TWI491066B - 發光二極體及其製造方法 - Google Patents

Description

發光二極體及其製造方法

本發明涉及一種光電元件及其製造方法，尤係一種發光二極體及其製造方法。

習知的發光二極體包括一有源區、設置於有源區相對兩側的一n型氮化鎵(n-GaN)層及一p型氮化鎵(p-GaN)層，其中，n型氮化鎵(n-GaN)層相對有源區的外側上設置有一n型電極，p型氮化鎵(p-GaN)層相對有源區的另一外側上設置有一p型電極。n型電極及p型電極通電後，使n型氮化鎵(n-GaN)層與p型氮化鎵(p-GaN)層之間產生電勢，使電子自n型電極通過n型氮化鎵(n-GaN)層流向p型氮化鎵(p-GaN)層並與p型氮化鎵(p-GaN)層內的電洞結合。因電子傾向於二電極之間的最短或較低電阻值的路徑流動，但如果該流動路徑面積發生減縮或分佈不夠均勻時會導致電流擁擠現象，造成局部發熱過大，降低了發光二極體的壽命。

有鑒於此，有必要提供一種性能穩定、發光效率高的發光二極體及製造該發光二極體的方法。

一種發光二極體，包括一導電襯底、自該導電襯底一側表面沿高度方向依次排列的一p型氮化鎵層、一發光量子井層及一n型氮化 鎵層，該n型氮化鎵層遠離p型氮化鎵層的外側表面上形成一接觸面，一透明導電層固定於該接觸面上，至少一電極設置於該透明導電層上。

一種發光二極體的製造方法，包括以下步驟：提供一第一襯底，並於該第一襯底一側表面、沿第一襯底的高度方向依次向外延伸形成一n型氮化鎵層、一發光量子井層、一p型氮化鎵層；於該p型氮化鎵層外側表面、沿其高度方向形成一第二襯底；剝離該第一襯底，使n型氮化鎵層外露，並於外露的n型氮化鎵層的外表面上形成一接觸面；提供一透明導電層，並使該透明導電層位於該接觸面上；提供至少一電極，將該電極固定於該透明導電層上。

本發明中，因為電子在透明導電層與導電襯底之間流動的過程中，一部分自電極直接垂直朝向導電襯底流動，如此路徑最短；另一部分則沿整個透明導電層的表面移動然後再垂直向下流動。因為透明導電層具有較低電阻值，沿整個透明導電層表面移動的電子雖然增加一段移動路徑，但總體電阻值仍維持特定的。由於流動路徑面積擴張至透明導電層的整個表面而向下流動，故可以避免電流擁擠現象的發生，從而提高發光二極體的可靠性。再者，透明導電層及導電襯底分別位於發光量子井層的相對兩側，在製造過程中，無需蝕刻掉部分的發光量子井層而使部分透明導電層或導電襯底外露，相對於習知技術而言，增強了發光二極體的發光效率。

10‧‧‧導電襯底

20‧‧‧反射層

30‧‧‧p型氮化鎵層

40‧‧‧發光量子井層

50‧‧‧n型氮化鎵層

51‧‧‧凹陷部

51a‧‧‧凸出部

53‧‧‧肩部

54‧‧‧連接面

60、60a‧‧‧透明導電層

61‧‧‧安裝部

63‧‧‧連接部

70、90‧‧‧電極

80‧‧‧藍寶石襯底

512、512a‧‧‧接觸面

532‧‧‧支撐面

圖1為本發明一實施例中發光二極體的剖面示意圖。

圖2為圖1的發光二極體製造過程中，一第一襯底與一磊晶層結合的剖面示意圖。

圖3為一反射層形成於圖2中磊晶層後的剖面示意圖。

圖4為一第二襯底形成於圖3中反射層後的剖面示意圖。

圖5為圖4中第一襯底去除後的剖面示意圖。

圖6為圖5中n型氮化鎵層表面形成一接觸面後的剖面示意圖。

圖7為一透明導電層形成於圖6中接觸面後的剖面示意圖。

圖8為本發明另一實施例中發光二極體的剖面示意圖。

本發明一實施例中的發光二極體的製造方法包括以下步驟：一種發光二極體的製造方法，包括以下步驟：提供一第一襯底，並於該第一襯底的一側表面、沿該第一襯底的高度方向依次向外延伸形成一n型氮化鎵層、一發光量子井層、一p型氮化鎵層；於該p型氮化鎵層的外側表面、沿其高度方向形成一第二襯底；剝離該第一襯底，使n型氮化鎵層外露，並於外露的n型氮化鎵層的外表面上形成一接觸面；提供一透明導電層，並使該透明導電層位於該接觸面上；提供一電極，將該電極固定於該透明導電層上。

