TWI497767B - Ⅲ－ⅴ族發光二極體之電極 - Google Patents

Description

Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極

　　本發明係有關於一種Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極，尤其是指一種以鋁合金材質製作Ⅲ－Ⅴ族發光二極體元件之金屬電極的發明者。

　　按，發光二極體〔ＬＥＤ〕是一個具有二極體的電子特性且會發光的半導體元件，即發光二極體是利用電能轉化為光能的方式發光。Ⅲ－Ⅴ族發光二極體是由Ⅲ族化學元素和Ｖ族化學元素結合而成，其中，Ⅲ族化學元素為：鋁（Ａｌ）、鎵（Ｇａ）、銦（Ｉｎ），Ｖ族化學元素為：為氮（Ｎ）、磷（Ｐ）、砷（Ａｓ）；當在Ⅲ－Ⅴ族的發光二極體兩電極間施加電壓，便能令電子與電洞注入於主動層中並相互復合，而復合時剩下的能量即以光的形式激發釋出，而達成發光效果。

　　以上述Ⅲ－Ⅴ族發光二極體中的氮化鎵發光二極體晶粒的製作方法為例，需要先進行磊晶成長，也就是在基板上成長P型及N型半導體，常見的成長方法為有機金屬化學氣相沉積法（ｍｅｔａｌ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　－ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＭＯＣＶＤ），此法是用來沉積出薄膜，在進行化學氣相沉積時，把含有被沉積材料的氣體，導入受到嚴密控制的反應室內，當這些氣體在受熱的基板表面上起化學反應時，會在基板表面產生一層固態薄膜；成長完氮化鎵磊晶片後，接著進行晶粒製程，把磊晶片製成一顆顆的發光二極體晶粒供下游封裝。又，氮化鎵發光二極體於製作電極時，使用乾式蝕刻機把表面的Ｐ型半導體部分區域挖除，露出底下的Ｎ型半導體，再在Ｐ及Ｎ型半導體上製作電極，使得電流可以導通而發光。

　　於製作電極時，若選用純鋁金屬作為電極之材料，則會在發光二極體使用過程中產生電致遷移現象〔Ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ〕，即在大電流持續通過純鋁金屬導線時，導線中越細的地方，會是電流密度越高的地方，電場也會越高，而導致純鋁金屬原子沿著材質本身的晶粒邊界往電子流動的方向移動的現象；隨著電移的持續增加，電流密度亦跟著增加，使情況更加惡化，當電移太過劇烈，將導致純鋁金屬導線的斷開，造成斷路，而影響發光二極體的可靠度。

　　因此，目前發光二極體之電極材質的選用通常為鍍金銅材或鍍銀銅材，然而金與銀本即屬於貴金屬，故選用鍍金銅材或鍍銀銅材將造成電極製作原料成本高，而且會吸收光，導致出光效率差及較高的元件操作電壓等缺失。

　　本發明之主要目的，係提供一種利用鋁合金作為Ⅲ－Ⅴ族發光二極體元件之金屬電極元素成分，不但可以降低電極製作的原料成本，還具有反射光、降低元件操作電壓及增加電流傳導的功能，更重要的是能解決發光二極體於大電流操作下，純鋁金屬電極所產生的電制遷移現象，進而提升元件的可靠度。

　　上述本發明Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極的主要目的與功效，是由以下之具體技術手段所達成：

　　於ｎ型半導體層、ｐ型半導體層或透明傳導層上，利用蒸鍍或濺鍍方式製作鋁合金之金屬電極層；其中，此金屬電極層包含：一附著層、一鋁合金金屬層、一阻障層及一打線金屬層；該附著層設於ｎ型半導體層、ｐ型半導體層或透明傳導層其中之一的表面上，該鋁合金金屬層係設於該附著層上，該阻障層設於鋁合金金屬層上，該打線金屬層則設於該阻障層上。

　　如上所述之Ⅲ－Ⅴ族發光二極體，其中，該Ⅲ－Ⅴ族發光二極體是指氮化鎵系列發光二極體。

　　如上所述之Ⅲ－Ⅴ族發光二極體，其中，該附著層、該鋁合金金屬層及該阻障層，可以是多層交替堆疊的形式設置。

　　如上所述之Ⅲ－Ⅴ族發光二極體，其中，該鋁合金係進一步包含矽、銅、鎂材料至少其中之一之鋁矽、銅、鎂系列合金。

　　如上所述之Ⅲ－Ⅴ族發光二極體，其中，當鋁合金內所含之矽、銅、鎂材質為其中之一時，矽或銅或鎂之重量百分比為０﹒１～１０％，其餘含量為鋁金屬；當鋁合金內所含之矽、銅、鎂材質為二者以上時，矽或銅或鎂之重量百分比各為０﹒１～１０％，其餘含量為鋁金屬。

