TWI443818B - 發光二極體陣列及其製造方法 - Google Patents

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Description

發光二極體陣列及其製造方法
本發明涉及一種半導體元件，尤其涉及一種發光二極體陣列及其製造方法。
現在，發光二極體(Light Emitting Diode,LED)已經被廣泛應用到照明等領域中，為了提高照明亮度，人們往往在燈具等中採用由多個發光二極體組成的發光二極體陣列。然而，發光二極體產生的光只有在小於臨界角的情況下才能射出至外界，否則由於內部全反射的原因，大量的光將在發光二極體內部損失掉，無法射出至外界，導致整個發光二極體陣列的出光率低下，亮度不高。目前，利用蝕刻使得發光二極體表面粗化來增加發光二極體亮度的技術已為公眾熟知，現有的技術大致分為兩種：1.利用高溫的酸性液體(如硫酸，磷酸等)來對發光二極體進行蝕刻，其缺點為液體中易因溫度不均而產生蝕刻速率不穩定的現象，且使用槽體需經良好的設計，使在高溫操作的液體不具危險，因此槽體的製作成本也會較高；2.利用紫外光照射加電壓的方式，使半導體元件易和氫氧化鉀產生反應，進而達成蝕刻的目的，但操作上需製作絕緣物保護，在晶片上布下電極線，再進行通電照光蝕刻，由於電極導電性的問題使製作上只能在小片晶片上製作，而整片晶圓的製作上受限於電力的分佈，而很難有良好的蝕刻均勻 性，且製作流程較複雜。
有鑒於此，有必要提供一種便於蝕刻的發光二極體陣列及其製造方法。
一種發光二極體陣列，其包括基板及形成於基板一側的多個發光二極體，所述多個發光二極體之間電連接。所述每個發光二極體包括依次形成於所述基板上的連接層、n型氮化鎵層、發光層及p型氮化鎵層。所述連接層能夠被鹼性溶液蝕刻，所述n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化氮化鎵，且該底面有裸露的粗化表面。
一種發光二極體陣列的製造方法，包括以下步驟：提供一基板；在所述基板上依次成長形成連接層、n型氮化鎵層、發光層和p型氮化鎵層，所述連接層、n型氮化鎵層、發光層和p型氮化鎵層構成一半導體層，所述n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化氮化鎵；在所述半導體層上形成多個溝槽，該多個溝槽將半導體層分割成多個發光二極體，所述溝槽依次貫穿p型氮化鎵層、發光層及n型氮化鎵層以裸露出連接層；採用鹼性溶液蝕刻掉所述每個發光二極體的部分連接層，裸露出n型氮化鎵層的部分底面，並採用所述鹼性溶液對裸露出的n型氮化鎵層的底面進行蝕刻以形成粗化表面；及電連接所述多個發光二極體。
本發明提供的發光二極體陣列中，由於發光二極體具有易被鹼性溶液蝕刻的連接層，且n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化(N-face)氮化鎵，從而很容易對n型氮化鎵層的底面進行粗化以提高發光二極體的光萃取率。
100‧‧‧發光二極體陣列
10‧‧‧基板
11‧‧‧緩衝層
12‧‧‧氮化鎵層
20‧‧‧發光二極體
21‧‧‧連接層
22‧‧‧n型氮化鎵層
221‧‧‧第一區域
222‧‧‧第二區域
23‧‧‧發光層
24‧‧‧p型氮化鎵層
25‧‧‧透明導電層
26‧‧‧p型電極
27‧‧‧n型電極
30‧‧‧電絕緣層
40‧‧‧電連接線
101‧‧‧溝槽
102‧‧‧半導體層
圖1是本發明實施方式提供的一種發光二極體陣列的示意圖。
圖2是反向極化氮化鎵被鹼性溶液蝕刻後的示意圖。
圖3-圖8是圖1中的發光二極體陣列的製造方法示意圖。
以下將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，本發明實施方式提供的一種發光二極體陣列100包括基板10、形成於基板10一側的多個發光二極體20、位於所述多個發光二極體20之間的電絕緣層30以及用於實現所述多個發光二極體20之間電連接的電連接線40。
本實施方式中，所述發光二極體陣列100包括三個發光二極體20，可以理解，所述發光二極體陣列100中發光二極體20的數量並不限於三個，其具體數量可根據實際需要的亮度而定。所述每個發光二極體20包括連接層21、n型氮化鎵層22、發光層23、p型氮化鎵層24、透明導電層25、p型電極26及n型電極27。所述連接層21、n型氮化鎵層22、發光層23、p型氮化鎵層24和透明導電層25依次形成於基板10的表面上。
