CN101752469B

CN101752469B - 发光二极管及其制造方法

Info

Publication number: CN101752469B
Application number: CN2008101842872A
Authority: CN
Inventors: 陈锡铭; 王星贸
Original assignee: Chi Mei Lighting Technology Corp
Current assignee: Chi Mei Lighting Technology Corp
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2028-12-10
Also published as: CN101752469A

Abstract

一种发光二极管，包括一半导体元件层、一第一电极以及一第二电极。半导体元件层包括一第一型半导体层、一发光层以及一第二型半导体层。发光层位于第一型半导体层与第二型半导体层之间。第二型半导体层具有远离发光层的一第一表面。第一电极电性连接于第一型半导体层。第二电极分布于第二型半导体层的整个第一表面且电性连接于第二型半导体层，且第二电极具有暴露部分的第一表面的至少一开口。此外，制造上述发光二极管的制造方法亦被提出。

Description

发光二极管及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种发光二极管及其制造方法，且特别是有关于一种发光效率较佳且发光较均匀的发光二极管及其制造方法。

背景技术

随着半导体科技的进步，现今的发光二极管已具备了高亮度的输出，加上发光二极管具有省电、体积小、低电压驱动以及不含汞等优点，因此发光二极管已广泛地应用在显示器与照明等领域。

图1为公知发光二极管的示意图。请参照图1，发光二极管100包括一基板110、一半导体元件层120、一第一电极130以及一第二电极132。半导体元件层120包括一N型半导体层122、一发光层124以及一P型半导体层126。由于电极130、132的材质为金属而无法透光的缘故，因此无法将第一电极130(第二电极132)设计成完全覆盖N型半导体层122(P型半导体层126)。如此一来，会造成电流集中于两电极130、132之间的最短路径而无法均匀分布至整个发光二极管100，使得发光二极管100的整体发光效率不佳而且发光不均匀。

发明内容

针对上述的情况，本发明提供一种发光二极管，发光效率较佳且发光分布较均匀。

本发明提供一种发光二极管的制造方法，其所制造的发光二极管发光效率较佳且发光较均匀。

本发明的发光二极管包括一半导体元件层、一第一电极、一第二电极以及折射率调整层。半导体元件层包括一第一型半导体层、一发光层以及一第二型半导体层。发光层位于第一型半导体层与第二型半导体层之间。第二型半导体层具有远离发光层的一第一表面。第一电极电性连接于第一型半导体层。第二电极分布于第二型半导体层的整个第一表面且电性连接于第二型半导体层。第二电极具有暴露部分的第一表面的至少一开口。折射率调整层配置于第二型半导体层的第一表面且位于第二电极的开口中。

在本发明的发光二极管的一个实施例中，第二电极的图案为网状、连续S型或是螺旋状。此外，网状的第二电极的网目的形状相同或不同。

在本发明的发光二极管的一个实施例中，第一电极与第二电极的材料分别包括金、镍、银、铟、锡或上述材料的合金。

在本发明的发光二极管的一个实施例中，折射率调整层可为两种以上不同折射率的材料的组合。另外，折射率调整层靠近第一表面的部分的折射率例如大于折射率调整层远离第一表面的部分的折射率。再者，折射率调整层的材料例如包括氧化铟(In₂O₃)、氮化硅(SiN_x)或氧化硅(SiO₂)。

在本发明的发光二极管的一个实施例中，第一型半导体层包括一第一接触层以及一第一束缚层。并且，第一束缚层配置于第一接触层与发光层之间。

在本发明的发光二极管的一个实施例中，第二型半导体层包括一第二束缚层以及一第二接触层。第二接触层配置于第二束缚层与发光层之间。

在本发明的发光二极管的一个实施例中，当第一型半导体层为一N型半导体层，则第二型半导体层为一P型半导体层。反之，当第一型半导体层为一P型半导体层，则第二型半导体层为一N型半导体层。

