TWI580072B - 發光元件之電極結構及其製作方法 - Google Patents

Description

發光元件之電極結構及其製作方法

本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種發光元件之電極結構及其製作方法。

發光二極體(Light emitting diode,LED)主要是透過電能轉化為光能的方式發光。當施加電流於發光二極體後，電流擴散並注入發光二極體的磊晶層中，電子將與電洞結合且釋放能量，並以光的形式發出。發光二極體具有壽命長、省電、體積小等優點。近年來，隨著多色域及高亮度的發展，發光二極體已應用在白光發光領域中，以取代傳統的日光燈管。

請參照第1圖，其繪示傳統發光元件100的示意圖。發光元件100包括一磊晶層110、一P型電極120以及一N型電極130，此磊晶層110由P型半導體層111、一多量子井層112(multiple quantum well layer)以及一N型半導體層113所組成。部分磊晶層110被蝕刻而形成一凹陷部以及一平台(mesa)。N型電極130位於凹陷部，並與N型半導體層113電性連接。P 型電極120位於平台上，並與P型半導體層電111性連接。

請參照第2圖，其繪示傳統發光元件100之P型電極120的示意圖。P型電極120具有一金層121、一阻擋層122以及一鋁層123，在高溫下，金鋁的界面處B會形成Au₅Al₂的合金，而該合金的導電性低且會在電極結構中的體積減少而形成孔洞(或空腔)，進而影響P型電極120的導電性及導熱效率。此外，金層121的遮光面積A1大於鋁層123的遮光面積A2，將使更多的光線被阻擋而無法有效地出光，進而影響發光元件100的光取出效率。

另外，習知技術透過阻擋層122來避免金與鋁的接觸，然而最容易接觸的地方會發生在鋁層123的邊緣處，因此傳統做法加厚阻擋層122的厚度，可將鋁層123的邊緣完整包覆，以避免金鋁接觸而形成合金。然而，加厚阻擋層122會造成電極成本及製程時間的增加。

本發明係有關於一種發光元件之電極結構及其製作方法，用以製作倒梯形的電極凸塊，以解決傳統電極結構的問題。

根據本發明之一方面，提出一種發光元件之電極結構的製作方法，包括下列步驟。形成一正光阻層於發光元件的一緩衝層上。圖案化正光阻層，以去除正光阻層的一部分，以形成一第一凹口。蝕刻緩衝層對應第一凹口的區域，以形成一第二凹口，其中緩衝層於第一凹口的一下方區域被蝕刻而形成一底切平 面。依序形成一反射金屬層與一阻擋層於第二凹口中，阻擋層覆蓋反射金屬層。形成一電極凸塊於第一凹口中，電極凸塊呈倒梯形覆蓋於部分阻擋層上。

根據本發明之一方面，提出一種發光元件之電極結構，包括一反射金屬層、一阻擋層以及一電極凸塊。反射金屬層形成於發光元件之一表面。阻擋層覆蓋反射金屬層。電極凸塊呈倒梯形覆蓋於部分阻擋層上。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧發光元件

