TW201427075A - 具有優異電流分佈效果之發光裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種根據電流分佈效果而具有優異電流分佈效果之發光裝置及其製造方法。本發明的發光裝置，包括：發光結構體，形成於基板上，該發光結構體包括第一半導體層、活性層及第二半導體層，並且在該發光結構體之該第二半導體層及該活性層形成有複數個溝槽；第一電極，形成並且接觸於該發光結構體之該第二半導體層；以及第二電極，沿著該基板的至少一邊緣，由與該第一電極之一部分或全部相同的結構體形成並且接觸於該第一半導體層。

Description

具有優異電流分佈效果之發光裝置及其製造方法
本發明係關於一種發光裝置及其製造方法，特別是關於一種具有優異電流分佈效果之發光裝置及其製造方法。
發光裝置一般具有n型半導體層及p型半導體層和位於其半導體層之間並且可經由電子和電洞的複合以進行發光的活性層。並且，發光裝置具有向n型半導體層供給電子的N側電極和向p型半導體層供給電洞的P側電極。
發光裝置根據電極的位置而可分為橫向型(lateral)結構及垂直型(vertical)結構。通常，橫向型結構及垂直型結構係根據在發光裝置所使用的基板的導電性與否而決定。舉例說，使用如藍寶石基板一樣具有電絕緣性的基板之發光裝置主要以橫向型結構實現。
在這種橫向型結構的發光裝置的情況下，P側電極可以直接形成於p型半導體層上。但是，N側電極需先經由檯面刻蝕(mesa etching)去除部分p型半導體層及活性層，之後在露出一部分區域的n型半導體層的 狀態下形成。
在如上所述的橫向型結構的發光裝置中，因檯面刻蝕而致使發光面積消失，並且造成電流沿著側向流動。其結果，很難在整體面積實現均勻的電流分佈，因此發光效率也會減少。
為了獲得高功率，而使用大面積實現發光裝置的情況下，提供如指狀物(finger)的電極結構，在整體發光面積實現均勻的電流分佈。 但是，這種情況下，因指狀物等而限制了光線提取，或引起因其電極引起的光吸收，因此減少發光效率。
與本發明相關的現有文獻有韓國公開專利公報第10-0665302號(2007年1月4日公告)，在上述文獻中公開排有複數個發光電池的倒裝晶片型發光裝置。
本發明的目的在於，提供一種能夠節省製程成本，同時表現優異的電流分佈效果的發光裝置及其製造方法。
為達上述目的，本發明提供一種發光裝置，其包括：發光結構體，形成於基板上，該發光結構體包括第一半導體層、活性層及第二半導體層，在該發光結構體之該第二半導體層及該活性層形成有複數個溝槽；第一電極，形成並且接觸於該發光結構體之該第二半導體層；以及第二電極，沿著該基板的至少一邊緣形成，並且接觸於該第一半導體層。
此時，該第二電極之一部分或全部可以與該第一電極之一部分或全部相同的結構體形成。
為達上述另一目的，本發明提供一種發光裝置的製造方法， 其步驟包括：在基板上形成包括第一半導體層、活性層及第二半導體層的發光結構體；至少刻蝕該第二半導體層及活性層以形成複數個溝槽；以及在該第二半導體層上形成第一電極，並在該第一半導體層上沿著該基板的至少一邊緣，由與該第一電極之一部分或全部相同的結構體以形成第二電極之一部分或全部。
本發明的發光裝置中，沿著基板的至少一邊緣形成的電極與下部的半導體層電連接，能夠相對地增大電流分佈效率，因此能夠提高發光效率。
並且，根據本發明，經由相同製程，將與下部的半導體層相連接的電極，由與上部的半導體層連接的電極的一部分或全部相同的結構體形成，因此能夠節省發光裝置的製程成本。
110‧‧‧基板
120‧‧‧發光結構體
122‧‧‧第一半導體層
124‧‧‧活性層
126‧‧‧第二半導體層
130‧‧‧第一電極
140‧‧‧第二電極
140a‧‧‧線條部
140b‧‧‧線條突出部
150‧‧‧金屬保護層
160‧‧‧絕緣層
170‧‧‧第一凸塊
180‧‧‧第二凸塊
T‧‧‧溝槽
C1‧‧‧第一接通孔
C2‧‧‧第二接通孔
C3‧‧‧第三接通孔
A-A'‧‧‧對應至第2圖之截線
B-B'‧‧‧對應至第3圖之截線
第1圖繪示本發明之發光裝置實施例的俯視圖。
第2圖為沿著第1圖線A-A'截取並放大的剖視圖。
第3圖為沿著第1圖線B-B'截取並放大的剖視圖。
