CN102646768B - 发光元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一具有粗化表面的发光元件及其制造方法。该发光元件包含：一半导体叠层，具有一粗化表面；以及一电极层，形成于该半导体叠层的该粗化表面上；其中，该粗化表面包含一具有第一粗化表面型态的第一区域及一具有第二粗化表面型态的第二区域，其中该第二粗化表面型态大致邻近于该电极层且与该电极层的交界具有一外斜的剖面。

Description

发光元件及其制造方法

本申请文件是2007年12月28日提交的发明名称为“发光元件及其制造方法”的第200710307437.X号发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明关于一种发光元件，尤其关于一种具粗化表面的发光元件及其制造方法。

背景技术

表面粗化为提高发光二极管光取出效率的有效方法之一。以基板或最上层半导体层的表面粗化为例，使其具有不规则的凸起及凹陷，以散射入射至该粗化表面的光线，进而增加光取出效率。传统的粗化方式可用机械研磨方式或离子蚀刻方式随机地在欲粗化的表面上形成。另一较简便的作法为使用湿蚀刻方式，直接将晶片置于蚀刻液中一段时间，利用蚀刻液对不同晶格面的蚀刻速率差异，以形成粗化表面。图1所示为以湿蚀刻方式所形成的具有粗化表面的发光元件，包括一成长基板11、一n型半导体层12、一有源层13、一p型半导体层14、一p电极15、以及一n电极16。其中该p型半导体层的表面以湿蚀刻方式形成一粗化表面141。由于湿蚀刻属于各向同性蚀刻，故容易于p电极16与p型半导体层14的交界处形成侧向蚀刻而造成底切(undercut)17，使p电极16与下层的接合面积不足，而容易造成元件的可靠性失效或因应力而造成电极剥落。此外，传统湿蚀刻方式所形成的粗糙表面的均匀度不佳，无法提供稳定的产品品质，难以应用于量产工艺上。

为避免底切造成元件的可靠性失效或电极剥落，另一传统作法为先形成粗化表面之后再于其上形成电极，此一作法会造成电极与下层的接触电阻变高而影响元件的效能，且造成电极表面不平整而影响后续的键合良率。

发明内容

依本发明实施例提供一发光元件，包括一基板；一半导体发光叠层，包含一第一导电型半导体层、一有源层、以及一第二导电型半导体层形成于该基板上；一电极层形成于该第二导电型半导体层上，其中该第一及/或该第二导电型半导体层具有一粗化表面，该粗化表面包含一第一表面型态及一第二表面型态。

本发明的另一方面提供一发光元件的制造方法，以形成一粗化表面于一发光元件的一半导体层上。其方法包括形成一半导体发光叠层于一基板上、形成一电极层于该半导体发光叠层上、对该半导体发光叠层及该电极层进行一热处理步骤、以及湿蚀刻该半导体发光叠层表面使形成一粗化表面。