在本发明的发光二极管的一个实施例中，发光层为一多重量子井发光层。

在本发明的发光二极管的一个实施例中，发光层配置于第一型半导体层的部分区域上，第一电极配置于未被发光层所覆盖的第一型半导体层上。

在本发明的发光二极管的一个实施例中，更包括一基板，半导体元件层、第一电极与第二电极配置于基板上。此外，基板朝向半导体元件层的一表面例如为不平整表面。另外，发光二极管可更包括一缓冲层，配置于基板与半导体元件层之间。其中，缓冲层的材料例如包括氮化铝镓(Ga_xAl_1-xN，0＜x≤1)。

在本发明的发光二极管的一个实施例中，第二电极的中央部分完全覆盖第一表面的中央部分。

在本发明的发光二极管的一个实施例中，更包括一打线接垫。打线接垫配置于第二电极的中央部分，并且第二电极位于打线接垫与第二型半导体层之间。

在本发明的发光二极管的一个实施例中，更包括一反射层，配置于第二电极与第一表面之间。

本发明的发光二极管的制造方法包括下列步骤。首先，依序形成一第一型半导体层、一发光层以及一第二型半导体层。第二型半导体层具有远离发光层的一第一表面。形成一第一电极，第一电极电性连接第一型半导体层。于第二型半导体层的第一表面上形成一第二电极。第二电极分布于整个第一表面且具有暴露部分的第一表面的至少一开口。在第二型半导体层的第一表面上形成折射率调整层，且折射率调整层位于第二电极的开口中。

在本发明的发光二极管的制造方法的一个实施例中，形成第一型半导体层、发光层以及第二型半导体层的方法包括分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy，MBE)或是有机金属化学气相沉积法(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)。

在本发明的发光二极管的制造方法的一个实施例中，形成第二电极的开口方法包括微影(photolithography)与蚀刻(etching)。

在本发明的发光二极管的制造方法的一个实施例中，更包括于第二型半导体层的第一表面上形成一折射率调整层，并且折射率调整层位于前述开口。此外，形成折射率调整层的方式例如包括分层形成两种以上不同折射率的材料层。另外，形成折射率调整层的方法可包括使用两种以上不同折射率的材料，在共同沉积的过程中调整不同材料的沉积比例。再者，形成折射率调整层的方法例如包括溅镀。

在本发明的发光二极管的制造方法的一个实施例中，更包括形成一打线接垫于第二电极的中央部份，且第二电极位于打线接垫与第二型半导体之间。

在本发明的发光二极管的制造方法的一个实施例中，更包括提供一基板，并且于基板上形成第一型半导体层。此外，在提供基板之后与形成第一型半导体层之前，可更包括对基板的一表面进行微影与蚀刻。另外，发光二极管的制造方法可更包括形成一于基板与第一型半导体层之间的缓冲层。

本发明因采用第二电极分布于整个第二型半导体层的结构，因此发光效率较佳且发光分布较均匀。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为公知发光二极管的示意图。

图2A为本发明的一个实施例一种发光二极管的示意图。

图2B为图2A中第二电极的俯视图。

图3A至图3C为本发明其它实施例的第二电极的图案。

图4A为本发明的另一个实施例的发光二极管的示意图。

图4B为图4A中第二电极的俯视图。

图5为本发明的又一个实施例的发光二极管的示意图。

图6为本发明另一个实施例的发光二极管的示意图。

图7A至图7G为本发明一个实施例的发光二极管的制造方法的流程示意图。

图中标号说明

100、200、200a、200b、300：发光二极管

110、240、340：基板

120、210、310：半导体元件层

122：N型半导体层

124、214、314：发光层

126：P型半导体层

130、220、320：第一电极

132、221、222、223、224、226、228、322：第二电极

212、312：第一型半导体层

212a：第一接触层

212b：第一束缚层

216、316：第二型半导体层

216a、316a：第一表面

216b：第二束缚层

216c：第二接触层

221a、222a、223a、322a：开口

230、330：折射率调整层

240a：表面

250、350：缓冲层

260、360：打线接垫

270：反射层

280：金属层

具体实施方式

图2A为本发明的一个实施例一种发光二极管的示意图。请参照图2A，本实施例的发光二极管200包括一半导体元件层210、一第一电极220以及一第二电极222。半导体元件层210包括一第一型半导体层212、一发光层214以及一第二型半导体层216。发光层214位于第一型半导体层212与第二型半导体层216之间。第二型半导体层216具有远离发光层214的一第一表面216a。另外，第一电极220电性连接于第一型半导体层212。第二电极222分布于第二型半导体层216的整个第一表面216a且电性连接于第二型半导体层216。第二电极222并具有暴露部分的第一表面216a的至少一开口222a。

