TW201322484A - 一種具電流擴散結構的發光二極體與其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種具電流擴散結構的發光二極體與其製造方法，其包含一N型電極、一N型半導體層、一電流阻擋層、一發光層、一P型半導體層與一P型電極，其中該N型半導體層、該發光層與該P型半導體層形成三明治結構，該N型電極與該P型電極分別設置於該N型半導體層與該P型半導體層上，且本發明為讓該電流阻擋層對應該N型電極的圖案分布埋設於該N型半導體層內，據此本發明透過讓該電流阻擋層埋設於該N型半導體層內，除了可讓該N型電極所產生的電流繞過該電流阻擋層而均勻地通過該發光層之外，更可避免介面效應造成阻抗增加，因而可以提升發光效率，且本發明可讓該發光層的主要發光區遠離該N型電極，可減少該N型電極的光遮蔽量而提升發光亮度。

Description

一種具電流擴散結構的發光二極體與其製造方法

    本發明係有關發光二極體，特別是指可增加發光效率的發光二極體。

    發光二極體(Light Emitting Diode,LED)中主要由發光的半導體材料多重磊晶而成，以藍光發光二極體為例。其主要是由氮化鎵基(GaN-based)磊晶薄膜組成，堆疊形成具有一N型半導體層、一發光層與一P型半導體層的三明治結構。

    請參閱「圖1」所示，為一種習知水平式發光二極體1，其於P型半導體2中置入電流阻擋層3，以藉由電流阻擋層3的阻擋而分散電流讓發光層4可以均勻的發光而增加發光效率，然而此種水平式發光二極體結構，其發光區域先天上受到了限制，為了減少電極的光遮蔽量，其P型電極5多半採用透明的導電層(如氧化銦錫)，以增加透光率，然而氧化銦錫的導電率不佳，易造成介面效應，導致阻抗增加，其發光效率無法有效的提高。

    請參閱「圖2」所示，為另一種習知垂直式發光二極體6，其不須採用透明導電層，因而沒有氧化銦錫導電率不佳的問題，然而其讓該電流阻擋層7設置於P型半導體8與P型電極9之間，其造成P型半導體8與P型電極9的接觸面積減少，仍然會導致阻抗的增加，而無法有效提高發光效率。

    顯然，習知技術在分散電流的同時，其無法控制阻抗的增加，因而無法真正提高發光效率，滿足使用上的需求。

    本發明之主要目的在於揭露一種發光二極體結構，其可有效控制接觸阻抗，以確實提升發光效率，而滿足使用上的需求。

    本發明之次要目的在於揭露一種發光二極體結構製作方法，以產製一可有效控制接觸阻抗的發光二極體結構，而提升發光效率，以滿足使用上的需求。

    本發明為一種具電流擴散結構的發光二極體，其包含：一N型半導體層、一發光層、一P型半導體層、一N型電極、一P型電極與一電流阻擋層，其中該發光層設置於該N型半導體層的一側，該P型半導體層設置於該發光層遠離該N型半導體層的一側，該N型電極具有一圖案分布，且設置於該N型半導體層遠離該發光層的一側，該P型電極設置於該P型半導體層遠離該發光層的一側，該電流阻擋層具有該圖案分布且對應該N型電極埋設於該N型半導體層內。

    而本發明的製造方法，其步驟為先於一暫時基板上長晶形成該N型半導體層、埋設於該N型半導體層內的該電流阻擋層、該發光層與該P型半導體層等結構，再轉黏合於一永久基板上後，去除該暫時基板，最後鍍上該N型電極與該P型電極後即完成。

    據此，本發明透過埋藏該電流阻擋層於該N型半導體層內的方式，在分散電流的同時，可有效控制接觸阻抗，且本發明可讓該發光層的主要發光區遠離該N型電極，以減少該N型電極的光遮蔽量而確實提升發光效率，而滿足使用上的需求。