　　如上所述之Ⅲ－Ⅴ族發光二極體，其中，此鋁合金可含鋅、錳、鐵、鉻、鈦、鎳、錫、鍺、白金其中之一或二種以上之混合。

　　如上所述之Ⅲ－Ⅴ族發光二極體，其中，此鋁合金之厚度約為１００ｎｍ至１０００００ｎｍ。

　　如上所述之Ⅲ－Ⅴ族發光二極體，其中，附著層金屬可為鉻、鈦其中之一或其混合，厚度約為１ｎｍ至１００ｎｍ。

　　如上所述之Ⅲ－Ⅴ族發光二極體，其中，阻障層金屬可為鎳、白金、鎢、鈦鎢、氮化鎢、氮化鈦鎢其中之一或其混合，厚度約為幾１０ｎｍ至１０００ｎｍ。

　　如上所述之Ⅲ－Ⅴ族發光二極體，其中，打線金屬層為金，厚度約為１００ｎｍ至１０００００ｎｍ。

　　本發明之優點為：

１、由於本發明之電極選用鋁合金材質，除了不會有純鋁材質電極產生之電致飄移現象之外，與鍍金銅材電極及鍍銀銅材電極相較，又具有降低電極製作的原料成本之效。

２、由於本發明之電極選用鋁合金材質，因此具有反射光的功能，即吸光性不佳，使投射至電極的光被反射，而具有較佳之出光效率。

３、由於本發明之電極選用鋁合金材質，其與鍍金銅材電極及鍍銀銅材電極相較，具有降低發光二極體操作電壓的功能。

４、如前所述，由於本發明之電極選用鋁合金材質，因此不會與純鋁材質電極相同產生之電致飄移現象，故能提升發光二極體的可靠度。

(1)．．．發光二極體本體

(11)．．．基板

(12)．．．緩衝層

(13)．．．未摻雜半導體層

(14)．．．半導體層

(15)．．．主動層

(16)．．．半導體層

(17)．．．透明傳導層

(2)．．．金屬電極

(21)．．．附著層

(22)．．．鋁合金

(23)．．．阻障層

(24)．．．金屬層

(3)．．．金屬電極

(31)．．．附著層

(32)．．．鋁合金

(33)．．．阻障層

(34)．．．金屬層

(4)．．．發光二極體本體

(41)．．．基板

(42)．．．貼合層

(43)．．．反射鏡層

(44)．．．半導體層

(45)．．．主動層

(46)．．．半導體層

(5)．．．金屬電極

(51)．．．附著層

(52)．．．鋁合金

(53)．．．阻障層

(54)．．．金屬層

第一圖：本發明之電極應用於一水平型發光二極體的結構圖

第二圖：本發明之電極應用於一垂直型發光二極體的結構圖

　　為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

　　請參看第一圖所示，其係揭示本發明之電極應用於一水平型發光二極體的結構圖。該水平型發光二極體〔如氮化鎵系列發光二極體〕包括有一發光二極體本體（１）及二金屬電極（２）、（３）；其中，該發光二極體本體（１）由下而上包括一基板（１１）、一緩衝層（１２）、一未摻雜半導體層（１３）、一ｎ型半導體層（１４）、一主動層（１５）、一ｐ型半導體層（１６）及一透明傳導層（１７），於該透明傳導層（１７）及該ｎ型半導體層（１４）裸露之表面，利用蒸鍍或濺鍍方式分別沉積ｐ型金屬電極（２）及ｎ型金屬電極（３）。