參照附圖和詳細後述的實施例，本發明的優點和特徵以及實現這些優點和特徵的方法將會明確。但是，本發明並不局限於以下所公開的實施例，而是能以互不相同的各種實施方式實現，本實施例僅僅使本發明的公開更為完整，也僅僅是為了向本發明所屬技術領域普通技術人員提 供更為完整的發明範疇，本發明係根據本發明之申請專利範圍來定義。說明書全文中相同的附圖標記指稱相同的結構要素。
以下，參照附圖，對本發明實施例的節省製程成本的同時表現優異的電流分佈效果的發光裝置及其製造方法進行詳細的說明。
第1圖繪示本發明之發光裝置實施例的俯視圖，第2圖為沿著第1圖線A-A'截取並放大的剖視圖，第3圖為沿著第1圖線B-B'截取並放大的剖視圖。
參照第1圖至第3圖，所圖示的發光裝置包括基板110、發光結構體120、第一電極130及第二電極140。並且，本發明的發光裝置還可以包括，金屬保護層150、絕緣層160、第一凸塊(Bump)170及第二凸塊180。
首先，觀察大體上的形狀，在基板110上形成有包括相互隔開的複數個溝槽T的發光結構體120，在發光結構體120的第二半導體層126上形成有第一電極130，在發光結構體120的第一半導體層122上沿著基板110的邊緣形成有第二電極140。
發光結構體120從下而上包括第一半導體層122、活性層124及第二半導體層126，至少在第二半導體層126及活性層124形成複數個溝槽T。
第一半導體層122可以由摻雜有如矽(Si)的n型雜質的n型半導體物質形成，或由摻雜有如鎂(Mg)的p型雜質的p型半導體物質形成。第一半導體層122由n型半導體物質形成的情況下，第二半導體層126由p型半導體物質形成，第一半導體層122由p型半導體物質形成的情況下，第二半導體層126由n型半導體物質形成。
第一半導體層122及第二半導體層126分別可由例如GaN半導體、ZnO半導體、GaAs半導體、GaP半導體及GaAsP半導體等的無機半導體形成。此外，第一半導體層122及第二半導體層126分別可適當地選自包含Ⅲ-V族半導體、II-VI族半導體及Si所組成的群組中形成。
第一半導體層122及第二半導體層126分別可由單層形成或由多層形成，可利用在所屬技術領域習知的有機金屬化學氣相沉積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)方法、分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy，MBE)方法、氫化物氣相磊晶(Hydride Vapor Phase Epitaxy，HVPE)方法等半導體層生長製程來進行生長。
介於第一半導體層122及第二半導體層126之間的活性層124，經由電子與電洞的複合來放出具有規定的能量的光，並可由量子井層和量子阻礙層相互交替地層疊的多重量子井(Multi-Quantum-Well，MQW)結構構成。舉例說，多重量子井的情況下，可以使用InGaN/GaN結構。在活性層124的特性方面，也可經由調節結構物質的組成比來調節所發出的光的波長。
根據活性層124的特性，發光結構體120可以發出選自紅外線區域至紫外線區域波長中的光。這種發光結構體120利用半導體的p-n接面結構來製造出注入的少數載子(電子或電洞)，並利用經由這些電子和電洞的複合(re-combination)而發光的現象。
在本發明中，形成於發光結構體120的複數個溝槽T是刻蝕第二半導體層126及活性層124而形成的。複數個溝槽T為了第一半導體層122與第二電極140的接觸(contact)而形成。
如圖所示，較佳地，為了與第一凸塊170順利接觸，溝槽T以複數個相互隔開的方式形成，進一步較佳地，形成至基板110的邊緣區域。
溝槽T可以具有越靠近下部寬度變得越窄的檯面(mesa)結構。這種情況下，溝槽T可經由利用一般的檯面刻蝕(mesa etching)製程，依序刻蝕第二半導體層126及活性層124而形成。因此，第一半導體層122露出。
另一方面，在檯面刻蝕製程時，刻蝕第二半導體層126及活性層124，還刻蝕第一半導體層122的一部分來形成溝槽T，這種情況圖示在第2圖及第3圖。
