TWI442598B - 發光二極體晶粒製造方法 - Google Patents

Description

發光二極體晶粒製造方法

本發明涉及一種發光二極體晶粒製造方法。

先前的水平式發光二極體(Light Emitting Diode, LED)晶粒包括基板、於基板上生長的半導體發光結構以及兩電極。因為藍寶石基板不具有導電性，所以通常將N極與P極電極鍍於同一側，並由此形成水平式結構。

然而當水平式發光二極體晶粒的P極至N極注入電流時，因電流的電性特性，同側的兩電極間的電流往往走最短的距離，導致這些電流集中於具有較短路徑的通道上。從而導致發光二極體晶粒出光不均勻，進而導致熱能分佈不均勻，影響發光二極體晶粒的出光效果。

有鑒於此，有必要提供一種提高出光效率的發光二極體晶粒製造方法。

以下將以實施例說明一種提高出光效率的發光二極體晶粒製造方法。

一種發光二極體晶粒製造方法，包括以下步驟：

提供基板，並於基板上生長第一半導體層，該第一半導體層包括第一區域及第二區域；

於第二區域上生長有源層；

於有源層上生長第二半導體層；

分別於第一半導體層的第一區域及第二半導體層上形成第一電極及第二電極；

於第二區域上形成至少兩個凹槽，該凹槽彼此間隔並沿遠離第一區域依次設置，且所述凹槽的深度隨著與第一區域之間的距離變大而變淺。

相較於先前技術，上述發光二極體晶粒製造方法於第一半導體層上形成若干凹槽，該若干凹槽自第一電極向遠離第一電極的方向由深至淺順次排列。當注入電流時，電子自第一電極向第二電極流動，由於凹槽的設置，使電子從第一電極出發先受到第一個凹槽的阻擋，當此處電子密度飽和之後，再躍至第二個凹槽，再經飽和，躍至第三個凹槽，依次類推，從而避免電子集中於某一個或幾個具有較短路徑的通道上，使電流分佈均勻，提高發光二極體晶粒的發光效率。

請參閱圖1，本發明實施方式提供一種發光二極體晶粒10，該發光二極體晶粒10包括基板11、第一半導體層12、有源層13、第二半導體層14、第一電極15及第二電極16。

所述基板11的材料可以為藍寶石（Al2O3）、碳化矽（SiC）、矽（Si）、氮化鎵（GaN）或氧化鋅（ZnO）中的一種，根據所需要達到的物理性能、光學特性以及成本預算而定。

所述第一半導體層12、有源層13、第二半導體層14依次形成於基板11上。所述第一半導體層12與第二半導體層14為不同摻雜型半導體層，本實施方式中，第一半導體層12為N型半導體層，第二半導體層14為P型半導體層。其他實施方式中，第一半導體層12也可以為P型半導體層，第二半導體層14為N型半導體層。

所述第一半導體層12遠離基板11的表面121包括一個裸露的第一區域1211及一個被有源層13覆蓋的第二區域1212。所述有源層13及第二半導體層14依次形成於第一半導體層12的表面121的第二區域1212上。可以理解，為提高成長於基板11上的第一半導體層12、有源層13、第二半導體層14品質，於成長所述第一半導體層12前，可先於基板11上成長一個緩衝層17。該緩衝層17可採用氮化鎵（GaN）或氮化鋁（AlN）等中的一種。本實施方式中，該第一區域1211為位於第一半導體層12一側的直條狀區域。可以理解，所述第一區域1211的形狀並不限於本實施方式，例如，所述第一區域1211還可以為一個環繞第二區域1212的環狀區域。

所述有源層13可為雙異質結構、單量子阱結構或多量子阱結構等，其直接形成於第一半導體層12的表面121的第二區域1212上以覆蓋該第二區域1212。

請一併參閱圖2，所述第一電極15形成於第一半導體層12的表面121的第一區域1211上，第二電極16形成於第二半導體層14上。為提高第二電極16與第二半導體層14之間的歐姆接觸性能以及提高第二電極16的電流擴散性能，所述第二電極16與第二半導體層14之間可進一步形成一個歐姆接觸層18及透明導電層19。該歐姆接觸層18所用材料可以為摻雜鎂（Mg）的氮化鎵銦鋁（InAlGaN）或者摻雜鎂（Mg）的氮化鎵（GaN）。透明導電層19的材料可為氧化銦錫（ITO）。本實施方式中，所述第一電極15及第二電極16分別為N型電極及P型電極。當然第一電極15及第二電極16可根據第一半導體層12及第二半導體層14的不同而對應設置。

