TWI423480B - 發光二極體透明導電層之圖案化方法 - Google Patents

發光二極體透明導電層之圖案化方法 Download PDF

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發光二極體透明導電層之圖案化方法
本發明係有關於一種發光二極體，且特別是有關於一種具有發光二極體透明導電層之圖案化方法。
發光二極體(light emitting diode,LED)由於體積小、使用壽命長、耗電量低與亮度高等優點，以取代傳統的燈泡，成為目前最重要的發光裝置。
傳統之發光二極體主要包括N型半導體層、主動層與P型半導體層(依序形成於基板上)，之後直接於P型半導體層之上形成電極，然而，由於電流會侷限於電極附近，造成電流聚集效應(current crowing)，為了解決此問題，因此於製作電極之前，將透明導電層(transparent conductive layer)形成於P型半導體層之上。
之後，又有研究發現若將透明導電層加以圖案化或粗化(roughed)，可提升發光二極體之發光效率。目前透明導電層之圖案化方法係利用傳統的微影製程，微影製程包括光阻塗佈(photoresist coating)、軟烘烤(soft baking)、光罩對準(mask aligning)、曝光(exposure)、曝光後烘烤(post-exposure)、光阻顯影(developing photoresist)與硬烘烤(hard baking)等步驟。
然而，上述之微影製程步驟繁瑣，耗時且製程成本高，且光罩必須要直接接觸(hard contact)光阻，此步驟會造成 光罩的磨損，進而降低光罩的使用壽命。
因此，業界亟需提出一種發光二極體透明導電層之圖案化方法，此方法能節省製程時間與成本。
本發明提供一種發光二極體透明導電層(transparent conductive layer,TCL)之圖案化方法，包括以下步驟：提供一基板；形成一N型半導體層於該基板之上；形成一主動層於該N型半導體層之上；形成一P型半導體層於該主動層之上；形成一透明導電層於該P型半導體層之上；設置一光罩(mask)於該透明導電層之上；以及雷射剝除(laser ablating)部分該透明導電層，形成一圖案化或表面粗化(surface roughed)之透明導電層。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下特舉出本發明之實施例，並配合所附圖式作詳細說明，而在圖式或說明中所使用的相同符號表示相同或類似的部分，且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖式中未繪示或描述之 元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形狀，另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。
第1A-1C圖為一系列剖面圖，其顯示本發明一實施例之發光二極體透明導電層之圖案化方法。首先，請參見第1A圖，提供一基板100，基板100之材料例如為藍寶石(sapphire)、碳化矽(SiC)或砷化鎵(GaAs)。接著，依序於基板100之上形成N型半導體層102、主動層104與P型半導體層106，其中N型半導體層102或P型半導體層106可由III-V族材料所組成之化合物半導體層(III-V compound semiconductor layer)，特別是一種以氮化物為主的氮化物半導體導電層，例如N型半導體層102由N型的IIIA族氮化物(nitride)所組成，而P型半導體層106由P型IIIA族氮化物所組成，且N型半導體層102可視需要地摻雜矽(Si)，而P型半導體層106可視需要地摻雜鋅(Zn)或鎂(Mg)。
主動層104形成於N型半導體層102與P型半導體層104之間，於施加適當的偏壓後，N型半導體層102之電子與P型半導體層106之電洞被驅動至主動層104再結合(recombination)而發光。主動層104之材料會決定所發出光的波長，且其可為多層膜，可由量子井層(quantum well layer)與障壁層(barrier layer)交替形成。
N型半導體層102、主動層104與P型半導體層106可藉由金屬有機化學氣相沉積法(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)、分子束磊晶(molecular beam epitaxy,MBE)、氫化物氣相磊晶(hybride vapor phase epitaxy,HVPE)等方法製得。
