TWI548116B - 發光二極體晶粒及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及半導體晶粒結構，尤其涉及一種發光二極體晶粒，還涉及一種發光二極體晶粒的製造方法。
習知的水平式發光二極體(Light Emitting Diode,LED)晶粒包括基板、在基板上生長的半導體發光結構以及兩電極。因為藍寶石基板不具有導電性，所以通常將N極和P極電極鍍在同一側，並由此形成水平式結構。
然而當水平式發光二極體晶粒的P極至N極注入電流時，因電流的電性特性，同側的兩電極間的電流往往走最短的距離，導致所述電流集中在具有較短路徑的通道上。從而導致發光二極體晶粒出光不均勻，進而影響發光二極體晶粒的出光效果。為了達到均勻電路的目的，業界通常採用在N極及P極上設置間隔的金屬延伸電極，然而，所述金屬延伸電極通常因遮蓋出光面而導致發光二極體晶粒的出光效率低下。
有鑑於此，有必要提供一種出光效率高的發光二極體晶粒及其製造方法。
一種發光二極體晶粒，包括基板、依次形成在基板上表面的第一
半導體層、有源層、第二半導體層及透明導電層，第一電極以及第二電極分別形成在第一半導體層及透明導電層上，所述第一半導體層上開設有多個間隔的凹槽，所述凹槽的深度沿遠離第一電極的方向依次變小，所述透明導電層包括多個穿設在第二半導體層中、且分別與第一半導體層的凹槽對應的間隔設置的延伸部，所述延伸部的導電能力沿靠近第二電極的方向依次變小。
一種發光二極體晶粒的製造方法，包括以下步驟：提供基板，並在基板上依次生長第一半導體層、有源層及第二半導體層，並分別在第一半導體層及第二半導體層形成第一電極及第二電極，所述第一電極及第二電極分別位於發光二極體晶粒的相對兩側，所述第一半導體層上開設有多個間隔的凹槽，所述凹槽的深度隨著與第一電極之間的距離變大而變淺；在第二半導體層上形成間隔設置的多個穿孔組，所述多個穿孔組分別與多個凹槽對應，每一穿孔組的穿孔的深度相等，多個穿孔組的深度沿靠近第二電極的方向依次變小；在第二半導體層上形成透明導電層，所述透明導電層包括分別填滿所述穿孔組的多個延伸部，所述延伸部的導電能力沿靠近第二電極的方向依次變小。
本發明中，因發光二極體晶粒中，位於有源層上方的且穿設在第二半導體層內的透明導電層的多個延伸部分別與第一半導體層上的凹槽對應且延伸部的導電能力沿靠近第二電極的方向依次變小，如此，在達到使電路分佈均勻的同時，避免了在有源層上方設置遮蓋發光面積的延伸電極，從而達到了提高出光效率的目的。
10‧‧‧發光二極體晶粒
11‧‧‧基板
12‧‧‧第一半導體層
1211‧‧‧第一區域
1212‧‧‧第二區域
1213‧‧‧凹槽
1213a‧‧‧第一凹槽
1213b‧‧‧第二凹槽
1213c‧‧‧第三凹槽
122‧‧‧半導體薄膜
13‧‧‧有源層
14‧‧‧第二半導體層
141‧‧‧P型半導體層
143‧‧‧第一歐姆接觸層
145‧‧‧第二歐姆接觸層
15‧‧‧第一電極
151、161‧‧‧焊墊
152、162‧‧‧連接部
16‧‧‧第二電極
17‧‧‧緩衝層
19‧‧‧透明導電層
191‧‧‧主體部
193‧‧‧第一延伸部
1931‧‧‧第一延伸臂
195‧‧‧第二延伸部
1951‧‧‧第二延伸臂
197‧‧‧第三延伸部
1971‧‧‧第三延伸臂
30‧‧‧穿孔組
31‧‧‧第一穿孔組
33‧‧‧第二穿孔組
35‧‧‧第三穿孔組
A‧‧‧第一區
B‧‧‧第二區
C‧‧‧第三區
D‧‧‧第四區
圖1為本發明中發光二極體晶粒的立體圖。
圖2為圖1中發光二極體晶粒的正視圖。
請參閱圖1，本發明的發光二極體晶粒10包括基板11、自基板11向上層疊的第一半導體層12、有源層13、第二半導體層14及透明導電層19，第一電極15及第二電極16分別形成在第一半導體層12及透明導電層19上且位於發光二極體晶粒10的相對兩側。
所述基板11的材料可以為藍寶石(Al2O3)、碳化矽(SiC)、矽(Si)、氮化鎵(GaN)或氧化鋅(ZnO)中的一種。