110‧‧‧磊晶層

111‧‧‧P型半導體層

112‧‧‧多量子井層

113‧‧‧N型半導體層

120‧‧‧P型電極

121‧‧‧金層

122‧‧‧阻擋層

123‧‧‧鋁層

130‧‧‧N型電極

A1‧‧‧遮光面積

A2‧‧‧遮光面積

200‧‧‧發光元件

201‧‧‧緩衝層

202‧‧‧正光阻層

210‧‧‧磊晶層

211‧‧‧第一半導體層

212‧‧‧主動層

213‧‧‧第二半導體層

220‧‧‧第一電極結構

221、221’‧‧‧電極凸塊

221a‧‧‧側邊

221b‧‧‧部分電極材料

222‧‧‧阻擋層

222a‧‧‧側邊

223‧‧‧反射金屬層

230‧‧‧第二電極結構

L‧‧‧水平

S1‧‧‧表面

S2‧‧‧底切平面

St‧‧‧空隙

E1、E2‧‧‧邊緣

C1‧‧‧第一凹口

C2‧‧‧第二凹口

D1‧‧‧第一寬度尺寸

D2‧‧‧第二寬度尺寸

θ1‧‧‧第一角度

θ2‧‧‧第二角度

第1圖繪示傳統發光元件的示意圖。

第2圖繪示傳統發光元件之電極結構的示意圖。

第3圖繪示依照本發明一實施例之發光元件的示意圖。

第4圖繪示依照本發明一實施例之發光元件之電極結構的示意圖。

第5A-5F圖繪示依照本發明一實施例之發光元件之電極結構的製作方法的流程圖。

第6A-6B圖繪示依照一實施例之電極凸塊的製作流程圖。

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。

請參照第3圖，其繪示依照本發明一實施例之發光 元件200的示意圖。發光元件200包括一磊晶層210、一第一電極結構220以及一第二電極結構230。磊晶層210係由依序堆疊的一第一半導體層211、一主動層212及一第二半導體層213所構成之發光二極體。第一半導體層211、主動層212以及第二半導體層213之材質例如選自於由氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)或氮化鋁銦鎵(AlInGaN)所組成的群組其中之一或其組合。第一半導體層211與第二半導體層213分別為電性相反的P型半導體層及N型半導體層或P型與N型相反配置。第一電極結構220與第二電極結構230分別為P型電極及N型電極或P型與N型相反配置。

部分磊晶層210被蝕刻而形成一平台200a以及一凹陷部200b。第一電極結構220形成於平台200a上，且第一電極結構220與第一半導體層211電性連接，第二電極結構230形成於凹陷部200b上，且第二電極結構230與第二半導體層213電性連接，用以傳輸電流，並使電流擴散而注入於發光元件200中，以使發光元件200內的電子與電洞受電壓驅動而結合並且發光。主動層212可為多量子井層，用以提升發光元件200中電能轉換成光能的效率。

本實施例之發光元件200可設置於導熱性佳的電路載板(圖未繪示)上，例如金屬核心基板、陶瓷基板或矽基板上，進而使發光元件200具有更佳的散熱效率及發光效率。

以下介紹發光元件200之第一電極結構220及其製 作方法。請參照第4及第5A-5F圖，其中第4圖繪示依照本發明一實施例之發光元件200之第一電極結構220(或第二電極結構230)的示意圖，第5A-5F圖繪示依照本發明一實施例之發光元件200之第一電極結構220(或第二電極結構230)的製作方法的流程圖。

第一電極結構220包括一反射金屬層223、一阻擋層222以及一電極凸塊221。反射金屬層223形成於發光元件200之一表面S1上，也就是第3圖中磊晶層210的第一半導體層211的表面S1上。阻擋層222覆蓋反射金屬層223。在本實施例中，阻擋層222與反射金屬層223的中央隆起並相堆疊，且阻擋層222之邊緣E1還可選擇性地延伸至反射金屬層223的邊緣E2，以使阻擋層222與反射金屬層223共形而形成一正梯形結構或一弧凸結構。

反射金屬層223例如是高反射性的金屬，反射率可高於90%以上，其材質可選自鋁、銀或銠。反射金屬層223的面積越大，遮光面積將越大。此外，反射金屬層223亦可做為電極凸塊221與第一半導體層211之間的歐姆接觸層。在另一實施例中，反射金屬層223與第一半導體層211之間亦可增加一透明材質的導電層(圖未繪示)，例如銦錫氧化物(ITO)，以增加磊晶層210中電流擴散的效果。

阻擋層222之材質選自鈦、鎳、鉑、鉻、鈦、鎢或其合金。當反射金屬層223為鋁或材質包括鋁，而電極凸塊221 為金或材質包括金時，阻擋層222可避免金鋁接觸而形成Au_xAl_y的合金，例如Au₅Al₂合金。在本實施例中，由於電極凸塊221呈倒梯形覆蓋於阻擋層222上，其側邊221a不會與反射金屬層223的邊緣E2相接觸而形成Au_xAl_y的合金，因此阻擋層222僅需覆蓋反射金屬層223的中央隆起部分，不需加厚阻擋層222，如此可減少阻擋層222的用量及製作成本。

此外，由於電極凸塊221呈倒梯形覆蓋於阻擋層222上，使得反射金屬層223的邊緣E2不會也不需要被電極凸塊221所覆蓋，因此電極凸塊221的設置並不會造成更大的遮光面積，可降低光線被阻擋之機率而能有效地出光，進而提高發光元件200的光取出效率。

也就是說，本實施例之第一電極結構220由倒梯形的電極凸塊221以及正梯形(或弧凸狀)的阻擋層222及弧凸狀的反射金屬層223組成，可避免產生習知電極於金鋁的界面處會形成Au_xAl_y的合金，且不需使用傳統加厚阻擋層222的厚度，將鋁層的邊緣完整包覆，以避免金鋁接觸而形成合金的做法。此外，第二電極結構230亦可使用上述的倒梯形的電極凸塊221，來解決相同的問題。

有關上述第一電極結構220(或第二電極結構230)的製作方法，請參照第5A-5F圖。首先，形成一緩衝層201於發光元件200之一表面上，如第5A圖所示。緩衝層201可為氮化物或氧化物，例如是氧化矽(SiO2)、氮化矽或氮氧化矽，其厚 度可為2000埃左右。

