TWI492416B - 發光二極體晶片及其製作方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種發光二極體晶片,尤其涉及一種具較佳發光效率之發光二極體晶片,以及一種製作該發光二極體晶片之方法。
發光二極體(Light Emitting Diode,LED)係一種可將電流轉換成特定波長範圍光之半導體元件。發光二極體以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路匹配、驅動簡單、壽命長等優點而廣泛應用於各種照明領域。
LED通常包括p型半導體層、活性層及n型半導體層。於LED兩端施加電壓時,空穴和電子將會於活性層複合,輻射出光子。目前,業界於LED之應用過程中所面臨之一問題係如何提高LED之發光效率。通常,LED之發光效率與電流於LED表面之分佈均勻度關係密切,然而,習知之LED於通電時,其電流難以達到均勻分佈之要求,相應地,其發光效率也受到較大之限制。
有鑒於此,有必要提供一種具較佳發光效率之發光二極體晶片,並且同樣有必要提供一種製作該發光二極體晶片之方法。
一種發光二極體晶片,其包括一導熱基板及設置於該導熱基板上且沿遠離該導熱基板之一側依次層疊之一半導體層、一透明導電
層、以及一電極接觸墊。該半導體層包括依次層疊設置於該導熱基板上之一p型半導體層、一活性層、一歐姆接觸層以及一n型半導體層。該n型半導體層遠離該導熱基板之一側具有一階梯面,且該n型半導體層沿遠離其中心區域之方向上之厚度呈階梯狀分佈且逐漸變小。該透明導電層設置於該階梯面上。該歐姆接觸層設置於該透明導電層與該n型半導體層之間。該電極接觸墊與該n型半導體層之中心區域相對且設置於該透明導電層上。
一種上述發光二極體晶片之製作方法,其包括:提供一藍寶石基底;於藍寶石基底上依次形成一n型半導體層、一活性層及一p型半導體層;提供一導熱基板,並使該導熱基板與該p型半導體層相結合;移除該藍寶石基底以暴露該n型半導體層之表面,進而對該表面進行蝕刻以形成一階梯面,並使該n型半導體層沿遠離其中心區域之方向上之厚度呈階梯狀分佈且逐漸變小;於該階梯面上製作形成一薄型歐姆接觸層;於該階梯面上製作形成一透明導電層;於透明導電層對應該n型半導體層之中心區域上製作形成一電極接觸墊。
與習知技術相比,本發明所提供之發光二極體晶片,其所包含之n型半導體層經由蝕刻形成了一階梯面,且該n型半導體層沿遠離其中心區域之方向上之厚度逐漸變小,而電流接觸墊相對該n型
半導體層之中心區域。由於n型半導體層厚度較大處之電阻較大,而相應地,厚度較小處電阻較小,這樣就可以驅使電流朝遠離電流接觸墊之方向流動,並且經擴散後分佈均勻,該發光二極體晶片因此具有較佳之發光效率。
100、200‧‧‧發光二極體晶片
11、21‧‧‧導熱基板
12、22‧‧‧半導體層
13、23‧‧‧歐姆接觸層
14、24‧‧‧透明導電層
15、25‧‧‧電極接觸墊
16、26‧‧‧反射層
121、221‧‧‧p型半導體層
122、222‧‧‧活性層
123、223‧‧‧n型半導體層
1230、2230‧‧‧階梯面
223a、110‧‧‧表面
圖1係本發明第一實施例之發光二極體晶片之剖面示意圖。
圖2係圖1所示發光二極體晶片之俯視示意圖。
圖3係本發明第二實施例之發光二極體晶片之剖面示意圖。
圖4至圖11係圖3所示發光二極體晶片於各製作過程中之剖面示意圖。
下面將以具體實施例對本發明作進一步之詳細說明。
請參見圖1,本發明第一實施例提供一種發光二極體晶片100,其包括一導熱基板11、一半導體層12、一薄型歐姆接觸層13、一透明導電層14、以及一電極接觸墊15。該半導體層12、歐姆接觸層13、透明導電層14、電極接觸墊15沿遠離該導熱基板11之一側依次層疊設置於該導熱基板11上。本實施例中,該發光二極體晶片100大致呈一圓板狀。
該導熱基板11由具有高導熱率之材料,例如銅、鋁、鎳、銀、金等金屬或者其合金所製成。本實施例中,該導熱基板11採用金屬鎳製成。該導熱基板11大致呈一圓板狀,其具有一圓形表面110,且該表面110為一平面。