附图说明

图1为一示意图，显示依先前技艺所示的一发光元件结构；

图2A至2B为示意图，显示依本发明一实施例的发光元件结构；

图2C为一示意图，显示依本发明一实施例的发光元件上视图；

图3A为一电子显微图，显示依本发明一实施例所形成的第一粗化表面型态；

图3B为一电子显微图，显示依本发明一实施例所形成的第二粗化表面型态；

图4为一流程图，显示依本发明一实施例的制造流程；

图5A至5C为示意图，显示依本发明实施例的具有接合结构的发光元件；

图6为一示意图，显示依本发明实施例的具有水平结构的发光元件。

附图标记说明

11、21：成长基板；

12、22：第一导电型半导体层；

13、23：有源层；

14、24：第二导电型半导体层；

141：粗化表面；

241：第一区域；

242：第二区域；

25：延伸电极层；

26：第一导线垫；

27：第二导线垫；

28：欧姆接触层；

51：导电基板；

61：透明基板；

52：导电连结层；

62：透明黏着层；

53：反射层；

63：透明导电层。

具体实施方式

图2A至图2C揭示一符合本发明一实施例的发光元件2，其中图2C为发光元件2的上视图，图2A及图2B分别为沿AA’线及BB’线的剖视图。如图2A及图2B所示，发光元件2包括一基板21，具有一上表面及一下表面；一第一导电型半导体层22，形成于基板21的上表面；一有源层23，形成于第一导电型半导体层22上；一第二导电型半导体层24，具有一粗化表面，形成于有源层23上；一延伸电极层25形成于第二导电型半导体层24上；一第一导线垫26形成于部分的延伸电极层25及第二导电型半导体层24上；以及一第二导线垫27形成于基板21的下表面。第一导电型半导体层22、有源层23、或第二导电型半导体层24的材料包含n型或p型的Al_pGa_qIn_(1-p-q)P或Al_xIn_yGa_(1-x-y)N，其中，0≤p，q≤1；p、q、x、y均为正数；(p+q)≤1；(x+y)≤1。第一导电型半导体层22包括一第一导电型束缚(cladding)层，第二导电型半导体层24包括一第二导电型束缚(cladding)层。延伸电极层25主要作为一电流分散层，并具有一图案以形成一延伸部延伸至元件周围，用以分散电流至元件表面各区域。该图案例如为多个指状线自元件中心延伸至元件周围，如图2C所示。第一导线垫电极层26主要用以形成导线垫，并覆盖部份的延伸电极层25以电连接。延伸电极层25的材料包括金属或金属合金，例如为锗金合金。第一导线垫26的材料例如为铬/金的金属叠层。于一实施例中，发光元件2更包括一欧姆接触层28形成于第二导电型半导体层24及延伸式电极层25之间，欧姆接触层28可为具有掺杂浓度较第二导电型半导体层24为高的半导体层，例如为GaAs掺杂大于10¹⁸cm^-3的Si杂质浓度，并具有与第二导电型半导体层24相同或相异的导电型态，以与第二导电型半导体层24形成良好的欧姆接触。于一较佳的实施例中，为避免欧姆接触层28因高掺杂而影响光穿透性，欧姆接触层28可仅形成于延伸电极层25覆盖区域之下。该第一导电型包括n型或p型，该第二导电型不同于该第一导电型。

该粗化表面包含一具有第一粗化表面型态的第一区域241；以及一具有第二粗化表面型态的第二区域242。其中，该第一粗化表面型态具有小于第二粗化表面型态的粗化尺寸。于本发明的一实施例中，第一粗化表面型态的相邻凹陷或相邻凸起的距离约介于0.1至0.5微米之间，凹陷深度或凸起高度约介于0.1至0.5微米之间；第二粗化表面型态的相邻凹陷或相邻凸起的距离约介于1微米至10微米之间，凹陷深度或凸起高度约介于0.5至2微米之间。再者，第一粗化表面型态如图3A所示，约为随机均匀分布的凹凸表面；第二表面型态如图3B所示，约为波浪表面。其中，位于第二区域242的第二粗化表面型态邻近地形成于延伸式电极层25周围，且介于延伸式电极层25及具有第一粗化表面型态的第一区域241之间。第二区域242的水平高度较该第一区域低约0.5至2微米之间，且具有一圆弧的剖面形状，使延伸式电极层25与粗化表面的交界具有一外斜的剖面，以避免形成底切，进而改善元件的可靠性失效或电极剥落的情形。

图4揭示一形成前述实施例的发光元件2的工艺方法，包含以下步骤：

1.提供一成长基板21；

2.于成长基板21上依序成长一第一导电型半导体层22、一有源层23、及一第二导电型半导体层24；

3.形成一延伸式电极层25于第二导电型半导体层24上；

4.形成一第一导线垫26于部分的延伸电极层25及第二导电型半导体层24上；

5.进行一热处理，例如为一快速热退火工艺(RTA；Rapid ThermalAnnealing)；

6.湿蚀刻第二导电型半导体层24以形成一粗化表面，其步骤包含以氢氟酸、硝酸、醋酸、以及碘的混合溶液为蚀刻液，于一低温环境中例如介于室温至60℃进行蚀刻，以于第二导电型半导体层24形成一粗化表面。所形成的粗化表面型态如先前实施列所描述，不在此赘述；

