TWI506814B - 半導體發光組件及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種半導體發光組件，還涉及一種半導體發光組件的製造方法。
半導體發光組件作為一種光源，目前已廣泛應用於多種場合。多年來半導體發光組件的發展方向仍然致力於發光效率的提升，發光效率的影響因素一般包括選用的半導體材料、組件結構的設計、透明度及全反射現象等。
半導體發光組件中最重要的組件為發光芯片，其決定了半導體發光組件的效能。習知技術中，通常在發光芯片的上層形成透明導電層以改善電流的擴散效果，還可進一步在透明導電層表面形成透明保護層，以進一步保護晶粒的各項特徴。然而，發光芯片發射出的光線在射向出射面時常常會因為全反射而降低整個半導體發光組件的出光效率，導致半導體發光組件亮度低。
本發明旨在提供一種半導體發光組件及其製造方法以克服上述缺陷。
一種半導體發光組件，包括具有發光結構的發光二極體晶粒和設置在發光二極體晶粒的發光結構上的透明導電層，發光二極體晶
粒的發光結構包括一基底，在基底上依次生長的第一半導體層、有源層和第二半導體層，透明導電層形成於第二半導體層上，透明導電層以及第一半導體層上分別設置有第一電極和第二電極，所述透明導電層的表面形成有粗化結構。
一種半導體發光組件的製造方法，包括以下步驟：提供一具有發光結構的發光二極體晶粒，該發光二極體晶粒包括設置在發光結構上的透明導電層；在透明導電層以及發光結構上分別設置第一電極和第二電極；粗化透明導電層上未設第一電極的區域以形成粗化結構；在所述半導體發光組件周邊的部分區域包覆透明保護層；在包覆在透明導電層表面的透明保護層開設通孔，通孔將透明導電層上表面局部或全部暴露在外。
採用此方法製造的半導體發光組件，其透明導電層表面形成的粗化結構能夠有效的避免全反射現象的發生，不僅能克服一般半導體發光組件出光效率低的缺點，提高半導體發光組件的亮度，而且可以擴大出光角度。
101‧‧‧基底
102‧‧‧第一半導體層
1021‧‧‧第一區域
1022‧‧‧第二區域
103‧‧‧有源層
104‧‧‧第二半導體層
105‧‧‧透明導電層
1051‧‧‧粗化結構
106‧‧‧第一電極
107‧‧‧第二電極
108‧‧‧緩衝層
109‧‧‧透明保護層
1091‧‧‧通孔
圖1為本發明實施方式一中的半導體發光組件示意圖。
圖2為本發明實施方式一中的粗化前透明導電層的表面形貌圖。
圖3為本發明實施方式一中的粗化後透明導電層的表面形貌圖。
圖4為本發明實施方式二中的半導體發光組件示意圖。
圖5為本發明實施方式三中的半導體發光組件示意圖。
圖6為本發明實施方式四中的半導體發光組件示意圖。
下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
請參閱圖1到圖3，半導體發光組件為水平式結構，其包括一發光二極體晶粒及形成於發光二極體晶粒上的透明導電層105。
該發光二極體晶粒包括沿水平方向設置的基底101，從基底101由下而上依次生長的第一半導體層102、有源層103和第二半導體層104，該第一半導體層102、有源層103和第二半導體層104構成發光二極體晶粒的發光結構。第二半導體層104上生長透明導電層105。在形成透明導電層105之前，可以蝕刻發光二極體晶粒的第二半導體層104及有源層103，露出第一半導體層102的部分區域。為便於說明，在此定義被有源層103覆蓋的第一半導體層102的區域為第一區域1021，定義經蝕刻後露出的第一半導體層102的區域為第二區域1022。透明導電層105上和第一半導體層102的第二區域1022上分別形成有第一電極106和第二電極107。
所述基底101可以選取藍寶石(Al2O3)、碳化矽(SiC)、矽(Si)、氮化鎵(GaN)或氧化鋅(ZnO)中的一種，具體可根據所需要達到的物理效能和光學特徴以及成本預算而定。
為減少在磊晶過程中產生的晶格缺陷，亦可在基底101上先生長一緩衝層108，然後在緩衝層108上再形成第一半導體層102。
所述有源層103可以選取單量子阱結構或多量子阱結構。
本實施例中，第一半導體層102與第二半導體層104分別為N型半導體和P型半導體，可以理解的係，亦可將第一半導體層102與第二半導體層104設計為P型半導體和N型半導體。
所述透明導電層105形成於第二半導體層104之上，用於提高經由第一電極106到達第二半導體層104的電流的擴散效能。該透明導電層105可選取ITO、In2O3、SnO2、ZnO、CdO、AZO或IZO等材料製成。
本實施例中，可利用干蝕刻(ICP)或濕蝕刻方法粗化透明導電層105上未設第一電極106的區域，以在透明導電層105表面形成粗化結構1051。粗化深度，亦即粗化結構1051的厚度d為透明導電層105總厚度的30~50%。透明導電層105未被粗化的剩餘的厚度部分可維持電流擴散的功能。所述透明導電層105的粗化結構1051表面呈現不規則的孔洞狀，孔洞直徑範圍在50~200nm內。其中，濕蝕刻所使用的蝕刻液可以為HCl、H2SO4、HF、BOE、KOH、H3PO4或草酸等。
透明導電層105粗化前和粗化後的表面形貌圖分別如圖2和圖3所示。
為了進一步保護半導體發光組件的各項特徴，在半導體發光組件周邊的部分區域包覆透明保護層109。所述透明保護層109為絕緣材料，可以選取二氧化矽(SiO2)或氮化矽(SiNx)等材料。未被所述透明保護層109包覆的區域為第一電極106、第二電極107及基底101的外周緣和底面。
