TW201216517A - Light-emitting diode device and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

201216517 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種發光二極體元件及其製造方法。 【先前技術】 發光二極體（hght-emitting diode，LED)是一種由半 導體材料製作而成的發光元件。由於發光二極體屬於冷發 光，具有耗電量低、元件壽命長、反應速度快等優點，^ 加上體積小容易製成極小或陣列式元件的特性’因此近年 來隨著技術不斷地進步’其制範圍涵蓋了 f腦或家電產 品的指示燈、液晶顯示裝置的背光源乃至交通號 用指示燈。 早 圖1為-種習知之發光二極體元件！之上視圖，圖2 為圖1之發光二極體元線段的剖面示意圖。發 光二極體元件1包含一基板u、- N型半導體層12、一 多重量子井層13、P型半導體層14、—透光導電層15、 -第-電極16及一第二電極17。其中，第一電極16具有 -導電墊161及一導電分支162，第二電極17具有—導電 墊πι及兩導電分支172，導電塾16卜⑺係用以打線以 接收驅動訊號，導電分支162、172係分別設置於n型半 導體層12及透光導電層15上’以藉由驅動訊號使發光二 極體元件1發出光線。 其中，第一電極16之導電分支162與第二電極17之 導電分支172係在垂直方向上設置於不同位置，即錯位設 201216517 置。然而，此種電極配置方式不僅減少元件之發光面積， 此外，增加之金屬電極也會造成光吸收，導致發光二極體 元件1之光功率降低。 因此，如何提供一種具有全新電極配置之發光二極體 元件，而能增加發光面積並減少電極吸光機率，已成為重 ' 要課題之一。 【發明内容】 有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種具有全新 電極配置之發光二極體元件，能增加發光面積並減少電極 吸光機率，進而提升元件之光功率。 為達上述目的，依據本發明之一種發光二極體元件包 含一基板、一蟲晶層、一第一電極以及一第二電極。蠢晶 ' 層設置於基板上，第一電極設置於磊晶層，第二電極設置 於磊晶層之上，且第二電極之一第一導電分支係與第一電 極之一第一導電分支重豐設置。 • 在一實施例中，第一電極之第一導電分支與第二電極 之第一導電分支為長條狀，導電分支用以將電流均勻擴 散。 在一實施例中，第一電極可更具有一連接部與第一電 極之第一導電分支連接，第二電極可更具有一連接部與第 二電極之第一導電分支連接，該等連接部係不重疊設置， 且可為墊狀，例如為打線用之導電墊（conductive pad )。 在一實施例中，第一電極之第一導電分支位於磊晶層 201216517 之一凹槽内，並可由一反射層覆蓋。藉由反射層可調整發 光一極體之發光路徑，並進一步避免電極吸收光線而提升 出光效率。 “在一實施例中，磊晶層具有一第一半導體層、一第二 半導體層及-多重量子井層’多重量子井層位於第一半導 體層與第二半導體層之間，第—電極位於第二半導體声之 凹槽的表面。 a 在貫施例中，一絕緣層係位於第一電極之第一導恭 t支^二電極之第—導電分支之間。藉由絕緣層的言: ^ 電極之第一導電分支與第二電極之第一導電分支 體 形成:並聯電容i容可吸收儲存電荷而增加發光二極 元件抗靜電能力。 在-實施例中，第—電極更具有—第二導電分支， 二晉極更具有—第二導電分支’該等第二導電分支係重 二’且第一電極之第一導電分支與第一電極之第二導 之第w #祕之苐—導電分支與第二電； 兮設置。藉由第—電極與第二電極： 弟一導電分支重疊設置， 該等第二導電分支重疊設置，可增加重疊:積第極： 極吸光機率，並增加電容值而提升抗靜Ϊ能力。而低1 為達上述目的，依據本發明 製造方法包含於-基板上形成—石極體凡和 第—電極之-第-導電分支.以2；日^衫晶層形成- 二電極之一第一導電八“贫〜層之上形成-1 第導電刀支，使第二電極之第一導電分支襄 201216517 第一電極之第一導電分支重疊設置。 