該半導體層12包括一p型半導體層121、一活性層122、以及一n型
半導體層123。該p型半導體層121、活性層122、以及n型半導體層123依次層疊設置於該導熱基板11上。該半導體層12之製作基材包括氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化銦鎵等。本實施例中,該半導體層12由氮化鎵基材製成。另外,該n型半導體層123為一階梯狀結構,其具有一遠離該導熱基板之表面110之階梯面1230,且該n型半導體層123沿遠離其中心區域方向之厚度逐漸變小,即該n型半導體層123中心區域較厚,周邊區域相對該中心區域較薄。本實施例中,該階梯面1230為一圓臺狀階梯面,如圖2所示。
該歐姆接觸層13厚度均勻,其設置於該階梯面1230上。本實施例中,該歐姆接觸層13採用導電性能較佳之材料,如鈦金屬製成,其目的在於使透明導電層14與n型半導體層123形成歐姆接觸。該透明導電層14厚度均勻,且設置於同樣厚度均勻之歐姆接觸層13上。該透明導電層14與該階梯面1230相匹配,從而形成與該階梯面1230形狀相似之階梯狀分佈。該透明導電層14可採用透明導電材料,如氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)、氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide,IZO)等製成。
該電極接觸墊15進一步設置於透明導電層14上,該電極接觸墊15由銀、銅、鋁等金屬材料製成。本實施例中,該電極接觸墊15為一金箔,其相對該n型半導體層123之中心區域設置,即該電極接觸墊15位於該透明導電層14之中心區域。
工作時,該導熱基板11及該電極接觸墊15分別電連接至外部電源(未標示),其中,導熱基板11連接外部電源之正極,電極接觸墊15連接外部電源之負極。該電極接觸墊15通過該透明導電層14及該歐姆接觸層13施加正電壓給n型半導體層123,而該導熱基板11
施加電壓給p型半導體層121。當p型半導體層121與n型半導體層123之間施加有電壓時,p型半導體層121中之空穴將與n型半導體層123中之電子複合,從而輻射出光子。
由於n型半導體層123之中心區域較厚,其具有較大之電阻,而周邊區域相對該中心區域較薄,相應地,其電阻也較小。因此,通電時,電流可以流經該透明導電層14與該歐姆接觸層13並朝遠離電極接觸墊15之方向於n型半導體層123中流動,並且經該n型半導體層123擴散後於該活性層122呈均勻分佈,因此,該發光二極體晶片100具有較佳之發光效率。另外,該導熱基板11可設置於其他散熱元件,如散熱鰭片上,以將半導體層12工作時發出之熱量傳導至該散熱元件進行散熱,從而保障該發光二極體晶片100之發光特性。
於p型半導體層121與導熱基板11之間還可以設置一層具有高反射率之反射層16,該反射層16可以係布拉格反射層,也可以係由銀、鎳、鋁、銅、金等金屬所製成之金屬鏡面反射層。設置該反射層16之目的在於反射由活性層122發出之且朝向p型半導體層121之光線,以使該光線經反射後從n型半導體層123之階梯面1230發出,從而進一步提升發光二極體晶片100之發光效率。
請參閱圖3,本發明第二實施例提供一種發光二極體晶片200,其包括一導熱基板21、一半導體層22、一薄型歐姆接觸層23、一透明導電層24、一電極接觸墊25、以及一反射層16,其中,該半導體層22包括一p型半導體層221、一活性層222、以及一n型半導體層223。該發光二極體晶片200與第一實施例所提供之發光二極體晶片100結構相類似,差別僅在於:該歐姆接觸層23形成於階梯
面2230上但未覆蓋該階梯面2230之中心區域,即該階梯面2230之中心區域暴露於該歐姆接觸層23外;另外,該透明導電層24同時覆蓋該歐姆接觸層23及該階梯面2230之中心區域。