本實施方式中，該第一電極15包括兩個焊墊151及連接於該兩個焊墊151之間的連接電極152，所述兩個焊墊151分別形成於第一區域1211長度方向的兩端。所述第二電極16包括兩個焊墊161、連接於該兩個焊墊161之間的連接電極162及多個延伸電極163。所述連接電極162的延伸方向與連接電極152的延伸方向大致平行，所述多個延伸電極163從焊墊161或連接電極162向第一電極15方向延伸以使得第二電極16的電流能夠更均勻的分散到第二半導體層14上。所述焊墊151、161可以採用鈦（Ti）或鉻（Cr）等材料，利用蒸鍍等方式形成。

所述第一半導體層12的表面121的第二區域1212上形成有至少兩個凹槽1213，該至少兩個凹槽1213彼此間隔設置，該至少兩個凹槽1213沿遠離第一電極15的方向依次設置，且所述凹槽1213的深度隨著與第一電極15之間的距離變大而變淺。本實施方式中，所述凹槽1213的數量為三個，其分別為第一凹槽1213a、第二凹槽1213b及第三凹槽1213c。該三個凹槽1213將第一半導體層12自靠近第一區域1211向遠離該第一區域1211的方向大致分成四個區域，第一區A，第二區B，第三區C及第四區D。其他實施方式方式中，凹槽1213的數量可根據該發光二極體晶粒10的尺寸及需要而設定。所述三個凹槽1213的寬度根據發光二極體晶粒10的尺寸設定，三個凹槽1213的寬度可以相同或不同。本實施方式中，所述三個凹槽1213的寬度均為0.5μm，沿遠離第一電極15的方向，所述三個凹槽1213的深度依次為：0.5μm、0.4μm及0.3μm。利用所述凹槽1213內的氣體可使向下光線形成折射，增加正向光之出光率。

當第二電極16到第一電極15通入電流時，第一半導體層12內的電子開始向第二半導體層14移動。由於第一半導體層12內的凹槽1213將第一半導體層12分成第一區A、第二區B、第三區C及第四區D，且第一凹槽1213a到第三凹槽1213c的深度依次減小，故電子移動的優先順序為：最先移動到距第一電極15最近的第一區A，並被第一凹槽1213a阻擋，使第一區A內的電子濃度逐漸提高；待第一區A內電子飽和後，越過第一凹槽1213a，移動至第二區B；待第二區B內電子飽和後，越過第二凹槽1213b，移動至第三區C；待第三區C內電子飽和後，越過第三凹槽1213c，移動至第四區D。以此，使電子從第一電極15出發，均勻的分佈於第一半導體層12的各個區域，到達第二電極16。避免電流過於集中於某一個或幾個具有較短路徑的通道上，使電流分佈均勻，提高發光二極體晶粒10的發光效率，並防止熱量分佈不均勻的缺失。

進一步而言，鑒於上述的發光二極體晶粒10具有電流分佈均勻的效果，從而第一電極15無須設置延伸電極，使第一電極15不必過多的佔用第一半導體層12上有源層13的覆蓋面積，從而提高發光二極體晶粒10的發光效率。

請一併參閱圖3，本發明實施方式提供的一種發光二極體晶粒10的製造方法包括以下幾個步驟：

提供基板11，並於基板11上生長第一半導體層12，該第一半導體層12包括第一區域1211及第二區域1212；

於第二區域1212上生長有源層13；

於有源層13上生長第二半導體層14；

分別於第一半導體層12的第一區域1211及第二半導體層14上形成第一電極15及第二電極16；

於第二區域1212上形成至少兩個凹槽1213，該凹槽1213彼此間隔並沿遠離第一區域1211依次設置，且所述凹槽1213的深度隨著與第一區域1211之間的距離變大而變淺。

本實施方式中，第一半導體層12及第二半導體層14可分別為N型半導體層及P型半導體層，當然其他實施方式中，兩者可以調換。

前述製作步驟中，於基板11上生長第一半導體層12之前可以先生長一層緩衝層17，以減少基板11與第一半導體層12之間的晶格差異，保證後續第一半導體層12及其他半導體層生長的品質。