現以一發光二極體的製造過程為例對上述發光二極體的製造方法進行具體說明。

請參閱圖1，本發明的發光二極體包括一導電襯底10、自該導電襯底10上表面依次向上延伸的一反射層20、一p型氮化鎵層30、一發光量子井層40、一n型氮化鎵層50、一透明導電層60及二間隔的電極70。該導電襯底10、反射層20、p型氮化鎵層30、發光量子井層40、n型氮化鎵層50及透明導電層60均大致為長方體，且具有相同的寬度，並且相對兩端分別共面、平齊。

該導電襯底10對應上述方法中的第二襯底，其通常由矽、銅或其他導熱性和導電性好的材料製成。該反射層20為鈦、鋁或金的金屬層，用於反射發光量子井層40發出的光線。

該n型氮化鎵層50上表面中部向下凹陷而使n型氮化鎵層50的上部形成一凹陷部51及位於該凹陷部51相對兩側的二肩部53。該凹陷部51的上表面為一光滑的接觸面512，用以增大n型氮化鎵層50上表面的面積。每一肩部53的上表面為一縱長的支撐面532，用於支撐電極70。二肩部53的二支撐面532平行共面且位於該接觸面512的上方。該接觸面512及二支撐面532共同形成一供透明導電層60貼設的連接面54。該凹陷部51向下凹陷的深度小於n型氮化鎵層50的厚度。該凹陷部51向下凹陷的最大深度為n型氮化鎵層50厚度的25~50%。支撐面532的寬度為接觸面512的寬度的4~25%。

在本實施裏中，該n型氮化鎵層50的厚度為3μm，凹陷部51向下凹陷的最大深度為1.5μm，支撐面532的寬度160~200μm，接觸面512的寬度為800~2000μm。

該透明導電層60由銦錫氧化物或鎳金混合物製成，其厚度為0.01~0.2μm。透明導電層60的形狀與連接面54的形狀對應並完全覆蓋連接面54。透明導電層60包括二縱長的安裝部61及連接二安裝部61的一光滑的、內凹的弧形連接部63。該二安裝部61分別覆蓋n型氮化鎵層50的二支撐面532，該連接部63覆蓋n型氮化鎵層50的接觸面512。二n型電極70分別焊接或黏接在二安裝部61的上表面。本發明中的發光二極體的各層沿垂直方向設置，從而形成一垂直結構的發光二極體，透明導電層60及導電襯底10分別為發光二極體極性相反的二導電層。其中，導電襯底10上可直接接導線，而使其與其他元件電性連接。可以理解的，導電襯底10上亦可設置p型電極(圖未示)，而使p型電極與導線連接。同理，透明導電層60亦可不需要與n型電極70連接，而直接與導線連接。

可以理解的，n型氮化鎵層50的凹陷部51可以跨設n型氮化鎵層50的相對兩側，而使n型氮化鎵層50的連接面54僅包括一內凹的接觸面512。

請參閱圖2至圖4，製造上述發光二極體時，先提供一長方體的藍寶石襯底80，並於該藍寶石襯底80的下表面，通過金屬有機化合物化學氣相澱積(MOCVD)向下依次向外延伸形成該n型氮化鎵層50、發光量子井層40、p型氮化鎵層30。然後通過等離子體化學氣相沉積(PECVD)在p型氮化鎵層30的下表面蒸鍍該反射層20。然後通過電鍍於反射層20下表面形成該導電襯底10。

請同時參閱圖5至圖7，於以上步驟之後，通過準分子雷射來剝離整個藍寶石襯底80，從而使n型氮化鎵層50的上表面外露。然後 ，使用雷射蝕刻n型氮化鎵層50的上表面的中部，根據實際的需要，去除n型氮化鎵層50的一部分而使n型氮化鎵層50上表面上形成該連接面54。然後將透明導電層60固定於n型氮化鎵層50的連接面54，並完全覆蓋連接面54。最後提供二電極70，並將二電極70固定在透明導電層60的二安裝部61的上表面。此時，便完成了本發明發光二極體的製造。

