TWI443866B - 發光二極體及其製作方法 - Google Patents

Description

發光二極體及其製作方法

本發明係關於一種發光二極體及其製作方法，尤指一種對位於銲墊正下方之半導體層平坦化的發光二極體及其製作方法。

發光二極體因具有環保效果、高光電轉換效率、體積小、壽命長、波長固定與低發熱等優點，已經廣泛的運用於生活環境中。例如，大至城市中的大型顯示看板、街道上的交通號誌，小至電器開關指示燈、螢幕的背光源等，都可以看見逐漸由發光二極體取代傳統光源的趨勢。隨著應用範圍的擴增，對於發光二極體的發光效率之要求日益增加。因此，提升發光二極體的發光效率成為相關產業所追求的目標之一。

影響發光二極體的發光效率，主要因素可分為兩個，一個為內部量子效率(Internal Quantum Efficiency)，另一個為取光效率(Light Extraction Efficiency)。前者的內部量子效率，表示每秒從發光二極體之主動層(Active layer)發射出光子數除以每秒從外部注入電子數。後者的取光效率，是指發光二極體內部產生光子，在經過元件本身吸收、折射、反射後實際上在元件外部可量測到光子數目。雖然目前的磊晶製程技術不斷精進，有效的減少磊晶缺陷以及改善磊晶的組成成分與結構，使得發光二極體電光轉換效率不斷提升，並 進而提升內部量子效率。然而，縱使發光二極體有很高的內部量子效率，受限於材料吸收或臨界角損失等因素，主動層所發出光量可能僅會有少部分，真正能從發光二極體向外發出。因此，發光二極體的取光效率提升，仍存在很大的進步空間有待改善。

本發明之主要目的之一在於提供一種發光二極體及其製作方法，以提升發光二極體之發光效率。

為達上述之目的，本發明提供一種發光二極體。上述發光二極體包括一第一半導體層、一主動層以及一第二半導體層。第一半導體層具有一第一導電類型，且主動層設於第一半導體層上。第二半導體層設於主動層上，且第二半導體層具有不同於第一導電類型之一第二導電類型，其中第二半導體層之上表面具有一第一凹陷。

為達上述之目的，本發明另提供一種發光二極體。上述發光二極體包括一第一半導體層、一主動層以及一第二半導體層。第一半導體層具有一第一導電類型，且主動層設於第一半導體層上。第二半導體層設於主動層上，且第二半導體層具有不同於第一導電類型之一第二導電類型，其中第二半導體層與主動層具有一缺口，曝露出第一半導體層，且被曝露出之第一半導體層之上表面具有一凹陷，而凹陷之底部表面具有一第三表面粗糙度均方根值。

為達上述之目的，本發明提供一種發光二極體之製作方法。首先，形成一第一半導體層、一主動層以及一第二半導體層於一基板上，其中第二半導體層之上表面具有一第一表面粗糙度均方根值。然後，於第二半導體層之上表面形成一第一凹陷，使第一凹陷之深度大於第一表面粗糙度均方根值。第一半導體層具有一第一導電類型，且第二半導體層具有不同於第一導電類型之一第二導電類型。

本發明係於對應於第一銲墊之第二半導體之表面形成第一凹陷，使其底部表面的第二表面粗糙度均方根值小於位於第一凹陷外之第一表面粗糙度均方根值，藉此可有效提升發光二極體之取光效率，進而增加升發光二極體之亮度。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更近一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖示，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第1圖至第4圖，第1圖至第4圖為本發明一較佳實施例之發光二極體之製作方法示意圖，其中第4圖為本發明較佳實施例之發光二極體之剖面示意圖。如第1圖所示，提供一基板10，且基板10具有一發光區10a與一非發光區10b。然後，依序於基板10上形成一第一半導體層12、一主動層14以及一第二半導體層16，其中第一半導體層12具有一第一導電類型，且第二半導體層16具有不同於第一導電類型之一第二導電類型。於本實施例中，基板10可以是藍寶石(sapphire)基板，但不以此為限，例如可以為玻璃、磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)、硒化鋅(ZnSe)、硫化鋅(ZnS)、硒硫化鋅(ZnSSe)或碳化矽(SiC)等基板。並且，第一半導體層12可為利用磊晶製程並採用第一導電類型之摻雜氣體所形成之摻雜有第一導電類型之摻雜物的磊晶層，例如摻雜有鎂之氮化鎵。主動層14可為多重量子井，以作為發光二極體之發光層，且可利用多次磊晶製程來形成，但不限於此。第二半導體層16可為利用磊晶製程並採用第二導電類型之摻雜氣體所形成之摻雜有第二導電類型之摻雜物之磊晶層，例如摻雜有矽之氮化鎵，但本發明不限於上述形成方法。於本實施例中，第一導電類型為N型，且第二導電類型為P型，但不限於此，亦可互換。值得注意的是，在形成第二半導體層16時，第二半導體層16之上表面16a會同時形成一粗糙表面，使上表面16a具有一第一表面粗糙度均方根值，例如介於2000埃與7000埃之間。