之後，藉由蝕刻製程移除部份的主動層104與P型半導體層106，以暴露出一部分之N型半導體層102，再形成透明導電層(transparent conductive layer,TCL)108於P型半導體層106與暴露之N型半導體層102之上，以得到如第1A圖所示之結構。於另一實施例中，亦可不蝕刻部分的主動層104與P型半導體層106，直接將透明導電層108形成於P型半導體層上。
透明導電層(TCL)108包括氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎘錫(CTO)、氮化鈦鎢(TiWN)、氧化銦(In2 O3 )、氧化錫(SnO2 )、氧化鎂(MgO)、氧化鋅鎵(ZnGa2 O4 )、氧化錫/銻(SnO2 /Sb)、氧化鎵/錫(Ga2 O3 /Sn)、氧化銀銦/錫(AgInO2 /Sn)、氧化銦/錫(In2 O3 /Zn)、氧化銅鋁(CuAlO2 )、鑭銅氧硫化合物(LaCuOS)、氧化鎳(NiO)、氧化銅鎵(CuGaO2 )或氧化鍶銅(SrCu2 O2 )。於一實施例中，由於氧化銦錫(ITO)對可見光具有90%的高穿透率，因此，較佳係使用氧化銦錫(ITO)作為透明導電層108之材料。
請參見第1B圖，設置一光罩140於透明導電層108之上，再利用雷射剝除(laser ablating)部分透明導電層108，其中箭頭標號150代表雷射光。之後，請參見第1C圖，經過雷射剝除之後，可得到圖案化之透明導電層108a。
雷射波長範圍小於300nm，雷射能量為約0.07 J/cm2 -1.0J/cm2 。於一實施例中，可使用波長248nm之KrF雷射光。於另一實施例中，可使用波長193nm之ArF雷射光。
須注意的是，本發明之光罩140不直接接觸透明導電層108，因此，可延長光罩之使用壽命，節省光罩之成本。再者，本發明利用雷射剝除之方法，可直接將透明導電層108移除，不需像習知技術一樣使用複雜的微影製程，因此，可大幅節省製程的時間與成本。
請參見第2A-2C圖，其顯示本發明另一實施例之發光二極體透明導電層之圖案化方法。第2A圖與第1A圖之差別僅在於，在形成透明導電層108之前，尚包括形成一電流阻擋層(current block layer,CB layer)107於P型半導體層106之上。電流阻擋層107由一絕緣材料所組成，其作用在於使電流不直接由後續形成之電極(圖中未標示)接觸往下灌，強迫電流在透明導電層108更均勻擴散而往下注入至P型半導體層106。
接著，請參見第2B圖，設置一光罩140於透明導電層108之上，再利用雷射剝除(laser ablating)部分透明導電層108，其中箭頭標號150代表雷射光。之後，請參見第2C圖，經過雷射剝除之後，可得到圖案化之透明導電層108b。
請參見第3A-3B圖，其顯示本發明第三實施例之發光二極體透明導電層之圖案化方法。第3A圖中之標號與第1A圖中標號相同者代表相同元件，在此不再贅述。
於第3A圖中，設置一具有半透明圖案之光罩141於透 明導電層108之上，再利用雷射剝除(laser ablating)部分的透明導電層108，其中箭頭標號150代表雷射光，以得到表面粗化之透明導電層108c(如第3B圖所示)。
須注意的是，於第1B圖或第2B圖中，光罩140具有不透明之圖案，因此，可保護位於不透明光罩140底下的區域免受雷射光剝除，相對地，於第3A圖中，光罩141為半透明之圖案，因此，有部分位於半透明光罩141底下的區域會受到雷射光剝除，因此得到表面粗化之透明導電層108c。表面粗化之透明導電層108c表示表面具有一些奈米微結構，這些微結構可以破壞介面之間的全反射，進而提升發光二極體之光的萃取量(light extraction)。
於另一實施例中，亦可使用如第2B圖之不透明光罩140，而藉由調控雷射光150瓦數的大小，改變雷射光的強度，使雷射光僅將部分的透明導電層剝除，而同樣可得到如第3B圖所示之表面粗化之透明導電層108c。
再者，請參見第4A-4B圖，其顯示本發明第四實施例之發光二極體透明導電層之圖案化方法。第4A圖中之標號與第1A圖中標號相同者代表相同元件，在此不再贅述。
第4A圖係接續第2C圖之後的製程，亦即將第2C圖中，具有圖案化透明導電層108b之發光二極體進行第4A圖之步驟，設置具有不透明圖案之光罩142a與半透明圖案之光罩142b於圖案化之透明導電層108b之上，再利用雷射剝除(laser ablating)部分圖案化之透明導電層108b，其中箭頭標號150代表雷射光。請參見第4B圖，經過雷射剝除 之後，可得到表面粗化之透明導電層108d，因此，於第四實施例中，藉由兩步驟的雷射剝除步驟，可得到圖案化之透明導電層108b與表面粗化之透明導電層108d。