該ｐ型金屬電極（２）及ｎ型金屬電極（３）包含：一附著層（２１）、（３１）、一鋁合金（２２）、（３２）、一阻障層（２３）、（３３）、一金屬層（２４）、（３４）；該附著層（２１）係設於發光二極體本體（１）之透明傳導層（１７）裸露之表面上，該附著層（３１）係設於發光二極體本體（１）之ｎ型半導體層（１４）裸露之表面上，該附著層（２１）、（３１）之金屬可為鉻、鈦等金屬其中之一或其混合，厚度約為幾個ｎｍ至幾十個ｎｍ；於該附著層（２１）、（３１）上製作鋁合金（２２）、（３２），該鋁合金（２２）、（３２）可進一步包含矽、銅、鎂其中之一或二者之組合，以形成鋁、矽、銅、鎂系列之鋁合金（２２）、（３２）；其中，當該鋁合金（２２）、（３２）包含矽、銅或鎂其中之一時，其所含之矽或銅或鎂的含量分別為：重量百分比為０﹒１～１０％的矽、重量百分比為０﹒１～１０％之銅、重量百分比為０﹒１～１０％之鎂，其餘含量為鋁金屬；當該鋁合金（２２）、（３２）包含矽、銅或鎂二者以上時，其所含之矽、銅或鎂的含量亦分別為：矽之重量百分比為０﹒１～１０％、銅之重量百分比為０﹒１～１０％、鎂之重量百分比為０﹒１～１０％，其餘含量為鋁金屬。此外，鋁矽、銅或鎂之鋁合金（２２）、（３２），仍可含鋅、錳、鐵、鉻、鈦、鎳、錫、鍺、白金其中之一或二種以上之混合；該鋁合金（２２）、（３２）之厚度約為幾百ｎｍ至幾萬個ｎｍ；於鋁合金（２２）、（３２）上蓋上阻障層（２３）、（３３），阻障層（２３）、（３３）金屬可為鎳、白金、鎢、鈦鎢、氮化鎢、氮化鈦鎢其中之一或其混合，厚度約為幾十個ｎｍ至幾百個ｎｍ；該阻障層（２３）、（３３）上製作打線用之金屬層（２４）、（３４），打線金屬層（２４）、（３４）為金，厚度約為幾百個ｎｍ至幾萬個ｎｍ。

　　其中，附著層（２１）、（３１）、鋁合金（２２）、（３２）及阻障層（２３）、（３３），可採多層交替堆疊的形式。

　　請參看第二圖所示，其係揭示本發明之電極應用於一垂直型發光二極體的結構圖。該垂直型發光二極體包括有一發光二極體本體（４）及ㄧ金屬電極（５）；其中，該發光二極體本體（４）由下而上依序包括一基板（４１）、一貼合層（４２）、一反射鏡層（４３）、一ｐ型半導體層（４４）、一主動層（４５）及一ｎ型半導體層（４６），於ｎ型半導體層（４６）之表面，利用蒸鍍或濺鍍方式沉積ｎ型金屬電極（５），此ｎ型金屬電極（５）包含：一附著層（５１）、鋁合金（５２）、阻障層（５３）、金屬層（５４）；該附著層（５１）設於ｎ型半導體層（４６）表面上，該附著層（５１）之金屬可為鉻、鈦其中之一或其混合，厚度約為幾個ｎｍ至幾十個ｎｍ；於該附著層（５１）上製作鋁合金（５２），該鋁合金（５２）可進一步包含矽、銅、鎂其中之一或二者之組合，以形成鋁、矽、銅、鎂系列之鋁合金（５２）；其中，當該鋁合金（５２）包含矽、銅或鎂其中之一時，其所含之矽或銅或鎂的含量分別為：重量百分比為０﹒１～１０％的矽、重量百分比為０﹒１～１０％之銅、重量百分比為０﹒１～１０％之鎂，其餘含量為鋁金屬；當該鋁合金（５２）包含矽、銅或鎂二者以上時，其所含之矽、銅或鎂的含量亦分別為：矽之重量百分比為０﹒１～１０％、銅之重量百分比為０﹒１～１０％、鎂之重量百分比為０﹒１～１０％，其餘含量為鋁金屬。此外，鋁矽、銅或鎂之鋁合金（５２），仍可含鋅、錳、鐵、鉻、鈦、鎳、錫、鍺、白金其中之一或其混合；同時，此鋁、矽、銅、鎂鋁合金（５２）之厚度約為幾百ｎｍ至幾萬個ｎｍ；鋁合金（５２）上蓋上阻障層（５３），阻障層（５３）金屬可為鎳、白金、鎢、鈦鎢、氮化鎢、氮化鈦鎢其中之一或其混合，厚度約為幾十個ｎｍ至幾百個ｎｍ；阻障層（５３）上製作打線用之金屬層（５４），打線金屬層（５４）為金等金屬，厚度約為幾百個ｎｍ至幾萬個ｎｍ。