形成第二電極16以前，可先於第二半導體層14上形成歐姆接觸層18，再於歐姆接觸層18上形成第二電極16。進一步的，為加強電流擴散效果，先於歐姆接觸層18上形成透明導電層19，再將第二電極16形成於透明導電層19上。

所述凹槽1213可採用鐳射蝕刻法制成。本實施例中，該鐳射蝕刻法採用氟化氪鐳射(Kr-F laser)，波長為248納米(nm)、脈衝寬度為30毫秒(ms)。當然，上述鐳射參數也可根據具體的生產需求進行相應的變更、調整。此外，凹槽1213的側壁粗化程度也可利用鐳射變焦改變能量的方式來改變。

上述方法於發光二極體晶粒10的各半導體層生長完畢之後再利用鐳射於第一半導體層12上蝕刻出凹槽1213，從而避免於形成有源層13的步驟之前事先形成凹槽1213而影響後續有源層13平整性的情形發生，避免影響發光二極體晶粒10的有源層13發光特性。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

10．．．發光二極體晶粒

11．．．基板

12．．．第一半導體層

121．．．表面

1211．．．第一區域

1212．．．第二區域

1213．．．凹槽

1213a．．．第一凹槽

1213b．．．第二凹槽

1213c．．．第三凹槽

13．．．有源層

14．．．第二半導體層

15．．．第一電極

151、161．．．焊墊

152、162．．．連接電極

16．．．第二電極

163．．．延伸電極

17．．．緩衝層

18．．．歐姆接觸層

19．．．透明導電層

A．．．第一區

B．．．第二區

C．．．第三區

D．．．第四區

圖1係本發明實施方式提供的發光二極體晶粒的剖面示意圖。

圖2係圖1所示發光二極體晶粒的立體示意圖。

圖3係本發明實施方式提供的發光二極體晶粒製造方法流程圖。

10．．．發光二極體晶粒

11．．．基板

12．．．第一半導體層

121．．．表面

1211．．．第一區域

1212．．．第二區域

1213．．．凹槽

1213a．．．第一凹槽

1213b．．．第二凹槽

1213c．．．第三凹槽

13．．．有源層

14．．．第二半導體層

15．．．第一電極

16．．．第二電極

17．．．緩衝層

18．．．歐姆接觸層

19．．．透明導電層

A．．．第一區

B．．．第二區

C．．．第三區

D．．．第四區

Claims (10)

1. 一種發光二極體晶粒製造方法，包括以下步驟：
   提供基板，並於基板上生長第一半導體層，該第一半導體層包括第一區域及第二區域；
   於第二區域上生長有源層；
   於有源層上生長第二半導體層；
   分別於第一半導體層的第一區域及第二半導體層上形成第一電極及第二電極；
   於第二區域上形成至少兩個凹槽，該凹槽彼此間隔並沿遠離第一區域依次設置，且所述凹槽的深度隨著與第一區域之間的距離變大而變淺。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶粒製造方法，其中，所述至少兩個凹槽係採用鐳射蝕刻形成於第一半導體層的第二區域上。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體晶粒製造方法，其中，所述鐳射蝕刻採用的鐳射為氟化氪鐳射。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體晶粒製造方法，其中，所述氟化氪鐳射的波長為248納米。
5. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體晶粒製造方法，其中，所述氟化氪鐳射的脈衝寬度為30毫秒。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶粒製造方法，其中，所述於基板上生長第一半導體層之前，先於基板上生長一緩衝層，再於該緩衝層上生長第一半導體層。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶粒製造方法，其中，於第二半導體層上形成第二電極之前，先於該第二半導體層上形成歐姆接觸層，再於該歐姆接觸層上形成第二電極。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體晶粒製造方法，其中，於歐姆接觸層上形成第二電極之前，先於該歐姆接觸層上形成透明導電層，再於該透明導電層上形成第二電極。
9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶粒製造方法，其中，所述第一電極包括兩焊墊及連接於該兩焊墊之間的連接電極，該焊墊分別形成於第一區域長度方向的兩端。
10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶粒製造方法，其中，所述第二電極包括兩焊墊、連接於該兩焊墊之間的連接電極及多個延伸電極，該連接電極遠離第一電極設置並與第一區域的長度方向平行，該延伸電極自焊墊或連接電極向第一電極方向延伸。