TWI222756B - Lateral current blocking light emitting diode and method of making the same - Google Patents

Description

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 發明所屬之技術領域： 本發明係有關於一種發光二極體（Light Emitting

Diode ; LED)之結構及其製造方法，特別是有關於一種具有 可阻障橫向電流之發光二極體之結構及其製造方法。 先前技術： 近年來，許多的焦點集中在以氮化物為主的半導體所 形成的發光元件，例如氮化鎵（GaN)、氮化鋁鎵（A1GaN)、 氮化銦鎵（InGaN)、以及氮化鋁銦鎵（AUnGaN)等。此類的 發光το件半導體大多成長於不導電之藍寶石（Sapphire)基 板上，而與其他發光元件採用可導電的基板不同。由於藍 寶石基板為一絕緣體，因此不能直接製作電極於基板上， 故電極的製作必須直接與P型的半導體層以及1^型的半導 體層做各別地接觸，才能完成此類發光元件的製作。 請參考第1A圖與第1B圖所繪示之習知氮化物發光二 極體之剖面示意圖與上視示意圖，其中第1A圖係繪示第 1B圖中沿著a-a’剖面所形成的剖面示意圖。第ία圖與第 圖中之結構係經由以下製程所形成。首先，在基板1〇 上蟲晶低溫之緩衝層20，其中基板1〇之材質例如可為藍 寶石（Sapphire)，而緩衝層20之材質例如可為A1N或GaN。 接著，依序磊晶第一電性半導體層3 0(其材質例如為氮化鋁 鎵銦（AlxGai.Oylm-yl^O Scd;〇Sy^l))、第一電性夾層 40(其 材質例如為氮化鋁鎵銦（AlxGai-dylm-yNiOSc^^OSy^l))、 含氮化鋁鎵銦（AUGahdylm.yNa立4;0誇^1)材料雙異質 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) ---------、可--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222756

五、發明説明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 或量子井結構之主動居 層 第一電性夾層60(其材質例如 為氮化鋁鎵銦（AlxGai 、Τη, ΧΓΜ / ^ Λ Ux)y ni-yN(0耷d;〇syd))、高摻雜之 第二電性接觸層7〇(其材質例如為氮化鋁鎵銦 (AlxGakhlnuNiO夂d;0绔4))之堆疊結構於緩衝層2〇 上。 然後，利用乾式蝕刻、濕式蝕刻、或機械切割研磨， 將前述之磊晶層蝕刻或研磨，藉以使部分第一電性半導體 層30裸露。接著，利用熱蒸著（Thermal Evap〇raU〇n)、電 子束蒸鍍（E-beam)、或離子濺鍍（Sputtering)等方法，沈積 第一電性金屬電極墊90於裸露之部分第一電性半導體層 30上，並依序沉積第二電性透明電極1〇〇a與第二電性金屬 電極墊100b於第二電性接觸層7〇上。 雖然上述結構中利用第二電性透明電極1 〇〇a，可以提 高電流分散（Current Spreading)的效果，但實際上大部分的 電流還是沿著第二電性透明電極1 0 0 a與第一電性金屬電極 墊90間的直線移動，造成大部分的主動層5〇並沒有電流 經過，因此導致LED之發光效率不佳（發光區域多集中在第 二電性透明電極100a與第一電性金屬電極墊9〇間），且容 易導致LED之壽命減少（因為電流過份集中導致局部區域 溫度過高）。雖然進一步提高第二電性透明電極l〇〇a的厚 度，有助改善電流分散的效果，但隨之而來的卻是第二電 性透明電極100a的透光率減少。 此外，由於主動層50所產生的光子若以大角度射到發 『裝-I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂· m έι

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五、發明説明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 光二極體的表面，將容易產生全反射的損失，因此只有接 近發光二極體側面的大角度射出光子，較容易射出發光二 極體。 因此’習知有許多關於上述技術之相關專利。例如， Toshiba公司提出再成長的方式侷限電流（美國專利公告號 5,73 2,098/6,229,8 93)，係透過沈積絕緣層在半導體元件中 以達到垂直向電流侷限的效果，但是如此製作步驟繁複， 導致成本提高；LumiLeds公司利用蝕刻p金屬電極，藉以 增加電流的分佈與光的取出效率，而達到高光輸出效果（美 國專利公告號6,291，839/6,287,947/6,258,618)，然而其蝕刻 深度不足’因此電流傳輸路徑無法明確限定；以及美國 Boston大學提出將光晶體（photonic Crystal)應用在LED上 (美國專利公告號5,955,749)，然其缺點為蝕刻深度過深， 且量產困難。 發明内容： 蓉於上述發明背景中習知氮化物LED之缺點。因此本 發明之一目的為提供一種橫向電流阻障發光二極體及其製 造方法’其中用以阻障橫向電流的凹槽之蚀刻可以與裸露 第一電性半導體層的製程（為了製作第一電性金屬電極墊） 同時進行，因此製作成本並未增加。 本發明之另一目的為提供一種橫向電流阻障發光二極 體及其製造方法，其中凹槽位於兩金屬電極間，可藉以增 加電流經過主動層（發光區）的機率，因而提高LED之亮 ，裝： (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁} m 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 1222756 A7