另一方面，雖然未圖示，但發光結構體120可以將氮化鋁(AlN)材質等的緩衝層(buffer layer)進一步形成於第一半導體層122和基板110之間，來緩衝第一半導體層122因生長導致的晶格缺陷。為了增加第一半導體層122的結晶性，可將無摻雜的半導體層進一步形成於緩衝層和第一半導體層122之間。並且，在活性層124和第二半導體層126之間可以由如p型AlGaN的物質進一步形成電子阻礙層(Electron Blocking Layer，EBL)。
適用於本發明的基板110可以為包括第一區域及第二區域的半導體生長用基板。此時，將第一區域定為與第一凸塊170相對應的區域，將第二區域定為與第二凸塊180相對應的區域。
作為一例，基板110可以利用選自藍寶石(Sapphire)、Al2O3、SiC、ZnO、Si、GaAs、GaP、MgAl2O4、MgO、LiAlO2、LiGaO2、LiAl2O3、BN、AlN及GaN等中的某一種。本發明的發光裝置以倒裝晶片的形態使用的情況下，這種基板110發揮將在發光結構體120的活性層124生成的光經過 第一半導體層122向外部放出的視窗(window)作用。
基板110為藍寶石基板的情況下，高溫下穩定，並存在C面(0001)較容易生長氮化物薄膜的優點。並且，藍寶石基板中利用圖案化藍寶石基板(PSS，Patterned Sapphire Substrate)的情況下，還可以得到提高光效率及結晶品質的效果。
第一電極130由單層形成或由多層層疊而形成，在第一區域及第二區域中以與發光結構體120的第二半導體層126相接觸的方式形成。
若第一電極130為能夠電連接的導電性材質，則不受特別限制，作為一例，可由金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎢(W)、鎳(Ni)、矽(Si)、鋁(Al)及鉬(Mo)等的金屬、包含這些金屬中的一種以上的合金或金屬氧化物等形成。
適用於本發明的發光裝置，將在發光結構體120生成的光經過作為視窗的基板110，向外部提取。因此，為了提高光提取，較佳地，第一電極130由將從活性層124向第二半導體層126放出的光向第一半導體層122反射的導電性材質形成。這種情況下，作為一例，第一電極130可由選自銀(Ag)、鎳(Ni)、鋁(Al)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銥(Ir)、釕(Ru)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、鉑(Pt)及金(Au)等中的一種以上金屬形成，或由包含從中選擇的兩種以上金屬的合金形成。這種情況下，從第一電極130反射的光朝向第一半導體層122的發光面，其結果可以增加發光裝置的發光效率。第一電極130的極性根據第二半導體層126的特性而決定，可以為n型或p型。
第二電極140可以在第一區域及第二區域沿著基板110的至 少一邊緣以與第一半導體層122相接觸的方式形成。在第1圖中圖示沿著基板110的所有邊緣形成的第二電極140。
具體地，第二電極140可以在至少因第二半導體層126及活性層124刻蝕而形成的第一半導體層122的露出部上，沿著基板110的邊緣，由條紋(stripe)形狀的線條部140a形成。
為了與第一凸塊170的順利接觸，第二電極140在第一區域還可以包括從沿著基板110的邊緣形成的線條部140a，以及向基板110的內側突出的一個以上的線條突出部140b。此時，線條突出部140b可以形成於角落(corner)或形成於除了角落以外的非角落。線條突出部140b可由圓形、橢圓形及多角形等各種形狀形成。在第1圖中圖示，第一區域中形成於兩側角落和兩側線條部140a的中央的圓形的線條突出部140b。
尤其，在本發明中，第二電極140可由與第一電極130的一部分或全部相同的結構體形成。在此，結構體意味著層的結構和成分相同，即，第二電極140的一部分或全部可以包括第一電極130的結構中的一部分或全部來形成。之所以如此是因為，可經由相同製程來形成在第一電極130和第二電極140中具有相同的結構和成分的部分。第二電極140包括第一電極130的全部結構而形成的情況下，第一電極130和第二電極140由相同的結構體形成。第二電極140的極性根據第一半導體層122的特性而決定，可以為n型或p型。