本實施方式中，第一半導體層12為N型半導體層。所述第一半導體層12遠離基板11的上表面一側裸露、相對的另一側被有源層13遮蓋，從而形成一個裸露的第一區域1211及一個被遮蓋的第二區域1212。所述有源層13和第二半導體層14依次形成於第二區域1212上方。為提高生長在基板11上的第一半導體層12、有源層13及第二半導體層14的品質，在成長所述第一半導體層12前，可先在基板11上成長一個緩衝層17。該緩衝層17可採用氮化鎵(GaN)或氮化鋁(AlN)等中的一種。
所述第一半導體層12的上表面的第二區域1212上形成有多個間隔的凹槽1213，所述凹槽1213在沿遠離第一電極15的方向依次設置，且所述凹槽1213的深度隨著與第一電極15之間的距離變大而變淺。本實施例中，所述凹槽1213的數量為三個，其沿遠離第一電極15的方向依次為第一凹槽1213a、第二凹槽1213b及第三凹槽1213c，所述第一凹槽1213a、第二凹槽1213b及第三凹槽1213c將
第一半導體層12分成依次排布的第一區A、第二區B、第三區C及第四區D。
為避免上述凹槽1213影響後續有源層13平整的生長，優選地，在形成上述凹槽1213後，形成有源層13之前，可進一步在第一半導體層12上繼續生長一半導體薄膜122用以覆蓋這些凹槽1213，所述半導體薄膜122的摻雜型與第一半導體相同，本實施方式中，該半導體薄膜122也為N型半導體層。
所述第一電極15形成於第一半導體層12的第一區域1211上，包括兩個焊墊151及連接於該兩個焊墊151之間的連接部152，所述兩個焊墊151分別形成於第一區域1211的相對兩端。
所述第二半導體層14包括一P型半導體層141及形成於P型半導體層141相對兩側為提高歐姆接觸性能而設置的的第一歐姆接觸層143及第二歐姆接觸層145。
請同時參閱圖2，多個間隔設置的穿孔組30自所述第二半導體層14的頂端朝向有源層13延伸，穿孔組30的數量與凹槽1213的數量相等且每一穿孔組30的中部分別與第一半導體層12上的凹槽1213對應。每一穿孔組30由多個深度一致的穿孔組成，且所述穿孔組30的深度在沿靠近第二電極16的方向依次變小。也就為說，深度最深的一穿孔組30中部正對深度最深的凹槽1213，其它穿孔組30與凹槽1213的對應關係以此類推。所述穿孔組30中，相鄰的穿孔之間的的距離相等且每一穿孔的孔徑相等。每一穿孔組30的長度大致與第二半導體層14的寬度相等，即每一穿孔組30自第二半導體層14的一端延伸至相對的另一端；所述穿孔組30的寬度沿靠近第二電極16的方向上逐漸減小，也即所述穿孔組30沿自遠離第二
電極16到靠近第二電極16的方向上的穿孔數量逐漸減少。
本實施例中，所述穿孔組30包括依次間隔設置的第一穿孔組31、第二穿孔組33、第三穿孔組35。其中，第一穿孔組31自透明導電層19的頂面延伸到第二半導體層14的中部，第二穿孔組33自透明導電層19的頂面延伸自第二半導體層14的頂部，第三穿孔組35自透明導電層19的頂面延伸自第一歐姆接觸層143的中部。第一穿孔組31、第二穿孔組33、第三穿孔組35的中部分別正對第一凹槽1213a、第二凹槽1213b及第三凹槽1213c。
所述透明導電層19包括鋪設在第一歐姆接觸層143上的主體部191及自主體部191下表面延伸且分別填滿第一穿孔組31、第二穿孔組33及第三穿孔組35的穿孔的第一延伸部193、第二延伸部195及第三延伸部197。如此，第一延伸部193形成有多個與第一穿孔組31的穿孔對應的第一延伸臂1931，第二延伸部195形成有多個與第二穿孔組33的穿孔對應的第二延伸臂1951，第三延伸部197形成有多個與第三穿孔組35對應的第三延伸臂1971。第一延伸臂1931、第二延伸臂1951、第三延伸臂1971的長度依次減小、直徑相等。相應的第一延伸臂1931之間的距離等於相應的第二延伸臂1951之間的距離及相鄰的第三延伸臂1971之間的距離。所述主體部191為一厚度均勻的片體。
因第一延伸部193、第二延伸部195及第三延伸部197分別填滿第一穿孔組31、第二穿孔組33及第三穿孔組35的穿孔，因此，第一延伸部193、第二延伸部195及第三延伸部197的延伸臂的個數在沿靠近第二電極16的方向上依次變少，進而導致第一延伸部193、第二延伸部195及第三延伸部197的深處及寬度依次減小且導電