    茲有關本發明的詳細內容及技術說明，現以實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

    請參閱「圖3A」所示，本發明為一種具電流擴散結構的發光二極體，其包含一N型半導體層10、一發光層20、一P型半導體層30、一N型電極40、一P型電極50與一電流阻擋層60，其中該發光層20設置於該N型半導體層10的一側，該P型半導體層30設置於該發光層20遠離該N型半導體層10的一側，該N型電極40具有一圖案分布，且設置於該N型半導體層10遠離該發光層20的一側，該P型電極50設置於該P型半導體層30遠離該發光層20的一側。

    該發光層20可以選用常見的氮化鎵或是氮化銦鎵製成，而N型半導體層10則可選用摻雜矽的氮化鎵、氮化鋁鎵或是氮化鋁銦鎵等等製成，P型半導體層30則可選用摻雜鎂的氮化鎵、氮化鋁鎵或是氮化鋁銦鎵等等製成。

    而該電流阻擋層60具有該圖案分布且對應該N型電極40埋設於該N型半導體層10內，且該N型半導體層10可以包含一第一N型半導體層11與一第二N型半導體層12，該電流阻擋層60則設置於該第一N型半導體層11與該第二N型半導體層12之間，又該電流阻擋層60為選自金屬氧化物製成，該電流阻擋層60可以為選自二氧化鈦與二氧化矽所組成的群組製成，且該電流阻擋層60的厚度可以為10~500奈米。另該第一N型半導體層11的表面111可以粗糙化以增加與該N型電極40的接觸面積。

    此外，該P型電極50與該P型半導體層30之間更設置一金屬反射層70，該金屬反射層70為選自鋁、鎳、銀、鈦所組成的群組製成，其可以用於反射該發光層20所產生的光，而增加發光效率，並具有導電的作用。

    並該金屬反射層70與該P型電極50之間更設置一屏障層80、一結合層81與一永久基板82，該屏障層80為選自鈦、鎢、鉑、鎳、鋁、鉻所組成的群組製成，該屏障層80用以阻絕該結合層81在結合時對該P型半導體層30所造成的破壞，並用以導電、散熱，而該結合層81為選自金錫合金、金銦合金、金鉛合金的任一種製成，具有導電、散熱與黏合等作用，該永久基板82為選自矽基板、銅基板、銅鎢基板、氮化鋁基板與氮化鈦基板的任一種製成，並用以導電、散熱，以增加散熱效率。

    請一併參閱「圖3B」所示，本發明藉由讓該電流阻擋層60埋設於該N型半導體層10內，除了可讓該N型電極40所產生的電流41繞過該電流阻擋層60而均勻地通過該發光層20之外，更可避免介面效應造成阻抗增加，因而可以提升發光效率，且本發明可讓該發光層20的主要發光區(即電流41密集通過區)遠離該N型電極40，以減少該N型電極40的光遮蔽量而提升光亮度。

    請再參閱「圖4A」~「圖4E」所示，而本發明具電流擴散結構的發光二極體製造方法，其步驟如下所述。

    首先，如「圖4A」所示，於一暫時基板90上長晶形成一第一N型半導體層11，其可以選用摻雜矽的氮化鎵、氮化鋁鎵或是氮化鋁銦鎵等等製成，且可以於該暫時基板90上長晶形成該第一N型半導體層11之前，先於該暫時基板90上形成一緩衝半導體層91，藉由該緩衝半導體層91的緩衝，可減少該第一N型半導體層11的缺陷，該暫時基板90可以選用長晶特性良好的藍寶石基板製成，而該緩衝半導體層91可以選用未摻雜的氮化鎵、氮化鋁鎵或是氮化鋁銦鎵等等製成。

    接著，如「圖4B」所示，於該第一N型半導體層11上形成具一圖案分布的一電流阻擋層60，該電流阻擋層60可以為選自金屬氧化物製成。如該電流阻擋層60可以為選自二氧化鈦與二氧化矽所組成的群組製成，且該電流阻擋層60的厚度可以為10~500奈米。