本發明之又一目的為提供一錄选 脒β甘制 *供種橫向電流阻障發光二相 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁} 體及其製造方法，其中凹槽可以提供 捉供7G件中心區域主動區 產生的光子經由凹槽之側面逸出的機會，特別是一些原 會被全反射的光子將可透過凹槽 ’、 僧而由凹槽的側面放射出 去，藉以增加主動層所產生的光子之輸出效率。 依據本發明之上述目的，因此本發明提供一種橫" 流阻障發光二極體，至少包括··基板；第—電性半導體層 位於基板上；㈣體磊晶、㈣，位於一部分之第—電性斗 導體層上’且半導體磊晶結構至少包括主動層，其中半導 體磊晶結構中具有至少一凹槽，且此至少一凹槽之深产至 少達到主動層；第一電性金屬電極墊，位於另一部分二 一電性半導體層上；以及第二電性金屬電極墊，位於半導 體磊晶結構上，且第一電性金屬電極墊與第二電性金屬灣 極墊係位於上述至少一凹槽之相異側。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依據本發明之上述目的，因此本發明另提供一種橫戌 電流阻障發光二極體之製造方法，至少包括下列步驟：'負 先，提供基板；接著，形成第一電性半導體層於基板上； 接著，形成半導鱧磊晶結構於第一電性半導體層上；接著 去除半導體遙晶結構之第一部分，藉以暴露第一電性半導 體層之一部分；接著，去除半導體磊晶結構之第二部分， 藉以在半導體蠢晶結構中形成至少一凹槽，其中半導體邊 晶結構至少包括主動層，且上述至少一凹槽之深度至少達 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2ΐ〇χ297公釐) 1222756

五、發明説明( 到此主動層；然後，分別形成第一電性金屬電極墊與第二 電性金屬電極墊於暴露之部分第一電性半導體層上與半導 體磊晶結構之第三部分上，其中第一電性金屬電極墊與第 一電性金屬電極整係位於上述至少一凹槽之相異侧。 實施方式： 由於習知氮化物（III-Nitride)LED之結構具有諸多的 缺點，所以本發明中提出一個簡單的氮化物led之製作 方法，藉以改善習知結構所產生的缺點。然而，只要正、 負電極均製作在同側的LED均包括在本發明之應用範圍 内，而不限定於氮化物LED。 請參考第2Α圖與第2Β圖所繪示之本發明之一較佳實 施例之氮化物發光二極體之剖面示意圖與上視示意圖，其 中第2Α圖係緣不第2Β圖中沿著b-b’剖面所形成的剖面示 意圖。第2A圖與第2B圖中之結構係經由以下製程所形 成。首先，在基板110上磊晶低溫之緩衝層120，其中基 板110之材質例如可為藍寶石，而缓衝層12〇之材質例如 可為A1N或GaN。接著，依序磊晶第一電性半導體層η %其 材質例如為氮化鋁鎵銦（AUGabJylm-ylSKO念、 第一電性夾層140(其材質例如為氮化鋁鎵銦 (AlxGai .x)yIrii .yN(0 <1 ;〇 <y <1))、含氮化銘鎵銦 (AlxGaudylm-yNW立<;〇势d)材料雙異質或量子井結構 之主動層150、第二電性夾層160(其材質例如為氮化鋁鎵 銦（人1^狂14)4111-)^(0金^1;〇势^1))、高換雜之第二電性接 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公*) 裝-I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -訂· %- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Claims (1)

1222756 A8 Β8 C8 D8 申請專利範圍 1· 一種橫向電流阻障發光二極體（Light Emitting Diode ; LED)，至少包括： 一基板； 一第一電性半導體層，位於該基板上； 一半導體磊晶結構，位於一部分之該第一電性半導體 層上，且該半導體磊晶結構至少包括一主動層，其中該半 導體蠢晶結構中具有至少一凹槽，且讓至少一凹槽之一深 度至少連到該主動層； 一第一電性金屬電極墊，位於另一部分之該第一電性 半導體層上；以及 一第A電性金屬電極墊，位於該半導體磊晶結構上， 且該第一電性金屬電極墊與該第二電性金屬電極墊係位於 該至少一凹槽之相異側。 "»裝·· (請先閲讀背面之注意事項本頁) -訂. 2·如申請專利範圍第1項所述之橫向電流阻障發光 極體，其中該基板之材質為藍寶石（Sapphire)。 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 3 ·如申請專利範圍第1項所述之橫向電流阻障發光二 極體，其中該第一電性半導體層以及該主動層之材質為氮 化鋁鎵銦（AlxGaudylm.yl^O 会 ^ 。 4·如申請專利範圍第1項所述之橫向電流阻障發光二 極體，其中該主動層具有雙異質結構或量子井結構。 13 大祕2& 1?濬讀田由®»余设MLfrTsr幻进故mny 1222756 Α8 Β8 C8 D8 申請專利範圍 5·如申請專利範圍第1項所述之橫向電流阻障發光二 極體，其中該至少一凹槽之排列方式為單一放置、數個並 排、或錯開排列。 6·如申請專利範圍第1項所述之橫向電流阻障發光二 極體’其中該至少一凹槽在該半導體蟲晶結構之一表面之 形狀為圓形、方形、或橢圓形、 7 _如申晴專利範圍第1項所述之橫向電流阻障發光二 極體，其中形成該至少一凹槽之方式為乾式蝕刻、濕式蝕 刻、雷射、水刀、或機械鑽孔。 8.如申請專利範圍第1項所述之橫向電流阻障發光二 極體’其中該至少一凹槽中更具有一介電資材料。 丨丨»裝i , (請先閲讀背面之注意事項wmr本頁) 9·如申請專利範圍第丨項所述之橫向電流阻障發光 極體’其中該半導體磊晶結構至少包括一第一電性夾層 該主動層、一第二電性夾層、一第二電性接觸層、以及 第二電性透明電極之一堆疊結構。 m 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 10·如申請專利範圍第1項所述之橫向電流阻障發光 極體’其中該基板與該第一電性半導體層間更具有一緩 14 太鉍琪j?癆油珀余讓譴金逢簋wnts、Α4摄技mrw、赛、 1222756 A3 B8 C8 D8

