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TWI513039B - 發光二極體晶粒及其製作方法 - Google Patents

發光二極體晶粒及其製作方法 Download PDF

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Description

發光二極體晶粒及其製作方法
本發明涉及一種發光二極體晶粒及其製作方法，尤其涉及一種出光均勻的發光二極體晶粒及其製作方法。
發光二極體(Light Emitting Diode，LED)是一種可將電流轉換成特定波長範圍的光的半導體元件。發光二極體以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路匹配、驅動簡單、壽命長等優點，從而可作為光源而廣泛應用於照明領域。
現有的發光二極體晶粒通常包括基板、在基板表面生長的半導體發光結構以及形成在半導體發光結構上的P電極和N電極。然，發光二極體晶粒在發光過程中電流容易集中在P電極和N電極的周圍，使得發光二極體晶粒在靠近兩電極之間的出光亮度最大，從而導致出光亮度不均勻；另，電流的集中容易造成電極處熱量的堆積，致使該處溫度偏高而減少發光二極體晶粒的使用壽命。
鑒於此，有必要提供一種出光亮度均勻的發光二極體晶粒及其製作方法。
一種發光二極體晶粒，其包括一基板、形成在該基板上的磊晶層以及分別形成在該磊晶層上的第一電極和第二電極，該磊晶層包 括依次生長的第一半導體層、發光層及第二半導體層，該第二半導體層的上端具有一非活性部，該第一電極形成在第一半導體層的表面，該第二電極形成在該非活性部的頂部且覆蓋該非活性部。
一種發光二極體晶粒的製作方法，其包括以下步驟：提供一基板；在基板上磊晶形成緩衝層；在該緩衝層上生長磊晶層，該磊晶層包括依次生長的第一半導體層、發光層及第二半導體層，該發光層和該第二半導體層位於該第一半導體層的頂端一側，從而使該第一半導體層的頂端另一側外露；在該第二半導體層的頂端設置一遮蔽層，並使該遮蔽層覆蓋該第二半導體層的一部分；對第二半導體層進行活性化處理；移除該遮蔽層，分別在外露的該第一半導體層表面上和該第二半導體層上原本被遮蔽層覆蓋的位置上形成第一電極和第二電極。
本實施例藉由在第二半導體層上設置一具有高阻抗特性的非活性部，且將第二電極設置在非活性部的頂面上以覆蓋非活性部，從而使電流在第二電極正下方流通困難，進而轉往非活性部周緣的其他途徑而提高電流擴散均勻度，因此使發光二極體晶粒的出光面亮度均勻，同時擴散均勻的電流可有效避免因熱量集中而導致的溫度偏高現象、提高發光二極體晶粒的使用壽命。
10‧‧‧基板
11‧‧‧金屬層
12‧‧‧絕緣層
13‧‧‧金屬線路層
131‧‧‧接線部
132‧‧‧連接部
133‧‧‧打線部
14‧‧‧凹槽
20‧‧‧電極
30‧‧‧發光二極體晶片
31‧‧‧導線
40‧‧‧擋牆
50‧‧‧封裝體
51‧‧‧封裝膠
60‧‧‧絕緣漆
圖1是本發明的發光二極體晶粒的示意圖。
圖2是本發明的發光二極體晶粒的製作方法步驟一所提供的基板的示意圖。
圖3是本發明的發光二極體晶粒的製作方法步驟二在基板上形成緩衝層的示意圖。
圖4是本發明的發光二極體晶粒的製作方法步驟三在緩衝層上生長磊晶層的示意圖。
圖5是圖4中在磊晶層的P型半導體電流接觸層上設置一遮蔽層的示意圖。
圖6是對圖5中的P型半導體電流接觸層進行活性化處理的示意圖。
圖7是對圖6中的遮蔽層移除後在磊晶層上分別形成第一電極和第二電極的示意圖。
如圖1，本發明第一實施例提供的發光二極體晶粒100，其依次包括：基板10，形成在基板10上的緩衝層20，以及形成在緩衝層20上的磊晶層30。
基板10可由藍寶石(sapphire)、碳化矽(SiC)、矽(Si)、氮化鎵(GaN)等材料製成，本實施例中優選為藍寶石，以控制發光晶片的製造成本。
緩衝層20可藉由有機金屬化學氣相沉積法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy；MBE)或氫化物氣相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy；HVPE)等方式生長於基板10表面。由於緩衝層20是為了減少磊晶層30在生長過程中由於晶格不匹配所產生的缺陷而形成的，因此其可由晶格常數與磊晶層30相匹配的材料 製成。
磊晶層30也可以藉由有機金屬化學氣相沉積法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy；MBE)或氫化物氣相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy；HVPE)等方式生長於緩衝層20表面。磊晶層30包括依次生長的第一半導體層31、發光層32及第二半導體層33。第一半導體層31的部分表面裸露在外。本實施例中第一半導體層31優選為N型氮化鎵層，發光層32優選為多重量子阱(multi-quantum well)氮化鎵層，第二半導體層33優選為P型氮化鎵層，且P型氮化鎵層包括自發光層32的上表面向上生長形成的P型半導體電流阻擋層331和自P型半導體電流阻擋層331上表面向上生長形成的P型半導體電流接觸層332。優選地，P型半導體電流阻擋層331可以由P型氮化鋁鎵(AlGaN)組成；P型半導體電流接觸層332可以由P型氮化鎵(GaN)組成。P型半導體電流接觸層332上具有一非活性部3321，非活性部3321位於P型半導體電流接觸層332遠離P型半導體電流阻擋層331的一側，且與P型半導體電流接觸層332平齊。於本實施例中，非活性部3321具有高阻抗特性。