接著，形成一圖案化的正光阻層202於緩衝層201上，如第5B圖所示。正光阻層202形成有一倒梯形的第一凹口C1，相對於傳統利用負光阻材料來形成正梯形開口，本發明可藉由倒梯形的第一凹口C1來形成倒梯形的電極凸塊221。

形成圖案化的正光阻層202的步驟是：對正光阻進行曝光顯影，讓光罩未覆蓋區域的正光阻受光而形成一預定開口圖案。此預定開口圖案受光照強度的影響，其上方受光照強度較強而具有較大尺寸，其下方受光照強度較弱而具有較小尺寸。因此，當形成有此預定開口圖案的正光阻層202以顯影液顯示圖案時，受光區域的正光阻層202被去除而形成一第一凹口C1，且第一凹口C1為上寬下窄的倒梯形開口，如第5B圖所示。

接著，對緩衝層201進行溼式蝕刻，亦即蝕刻緩衝層201對應第一凹口C1的區域。部分緩衝層201被蝕刻後形成一第二凹口C2，如第5C圖所示。在本實施例中，除了緩衝層201對應第一凹口C1的區域被蝕刻之外，緩衝層201於第一凹口C1的下方區域亦被蝕刻而形成一底切平面S2，如第5C圖所示。也就是說，部分緩衝層201被蝕刻液過度蝕刻而形成底切平面S2。底切的寬度可為1-2微米左右，底切的寬度例如由第一凹口C1的下方區域向左右兩側內切1-2微米左右。

在一實施例中，第一凹口C1於底切平面S2處具有一第一寬度尺寸D1，而第二凹口C2於底切平面S2處具有一第 二寬度尺寸D2，第二寬度尺寸D2大於第一寬度尺寸D1，且第一凹口C1與第二凹口C2皆呈倒梯形。第一寬度尺寸D1與第二寬度尺寸D2例如介於2-10微米之間。

接著，依序形成一反射金屬層223與一阻擋層222於第二凹口C2中，如第5D圖所示。例如，蒸鍍一具有高反射性(反射率大於90%)之金屬材料於第二凹口C2中，以做為反射金屬層223，接著，蒸鍍一厚度較薄(例如500埃)的阻擋層222於反射金屬層223上。在本實施例中，阻擋層222至少覆蓋反射金屬層223之中央隆起部分即可，不限定要完整覆蓋反射金屬層223。

接著，形成一電極凸塊221於第一凹口C1中，如第5E圖所示。形成電極凸塊221的方法包括蒸鍍一高導電及高導熱之金屬材料，例如金或銅，其厚度可達1.6微米或更高。受到正光阻層202的第一凹口C1的形狀限制，電極凸塊221呈倒梯形覆蓋於部分阻擋層222上，亦即覆蓋於阻擋層222對應於第一凹口C1的中央隆起區域上，且未覆蓋也不需要覆蓋反射金屬層223的邊緣。

在第5E圖中，反射金屬層223與阻擋層222的中央隆起高度可大於等於底切平面S2所在的水平高度，亦可低於底切平面S2所在的水平高度，本發明對此不加以限制。電極凸塊221大致上與阻擋層222相會於底切平面S2所在附近的一水平L，且電極凸塊221從相會處呈倒梯狀向上延伸以形成一倒梯 形結構，而阻擋層222從相會處呈正梯形向下延伸以形成一正梯形結構。

請參照第4圖，在一實施例中，阻擋層222的側邊222a大致上相對於相會處的水平L向下傾斜一第一角度θ1，而電極凸塊221的側邊221a大致上相對於相會處的水平L向上傾斜一第二角度θ2。第一角度θ1與第二角度θ2為銳角，例如介於20~80之間。

接著，在第5F圖中，於形成電極凸塊221之後，去除圖案化的正光阻層202，其中正光阻層202係以一去光阻劑經由第二凹口C2於底切平面S2處之一空隙St(參見第5E圖)流入而被移除。請參照第5E圖，由於第一凹口C1的下方區域形成一底切平面S2，阻擋層222及反射金屬層223不容易完全填滿第二凹口C2，因而未填滿的部分將形成足夠大的空隙St，以使去光阻劑能順利流入此空隙St中。反觀，若第二凹口C2的形狀不是倒梯形，且第一凹口C1的下方區域未形成底切平面S2，那麼阻擋層222及反射金屬層223將可能完全填滿第二凹口C2而無法形成足夠大的空隙，因而無法使去光阻劑流入空隙中。