在一實施例中，製造方法更包含形成一反射層覆蓋第 一電極之第一導電分支。藉由反射層可調整發光二極體之 , 發光路徑，並進一步避免電極吸收光線而提升出光效率。 在一實施例中，製造方法更包含形成一絕緣層介於第 " 一電極之第一導電分支與第二電極之第一導電分支之 間。絕緣層例如可充填於凹槽。藉由絕緣層可使得第一電 極之第一導電分支與第二電極之第一導電分支形成一電 Φ 容，電容可吸收儲存電荷而增加發光二極體元件抗靜電能 力。 在一實施例中，製造方法更包含形成第一電極之一第 . 二導電分支；以及形成第二電極之一第二導電分支，並使 第一電極之第二導電分支與第二電極之第二導電分支重 疊設置。藉由第一電極與第二電極之第一導電分支重疊設 置，以及第一電極與第二電極之第二導電分支重疊設置， 可增加重疊面積，而降低電極吸光機率，並增加電容值而 •提升抗靜電能力。 承上所述，本發明之發光二極體元件及其製造方法係 藉由第一電極之第一導電分支與第二電極之第一導電分 支重疊設置，可減少電極所佔之面積以致能有效增加發光 面積，降低電極吸光機率，且重疊設置之電極可形成電容 以吸收儲存電荷而增加元件抗靜電能力，如此可提升元件 之光功率及元件效能。 201216517 【實施方式】 以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一 種發光二極體元件及其製造方法，其中相同的元件將以相 同的參照符號加以說明。 圖3為本發明較佳實施例之一種發光二極體元件2之 上視示意圖，圖4為圖3之發光二極體元件2沿AA線段 的剖面示意圖。請參照圖3及圖4所示，發光二極體元件 2係包含-基板2卜-蟲晶層22、—第—電極23以及一 第二電極24。 基板21之材質可例如包含藍寶石（sapphire)、碳化 矽（sic)、磷化鎵（GaP)或矽（Si)，於此係以藍寶石為 例0 蟲晶層22設置於基板21上。磊晶層22可為任意之半 導體層’例如包含一第一半導體層221及一第二半導體層 222，其中第一半導體層221與第二半導體層222具 有不同之電性。在本實施例中，第一半導體層221 為P型，第二半導體層為N型。且可依據發光二極體 之功能，例如藍光二極體、綠光二極體、紅光二極體等等’ 而變化磊晶層22之材質。磊晶層22之材質可例如選自氮 化鎵（GaN)系列之材料，例如包含氮化銦鎵（InGaN)、 氮化鋁鎵（AiGaN)或磷化鋁銦鎵（A1InGaP )系列等。另 外，轰晶層22更可包含一多重量子井層（multiple quantum well，MQW) 223以產生所需之光’其中該多重量子井層 223夾設於第一半導體層221與第二半導體層222之間。 201216517 而為了電性導通第二半導體層222,第一半導體層221 與多重量子井層223中的一部分利用例如微影蝕刻製程移 除’用以露出部分的第二半導體層222表面，第一電極23 • 係設置於第二半導體層222所露出的表面上，第一電極23 ；. 包含有第—導電分支231、第二導電分支233與連接部 232 ’其中第—導電分支231與第二導電分支233例如為 長條狀之導電分支，用以將電流均勻擴散，而連接部232 分別與第—導電分支231與第二導電分支233連接形成一 φ導電通路’連接部232例如為打線用之導電塾（conductive pad) ° 無光二極體元件2可更包含一透光導電層（transparent eonductive iayer，TCL) 28，其係設置於磊晶層22之上， 用以將電流均勻擴散後通過第一半導體層221，而後再通 過夕重量子井層223。本實施例之透米導電層28可以例如 為氧化銦锡（ΙΤ〇)β

包含有筮—、* §又1於透光導電層28上，； 242，其中第—241、第二導電分支2心代遗 長條狀之導電分支，刀支241與第二導電分支243々 刀別與第—導電分支將電流均勻擴散，而連接| 導電通路，連接部2 41與箄二導電分支243連接子