    接著，如「圖4C」所示，於該第一N型半導體層11上側向長晶形成一第二N型半導體層12而包覆埋藏該電流阻擋層60，該第二N型半導體層12同樣可以選用摻雜矽的氮化鎵、氮化鋁鎵或是氮化鋁銦鎵等等製成。

    接著，於該第二N型半導體層12上形成一發光層20，該發光層20可以選用氮化鎵或是氮化銦鎵製成。

    接著，於該發光層20上形成一P型半導體層30，P型半導體層30則可選用摻雜鎂的氮化鎵、氮化鋁鎵或是氮化鋁銦鎵等等製成。

    接著，於該P型半導體層30上形成一金屬反射層70，該金屬反射層70可以為選自鋁、鎳、銀、鈦所組成的群組製成，其藉由該金屬反射層70的高反射率可以反射該發光層20所產生的光，並具備導電、散熱等作用。

    接著，於該金屬反射層70上形成一屏障層80，該屏障層80為選自鈦、鎢、鉑、鎳、鋁、鉻所組成的群組製成，並具備導電、散熱等作用。

    接著，使該屏障層80藉由一結合層81與一永久基板82結合，此時該屏障層80可用以阻絕該結合層81在結合時對該P型半導體層30所造成的破壞，並用以導電、散熱，且該結合層81可以為選自金錫合金、金銦合金、金鉛合金的任一種製成，而具導電、散熱與黏合的作用，該永久基板82為選自矽基板、銅基板、銅鎢基板、氮化鋁基板與氮化鈦基板的任一種製成，亦具導電、散熱的作用。

    接著，如「圖4D」所示，去除該暫時基板90及該緩衝半導體層91，並於該永久基板82鍍上一P型電極50。

    最後，讓該第一N型半導體層11的表面111粗糙化，並於對應該電流阻擋層60的位置鍍上具該圖案分布的一N型電極40。

    如上所述，本發明透過埋藏該電流阻擋層60於該N型半導體層10內的方式，除了可以具有該電流阻擋層60分散電流的作用之外，本發明更可有效控制接觸阻抗，避免接觸阻抗大幅提升，又藉由本發明的方法，可形成一垂直式的發光二極體，P型電極50不須使用高阻抗的透明導電層，且本發明可讓該發光層20的主要發光區遠離該N型電極40，以減少該N型電極40的光遮蔽量，因而本發明可以確實提升發光效率，以滿足使用上的需求。

    惟上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

習知

1．．．水平式發光二極體

2．．．P型半導體

3．．．電流阻擋層

4．．．發光層

5．．．P型電極

6．．．垂直式發光二極體

7．．．電流阻擋層

8．．．P型半導體

9．．．P型電極

本發明

10．．．N型半導體層

11．．．第一N型半導體層

111．．．表面

12．．．第二N型半導體層

20．．．發光層

30．．．P型半導體層

40．．．N型電極

41．．．電流

50．．．P型電極

60．．．電流阻擋層

70．．．金屬反射層

80．．．屏障層

81．．．結合層

82．．．永久基板

90．．．暫時基板

91．．．緩衝半導體層

圖1，為習知發光二極體結構圖。

圖2，為另一習知發光二極體結構圖。

圖3A，為本發明發光二極體結構圖。

圖3B，為本發明發光二極體電流流向圖。

圖4A~4E，為本發明發光二極體製造流程圖。

10．．．N型半導體層

11．．．第一N型半導體層

111．．．表面

12．．．第二N型半導體層

20．．．發光層

30．．．P型半導體層

40．．．N型電極

50．．．P型電極

60．．．電流阻擋層

70．．．金屬反射層

80．．．屏障層

81．．．結合層

82．．．永久基板

Claims (14)