如第2圖所示，接著，進行一第一蝕刻製程，例如乾蝕刻製程，移除位於非發光區10b中之第二半導體層16、主動層14以及部分第一半導體層12，以於第二半導體層16與主動層14中形成一缺口18，且缺口18曝露出部分第一半導體層12。於本實施例中，曝露出之第一半導體層12之上表面12a係具有一第四表面粗糙度均方根值，例如介於2000埃與7000埃之間，但本實施例之第四表面粗糙度均方根值係不同於第一表面粗糙度均方根值。

如第3圖所示，然後，進行一微影製程與一第二蝕刻製程，於第二半導體層16之上表面16a形成一第一凹陷20，且於曝露出之第一半導體層12之上表面12a形成一第二凹陷22，其中第一凹陷20之底部表面20a係具有一第二表面粗糙度均方根值，且第二凹陷22之底部表面22a係具有一第三表面粗糙度均方根值。於本實施例中，第二蝕刻製程可為一乾蝕刻製程，例如：反應性離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)製程，但不限於此，亦可為一濕蝕刻製程，例如使用蝕刻液為硫酸或磷酸之濕蝕刻製程。藉此，第二蝕刻製程不僅用於形成第一凹陷20與第二凹陷22，更可平坦化第一凹陷20之底部表面20a與第二凹陷22之底部表面22a，使第二表面粗糙度均方根值小於位於第一凹陷20外之第一表面粗糙度均方根值，且第三表面粗糙度均方根值係小於位於第二凹陷22外之第四表面粗糙度均方根值。並且，第二表面粗糙度均方根值與第三表面粗糙度均方根值較佳介於第一表面粗糙度均方根值之百分之20與80之間。此外，第一凹陷20之深度係大於第二半導體層16之上表面16a之第一表面粗糙度均方根值，使第一凹陷20之底部表面20a低於第二半導體層16之上表面16a，且第二凹陷22之深度係大於曝露出之第一半導體層12之上表面12a的第四表面粗糙度均方根值，使第二凹陷22之底部表面22a低於曝露出之第一半導體層12之上表面12a。

於本實施例中，形成第一凹陷20與第二凹陷22之步驟係先於第一半導體層12與第二半導體層16上形成一遮罩圖案層24，且遮罩圖案層24具有二穿孔24a、24b，分別曝露出第一半導體層12與第二半導體層16，以定義出第一凹陷20與第二凹陷22之位置，然後再同時對第一半導體層12與第二半導體層16進行蝕刻，以形成第一凹陷20與第二凹陷22。接著，再移除遮罩圖案層24。不過，本發明形成第一凹陷20與第二凹陷22之步驟不限於此，第一凹陷20與第二凹陷22亦可分開形成。

如第4圖所示，接下來，於第二半導體層16上形成一電流阻障層(current blocking layer)26，使電流阻障層26填入第一凹陷20中，並位於第一凹陷20上且延伸至第一凹陷20外之部份第二半導體層16上。接著，於電流阻障層26與第二半導體層16上覆蓋一透明電極28。本實施例之透明電極可由例如氧化銦錫、氧化銦鋅等透明導電材料或厚度薄之金屬薄膜所構成。然後，於第一凹陷20上之透明電極28上形成一第一銲墊30，且同時於第二凹陷22中之第一半導體層12上形成一第二銲墊32。最後，移除基板10。至此已完成本實施例之發光二極體100。本發明並不限需移除基板10，亦可未進行移除基板10之步驟。並且，本發明之第一銲墊30與第二銲墊32並不限於同時形成，亦可分開形成。另外，本發明之電流阻障層26並不限延伸至第一凹陷20外之第二半導體層16或填入第一凹陷20中，而主要位於第一凹陷20之正上方。

於本實施例之發光二極體100中，電流阻障層26係填滿第一凹陷20，並延伸至部分第二半導體層16之上表面16a，以用於阻擋電流通過，且電流阻障層之厚度約略介於1000埃與10000埃之間，但不限於此。並且，第一銲墊30係位於第一凹陷20之正上方，亦即位於電流阻障層26之正上方，且第一銲墊30之面積係小於第一凹陷20之面積。此外，第二銲墊32之面積小於第二凹陷22之面積，且第二銲墊32之厚度係大於第二凹陷22之深度。值得注意的是，本實施例之第一凹陷20之底部表面20a的第二表面粗糙度均方根值小於位於第一凹陷20外之第一表面粗糙度均方根值，並且第一凹陷20係對應於阻擋光線之第一銲墊30以及阻擋電流之電流阻障層26。藉此從主動層14產生之光線照射至第一凹陷20的底部表面20a時會因表面粗糙度較低而較易被全反射，使光線避免因被電流阻障層26吸收而產生損失，並且光線可被主動層14吸收，然後再射出，或者藉由發光二極體100之底部反射至電流阻障層26以外之區域，進而提升發光二極體100之取光效率，且增加亮度。此外，本實施例之第二凹陷22之底部表面22a的第三表面粗糙度均方根值小於位於第二凹陷22外之第四表面粗糙度均方根值，可有效降低第二銲墊32與第一半導體層12之接觸電阻，進而降低發光二極體100之電阻值。