發光二極體晶粒100還包括形成在磊晶層30上的第一電極40和第二電極50。第一電極40形成在外露的第一半導體層31的上表面，第二電極50形成在非活性部3321的頂面上且覆蓋非活性部3321。第一電極40和第二電極50可利用真空蒸鍍或濺鍍的方法形成。
本實施例藉由在P型半導體電流接觸層332上設置一具有高阻抗特性的非活性部3321，且將第二電極50設置在非活性部3321的頂面 上以覆蓋非活性部3321，從而使電流在第二電極50正下方流通困難，進而轉往非活性部3321周緣的其他途徑而提高電流擴散均勻度，因此使發光二極體晶粒100的出光面亮度均勻，同時擴散均勻的電流可有效避免因熱量集中而導致的溫度偏高現象、提高發光二極體晶粒100的使用壽命。
以下，將結合其他附圖對本發明第二實施例提供的發光二極體晶粒100的製造方法進行詳細說明。
請參閱圖2，首先提供一基板10。基板10可由藍寶石(sapphire)、碳化矽(SiC)、矽(Si)、氮化鎵(GaN)等材料製成，本實施例中優選為藍寶石，以控制製造成本。
請參閱圖3，在基板10上磊晶形成緩衝層20。緩衝層20可藉由有機金屬化學氣相沉積法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy；MBE)或氫化物氣相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy；HVPE)等方式生長於基板10表面。
請參閱圖4，再次採用有機金屬化學氣相沉積方法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy；MBE)或氫化物氣相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy；HVPE)等方式在緩衝層20上繼續生長磊晶層30。磊晶層30包括依次生長的第一半導體層31、發光層32及第二半導體層33。發光層32和第二半導體層33位於第一半導體層31的頂端右側，從而使第一半導體層31的頂端左側外露。本實施例中第一半導體層31優選為一N型氮化鎵層，發光層32優選為多重量子井(muti-quantum well)氮化鎵層，第二半導體層33優選為P 型氮化鎵層，且P型氮化鎵層包括自發光層32的上表面向上生長形成的P型半導體電流阻擋層331和自P型半導體電流阻擋層331上表面向上生長形成的P型半導體電流接觸層332。優選地，P型半導體電流阻擋層331可以由P型氮化鋁鎵(AlGaN)組成；P型半導體電流接觸層332可以由P型氮化鎵(GaN)組成。
請參閱圖5，在P型半導體電流接觸層332的頂端設置一遮蔽層60，遮蔽層60覆蓋P型半導體電流接觸層332的一部分。遮蔽層60由耐高溫的電性絕緣材料(如SiO2)或是金屬材料製成。
請參閱圖6，對P型半導體電流接觸層332進行活性化處理，具體地，將P型半導體電流接觸層332在高溫下(溫度為700~750℃)放置20~30min。此時，由於遮蔽層60的作用，遮蔽層60下方部分未被活性化，從而形成非活性部3321，非活性部3321的上端與P型半導體電流接觸層332的上端平齊，且非活性部3321具有很高的阻抗值。
請參閱圖7，移除該遮蔽層60，分別在外露的第一半導體層31的表面和第二半導體層33的非活性部3321的表面上形成第一電極40和第二電極50。第二電極50覆蓋非活性部3321的上表面及部分第二半導體層33。第一電極40和第二電極50可利用真空蒸鍍或濺鍍的方法形成。第一電極40和第二電極50的製作材料可以是鈦(Ti)、鋁(Al)、銀(Ag)、鎳(Ni)、鎢(W)、銅(Cu)、鈀(Pd)、鉻(Cr)和金(Au)中的任意之一者或者其合金。
當在第一電極40和第二電極50兩端施加正向電壓時，P型半導體電流接觸層332中的空穴和第一半導體層31中的電子將在電場的作用下在發光層32中複合。由於在P型半導體電流接觸層332上設 置一具有高阻抗特性的非活性部3321，且將第二電極50設置在非活性部3321的頂面上且覆蓋非活性部3321，從而使電流在第二電極50正下方流通困難，進而轉往非活性部3321周緣的其他途徑而提高電流擴散均勻度，因此使發光二極體晶粒100的出光面亮度均勻，同時擴散均勻的電流可有效避免因熱量集中而導致的溫度偏高現象、提高了發光二極體晶粒100的使用壽命。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
100‧‧‧發光二極體晶粒
10‧‧‧基板
20‧‧‧緩衝層
30‧‧‧磊晶層
31‧‧‧第一半導體層
32‧‧‧發光層
33‧‧‧第二半導體層
331‧‧‧P型半導體電流阻擋層
332‧‧‧P型半導體電流接觸層
3321‧‧‧非活性部
40‧‧‧第一電極
50‧‧‧第二電極