　　其中，附著層（５１）、鋁、矽、銅、鎂系列之鋁合金（５２）及阻障層（５３），可以是多層交替堆疊的形式。

　　經由以上之說明，可知本發明之電極因選用鋁合金材質，故不會有純鋁材質電極產生之電致飄移現象，能提升發光二極體的可靠度，且與鍍金銅材電極及鍍銀銅材電極使用貴金屬相較，具有降低電極製作的原料成本之效，且能降低發光二極體操作電壓；同時，鋁合金材質具有反射光的功能，不具吸光性，使投射至電極的光被反射，而具有較佳之出光效率。

　　以上所舉者僅係本發明之部份實施例，並非用以限制本發明，致依本發明之創意精神及特徵，稍加變化修飾而成者，亦應包括在本專利範圍之內。

　　綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體技術手段，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

(1)．．．發光二極體本體

(11)．．．基板

(12)．．．緩衝層

(13)．．．未摻雜半導體層

(14)．．．n型半導體層

(15)．．．主動層

(16)．．．p型半導體層

(17)．．．透明傳導層

(2)．．．p型金屬電極

(21)．．．附著層

(22)．．．鋁合金

(23)．．．阻障層

(24)．．．金屬層

(3)．．．n型金屬電極

(31)．．．附著層

(32)．．．鋁合金

(33)．．．阻障層

(34)．．．金屬層

Claims (12)

1. 一種Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極，該發光二極體為水平型發光二極體，其包括有一發光二極體本體及二金屬電極；其中，該發光二極體本體包括一基板、一緩衝層、一未摻雜半導體層、一第一半導體層、一主動層、一第二半導體層及一透明傳導層，於透明傳導層及第一半導體層裸露之表面，利用蒸鍍或濺鍍方式分別沉積第一金屬電極及第二金屬電極，該第一金屬電極及第二金屬電極包含：一附著層、一鋁合金、一阻障層、一金屬層；該附著層係設於發光二極體本體之透明傳導層或ｎ型半導體裸露之表面上；於該附著層上製作鋁合金，於鋁合金上蓋上阻障層；該阻障層上製作打線用之金屬層。
2. 一種Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極，該發光二極體為垂直型發光二極體，其包括有一發光二極體本體及ㄧ電極；其中，該發光二極體本體包括一基板、一貼合層、一反射鏡層、一第一半導體層、一主動層及一第二半導體層，於第二半導體層之表面，利用蒸鍍或濺鍍方式沉積一金屬電極，此金屬電極包含：一附著層、一鋁合金、一阻障層、一金屬層；該附著層係設於發光二極體本體之ｎ型半導體裸露之表面上；於該附著層上製作鋁合金，於鋁合金上蓋上阻障層；該阻障層上製作打線用之金屬層。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極，其中，該鋁合金進一步包含矽、銅、鎂其中之一或二者之組合，以形成鋁矽、銅或鎂系列之鋁合金。
4. 如申請專利範圍第3項所述之Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極，其中，該附著層、該鋁合金及該阻障層，採多層交替堆疊的形式。
5. 如申請專利範圍第3項所述Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極，其中，該附著層之金屬可為鉻、鈦其中之一或其混合。
6. 如申請專利範圍第5項所述Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極，其中，該附著層之厚度為幾個１至１００ｎｍ。
7. 如申請專利範圍第3項所述Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極，其中，該鋁矽、銅或鎂之鋁合金，除鋁以外，其他材質之重量百分比均為０﹒１～１０％，其餘含量為鋁。
8. 如申請專利範圍第7項所述Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極，其中，該鋁矽、銅或鎂之鋁合金中進一歩含有鋅、錳、鐵、鉻、鈦、鎳、錫、鍺、白金其中之一或其混合。
9. 如申請專利範圍第7項所述Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極，其中，該鋁矽、銅或鎂鋁合金之厚度約為１００ｎｍ至１０００００ｎｍ。
10. 如申請專利範圍第3項所述Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極，其中，該阻障層金屬可為鎳、白金、鎢、鈦鎢、氮化鎢、氮化鈦鎢其中之一或其混合。
11. 如申請專利範圍第10項所述Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極，其中，該阻障層厚度為１０ｎｍ至１０００ｎｍ。
12. 如申請專利範圍第3項所述Ⅲ－Ⅴ族發光二極體之電極，其中，打線金屬層為金，該金屬層厚度為１００ｎｍ至１０００００ｎｍ。