图2B为图2A中第二电极的俯视图。请同时参照图2A及图2B，在本实施例中，第二电极222的形状是网状。如图2B所示，第二电极222的所有网目的形状例如均为相同的方形。在本实施例中，第一电极220与第二电极222的材料包括了金、镍、银、铟、锡、上述材料的合金或堆叠，例如是镍/金或银/镍/金等或其它导电材料。

图3A至图3C为本发明其它实施例的第二电极的图案。在本发明的其它实施例中，第二电极224还可以是如图3A所示的网状，但其网目具有多个大小或形状不同的类型。或者，第二电极226的形状如图3B所示的连续S型，亦或是第二电极228的形状如图3C中的螺旋状。值得注意的是，本发明实施例可藉由相同或不同的网目形状及大小，来调整电流流通发光二极管200的电流均匀性，以得到更佳的发光效率。

请再参照图2A，在本实施例中，发光二极管200的第二电极222分布于第二型半导体层216的整个第一表面216a，并且第二电极222具有暴露部分的第一表面216a的至少一开口222a。由于第二电极222分布于整个第一表面216a的缘故，因此输入的电流可以经由第二电极222均匀分布至第二型半导体层216。藉此可以解决电流分布不均匀的问题。此外，由于第二电极222具有暴露出第一表面216a的开口222a，所以光线仍可由开口222a射出。换句话说，发光二极管200的整个半导体元件层210都可充分用于发光而提升发光效率，同时光线也能均匀地从整个半导体元件层210向外射出。

本实施例的发光二极管200还可包括一折射率调整层230。折射率调整层230配置于第二型半导体层216的第一表面216a且位于第二电极222的开口222a，亦即折射率调整层230形成于第二电极222的开口222a内。此外，折射率调整层230与第二电极222的厚度可设计为相同。在本实施例中，折射率调整层230为两种以上不同折射率的材料的组合。其中，折射率调整层230靠近第一表面216a的部分的折射率大于折射率调整层230远离第一表面216a的部分的折射率，因此可降低光线在发光二极管200内发生全反射而无法射出的机率，进而提升发光二极管200整体的发光效率。也就是说，在越靠近第一表面216a的部份，会采用折射率越大的材料来形成折射率调整层230。本实施例中，折射率调整层230的材料例如包括氧化铟(In₂O₃)、氮化硅(SiN_x)与氧化硅(SiO₂)等材料。

请再参照图2A，在本实施例中第一型半导体层212包括一第一接触层212a以及一第一束缚层212b。其中，第一束缚层212b配置于第一接触层212a与发光层214之间。此外，本实施例的第二型半导体层216包括一第二束缚层216b以及一第二接触层216c，而第二接触层216c配置于第二束缚层216b与发光层214之间。为了与第二电极222有较佳的欧姆接触，在本实施例中可选择性地在第二接触层216c中掺杂例如是镁(Mg)、铍(Be)或是锌(Zn)。此外，由第一束缚层212b、发光层214与第二束缚层216b所组成的双异质结构(double-hetero structure)可有效地改善崩溃电压特性。

在本实施例中，当第一型半导体层212为一N型半导体层时，则第二型半导体层216为一P型半导体层。反之，当第一型半导体层212为一P型半导体层时，则第二型半导体层216为一N型半导体层。本实施例的发光层214可以是由氮化镓(GaN)与氮化铝镓(AlGaN)所形成的多重量子井发光层。