Pad)。 你為打線用之導電墊（cond 導贷如圖4中所示，在| 導電分支231與第— 實施例中，第一電極23之第一 〜導電八+ 乃支233位於磊晶層22遭移除 201216517 部分之一凹槽25内，並可由一反射層26覆蓋，反射層26 可部分覆蓋第一導電分支231與第二導電分支233或完全 覆蓋第一導電分支231與第二導電分支233。藉由反射層 26可調整發光二極體元件2之發光路徑，並進一步避免電 極23、24吸收光線而提升出光效率。反射層26可為反射 金屬構成之膜層、或是由反射結構所構成，其中亦可添加 透明介電材料。例如反射層26可包含金屬反射材料I呂、 銀、或舶、或其合金、或者反射層26可為布拉格反射結 構（DBR) ’並可包含二氧化鈦（Ti02)、二氧化矽（Si02) · 或氮化石夕（SiN )、或者反射層26可由金屬铭、銀、或始 及透明介電材料二氧化鈦、二氧化矽或氮化矽組成。 另外，在本實施例中，一絕緣層27係位於第一電極 23之第一導電分支231與第二電極24之第一導電分支241 - 之間，於此絕緣層27充填於凹槽25内，而第二電極24 之第一導電分支241與第二導電分支243係設置於絕緣層 27之上，且第一電極23之第一導電分支231與第二電極 24之第一導電分支241係重疊設置，第一電極23之第二 導電分支233與第二電極24之第二導電分支243係重疊 設置，且該兩電極之重疊部分係以絕緣層27電性絕緣隔 開。另外，在其他實施例中，絕緣層27亦可延伸覆蓋部 -分之第一半導體層221。藉由絕緣層27的設置，第一電極 23之第一導電分支231與第二電極24之第一導電分支241 形成一並聯電容，第一電極23之第二導電分支233與第 二電極24之第二導電分支243形成一並聯電容，電容可

10 201216517 .吸收儲存電荷而增加發光二極體元件2之抗靜電能力。並 且此處的絕緣層27也相當於電流阻障層的效果，藉由絕 緣層27的設置可以避免電流直接在第-電極23與第二電 •極24的導電分支之間直接流通，可以讓電流更均句的擴 . 散，增加發光面積，提高發光效率。 ' 本實施例之絕緣層27為透光絕緣層，其材質可包含 透明性材料，例如二氧化矽（Si〇2)、氮化矽（SiN)、二氧 化鈦（Ti02)、氧化鋁（Al2〇3)或自旋塗佈矽玻璃（siiic〇n • on glass，SOG·)、或者絕緣層27可包含高介電常數材料， 例如氮氧矽铪化合物（HfSiON)、氧化铪（Hf〇2)或二氣 化鍅（Zr02)。 - 藉由第一電極23與第二電極24之第一導電分支 231、241重疊設置’以及第一電極23與第二電極24之第 二導電分支233、243重疊設置，可減少電極遮光面積， 進而增加有效發光面積’並增加電容值而提升抗靜電能 力。在此實施例中，第二導電分支233、243係分別與連 鲁接部232、24·2連接，在其他實施例中，第二導電分支233、 243或可與第一電極23與第二電極24之另一連接部連 接。另外’在本實施例中，電極之兩連接部232、242不 -- 重疊設置。 以下以圖5及圖6Α至圖6D舉例說明發光二極體元件 2之製造方法。其中圖5為製造方法的流程步驟圖，其中 包含步驟S01至步驟S03,圖6Α至圖6D為製造方法的流 程示意圖。 201216517 如圖6A所示，首先，於一基板21上形成一遙晶層22 (步驟S01 )，可例如藉由有機金屬化學氣相沉積法 (metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)將蟲 晶層22形成於基板21上。磊晶層22可例如包含一第— 半導體層221、一第二半導體層222及一多重量子井層 223,其中第一半導體層221與第二半導體層222具 有不同之電性。在本實施例中，第一半導體層221 為P型，第二半導體層為N型，且多重量子井層223 夾設於第一半導體層221與第二半導體層222之間。鲁 .在形成磊晶層22之後，為了電性導通第二半導體層222， 第一半導體層221與多重量子井層223中的一部分利用例 如微影姓刻製程移除’用以露出部分的第二半導體層222 表面，在本實施例中更包含對磊晶層22蝕刻出一凹槽25， 其中磊晶層22之凹槽係蝕刻至第二半導體層222。 