進一步地，請參閱圖4，可利用黃光製程在包覆於所述透明導電層105表面的透明保護層109上開設通孔1091，通孔1091將透明導電層105上的對應的部分粗化結構1051暴露在外，以增強半導體發光組件的出光效率。通孔1091的直徑可根據具體需求而定。
另外，請參閱圖5，未包覆所述透明保護層109的區域還包括所述透明導電層105的上表面，該種結構可使得透明導電層105上的粗化結構1051完全暴露在外，以達到更高的出光效率。
本發明所提供的半導體發光組件，其透明導電層105表面形成的粗化結構1051能夠有效的避免全反射現象的發生，不僅能克服一般半導體發光組件出光效率低的缺點，提高半導體發光組件的亮度，而且可以擴大出光角度。
本發明還提供一種半導體發光組件的製造方法，包括以下步驟：步驟一，提供一具有發光結構的發光二極體晶粒，該發光二極體晶粒包括設置在發光結構上的透明導電層105；步驟二，在透明導電層以及發光結構上分別設置第一電極106和第二電極107；步驟三，利用干蝕刻或濕蝕刻方法粗化透明導電層105上未設第一電極106的區域以形成粗化結構1051；步驟四，在所述半導體發光組件周邊的部分區域包覆透明保護層109；步驟五，利用黃光製程在包覆在透明導電層105表面的透明保護層109開設通孔1091，通孔1091將透明導電層上表面局部或全部暴露在外。
進一步地，步驟一中提供的發光二極體晶粒包括基底101，以及依次生長在基底101上的緩衝層108、第一半導體層102、有源層103、第二半導體層104和透明導電層105。該緩衝層108可以減少
磊晶過程中產生的晶格缺陷。
此外，本實施例中，步驟三所形成的透明導電層105的粗化結構1051表面呈現不規則的孔洞狀，孔洞直徑範圍在50~200nm內。
需要說明的係，本發明提供的一種半導體發光組件的製造方法並不拘泥於依次按照步驟一到步驟五的順序依次進行，亦可以按照所製造的不同半導體發光組件變換順序，例如，將步驟五取消，只依次進行步驟一到步驟四，可得到如圖1所示的半導體發光組件；再如，步驟一到步驟五均進行，但依次按照步驟一、步驟二、步驟四、步驟五、步驟三的順序進行，可得到如圖6所示的另一種半導體發光組件，而該圖6所示的半導體發光組件僅在通孔1091區域的透明導電層具有粗化結構1051。
進一步地，採用蝕刻形成粗化結構1051或採用黃光製程開設通孔1091時，在該半導體發光組件不需要粗化或開設通孔的區域，可預先設置起保護作用的光罩，防止該區域受到蝕刻。
例如，採用“先進行步驟三、再進行步驟二”的順序製造半導體發光組件，亦即按照“先採用蝕刻法粗化透明導電層105、再設置第一電極106和第二電極107”的順序製造發光組件時，為了避免粗化後透明導電層105與第一電極106的接觸區域表面不平整，需要預先設置光罩保護此接觸區域，然後再進行蝕刻，從而完成蝕刻後，可在透明導電層105上留下平整的接觸區域，方便後續與第一電極106形成良好接觸。
另外，在採用蝕刻形成粗化結構1051或採用黃光製程開設通孔1091完成後，若光罩會影響後續步驟的進行或影響所述半導體發
光組件的效能，則可去除該光罩。
本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。
101‧‧‧基底
102‧‧‧第一半導體層
1021‧‧‧第一區域
1022‧‧‧第二區域
103‧‧‧有源層
104‧‧‧第二半導體層
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107‧‧‧第二電極
108‧‧‧緩衝層
109‧‧‧透明保護層
Claims (7)
- 一種半導體發光組件，包括具有發光結構的發光二極體晶粒和設置在發光二極體晶粒的發光結構上的透明導電層，發光二極體晶粒的發光結構包括一基底，在基底上依次生長的第一半導體層、有源層和第二半導體層，透明導電層形成於第二半導體層上，透明導電層以及第一半導體層上分別設置有第一電極和第二電極，其改良在於：所述透明導電層的表面形成有粗化結構，所述半導體發光組件還包括透明保護層，所述透明保護層包覆所述半導體發光組件周邊的部分區域，包覆在所述透明導電層區域的透明保護層具有通孔，所述通孔將透明導電層上對應的部分粗化結構暴露在外。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光組件，其中所述透明導電層的表面上除第一電極設置的區域外，其他區域均形成有所述粗化結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光組件，其中所述透明導電層的粗化結構的厚度為透明導電層總厚度的30~50%。
- 如申請專利範圍第3項所述之半導體發光組件，其中所述透明導電層的粗化結構呈現不規則的孔洞狀，孔洞直徑範圍在50~200nm內。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光組件，其中所述透明保護層為絕緣材料。
- 如申請專利範圍第5項所述之半導體發光組件，其中所述第一電極、第二電極及基底外周緣和底面未被透明保護層包覆。
- 一種半導體發光組件的製造方法，包括以下步驟：提供一具有發光結構的發光二極體晶粒，該發光二極體晶粒包括設置在發光結構上的透明導電層； 在透明導電層以及發光結構上分別設置第一電極和第二電極；粗化透明導電層上未設第一電極的區域以形成粗化結構；在所述半導體發光組件周邊的部分區域包覆透明保護層；在包覆在透明導電層表面的透明保護層開設通孔，通孔將透明導電層上表面局部或全部暴露在外。
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