能力依次減弱。所述透明導電層19由電阻值較第一歐姆接觸層143、P型半導體層141及第二歐姆接觸層145小得多的氧化銦錫(ITO)製成。
所述第二電極16形成於主體部191的一側，包括兩個焊墊161及連接於該兩個焊墊161之間的連接部162，所述兩個焊墊161分別形成於主體部191的相對兩端。
當到第一電極15通入電流時，第一半導體層12內的電子開始向移動。由於第一半導體層12內的凹槽1213將第一半導體層12分成第一區A、第二區B、第三區C和第四區D，且第一凹槽1213a到第三凹槽1213c的深度依次減小，故電子移動的優先順序為：最先移動到距第一電極15最近的第一區A，並被第一凹槽1213a阻擋，使第一區A內的電子濃度逐漸提高；待第一區A內電子飽和後，越過第一凹槽1213a，移動至第二區B；待第二區B內電子飽和後，越過第二凹槽1213b，移動至第三區C；待第三區C內電子飽和後，越過第三凹槽1213c，移動至第四區D。以此，使電子從第一電極15出發，均勻的分佈於第一半導體層12內除第一凹槽1213a、第二凹槽1213b及第三凹槽1213c外的各個區域，然後所述電子自第一半導體層12的各區域向上移動自第二半導體層14及透明導電層19。又由於導電能力依次減弱的第一延伸部193、第二延伸部195及第三延伸部197正對凹槽1213深度逐漸減小的第一凹槽1213、第二凹槽1213及第三凹槽1213，進而可使電子均勻的自第一半導體層12進入第二半導體層14，如此，便使第二半導體層14導內不會因其局部正對第一凹槽1213a、第二凹槽1213b及第三凹槽1213c而導致電路分佈不均勻。
本發明的中的第二電極16無須設置延伸電極，使第二電極16不必過多的遮擋第二半導體層14而使更多的光線可以射出，從而提高的出光效率。
本發明中，還可以根據需要而將第一穿孔組31、第二穿孔組33及第三穿孔組35的孔徑及相鄰穿孔之間的距離進行特別設定，從而使有源層13發出的光線穿過第二半導體層14及透明導電層19向外出射的過程中，只有特定波長的光線才能通過這些穿孔組30及其內的延伸部而過濾掉其他波長的光線，進而達到提高出射光線的波長半高寬及提高演色性的目的。
本發明實施方式提供的一種的製造方法包括以下幾個步驟：提供基板11，並在基板11上生長第一半導體層12，該第一半導體層12包括第一區域1211和第二區域1212，所述第一半導體層12為N型半導體層；在第二區域1212上形成彼此間隔並沿遠離第一區域1211依次設置的凹槽1213，且所述凹槽1213的深度隨著與第一區域1211之間的距離變大而變淺，所述凹槽1213採用蝕刻或機械切割等方法製成；在第二區域1212上依次生長有源層13和第二半導體層14；在第二半導體層14上通過蝕刻的方法開設如上文所述的間隔設置的第一穿孔組31、第二穿孔組33及第三穿孔組35；在第二半導體層14的頂面形成一透明導電層19，所述透明導電層19包括鋪設在第二半導體層14頂面的主體部191及分別填滿第一穿孔組31、第二穿孔組33及第三穿孔組35的穿孔的第一延伸部
193、第二延伸部195及第三延伸部197；分別在第一半導體層12的第一區域1211及透明導電層19的主體部191的一側形成第一電極15及第二電極16，如此便形成了本發明的發光二極體晶粒10。
在第一半導體層12上形成有源層13的步驟前，還可以再形成一層半導體薄膜122，用於覆蓋所述凹槽1213，以使有源層13能夠平整的生長，且由於半導體薄膜122的厚度很薄，無法讓大量電子通過，所以也不會影響電流的分佈路徑。
在前述製作步驟中，在基板11上生長第一半導體層12之前可以先生長一層緩衝層17，以使保證後續第一半導體層12及其他物質生長的品質。
可以理解的是，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其他各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明申請專利範圍第項的保護範圍。
10‧‧‧發光二極體晶粒
11‧‧‧基板
12‧‧‧第一半導體層
1211‧‧‧第一區域