然後’透過例如電子束蒸錢（Electron Beam evaporation)於磊晶層22上蒸鍍電極金屬於其上，以及微 影浮離製程，形成第一電極23。如圖6B所示’於蠢晶層鲁 22形成一第一電極23之一第一導電分支231與第二導電 分支233 (步驟S02 )。於此，第一電極23之第一導電分 支231與第二導電分支233係形成於凹槽25内並位於凹 -槽25表面’且接觸第二半導體層222。當然，在第一導電 分支231之形成步驟中，亦可同時形成第一電極23之一 連接部232，且連接部232分別與第一導電分支231及第 一導笔釦支233連接（請參照圖3 )。另外，製造方法更包 12 201216517 含形成一反射層26覆蓋第一電極23之第一導電分支 231，於此，反射層26亦覆蓋第一電極23之第二導電分 支 233。 , 接著，如圖6C所示，製造方法更包含形成一絕緣層 27介於第一電極23之第一導電分支231與第二電極24之 " 第一導電分支241之間，於此係利用化學氣相沉積 (Chemical vapor deposition，CVD)在整個發光二極體元 件2的表面形成絕緣層，然後再以微影蝕刻製程去除不需 φ 要的部分，而形成絕緣層27覆蓋第一電極23之第一導電 分支231及第二導電分支233，於此，絕緣層27係充填於 凹槽25。 . 然後，如圖6D所示，製造方法更包含利用例如電子 束蒸鍍在磊晶層22上形成覆蓋整面之透光的導電層，然 後再以微影蝕刻製程去除不需要的部分，形成一透光導電 層28於磊晶層22上。然後再透過例如電子束蒸鍍電極金 屬於透光導電層28上，以及微影浮離製程，而形成第二 • 電極24。形成第二電極24之一第一導電分支241與第二 導電分支243，使第二電極24之第一導電分支241、第二 導電分支243與第一電極23之第一導電分支231、第二導 電分支233重疊設置（步驟S03)，且絕緣層27介於第一 電極23之第一導電分支231、第二導電分支233與第二電 極24之第一導電分支241、第二導電分支243之間。當然， 在第一導電分支241之形成步驟中，亦可同時形成第二電 極24之一連接部242,且連接部242分別與第一導電分支 13 201216517 241及第二導電分支243連接。其中，第一電極23之連接 部232不與第二電極24之連接部242重疊設置，第一電 極23之第二導電分支233與第二電極24之第二導電分支 243重疊設置。 由於製造方法所提及之元件的技術特徵已詳述於上 述實施例，故於此不再贅述。 綜上所述，本發明之發光二極體元件及其製造方法係 藉由第一電極之第一導電分支與第二電極之第一導電分 支重疊設置，可減少電極交錯設置所佔之面積以致能有效 _ 增加發光面積，降低電極吸光機率，且重疊設置之電極可 形成並聯電容以吸收儲存電荷而增加元件抗靜電能力，如 此可提升元件之光功率及元件效能。 - 以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離 本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均 應包含於後附之申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 * 圖1為一種習知之發光二極體元件之上視圖； 圖2為圖1之發光二極體元件沿AA線段的剖面示意 圖， 圖3為本發明較佳實施例之一種發光二極體元件的上 視示意圖； 圖4為圖3之發光二極體元件沿AA線段的剖面示意 圖； 14 201216517 圖5為本發明較佳實施例之一種發光二極體元件製造 方法的流程步驟圖；以及 圖6A至圖6D為本發明較佳實施例之一種發光立極體 . 元件製造方法的流程示意圖。 — 【主要元件符號說明】 I、 2 :發光二極體元件 II、 21 :基板 12 : N型半導體層 • 13、223 :多重量子井層 14 : P型半導體層 15、 28 :透光導電層 16、 23 :第一電極 ' 161、171 :導電墊 162、172 :導電分支 17、 24 :第二電極 鲁 22 .遙晶層 221 :第一半導體層 222 :第二半導體層 231、 241 :第一導電分支 232、 242 :連接部 233、 243 :第二導電分支 25 :凹槽 26 :反射層 15 201216517 27 :絕緣層 SOI〜S03 :製造方法之步驟