如图2A所示，本实施例的发光二极管200还可以包括一基板240，且位于半导体元件层210与第一电极220之间。基板240的材质可采用导电材质，例如是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)、砷化镓(GaAs)或是硒化锌(ZnSe)。此外，为了使基板240与半导体元件层210之间不会因为两者的材料差异性较大而产生晶格不匹配(lattice mismatch)的问题，可在基板240与半导体元件层210之间配置一缓冲层250。缓冲层250的材料可以是氮化铝镓(Ga_xAl_1-xN，0＜x≤1)。基板240朝向半导体元件层210的表面240a可以是不平整的表面，例如规则或不规则的粗糙面，以提升光取出效率。

在本实施例中，发光二极管200更包括一打线接垫260，配置于第二电极222的中央部分，且第二电极222位于打线接垫260与第二型半导体层216之间。打线接垫260是作为后续进行打线制程时焊线的落线处。虽然，本实施例中第二电极222图示于第一表面261a的中央。然而，本发明并不限定于此，只要是能够达到相同作用的位置，亦包括在本发明的范围当中。

图4A为本发明的另一实施例的发光二极管的示意图。图4B为图4A中第二电极的俯视图。请参照图4A，本实施例的发光二极管200a与图2A的发光二极管200类似。然而，本实施例的发光二极管200a系将图2A的打线接垫260整合于第二电极221中。如图4B所示，第二电极221的中央部分完全覆盖第一表面216a的中央部分，亦即第二电极221的中央部分可发挥与图2A的打线接垫260相似的功效。然而，第二电极221并不限定配置于第一表面261a的中央。另外，为了提升发光二极管200a的出光效率，发光二极管200a还可以包括一反射层270，配置于第二电极与第一表面216a之间。反射层270可以将被第二电极221所遮蔽的光线反射回发光二极管200a内，避免被第二电极221吸收，以减少光线的耗损。藉此增加光线再利用的机会，以提升发光二极管200a的出光效率。

图5为本发明的又一实施例的发光二极管的示意图。请参照图5，本实施例的发光二极管200b与图4A的发光二极管200a在结构上类似。然而，发光二极管200b在第二电极223上还配置打线接垫280。第二电极223与打线接垫280可采用相同或不同的材料。

图6为本发明另一实施例的发光二极管的示意图。请参照图6，本实施例的发光二极管300包括一半导体元件层310、一第一电极320以及一第二电极322。半导体元件层310包括一第一型半导体层312、一发光层314以及一第二型半导体层316。发光层314位于第一型半导体层312与第二型半导体层316之间。第二型半导体层316具有远离发光层314的一第一表面316a。另外，第一电极320电性连接于第一型半导体层312。第二电极322分布于第二型半导体层316的整个第一表面316a且电性连接于第二型半导体层316。第二电极322具有暴露部分的第一表面316a的至少一开口322a。由于第二电极322分布于第二型半导体层316的整个第一表面316a，因此发光二极管300具有较佳的发光效率且出光均匀。

本实施例的发光二极管300与图2A的发光二极管300的主要差异在于发光层314仅配置于第一型半导体层312的部分区域上，而第一电极320配置于未被发光层314所覆盖的第一型半导体层312上，其余相似处不再赘述。

上述各种发光二极管可采用多种制造方法制成，以下将以图式来说明其中一例的制造方法，但本发明不以此为限。

图7A至图7G为本发明一个实施例的发光二极管的制造方法的流程示意图。请先参照图7A，选择性地提供一基板240，并可依需求对基板240的表面240a进行微影与蚀刻以形成不平整的表面。

接着如图7B，选择性地在基板240上形成一缓冲层250。

接着如图7C，在缓冲层250上依序形成一第一型半导体层212、一发光层214以及一第二型半导体层216。第二型半导体层216具有远离发光层214的一第一表面216a。在本实施例中，形成第一型半导体层212的步骤包括形成一第一接触层212a以及形成一第一束缚层212b。另外，形成第二型半导体层216的步骤包括形成一第二束缚层216b以及形成一第二接触层216c。本实施例中，形成第一型半导体层212、发光214层以及第二型半导体层216的方法包括分子束磊晶法、有机金属化学气相沉积法或其它适当的制程方法。