Claims (10)

  1. 一種發光二極體晶粒，其包括：基板；形成在該基板上的磊晶層，該磊晶層包括依次生長的第一半導體層、發光層及第二半導體層，該第二半導體層的頂端具有一非活性部；分別形成在該磊晶層上的第一電極和第二電極，該第一電極形成在第一半導體層的表面，該第二電極直接形成在該非活性部的頂部且覆蓋該非活性部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，還包括形成在該基板上的緩衝層，該磊晶層生長在該緩衝層上表面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，該基板由藍寶石，碳化矽，矽或氮化鎵製成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，該第一半導體層為N型半導體層，第二半導體層為P型半導體層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，該第二半導體層包括自該發光層的上表面向上生長形成的P型半導體電流阻擋層和自P型半導體電流阻擋層上表面向上生長形成的P型半導體電流接觸層，該非活性部位於該P型半導體電流接觸層遠離P型半導體電流阻擋層的一側，且與P型半導體電流接觸層平齊。
  6. 一種發光二極體晶粒的製作方法，其包括以下步驟：提供一基板；在基板上磊晶形成緩衝層；在該緩衝層上生長磊晶層，該磊晶層包括依次生長的第一半導體層、發 光層及第二半導體層，該發光層和該第二半導體層位於該第一半導體層的頂端一側，從而使該第一半導體層的頂端另一側外露；在該第二半導體層的頂端設置一遮蔽層，並使該遮蔽層覆蓋該第二半導體層的一部分；對第二半導體層進行活性化處理；移除該遮蔽層，分別在外露的該第一半導體層表面上和該第二半導體層上原本被遮蔽層覆蓋的位置上形成第一電極和第二電極，並使第二電極直接覆蓋在原本被遮蔽層覆蓋的位置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體晶粒的製作方法，該第二半導體層包括自該發光層的上表面向上生長形成的P型半導體電流阻擋層和自P型半導體電流阻擋層上表面向上生長形成的P型半導體電流接觸層，所述遮蔽層設置在該P型半導體接觸層上。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體晶粒的製作方法，該遮蔽層由耐高溫的電性絕緣材料或是金屬材料製成。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體晶粒的製作方法，該第一半導體層為N型半導體層，第二半導體層為P型半導體層。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體晶粒的製作方法，該磊晶層是藉由有機金屬化學氣相沉積法、分子束磊晶法或氫化物氣相磊晶法生長而成的。
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