金屬薄膜。 6 .如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶粒，其中，所 述透明導電層為氧化銦錫薄膜、氧化鋅錫薄膜或氧化鋅薄 膜。 7 .如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶粒，其中，所 述半導體發光結構包括一反射層，該反射層設置於半導體 發光結構與基板相鄰的表面。 8 . —種發光二極體晶粒的製作方法，其包括以下步驟： 099119034 表單編號A0101 第12頁/共18頁 0992033726-0 201145577 在基底上形成半導體發光結構； 在半導體發光結構表面形成金屬層及缓衝層，其中，缓衝 層形成於金屬層的周圍，所述金屬層與半導體發光結構之 間形成肖特基接觸，所述緩衝層與半導體發光結構之間形 成歐姆接觸； 在金屬層及緩衝層的表面形成透明導電層； 在透明導電層表面形成電極層。 9 .如申請專利範圍第8項所述之發光二極體晶粒之製作方法 ，其中，所述半導體發光結構包括一反射層，所述反射層 〇 設置於半導體發光結構與基板相鄰的表面。 10 .如申請專利範圍第8項所述之發光二極體晶粒之製作方法 ，其中，所述金屬層形成於半導體發光結構表面的中心位 置。 Ο # 099119034 表單編號A0101 第13頁/共18頁 0992033726-0