Claims (1)

1. 201216517 七、申清專利範圍： 1、 一種發光二極體元件，包含： 一基板； , 一蟲晶層，設置於該基板上； 第電極，設置於該磊晶層並具有一第一導電分 ' 支；以及 -第二電極，設置於該磊晶層之上，且該第二電極之 弟導電为支係與該第一電極之該第一導電分支 Φ 重疊設置。 2、 如申請專利範圍第丨項所述之發光二極體元件，其中 該第一電極之該第一導電分支與該第二電極之該第一 導電分支為長條狀。 3、 如申請專利範圍第丨項所述之發光二極體元件，其中 該第一電極更具有一連接部與該第一電極之該第—導 電分支連接，該第二電極更具有一連接部與該第二電 極之該第一導電分支連接，該等連接部係不重疊設置。 鳙4、如申睛專利範圍第3項所述之發光二極體元件，其中 該等連接部為導電塾。 5、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體元件，其中 該第一電極之該第一導電分支位於該磊晶層之一凹槽 内。 6、 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體元件，其中 該磊晶層具有一第一半導體層、一第二半導體層及一 多重量子井層，該多重量子井層位於該第一半導體層 17 201216517 與該第二半導體層之間，該第—電極位於該第 體層之該凹槽的表面。 7'如中請專鄕圍第5項所述之發光二極體元件，其中 °亥第一電極之該第—導電分支係由-反射層覆蓋。 8、 如申請專·圍第5項所述之發光二極體元件，更包 含： 、’邑緣層’位於該第_電極之該第—導電分支與該第 二電極之該第一導電分支之間。 9、 如中請專利範圍第1項所述之發光二極體元件，其中 該第-電極之該第—導電分支與該第二電極之該第一 ‘電分支係形成一電容。 10、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體元件，其中 該第一電極更具有一第二導電分支，該第二電極更具 有弟一導電分支，該等第二導電分支係重疊設置。 11、 一種發光二極體元件之製造方法，包含 於一基板上形成一磊晶層； 於該磊晶層形成一第一電極之一第一導電分支；以及 於該磊晶層上形成一第二電極之一第一導電分支，使 S玄第二電極之該第一導電分支與該第一電極之該 第一導電分支重疊設置。 12、 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體元件之製 造方法’更包含： 對忒蟲晶層餘刻出一凹槽，使該第一電極之一第一導 電刀支位於該凹槽内。 18 201216517 13 * 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體元件之製 w方去’其中該磊晶層具有一第一半導體層及一第二 半導體層，該凹槽之蝕刻步驟係蝕刻至該第二半導體 ' 層，使該第一電極之該第一導電分支連接該第二半導 體層。 14、如申請專利範圍第u項所述之發光二極體元件之製 造方法，更包含： 形成一反射層覆蓋該第一電極之該第一導電分支。 • %專利範®第11項所述之發光：極體元件之製 造方法，更包含： 形成-絕緣層介於該第一電極之該第一導電分支與 該第二電極之該第一導電分支之間。 6、如申請專利範圍苐11項所述之發光二極體元件之製 造方法，更包含： 電極之該第一

   17 形成該第一電極之一連接部與該第一 導電分支連接；及 形成該第二電極之一連接部 導雷八、 與第二電極之該第一 ; ’並使該第一電極之該連接部不與該 弟一電極之該連接部重疊設置。 如申請專利範圍第 造方法，更包含： 11項所述之發光二極體元件之製 於該蟲晶層形成該第-電極之一第二導電分支，·及 於忒磊晶層上形成該第二電 使該第-電極之㈣第二導電分支，並 之W —導電分支與”二電極之 19 201216517