7.形成一第二导线垫27于基板的另一侧。

依此工艺方法所形成的结构如图2A或图2B所示。

图5A揭示一符合本发明的另一实施例。图5A所示的发光元件5a与前述的发光元件2类似，主要差异在于发光元件5a的基板51为一导电基板；基板51亦可为透光或不透光基板，较佳为具有高导热系数的导电基板，其导热系数较佳为不小于100W/cm·℃，例如为硅、铜、或钻石。导电基板51藉由一导电连结层52与第一导电型半导体层22连结。导电连结层52包括透明导电层或导电黏结层，该透明导电层的材料例如为氧化铟锡或氧化锌等透明导电氧化层或薄金属层；该导电黏结层的材料例如为银胶或金属焊料(metal solder)。若导电基板51为不透光基板时，发光元件5a更包括一反射层53形成于导电连结层52及第一导电型半导体层22之间，以反射有源层23所发出的光线，避免被导电基板51吸收。

形成发光元件5a的制造方法包括以下步骤：

1.提供一成长基板(未绘示)；

2.于成长基板上依序成长一第一导电型半导体层22、一有源层23、及一第二导电型半导体层24；

3.接合一暂时基板(未绘示)至第二导电型半导体层24；

4.移除成长基板，并裸露出第一导电型半导体层22的一表面；

5.于第一导电型半导体层22裸露的表面上形成一反射层53；

6.于一导电基板51上形成一导电连结层52；

7.将导电基板51藉由导电连结层52连结至反射层53；

8.移除暂时基板，并裸露出第二导电型半导体层24的一表面；

9.形成一延伸式电极层25于第二导电型半导体层24裸露的表面上；

10.形成一第一导线垫26于部分的延伸电极层25及第二导电型半导体层24上；

11.进行一热处理，例如为一快速热退火工艺(RTA；Rapid ThermalAnnealing)；

12.湿蚀刻第二导电型半导体层24以形成一粗化表面；

13.形成一第二导线垫27于导电基板51的另一侧。

图5B揭示一符合本发明的另一实施例。图5B所示的发光元件5b与前述的发光元件5a类似，主要差异在于粗化表面形成于第一导电型半导体层22上。

形成发光元件5b的制造方法包括以下步骤：

1.提供一成长基板(未绘示)；

2.于成长基板上依序成长一第一导电型半导体层22、一有源层23、及一第二导电型半导体层24；

3.于第二导电型半导体层24上成长一反射层53；

4.于一导电基板51上形成一导电连结层52；

5.将导电基板51藉由导电连结层52连结至反射层53；

6.移除成长基板，并裸露出第一导电型半导体层22的一表面；

7.形成一延伸式电极层25于第一导电型半导体层22裸露的表面上；

8.形成一第一导线垫26于部分的延伸电极层25及第一导电型半导体层22上；

9.进行一热处理，例如为一快速热退火工艺(RTA；Rapid ThermalAnnealing)；

10.湿蚀刻第一导电型半导体层22以形成一粗化表面，所形成的粗化表面型态如先前实施列所描述；

11.形成一第二导线垫27于导电基板51的另一侧。

图5C揭示一符合本发明的另一实施例。图5C所示的发光元件5c与前述的实施例的差别在于粗化表面形成于发光元件内部，而非发光元件的上表面。

形成发光元件5c的制造方法包括以下步骤：

1.提供一成长基板(未绘示)；

2.于成长基板上依序成长一第一导电型半导体层22、一有源层23、及一第二导电型半导体层24；

3.形成一延伸式电极层25于第二导电型半导体层24上；

4.进行一热处理，例如为一快速热退火工艺(RTA；Rapid ThermalAnnealing)；

5.湿蚀刻第二导电型半导体层24以形成一粗化表面，所形成的粗化表面型态如先前实施列所描述；

6.于一导电基板51上形成一反射层53；

7.形成一导电连结层52于反射层53上；

8.以导电连结层52连结延伸式电极层25及第二导电型半导体层24至反射层53；

9.移除成长基板，并裸露出第一导电型半导体层22的一表面；

10.形成一第一导线垫26于第一导电性半导体层22裸露的表面上；