如同本發明，沿著基板110的邊緣在第一半導體層122的露出部上形成與第一凸塊170電連接的第二電極140的情況下，能夠在整體發光面積中均勻地分佈經過第一半導體層122流動的電流，從而能夠增大電流分 佈(current spreading)效率。
由此，在整體發光面積中實現比較均勻的電流流動，能夠改善發光效率。
尤其，本發明的第一電極130及第二電極140可以經由相同製程形成。
即，第一電極130及第二電極140可以利用一般的物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)方法，作為一例，利用濺射法(Sputtering)、電子束(E-Beam)或熱蒸鍍(Thermal evaporation)等的方法來進行沉積，形成金屬膜或金屬合金膜後，可以利用一般的圖案化方法，作為一例，利用光微影蝕刻(photo-lithography)製程來對這些膜進行圖案化且加以形成。第一電極130的結構中，根據所要包括於第二電極140的結構，可以適當組合沉積和刻蝕，使第二電極140具有與第一電極130的一部分或全部相同的結構體。
在與第一電極130相同的結構體形成第二電極140的情況下，存在可以相對地節省製程成本的效果。
適用於本發明的發光裝置還可以包括包圍第一電極130的露出面的金屬保護層150。金屬保護層150可以利用摻雜有選自金(Au)、鎳(Ni)、鎢(W)、鉬(Mo)、銅(Cu)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、銀(Ag)、鉑(Pt)、鉻(Cr)及鈮(Nb)等中的至少一種雜質的SrTiO3、摻雜有鋁(Al)的ZnO、氧化銦錫(ITO，Indium Tin Oxide)、氧化銦鋅(IZO，Indium Zinc Oxide)等的陶瓷導電膜、鎳(Ni)膜、鈷(Co)膜等來形成為一層以上，但不特別地局限於此，可以利用習知的物質。金屬保護層150可以利用一般 的濺射法、電子束(E-Beam)或熱蒸鍍(Thermal evaporation)方法等進行沉積後，利用通常的光微影蝕刻(photo-lithography)製程來對沉積的膜進行圖案化且加以形成。
絕緣層160可以包括形成於第一區域的複數個第一接通孔C1及一個以上的第二接通孔C2和形成於第二區域的複數個第三接通孔C3，以覆蓋發光結構體120、第一電極130及第二電極140的方式形成。
絕緣層160可以利用所有一般的絕緣物質，作為一例，可以利用氧化矽膜(SiO2)、氮氧化矽膜(SiON)、氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)或它們的混合膜。
在上述內容中，第一接通孔C1可以使在第一區域內經由刻蝕而形成的第一半導體層122的露出部，即溝槽T底面的至少一部分露出。第二接通孔C2可以形成為一個以上，可以使形成於第一區域的第二電極140的至少一部分露出。第三接通孔C3可以在第二區域的內部使第一電極130的至少一部分露出。進一步形成金屬保護層150的情況下，如第3圖所示，第三接通孔C3可以使金屬保護層150的至少一部分露出。
第一接通孔C1、第二接通孔C2、第三接通孔C3在發光結構體120、第一電極130及第二電極140上，利用電漿化學氣相沉積(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)方法、濺射法、有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)方法、原子層沉積法(Atomic Layer Deposition，ALD)或電子束蒸鍍(e-beam evaporation)方法等，對一般的絕緣物質進行沉積而形成絕緣層後，以分別在第一區域及第二區域使所需的區域露出的方式，利用一般的光微影蝕刻製程對絕緣層進行圖案化來形成。
在本發明中，第一電極130及第二電極140的所有電連接可以沒有引線接合法(wire bonding)，利用倒裝晶片接合法(flip chip bonding)來實現。
為此，第一凸塊170可以形成於基板110的第一區域的絕緣層160上。第一凸塊170可以經由第一接通孔C1與露出的第一半導體層122進行焊接，可以經由第二接通孔C2與第二電極140進行焊接。