於另一實施例中，亦可先利用具有半透明圖案之光罩141(請參見第3A圖)對透明導電層進行雷射剝除，先得到表面粗化透明導電層，之後再利用具有不透明圖案之光罩140(請參見第2B圖)進行雷射剝除，以得到圖案化之透明導電層與表面粗化之透明導電層。
於雷射剝除步驟之後，可利用電漿移除製程或是蝕刻製程，移除多餘的透明導電層。於一實施例中，可利用稀釋過的鹽酸移除多餘的透明導電層。於另一實施例中，可利用氧氣電漿移除多餘的透明導電層。
綜上所述，本發明藉由雷射剝除透明導電層，以得到圖案化或表面粗化之透明導電層，此方法不但製程簡單，且不需像習知技術一樣使用複雜的微影製程，因此，可大幅節省製程的時間與成本。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧基板
102‧‧‧N型半導體層
104‧‧‧主動層
106‧‧‧P型半導體層
108‧‧‧透明導電層
108a、108b‧‧‧圖案化之透明導電層
108c、108d‧‧‧表面粗化之透明導電層
140‧‧‧光罩
150‧‧‧雷射光
第1A-1C圖為一系列剖面圖，用以說明本發明一實施例發光二極體透明導電層(transparent conductive layer,TCL)之圖案化方法。
第2A-2C圖為一系列剖面圖，用以說明本發明一較佳實施例發光二極體透明導電層(transparent conductive layer,TCL)之圖案化方法。
第3A-3B圖為一系列剖面圖，用以說明本發明第三實施例發光二極體透明導電層(transparent conductive layer,TCL)之圖案化方法。
第4A-4B圖為一系列剖面圖，用以說明本發明第四實施例發光二極體透明導電層(transparent conductive layer,TCL)之圖案化方法。
100‧‧‧基板
102‧‧‧N型半導體層
104‧‧‧主動層
106‧‧‧P型半導體層
108‧‧‧透明導電層
140‧‧‧光罩
150‧‧‧雷射光

Claims (7)

  1. 一種發光二極體透明導電層(transparent conductive layer,TCL)之圖案化方法，包括以下步驟：提供一基板；形成一N型半導體層於該基板之上；形成一主動層於該N型半導體層之上；形成一P型半導體層於該主動層之上；形成一透明導電層於該P型半導體層之上；設置一不透明光罩(mask)於該透明導電層之上；透過該不透明光罩以雷射剝除(laser ablating)部分該透明導電層，形成一圖案化之透明導電層；設置一半透明光罩於該圖案化之透明導電層之上；以及透過該半透明光罩以雷射剝除部分該圖案化之透明導電層，形成一圖案化且表面粗化(surface roughened)之透明導電層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體透明導電層之圖案化方法，其中該雷射剝除之雷射波長範圍小於300nm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體透明導電層之圖案化方法，其中該雷射波除之雷射能量為約0.07J/cm2 -1.0J/cm2 。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體透明導電層之圖案化方法，其中該透明導電層(TCL)包括氧化銦錫 (ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎘錫(CTO)、氮化鈦鎢(TiWN)、氧化銦(In2 O3 )、氧化錫(SnO2 )、氧化鎂(MgO)、氧化鋅鎵(ZnGa2 O4 )、氧化錫/銻(SnO2 /Sb)、氧化鎵/錫(Ga2 O3 /Sn)、氧化銀銦/錫(AgInO2 /Sn)、氧化銦/錫(In2 O3 /Zn)、氧化銅鋁(CuAlO2 )、鑭銅氧硫化合物(LaCuOS)、氧化鎳(NiO)、氧化銅鎵(CuGaO2 )或氧化鍶銅(SrCu2 O2 )。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體透明導電層之圖案化方法，其中形成該透明導電層之前，尚包括形成一電流阻擋層(current block layer,CB layer)於該P型半導體層之上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體透明導電層之圖案化方法，於形成該透明導電層於該P型半導體層之上，尚包括蝕刻移除部份之P型半導體層與主動層，以暴露出部分之N型半導體層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體透明導電層之圖案化方法，其中該光罩不直接接觸該透明導電層。
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