本發明之發光二極體並不限於同時形成有第一凹陷20與第二凹陷22。於本發明之其他實施例中，發光二極體100可僅於第二半導體層16之上表面16a形成有第一凹陷20，使第一凹陷20之底部表面20a的第二表面粗糙度均方根值小於位於第一凹陷20外之第一表面粗糙度均方根值。或者，發光二極體100可僅於第一半導體層12之上表面12a形成有第二凹陷22，使第二凹陷22之底部表面22a的第三表面粗糙度均方根值小於位於第二凹陷22外之第四表面粗糙度均方根值。

綜上所述，本發明係於對應於第一銲墊之第二半導體之表面形成第一凹陷，使其底部表面的第二表面粗糙度均方根值小於位於第一凹陷外之第一表面粗糙度均方根值，並且於對應於第二銲墊之第一半導體之表面形成第二凹陷，使其底部表面的第三表面粗糙度均方根值小於位於第二凹陷外之第四表面粗糙度均方根值，藉此可有效提升發光二極體之取光效率，且降低發光二極體之電阻值，進而增加升發光二極體之亮度。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．基板

10a．．．發光區

10b．．．非發光區

12．．．第一半導體層

12a．．．上表面

14．．．主動層

16．．．第二半導體層

16a．．．上表面

18‧‧‧缺口

20‧‧‧第一凹陷

20a‧‧‧底部表面

22‧‧‧第二凹陷

22a‧‧‧底部表面

24‧‧‧遮罩圖案層

24a‧‧‧穿孔

24b‧‧‧穿孔

26‧‧‧電流阻障層

28‧‧‧透明電極

30‧‧‧第一銲墊

32‧‧‧第二銲墊

100‧‧‧發光二極體

第1圖至第4圖為本發明一較佳實施例之發光二極體之製作方法示意圖。

10a．．．發光區

10b．．．非發光區

12．．．第一半導體層

12a．．．上表面

14．．．主動層

16．．．第二半導體層

16a．．．上表面

20．．．第一凹陷

20a．．．底部表面

22．．．第二凹陷

22a．．．底部表面

26．．．電流阻障層

28．．．透明電極

30．．．第一銲墊

32．．．第二銲墊

100．．．發光二極體

Claims (9)

1. 一種發光二極體，包括：一第一半導體層，該第一半導體層具有一第一導電類型；一第二半導體層，設於該第一半導體層上，且該第二半導體層具有不同於該第一導電類型之一第二導電類型，其中該第二半導體層之上表面具有一第一凹陷；一主動層，設於該第一半導體層與該第二半導體層之間；一電流阻障層，設於該第一凹陷上且延伸至該第一凹陷外之部份該第二半導體層上；一第一銲墊，設於該電流阻障層之正上方，該第一銲墊之面積係小於該第一凹陷之面積；其中位於該第一凹陷外之該第二半導體層之上表面具有一第一表面粗糙度均方根值，其中該第一凹陷之底部表面具有一第二表面粗糙度均方根值，且該第二表面粗糙度均方根值大體上小於該第一表面粗糙度均方根值。
2. 如請求項1所述之發光二極體，其中該第二半導體層與該主動層具有一缺口，曝露出該第一半導體層，且曝露出之該第一半導體層之上表面具有一第二凹陷。
3. 如請求項2所述之發光二極體，其中該第二凹陷之底部表面具有一第三表面粗糙度均方根值，位於該第二凹陷外之該第一半導體層之上表面具有一第四表面粗糙度均方根值，且該第三表面粗糙 度均方根值小於該第四表面粗糙度均方根值。
4. 如請求項3所述之發光二極體，其中該第四表面粗糙度均方根值係不同於第一表面粗糙度均方根值。
5. 如請求項1所述之發光二極體，其中該第二表面粗糙度均方根值係介於該第一表面粗糙度均方根值的百分之20與80之間。
6. 如請求項1所述之發光二極體，其中該第一表面粗糙度均方根值介於2000埃與7000埃之間。
7. 一種發光二極體之製作方法，包括：形成一第一半導體層、一主動層以及一第二半導體層於一基板上，其中該第二半導體層之上表面具有一第一表面粗糙度均方根值；於該第二半導體層之上表面形成一第一凹陷，使該第一凹陷之深度大於該第一表面粗糙度均方根值；於該第一凹陷上形成一電流阻障層，該電流阻障層延伸至該第一凹陷外之部份該第二半導體層上；以及於該電流阻障層之正上方形成一第一銲墊，該第一銲墊之面積係小於該第一凹陷之面積；其中該第一半導體層具有一第一導電類型，且該第二半導體層具有不同於該第一導電類型之一第二導電類型。
8. 如請求項7所述之發光二極體之製作方法，其中形成該第一凹陷之步驟包括一乾蝕刻製程。
9. 如請求項7所述之發光二極體之製作方法，其中形成該第一凹陷之之步驟包括一濕蝕刻製程。