並且，第二凸塊180可以形成於基板110的第二區域的絕緣層160上。第二凸塊180可以經由第三接通孔C3與第一電極130進行焊接。
第一凸塊170及第二凸塊180可由金屬材質形成，作為一例，可由鉛(Pb)、金(Au)、鈦(Ti)、銅(Cu)、鎳(Ni)、錫(Sn)、鉻(Cr)、鎢(W)及鉑(Pt)等的單一金屬或由Ti-W、W-Pt、Ni-Sn、Au-Sn及Au-Ag等的合金形成，利用一般的濺射法等來對這些物質進行沉積後，利用一般的光微影蝕刻製程進行圖案化來形成。
另一方面，雖然未圖示，分別與第一凸塊170及第二凸塊180對應地設有第一導電片及第二導電片的副安裝基板(Submount substrate)可以焊接於第一凸塊170及第二凸塊180。
副安裝基板為用於將包括發光結構體120的發光結構物安裝成倒裝晶片(flip chip)形態的基板，與第二電極140隔開而配置。副安裝基板可在要安裝發光結構物的區域設有第一導電片及第二導電片。
第一電極130及第二電極140分別經由第一凸塊170及第二凸塊180，倒裝焊接於相互對置的第一導電片及第二導電片。即，包括發光結構體120的發光結構物與副安裝基板，可將第一凸塊170及第二凸塊180放在 其中間進行電焊接。
為了將外部電源分別施加於第一電極130及第二電極140，可以通常地提供上述第一導電片及第二導電片。第一導電片及第二導電片可由金屬材質形成，作為一例，可由鉛(Pb)、金(Au)、鈦(Ti)、銅(Cu)、鎳(Ni)、錫(Sn)、鉻(Cr)、鎢(W)及鉑(Pt)等的單一金屬或由Ti-W、W-Pt、Ni-Sn、Au-Sn及Au-Ag等的合金形成。第一導電片及第二導電片利用物理氣相沉積(PVD)方法或有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)方法等來對導電性物質進行沉積，形成導電膜(未圖示)後，利用光微影蝕刻製程對該導電膜進行圖案化來形成。
因此，外部電源可借助與第一導電片相接合的第一凸塊170，經由第二電極140施加於第一半導體層122，並可借助與第二導電片相接合的第二凸塊180，經由第一電極130施加於第二半導體層126。
在這種結構中，將與第一半導體層122的接通實現至基板110的週邊部，經由沿著基板110的邊緣形成第二電極140，在整體發光面積實現均勻的電流分佈，從而可提高發光效率。
以上，主要說明了本發明的一些實施例，但本發明所屬技術領域的技術人員能進行各種變更或變形。這種變更和變形只要不脫離本發明提供的技術思想的範圍，均可視為屬於本發明。因此，本發明的保護範圍應根據以下所記載的本發明的申請專利範圍來判斷。
110‧‧‧基板
140‧‧‧第二電極
140a‧‧‧線條部
140b‧‧‧線條突出部
160‧‧‧絕緣層
170‧‧‧第一凸塊
180‧‧‧第二凸塊
C1‧‧‧第一接通孔
C2‧‧‧第二接通孔
C3‧‧‧第三接通孔
A-A'‧‧‧對應至第2圖之截線
B-B'‧‧‧對應至第3圖之截線

Claims (18)

  1. 一種發光裝置，其包括：一發光結構體，形成於一基板上，該發光結構體包括一第一半導體層、一活性層及一第二半導體層，該發光結構體之該第二半導體層及該活性層形成有複數個溝槽；一第一電極，形成並且接觸於該發光結構體之該第二半導體層；以及一第二電極，沿著該基板的至少一邊緣形成，並且接觸於該發光結構體之該第一半導體層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一電極由單層形成或由多層層疊而形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第二電極之一部分或全部，由與該第一電極之一部分或全部相同之結構體形成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中，在該第二電極之接近該基板之部分，形成有複數個線條突出部。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該基板包括：一第一區域，用於限定與一第一凸塊相對應的區域；以及一第二區域，用於限定與一第二凸塊相對應的區域。