接着请参照图7D，形成一第一电极220。第一电极220透过基板240、缓冲层250与第一型半导体层212形成电性连接。

接着请参照图7E，也在第二型半导体层216的第一表面216a上形成一第二电极222。第二电极222分布于整个第一表面216a且具有暴露部分的第一表面216a的至少一开口222a。在本实施例中，形成第二电极222的开口222a方法包括微影与蚀刻。上述形成第一电极220与第二电极222的顺序亦可对调。

接着请参照图7F，选择性地在第二型半导体层216的第一表面216a上形成一折射率调整层230，且折射率调整层230位于第二电极222的开口222a。本实施例中形成折射率调整层230的方式包括溅镀。上述形成折射率调整层230与第二电极222的顺序亦可对调。

为了使折射率调整层230在靠近第一表面216a的部份有较高的折射率，所使用的方法例如是分层形成两种以上不同折射率的材料层。举例来说，先形成折射率较高的材料于第一表面216a上，接着形成另外一种折射率较低的材料于上述的材料之上。如此一来，靠近第一表面216a的折射率调整层230的折射率就会较高。除了上述的方法之外，亦可以使用两种以上不同折射率的材料，在单次的沉积制程中共同沉积，并在沉积的过程中调整不同材料的沉积比例。

接着请参照图7G，可选性地形成一打线接垫260于第二电极222的中央部份。

综上所述，本发明采用第二电极配置于整个第二半导体层的结构。因此，可以解决公知发光二极管会发生的电流分布不均匀的问题。选择性地搭配折射率调整层的结构，可以降低光线在发光二极管内部发生全反射的机率，使较多的光线能向外射出。因此，本发明的发光二极管的发光效率较佳且发光分布较均匀。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变化与改进，因此本发明的保护范围应以所附的权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种发光二极管，其特征在于，包括：

一半导体元件层，包括一第一型半导体层、一发光层以及一第二型半导体层，其中所述发光层位于所述第一型半导体层与所述第二型半导体层之间，所述第二型半导体层具有远离所述发光层的一第一表面；

一第一电极，电性连接于所述第一型半导体层；

一第二电极，分布于所述第二型半导体层的整个所述第一表面且电性连接于所述第二型半导体层，所述第二电极具有暴露部分的所述第一表面的至少一开口；以及

一折射率调整层，配置于所述第二型半导体层的所述第一表面且位于所述第二电极的所述开口中。

2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二电极的图案为网状、连续S型或是螺旋状。

3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极的材料包括金、镍、银、铟、锡或上述材料的合金。

4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述折射率调整层为两种以上不同折射率的材料的组合。

5.如权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述折射率调整层靠近所述第一表面的部分的折射率大于所述折射率调整层远离所述第一表面的部分的折射率。

6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述折射率调整层的材料包括氧化铟(In₂O₃)、氮化硅(SiN_x)或氧化硅(SiO₂)。

7.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光层配置于所述第一型半导体层的部分区域上，所述第一电极配置于未被所述发光层所覆盖的所述第一型半导体层上。

8.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，更包括一基板，且所述半导体元件层、所述第一电极与所述第二电极配置于所述基板上。

9.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，更包括一打线接垫，配置于所述第二电极的中央部分，且所述第二电极位于所述打线接垫与所述第二型半导体层之间。

10.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，更包括一反射层，配置于所述第二电极与所述第一表面之间。

11.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包括：

依序形成一第一型半导体层、一发光层以及一第二型半导体层，其中所述第二型半导体层具有远离所述发光层的一第一表面；

形成一第一电极，其中所述第一电极电性连接所述第一型半导体层；

于所述第二型半导体层的所述第一表面上形成一第二电极，其中所述第二电极分布于整个所述第一表面且具有暴露部分的所述第一表面的至少一开口；以及

在所述第二型半导体层的所述第一表面上形成一折射率调整层，且所述折射率调整层位于所述第二电极的所述开口中。