所述連接層21易於被鹼性溶液在低於100℃情況下蝕刻。所述連接層21的面積小於形成在其上的n型氮化鎵層22的面積，使得n型氮化鎵層22面向所述連接層21的底面周緣裸露出。所述連接層21的材質可選自氮化鋁、二氧化矽、氮化矽等。本實施方式中，所述連接層21為氮化鋁。優選地，所述連接層21的厚度範圍為5奈米-1000奈米。連接層21的厚度大於5奈米時，蝕刻液才會有效的 側蝕滲透，所述連接層21的厚度大於1000奈米則容易因為應力太大而導致其上形成的結構出現碎裂。所述連接層21的電阻值遠大於發光二極體20的電阻值，例如，氮化鋁形成的連接層21的電阻值往往在2000歐姆左右，而發光二極體20的電阻值一般僅有10-20歐姆。
所述n型氮化鎵層22的底面為反向極化(N-face)氮化鎵。反向極化(N-face)氮化鎵為晶格成長堆疊時，氮原子形成在表面的結構；正常極化(Ga-face)氮化鎵為晶格成長堆疊時，鎵原子形成在表面的結構。反向極化(N-face)氮化鎵易被鹼性溶液在低於100℃情況下蝕刻成六角錐的形態(如圖2所示)；但正常極化(Ga-face)氮化鎵則與鹼性溶液在低於100℃情況下完全不反應。所述n型氮化鎵層22的底面裸露的部分被粗化，以能夠提高發光二極體20的光萃取率。所述n型氮化鎵層22遠離連接層21的頂面包括一個第一區域221及一個第二區域222。所述發光層23、p型氮化鎵層24、透明導電層25及p型電極26依次形成在所述第一區域221上，所述n型電極27形成在所述第二區域222上。
所述透明導電層25可選自鎳金雙金屬薄層、氧化銦錫(ITO)等。本實施方式中，所述透明導電層25為氧化銦錫。
所述基板10的材質可選自矽、碳化矽、藍寶石等。為提高後續成長在其上的半導體層的品質，所述基板10可先形成一緩衝層11。本實施方式中，為便於成長所述連接層21，所述基板10的緩衝層11上還進一步形成一氮化鎵層12。優選地，該氮化鎵層12為n型氮化鎵層，其遠離基板10的表面為正常極化(Ga-face)氮化鎵。
所述多個發光二極體20之間形成有溝槽101，以將多個發光二極 體20相互隔開。所述電絕緣層30形成於發光二極體20之間的溝槽101中，用於保護發光二極體20且可避免後續形成的電連接線40造成發光二極體20之間出現短路等現象。所述電絕緣層30的材質可選自二氧化矽。當然，所述電絕緣層30也可設置成包覆發光二極體20除電極以外的所有表面。
所述電連接線40形成於所述電絕緣層30上，可將所述多個發光二極體20並聯或串聯，本實施方式中，所述電連接線40將所述多個發光二極體20串聯。具體的，連接於兩個發光二極體20之間的電連接線40的一端連接於一個發光二極體20的p型電極，另一端連接於另一個發光二極體20的n型電極。可以理解，所述多個發光二極體20之間電連接的方式並不限於本實施方式，例如，所述多個發光二極體20之間也可通過打線的方式電連接。
下面將介紹所述發光二極體陣列100的製造方法，本實施方式提供的所述發光二極體陣列100的製造方法包括以下步驟：請參閱圖3，提供基板10，所述基板10的材質可選自矽、碳化矽、藍寶石等。
請參閱圖4，在所述基板10上依次成長形成連接層21、n型氮化鎵層22、發光層23、p型氮化鎵層24、透明導電層25。所述連接層21、n型氮化鎵層22、發光層23、p型氮化鎵層24和透明導電層25一同構成一半導體層102。本實施方式中，在成長所述連接層21前，先在基板10上依次形成了緩衝層11和氮化鎵層12，以提高後續成長的半導體層的品質。所述氮化鎵層12遠離基板10的表面為正常極化(Ga-face)氮化鎵，以避免後續被鹼性溶液蝕刻。所述連接層21的厚度範圍為5奈米-1000奈米。連接層30的厚度大於5 奈米時，蝕刻液才會有效的側蝕滲透，所述連接層30的厚度大於1000奈米則容易因為應力太大而導致其上形成的結構出現碎裂。所述n型氮化鎵層22的底面為反向極化(N-face)氮化鎵，以便於被鹼性溶液蝕刻。
請參閱圖5，在所述半導體層102上形成多個溝槽101，該多個溝槽101將半導體層102分割成多個發光二極體20。所述溝槽101依次貫穿透明導電層25、p型氮化鎵層24、發光層23及n型氮化鎵層22以裸露出連接層21。為便於後續對於連接層21的蝕刻，優選地，所述溝槽101進一步貫穿所述連接層21。所述溝槽101可通過感應耦合電漿蝕刻技術(Inductively Coupled Plasma,ICP)形成。
蝕刻所述每個發光二極體20上的透明導電層25、p型氮化鎵層24和發光層23直至裸露出部分n型氮化鎵層22。所述n型氮化鎵層22也可有部分被蝕刻。
請參閱圖6，在上述每個發光二極體20的透明導電層25和n型氮化鎵層22裸露區域上分別形成p型電極26及n型電極27。