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，進一步包括：一絕緣層，形成於該第一電極、該第二電極以及該發光結構體上，並且該絕緣層包含在該第一區域的內部使該第一半導體層露出之複數個第一接通孔，和使該第二電極露出之複數個第二接通孔，以及在該第二區域的內部使該第一電極露出之複數個第三接通孔； 該第一凸塊，形成於該第一區域的該絕緣層上，並且經由該第一接通孔與該第一半導體層焊接，以及經由該第二接通孔與該第二電極焊接；該第二凸塊，形成於該第二區域的該絕緣層上，並且經由該第三接通孔與該第一電極焊接；一副安裝基板，焊接於該第一凸塊及該第二凸塊，分別與該第一凸塊及該第二凸塊對應地設置有一第一導電片及一第二導電片。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光裝置，其中該第二接通孔形成於該線條突出部之上。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之發光裝置，其中該第一電極和該絕緣層之間還包括一金屬保護層，該金屬保護層以包圍該第一電極之露出面的方式形成。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一半導體層為n型半導體，該第二半導體層為p型半導體。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光裝置，其中該第一電極為P側電極，該第二電極為N側電極。
  11. 一種發光裝置的製造方法，其步驟包括：在一基板上形成包括一第一半導體層、一活性層及一第二半導體層，之一發光結構體；至少刻蝕該第二半導體層及該活性層以形成複數個溝槽；以及在該第二半導體層上形成一第一電極，並在該第一半導體層上沿著該基板的至少一邊緣，由與該第一電極之一部分或全部相同的結構體形成一第二電極之一部分或全部。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之發光裝置的製造方法，其中該第一電極由單層或多層層疊而形成。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之發光裝置的製造方法，其中，在該第二電極之接近該基板的部分，進一步形成複數個線條突出部。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之發光裝置的製造方法，其中該第二電極與該第一電極經由相同製程形成。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之發光裝置的製造方法，其中該溝槽利用檯面刻蝕(mesa etching)製程形成。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之發光裝置的製造方法，其中該基板包括：一第一區域，用於限定與一第一凸塊相對應的區域；以及一第二區域，用於限定與一第二凸塊相對應的區域。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之發光裝置的製造方法，進一步包括：在該第一電極、該第二電極及該發光結構體上形成一絕緣層，並且該絕緣層包括在該第一區域的內部使該第一半導體層露出之複數個第一接通孔，和使該第二電極露出之複數個第二接通孔，以及在該第二區域的內部使該第一電極露出之複數個第三接通孔；在該第一區域之該絕緣層上形成該第一凸塊，並且經由該第一接通孔與該第一半導體層焊接，以及經由該第二接通孔與該第二電極焊接；在該第二區域之該絕緣層上形成該第二凸塊，並且經由該第三接通孔與該第一電極焊接；焊接一副安裝基板於該第一凸塊及該第二凸塊，並且該副安裝基板設置有分別與該第一凸塊及該第二凸塊相對應之一第一導電片及一第二導電 片。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之發光裝置的製造方法，在形成該絕緣層之前還包括形成一金屬保護層以包圍該第一電極之露出面。
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