由於該電極接觸墊25通常為非透明之金屬材料製成,因此,於相對該電極接觸墊25之n型半導體層223之中心區域,該透明導電層24直接與該n型半導體層223接觸,可以於其兩者之間形成非歐姆接觸,電流不會流經該非歐姆接觸之區域,因此可以減少活性層222之中心區域於發光時被電極接觸墊25掩擋所造成之損耗,使得電流得到合理有效之應用,從而使得發光二極體晶片200之發光效率得到進一步之提升。
本發明還提供一種發光二極體之製造方法,其可製造第一至第二實施例中任意一種發光二極體晶片100、200。下面僅以製造圖2所示之發光二極體晶片200為例對該製造方法進行說明。
請一起參閱圖3、圖4至11,本發明所提供之發光二極體晶片200製作方法包括步驟(1)至步驟(7):
(1)提供一藍寶石基底。
圖4示出步驟(1)所提供藍寶石基底28。
(2)於藍寶石基底上依次形成一n型半導體層、一活性層及一p型半導體層。
參見圖5,採用金屬有機化學氣相沈積法(MOCVD,metal organic chemical vapor deposition)於藍寶石基底28上依次形成n型半導體層223、活性層222及p型半導體層221。該p型半導體層221、活性層222、以及n型半導體層223組成一半導體層22。該n型半導
體層223之厚度大約為2μm~3μm。本實施例中,該n型半導體層223之厚度大約為3μm。
(3)提供一導熱基板,並使該導熱基板與該p型半導體層相結合。
請參見圖6,於實施步驟(3)前,可以先於p型半導體層221上沈積一層如實施例2中所述之反射層26。具體地,該反射層26之材料可以為金屬銀,其沈積方法可以係電子束、濺射、真空蒸鍍或者電鍍。於實施步驟(3)時,該p型半導體層221通過反射層26與導熱基板21相結合,具體地,可以採用電鍍法以金屬鎳作為基材於反射層26上形成該導熱基板21。
(4)移除該藍寶石基底以暴露該n型半導體層之表面,進而對該表面進行蝕刻以形成一階梯面,並使該n型半導體層沿遠離其中心區域之方向上之厚度逐漸變小。
請一起參閱圖6至圖8,移除藍寶石基底28可以採用機械切割法,也可以採用電磁輻射使半導體層分解之方法。本實施例中,優選採用雷射切割法,如準分子雷射切割法來移除該藍寶石基底28。如圖7所示,藍寶石基底28被移除後,n型半導體層223遠離該導熱基板21之表面223a暴露出來。此時,可採用感應耦合式電漿(ICP,Inductive Couple Plasma)蝕刻系統於該表面223a上蝕刻出所需之圖案。具體蝕刻方法如下:先於n型半導體層223之表面223a上塗佈光阻層,然後採用曝光顯影之方法去除相應之光阻層,後續再採用ICP蝕刻之方法對未被光阻層覆蓋之區域進行蝕刻。該表面223a經多次蝕刻後形成一階梯面2230,如圖8所示。
經蝕刻後,優選地,n型半導體層223最薄處之厚度不小於該n型半導體層223最厚處之厚度之50%,以保證半導體層22於最薄處能發射光子。本實施例中,n型半導體層223最厚處之厚度,即中心區域之厚度為3μm,最薄處之厚度為1.5μm。
(5)於該階梯面上製作形成一薄型歐姆接觸層;請參閱圖9,本實施例中,該歐姆接觸層23環繞該n型半導體層223之中心區域設置。該歐姆接觸層23之可選用鈦金屬並經沈積方法,如電子束法、濺射法、真空蒸鍍法或者電鍍法等先形成於階梯面2230上,然後再採用曝光顯影之方法移除掉位於該階梯面2230中心區域之部分。
(6)於該階梯面上製作形成一透明導電層。
請參閱圖10,透明導電層24同時覆蓋該歐姆接觸層23及該階梯面2230之中心區域。本實施例中,該透明導電層24以氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide,IZO)作為基材,並採用濺射法所形成。
(7)於透明導電層對應該n型半導體層之中心區域製作形成一電極接觸墊。