請參閱圖7，採用鹼性溶液蝕刻掉所述每個發光二極體20的部分連接層21，裸露出n型氮化鎵層22的部分底面，並採用所述鹼性溶液對裸露出的n型氮化鎵層22的底面進行蝕刻以形成粗化表面。為加快對連接層21及n型氮化鎵層22的底面的蝕刻速度，優選地，所述鹼性溶液為強鹼性溶液，如氫氧化鉀、氫氧化鈉等。具體的，可採用85攝氏度的氫氧化鉀溶液對所述連接層21和n型氮化鎵層22蝕刻30-60分鐘。
請參閱圖8，在所述溝槽101中形成電絕緣層30，並在所述電絕緣層30上形成電連接所述多個發光二極體20的電連接線40。
可以理解，在上述發光二極體陣列100的製造方法中，所述發光二極體20也可不包括透明導電層25，即不形成透明導電層25，所述p型電極26可直接形成於p型氮化鎵層24上。另外，所述p型電極26及n型電極27也可在n型氮化鎵層22底面粗化後再形成。
本發明實施方式提供的發光二極體陣列中，由於每個發光二極體具有易被鹼性溶液蝕刻的連接層，且n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化(N-face)氮化鎵，從而很容易對n型氮化鎵層的底面進行粗化以提高發光二極體的光萃取率。
另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化，當然，這些依據本發明精神所做之變化，都應包含在本發明所要求保護之範圍之內。
100‧‧‧發光二極體陣列
10‧‧‧基板
11‧‧‧緩衝層
12‧‧‧氮化鎵層
20‧‧‧發光二極體
21‧‧‧連接層
22‧‧‧n型氮化鎵層
221‧‧‧第一區域
222‧‧‧第二區域
23‧‧‧發光層
24‧‧‧p型氮化鎵層
25‧‧‧透明導電層
26‧‧‧p型電極
27‧‧‧n型電極
30‧‧‧電絕緣層
40‧‧‧電連接線
101‧‧‧溝槽

Claims (10)

  1. 一種發光二極體陣列，其包括基板及形成於基板一側的多個發光二極體，所述多個發光二極體之間電連接，所述每個發光二極體包括依次形成於所述基板上的連接層、n型氮化鎵層、發光層及p型氮化鎵層，其改進在於，所述連接層能夠被鹼性溶液蝕刻，所述n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化氮化鎵，且該底面有裸露的粗化表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中：所述連接層和基板之間形成有另一n型氮化鎵層，該n型氮化鎵層遠離基板的表面為正常極化氮化鎵。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中：所述連接層的材質選自氮化鋁、二氧化矽或氮化矽。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中：所述連接層的厚度範圍為5奈米-1000奈米。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中：所述多個發光二極體之間形成有溝槽，以將多個發光二極體相互隔開，所述發光二極體陣列進一步包括一形成於所述溝槽中的電絕緣層以及形成於該電絕緣層上的電連接線，所述電連接線用於電連接所述多個發光二極體。
  6. 一種發光二極體陣列的製造方法，包括以下步驟：提供一基板；在所述基板上依次成長形成連接層、n型氮化鎵層、發光層和p型氮化鎵層，所述連接層、n型氮化鎵層、發光層和p型 氮化鎵層構成一半導體層，所述n型氮化鎵層面向連接層的底面為反向極化氮化鎵；在所述半導體層上形成多個溝槽，該多個溝槽將半導體層分割成多個發光二極體，所述溝槽依次貫穿p型氮化鎵層、發光層及n型氮化鎵層以裸露出連接層；採用鹼性溶液蝕刻掉所述每個發光二極體的部分連接層，裸露出n型氮化鎵層的部分底面，並採用所述鹼性溶液對裸露出的n型氮化鎵層的底面進行蝕刻以形成粗化表面；及電連接所述多個發光二極體。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體陣列的製造方法，其中：所述溝槽貫穿所述連接層。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體陣列的製造方法，其中：所述鹼性溶液為強鹼性溶液，所述對連接層和n型氮化鎵層的蝕刻時間為30-60分鐘。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體陣列的製造方法，其中：在電連接所述多個發光二極體之前，先在所述多個發光二極體之間的溝槽中形成電絕緣層。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體陣列的製造方法，其中：所述連接層的材質選自氮化鋁、二氧化矽或氮化矽。
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