六、申請專利範圍 衝層。 11· 一種橫向電流阻障發光二極體之製造方法，至少 包括： 提供一基板； •ί 形成一第一電性半導體層於該基板上； 形成一半導體磊晶結構於該第一電性半導體層上； 去除.該半導體蠢晶結構之一第一部分，藉以暴露该第 一電性半導體層之一部分； 去除該半導體磊晶結構之一第二部分，藉以在該半導 體蟲晶結庸中形成至少一凹槽，其中該半導體磊晶結構至 少包括一主動層，且該至少一凹槽之一深度至少達到該主 動層；以及 分別形成一第一電性金屬電極墊與一第二電性金屬電 極墊於暴露之該第一電性半導體層之該部分上與該半導體 磊晶結構之一第三部分上，其中該第一電性金屬電極墊與 該第二電性金屬電極墊係位於該至少一凹槽之相異·側。 經濟部智慧財產局员工消费合作社印製 12·如申請專利範圍第U項所述之橫向電流阻障發光 二極體之製造方法，其中該基板之材質為藍寶石。 13.如申請專利範圍第U項所述之橫向電流阻障發光 二極體之製造方法，其中該第一電性半導體層以及該主動 主铋«1疋彦逋用申a Β変摟準Α4规格f210X Μ7厶费、 1222756 Α8 Β8 C8 D8 申請專利範圍 層之材質為氮化鋁鎵銦（AlxGai x)yIniyN(〇泣泣;〇势〇 _ .如中請專利範圍第11項所述之橫向電流阻障發光 一極體之製方法，其中該主動層具有雙異質結構 井結構。 一 I5.如申請專利範圍第11項所述之橫向電流阻障發光 *一極體之製造方法，其中續^ ΠΟ -V JjL 成丹〒这至^凹槽之排列方式為單一 放置、數個並排、或錯開排列。 (請先閲讀背面之注意事項 本 本頁) 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 少一凹槽中 16.如申請專利範圍第u項所述之橫向電流阻障發 二極體之製造方法’其中該至少一凹槽在該半導體蟲晶 構之一表面之形狀為圓形、方形、或橢圓形。 如申請專利範圍第11項所述之橫向電流阻障發光 二極體之製造方法，其中形成該至少一凹槽之方式為乾式 蝕刻、濕式蝕刻、雷射、水刀、或機械鑽β 18·如中請專利範圍第u項所述之橫向電流阻障發光 二極體之製造方法，其中更包括形成一介電質材料於該至 a如中請專利範圍第η項所述之橫向電流阻障發光 16 太铋祺唐Λ用争國臑炙摟谁fCNS>A4规格(210X 2竹公 1222756 A8 B3 C8 D8 申請專利範圍 以及一第二電 二極體之製造方法，其中該半導體磊晶結構至少包括一第 一電性夾層、該主動層、一第二電性夾層、 性接觸層之一堆疊結構。 20.如中請專利範圍第所述之横向電流阻障發光 二極艎之製造方法，其中更包括於該基板與該第一電性半 導體層間形成一緩衝層。 .如申請專利範圍第u項所述之橫向電流阻障發光 二極艘之製造方法，其中形成該第一電性金屬電極墊與該 第二電·.性金屬電極墊之方式為熱蒸著（Thermai Evaporation)、電子束蒸鍍（E-beam)、或離子濺鍍 (Sputtering)。 22.如申請專利範圍第u項所述之橫向電流阻障發光 二極體之製造方法，其中更包括於該半導體磊晶結構與該 第二電性金屬電極墊間形成一第二電性透明電極^ 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 23·如申請專利範圍第22項所述之橫向電流阻障發光 二極體之製造方法，其中形成該第二電性透明電極之方式 為熱蒸著、電子束蒸鍍、或離子濺鍍。 17 太蚯番疋唐逋用令S甅实湓準(CNS) A4規格(210 X 297公釐}