請一起參閱圖10,該電極接觸墊25以金作為基材,並採用等離子增強化學氣相沈積法(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)先形成於該透明導電層24上。然後再採用曝光顯影法移除掉位於該階梯面1130周邊區域之部分,僅留下對應該n型半導體層223中心區域之部分。該電極接觸墊25之大小與該階梯面2230上未覆蓋該歐姆接觸層23之中心區域相當,並相對該區域設置。
經由實施步驟(1)-(6)所形成之發光二極體晶片200如圖11所示。
應該指出,上述實施方式僅為本發明之較佳實施方式,本領域技術人員還可於本發明精神內做其他變化。這些依據本發明精神所做之變化,都應包含於本發明所要求保護之範圍之內。綜上所述,本發明確已符合發明專利之要件,遂依法提出專利申請。惟,以上所述者僅為本發明之較佳實施方式,自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化,皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧發光二極體晶片
11‧‧‧導熱基板
12‧‧‧半導體層
13‧‧‧歐姆接觸層
14‧‧‧透明導電層
15‧‧‧電極接觸墊
16‧‧‧反射層
121‧‧‧p型半導體層
122‧‧‧活性層
123‧‧‧n型半導體層
1230‧‧‧階梯面
110‧‧‧表面
Claims (9)
- 一種發光二極體晶片,其包括:一導熱基板及設置於該導熱基板上且沿遠離該導熱基板之一側依次層疊之一半導體層、一透明導電層、一歐姆接觸層以及一電極接觸墊,該半導體層包括依次層疊設置於該導熱基板上之一p型半導體層、一活性層、以及一n型半導體層,該n型半導體層遠離該導熱基板之一側具有一階梯面,且該n型半導體層沿遠離其中心區域之方向上之厚度呈階梯狀分佈且逐漸變小,該透明導電層設置於該階梯面上,該歐姆接觸層設置於該透明導電層與該n型半導體層之間,該電極接觸墊與該n型半導體層之中心區域相對且設置於該透明導電層上,該歐姆接觸層環繞該電極接觸墊設置,該透明導電層之設置有該電極接觸墊之區域與該n型半導體層形成非歐姆接觸。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片,其中,該歐姆接觸層厚度均勻,且其厚度大於0.1μm而小於0.3μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片,其中,該歐姆接觸層之材料為鈦。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片,其中,該n型半導體層之中心區域之厚度為3μm。
- 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體晶片,其中,該n型半導體層最薄處之厚度大於或等於該n型半導體層最厚處之厚度之50%。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片,其中,該電極接觸墊為一金箔。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片,其中,該階梯面為一圓臺 狀階梯面。
- 一種發光二極體晶片製作方法,其包括:提供一藍寶石基底;於藍寶石基底上依次形成一n型半導體層、一活性層及一p型半導體層;提供一導熱基板,並使該導熱基板與該p型半導體層相結合;移除該藍寶石基底以暴露該n型半導體層之表面,進而對該表面進行蝕刻以形成一階梯面,並使該n型半導體層沿遠離其中心區域之方向上之厚度呈階梯狀分佈且逐漸變小;於該階梯面上製作形成一薄型歐姆接觸層;於該階梯面上製作形成一透明導電層;於透明導電層對應該n型半導體層之中心區域上製作形成一電極接觸墊。
- 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體晶片製作方法,其中,該歐姆接觸層環繞該n型半導體層之中心區域設置,以使電極接觸墊與n型半導體層形成非歐姆接觸。
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