1. 一種具電流擴散結構的發光二極體，其包含：
   一N型半導體層；
   一發光層，該發光層設置於該N型半導體層的一側；
   一P型半導體層，該P型半導體層設置於該發光層遠離該N型半導體層的一側；
   一N型電極，該N型電極具有一圖案分布，且設置於該N型半導體層遠離該發光層的一側；
   一P型電極，該P型電極設置於該P型半導體層遠離該發光層的一側；
   一電流阻擋層，該電流阻擋層具有該圖案分布且對應該N型電極埋設於該N型半導體層內。
2. 如申請專利範圍第1項之具電流擴散結構的發光二極體，其中該電流阻擋層為選自金屬氧化物製成。
3. 如申請專利範圍第2項之具電流擴散結構的發光二極體，其中該電流阻擋層為選自二氧化鈦與二氧化矽所組成的群組製成。
4. 如申請專利範圍第1項之具電流擴散結構的發光二極體，其中該電流阻擋層的厚度為10~500奈米。
5. 如申請專利範圍第1項之具電流擴散結構的發光二極體，其中該N型半導體層包含一第一N型半導體層與一第二N型半導體層，該電流阻擋層設置於該第一N型半導體層與該第二N型半導體層之間。
6. 如申請專利範圍第1項之具電流擴散結構的發光二極體，其中該P型電極與該P型半導體層之間更設置一金屬反射層，該金屬反射層為選自鋁、鎳、銀與鈦所組成的群組製成。
7. 如申請專利範圍第6項之具電流擴散結構的發光二極體，其中該金屬反射層與該P型電極之間更設置一屏障層、一結合層與一永久基板，該屏障層為選自鈦、鎢、鉑、鎳、鋁與鉻所組成的群組製成，該結合層為選自金錫合金、金銦合金與金鉛合金的任一種製成，該永久基板為選自矽基板、銅基板、銅鎢基板、氮化鋁基板與氮化鈦基板的任一種製成。
8. 一種具電流擴散結構的發光二極體製造方法，其步驟包含：
   於一暫時基板上長晶形成一第一N型半導體層；
   於該第一N型半導體層上形成具一圖案分布的一電流阻擋層；
   於該第一N型半導體層上側向長晶形成一第二N型半導體層而包覆埋藏該電流阻擋層；
   於該第二N型半導體層上形成一發光層；
   於該發光層上形成一P型半導體層；
   於該P型半導體層上形成一金屬反射層；
   於該金屬反射層上形成一屏障層；
   使該屏障層藉由一結合層與一永久基板結合；
   去除該暫時基板，於該永久基板鍍上一P型電極；
   讓該第一N型半導體層的表面粗糙化，並於對應該電流阻擋層的位置鍍上具該圖案分布的一N型電極。
9. 如申請專利範圍第8項之具電流擴散結構的發光二極體製造方法，其中該電流阻擋層為選自金屬氧化物製成。
10. 如申請專利範圍第9項之具電流擴散結構的發光二極體製造方法，其中該電流阻擋層為選自二氧化鈦與二氧化矽所組成的群組製成。
11. 如申請專利範圍第8項之具電流擴散結構的發光二極體製造方法，其中該電流阻擋層的厚度為10~500奈米。
12. 如申請專利範圍第8項之具電流擴散結構的發光二極體製造方法，其中該金屬反射層為選自鋁、鎳、銀與鈦所組成的群組製成。
13. 如申請專利範圍第8項之具電流擴散結構的發光二極體製造方法，其中該屏障層為選自鈦、鎢、鉑、鎳、鋁與鉻所組成的群組製成，該結合層為選自金錫合金、金銦合金與金鉛合金的任一種製成，該永久基板為選自矽基板、銅基板、銅鎢基板、氮化鋁基板與氮化鈦基板的任一種製成。
14. 如申請專利範圍第8項之具電流擴散結構的發光二極體製造方法，其中於該暫時基板上長晶形成該第一N型半導體層之前，先於該暫時基板上形成一緩衝半導體層，並於去除該暫時基板時，同時去除該緩衝半導體層。