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1213‧‧‧凹槽
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122‧‧‧半導體薄膜
13‧‧‧有源層
14‧‧‧第二半導體層
141‧‧‧P型半導體層
143‧‧‧第一歐姆接觸層
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15‧‧‧第一電極
16‧‧‧第二電極
17‧‧‧緩衝層
19‧‧‧透明導電層
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193‧‧‧第一延伸部
1931‧‧‧第一延伸臂
195‧‧‧第二延伸部
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197‧‧‧第三延伸部
1971‧‧‧第三延伸臂
30‧‧‧穿孔組
31‧‧‧第一穿孔組
33‧‧‧第二穿孔組
35‧‧‧第三穿孔組
A‧‧‧第一區
B‧‧‧第二區
C‧‧‧第三區
D‧‧‧第四區
Claims (10)
- 一種發光二極體晶粒，包括基板、依次形成在基板上表面的第一半導體層、有源層、第二半導體層及透明導電層，第一電極以及第二電極分別形成在第一半導體層及透明導電層上，其改良在於：所述第一半導體層上開設有多個間隔的凹槽，所述凹槽的深度沿遠離第一電極的方向依次變小，所述透明導電層包括多個穿設在第二半導體層中、且分別與第一半導體層的凹槽對應的間隔設置的延伸部，所述延伸部的導電能力沿靠近第二電極的方向依次變小。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，其中，所述多個延伸部的寬度及深度沿靠近第二電極的方向上依次變小。
- 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體晶粒，其中，所述每一延伸部包括多個延伸臂，所述延伸臂的尺寸相等，且每一延伸部相鄰二延伸臂之間的距離相等。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，其中，所述延伸部的延伸臂的數量沿靠近第二電極的方向上依次變少。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，其中，所述透明導電層還包括一鋪設在第二半導體層上表面的主體部，所述多個延伸部自主體部貼設第二半導體層的下表面延伸形成。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，其中，所述凹槽的頂端分別正對相應延伸部的下方中部。
- 一種發光二極體晶粒的製造方法，包括以下步驟：提供基板，並在基板上依次生長第一半導體層、有源層及第二半導體層，並分別在第一半導體層及第二半導體層形成第一電極及第二電極，所 述第一電極及第二電極分別位於發光二極體晶粒的相對兩側，所述第一半導體層上開設有多個間隔的凹槽，所述凹槽的深度隨著與第一電極之間的距離變大而變淺；在第二半導體層上形成間隔設置的多個穿孔組，所述多個穿孔組分別與多個凹槽對應，每一穿孔組的穿孔的深度相等，多個穿孔組的深度沿靠近第二電極的方向依次變小；在第二半導體層上形成透明導電層，所述透明導電層包括分別填滿所述穿孔組的多個延伸部，所述延伸部的導電能力沿靠近第二電極的方向依次變小。
- 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，所述穿孔組中，相鄰的穿孔之間的距離相等且每一穿孔的孔徑相等。
- 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，所述穿孔組的寬度沿靠近第二電極的方向上逐漸減小。
- 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，所述透明導電層由氧化銦錫製成。
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