此外，請參照第6A-6B圖，其繪示依照一實施例之電極凸塊221的製作流程圖。相較於上述第5E-5F圖之電極凸塊221，本實施例之電極凸塊221’不同之處在於：當反射金屬層223與阻擋層222的中央隆起高度低於底切平面S2所在的水平高度時，因部分電極材料會先沿著阻擋層222的側邊向下延伸，等到 蒸鍍高度高於或等於底切平面S2時，電極材料才會順著第一凹口C1向上形成倒梯形的電極凸塊221’。因此，在第6A圖中，電極凸塊221與阻擋層222的相會處的部分電極材料221b向下延伸而覆蓋在阻擋層222上，此部分可做為正梯形電極的一部分，以增加倒梯形的電極凸塊221’與阻擋層222的接觸面積。

由此可知，本發明上述實施例所揭露之發光元件之電極結構及其製作方法，係用以製作倒梯形的電極凸塊及正梯形(或弧凸狀)的阻擋層及反射金屬層，可避免產生習知電極於金鋁的界面處會形成Au_xAl_y的合金，且不需使用傳統加厚阻擋層的厚度，將鋁層的邊緣完整包覆，以避免金鋁接觸而形成合金的做法。此外，受到正光阻層的第一凹口的形狀限制，電極凸塊呈倒梯形覆蓋於部分阻擋層上，因此，相對於傳統正梯形的電極結構，倒梯形的電極凸塊還可減少遮光面積，進而提高發光元件的光取出效率。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

220‧‧‧第一電極結構

221‧‧‧電極凸塊

221a‧‧‧側邊

222‧‧‧阻擋層

222a‧‧‧側邊

223‧‧‧反射金屬層

E1、E2‧‧‧邊緣

L‧‧‧水平

θ1‧‧‧第一角度

θ2‧‧‧第二角度

S1‧‧‧表面

Claims (11)

1. 一種發光元件之電極結構的製作方法，包括：形成一正光阻層於該發光元件的一緩衝層上；圖案化該正光阻層，以去除該正光阻層的一部分，以形成一第一凹口；蝕刻該緩衝層對應該第一凹口的區域，以形成一第二凹口，其中該緩衝層於該第一凹口的一下方區域被蝕刻而形成一底切平面；依序形成一反射金屬層與一阻擋層於該第二凹口中，該阻擋層覆蓋該反射金屬層；以及形成一電極凸塊於該第一凹口中，該電極凸塊呈倒梯形覆蓋於部分該阻擋層上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電極結構的製作方法，其中該第一凹口於該底切平面處具有一第一寬度尺寸，而該第二凹口於該底切平面處具有一第二寬度尺寸，該第二寬度尺寸大於該第一寬度尺寸，且該第一凹口與該第二凹口呈倒梯形。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電極結構的製作方法，其中該阻擋層與該反射金屬層的中央隆起並相堆疊，且該阻擋層之邊緣可延伸至該反射金屬層的邊緣，以使該阻擋層與該反射金屬層共形而形成一正梯形結構或一弧凸結構。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電極結構的製作方法，其中該阻擋層與該電極凸塊相會於該底切平面所在附近的一水平，該阻擋層的側邊相對於該水平向下傾斜一第一角度，且該電極凸塊 的側邊相對於該水平向上傾斜一第二角度，該第一角度與該第二角度為銳角。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電極結構的製作方法，其中該緩衝層之材質選自氧化矽、氮化矽或氮氧化矽。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電極結構的製作方法，其中蝕刻該緩衝層包括對該緩衝層進行濕式蝕刻。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電極結構的製作方法，其中該反射金屬層的材質選自鋁、銀或銠。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電極結構的製作方法，其中該阻擋層之材質選自鈦、鎳、鉑、鉻、鈦、鎢或其合金，該電極凸塊之材質包括金。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電極結構的製作方法，其中形成該電極凸塊之後，更包括去除圖案化的該正光阻層，其中該正光阻層係以一去光阻劑經由該第二凹口於該底切平面處之一空隙流入而被移除。
10. 一種發光元件之電極結構，包括：一反射金屬層，形成於該發光元件之一表面；一阻擋層，覆蓋該反射金屬層；以及一電極凸塊，該電極凸塊呈倒梯形覆蓋於部分該阻擋層上，其中該阻擋層與該電極凸塊相會於一水平，該阻擋層的側邊相對於該水平向下傾斜一第一角度，且該電極凸塊的側邊相對於該水平向上傾斜一第二角度，該第一角度與該第二角度為銳角。
11. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件之電極結構，其 中該阻擋層與該反射金屬層的中央隆起並相堆疊，且該阻擋層之邊緣可延伸至該反射金屬層的邊緣，以使該阻擋層與該反射金屬層共形而形成一正梯形結構或一弧凸結構。