11.形成一第二导线垫27于导电基板51的另一侧。

图6揭示一符合本发明的一实施例，揭示一具有水平结构的发光元件。发光元件6与发光元件5c相同为将粗化表面形成于发光元件内部，不同处为发光元件6包含一透明导电层63，用以电连接第一导线垫26及第二导线垫27，且透明导电层63藉由一透明黏着层62黏着于一透明基板61上；其中透明黏着层62及透明基板61至少二者之一为绝缘层或具有绝缘结构，例如于导电透明基板上形成一绝缘层以与上层绝缘。透明导电层63的材料例如为氧化铟锡或氧化锌等透明导电氧化层或薄金属层；黏着层62的材料例如为聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、环氧树脂(epoxyresin)、或硅树脂(Silicone)；透明基板的材料例如为蓝宝石(sapphire)、玻璃(glass)、GaP、SiC、或CVD钻石。由于发光元件6具有一透明的结合结构及一透明基板，使得光线可由基板摘出，以提高光摘出效率。

形成发光元件6的制造方法包括以下步骤：

1.提供一成长基板(未绘示)；

2.于成长基板上依序成长一第一导电型半导体层22、一有源层23、及一第二导电型半导体层24；

3.形成一延伸式电极层25于第二导电型半导体层24上；

4.进行一热处理，例如为一快速热退火工艺(RTA；Rapid ThermalAnnealing)；

5.湿蚀刻第二导电型半导体层24以形成一粗化表面，所形成的粗化表面型态如先前实施列所描述；

6.形成一透明导电层63于延伸式电极层25及第二导电型半导体层24之上；

7.于一透明基板61上形成一透明黏着层62；

8.以透明黏着层62连结透明导电层63及透明基板61；

9.移除成长基板，并裸露出第一导电型半导体层22的一表面；

10.自第一导电性半导体层22裸露的表面向下移除部分的第一导电型半导体层22、有源层23、第二导电型半导体层24、及透明导电层63，并裸露出部分的透明导电层63；

11.形成一第一导线垫26于第一导电型半导体层22上；

12.形成一第二导线垫27于裸露的透明导电层63上。

于另一实施例，上述形成发光元件6的制造方法，于步骤10至12亦可仅向下移除至第二导电型半导体层24并裸露出部分的第二导电型半导体层24，并形成第二导线垫27于裸露的第二导电型半导体层24上。

基于以上所揭露的各实施例，本发明更包含同时于该第一导电性半导体层及该第二导电性半导体层的外侧表面均形成具有本发明特征的粗化表面，以进一步提高光摘出效率。

本发明所列举的各实施例仅为用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何修饰或变更皆不脱离本发明的权利要求范围。

Claims (9)

1.一种半导体发光元件，包含：

一半导体叠层，具有一粗化表面；以及

一电极层，形成于该半导体叠层的该粗化表面上；

其中，该粗化表面包含一具有第一粗化表面型态的第一区域及一具有第二粗化表面型态的第二区域，其中该第二粗化表面型态邻近于该电极层周围且与该电极层的交界具有一外斜的剖面，

该第二区域的水平高度低于该第一区域的水平高度。

2.如权利要求1所述的发光元件，其中该第二粗化表面型态大致环绕该电极层。

3.如权利要求1所述的发光元件，其中该电极层包含一延伸部，该第二粗化表面型态邻近于该延伸部。

4.如权利要求1所述的发光元件，包含一欧姆接触层，介于该电极层及该半导体叠层之间。

5.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一粗化表面型态具有小于该第二粗化表面型态的粗化尺寸。

6.如权利要求1所述的发光元件，其中该第二区域具有一圆弧的剖面形状。

7.如权利要求1所述的发光元件，更包含一基板及一导电连结层连结该半导体叠层及该基板。

8.如权利要求1所述的发光元件，更包含一基板及一透明黏着层黏着该半导体叠层及该基板。

9.如权利要求8所述的发光元件，其中该透明黏着层为一不导电层。