本發明中，透明導電層60及導電襯底10分別位於發光量子井層40的相對兩側，在製造過程中，無需蝕刻掉部分的發光量子井層40而使部分透明導電層60或導電襯底10外露，相對於習知技術而言，增強了發光二極體的發光效率。又因為電子自二n型電極70嚮導電襯底10流動的過程，一部分自n型電極70垂直朝向導電襯底10流動，如此路徑最短，另一部分則沿整個透明導電層60的表面移動然後再垂直向下流動。因為透明導電層60具有較低電阻值，沿整個透明導電層60表面移動的電子雖然增加一段移動路徑，但總體電阻值仍維持特定的，又由於流動路徑面積擴張至透明導電層的整個表面而向下流動，故可以避免了電流擁擠現象的發生，從而提高發光二極體的可靠性。

請參閱圖8，可以理解的，本發明中，可以通過雷射蝕刻n型氮化鎵層50的上表面的相對兩端，而使其上表面形成中部高、相對亮度低的、光滑的、圓弧形的一接觸面512a。該n型氮化鎵層50的頂端中部形成一外凸的凸出部51a。凸出部51a外凸的高度與凹陷部51下凹的深度相同。透明導電層60a的形狀與接觸面512a相適應，也呈中部高、相對亮度低的圓弧狀。一n型電極90貼設於透明導電層60a對應於凸出部51a處的上表面。

可以理解的，本發明的連接面54可以具有各種形狀，只要對應的n型電極70/90貼設於與之配合的透明導電層60/60a後，電子能夠均勻的自透明導電層60/60a的整個表面流向導電襯底10即可。

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，在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。

10‧‧‧導電襯底

20‧‧‧反射層

30‧‧‧p型氮化鎵層

40‧‧‧發光量子井層

50‧‧‧n型氮化鎵層

51‧‧‧凹陷部

53‧‧‧肩部

54‧‧‧連接面

60‧‧‧透明導電層

61‧‧‧安裝部

63‧‧‧連接部

70‧‧‧電極

80‧‧‧藍寶石襯底

512‧‧‧接觸面

532‧‧‧支撐面

Claims (20)

1. 一種發光二極體，包括一導電襯底、自該導電襯底的一側表面沿高度方向依次排列的一p型氮化鎵層、一發光量子井層及一n型氮化鎵層，其改良在於：該n型氮化鎵層於遠離p型氮化鎵層的外側表面上形成一接觸面，一透明導電層固定於該接觸面上，至少一電極設置於該透明導電層上，該透明導電層包括一弧形的連接部及自連接部延伸的至少一安裝部，該至少一電極位於該至少一安裝部上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中，該接觸面為一光滑的圓弧面，該至少一安裝部位於該接觸面的最高點上從而使該至少一電極設置於接觸面的最高點。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中，該接觸面自n型氮化鎵層外側表面朝向p型氮化鎵層凹陷形成，該接觸面凹陷的最大深度為該n型氮化鎵層的厚度的25~50%。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體，其中該連接部覆蓋該接觸面。
5. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體，其中，該n型氮化鎵層的厚度為3μm，該接觸面凹陷的最大深度為1.5μm，該接觸面的寬度為800~2000μm、該支撐面的寬度為160~200μm。
6. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體，其中，該接觸面位於該n型氮化鎵層的該外側表面的中部，而使該n型氮化鎵層的該外側表面的相對兩端形成二肩部，該每一肩部的外表面具有一支撐面，該支撐面的寬度為接觸面的寬度的4~25%，該至少一安裝部位於其中一支撐面上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體，其中該至少一二安裝部分別覆蓋該n型氮化鎵層的對應支撐面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體，其中，該發光二極體包括二電極，該透明導電層包括分別位於連接部相對兩側的二安裝部，該二安裝部分別位於二支撐面上，該二電極分別位於該二安裝部上。
9. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中，該接觸面自n型氮化鎵層外側表面朝向遠離p型氮化鎵層的方向凸設形成。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體，其中，該接觸面位於該n型氮化鎵層的該外側表面的中部，而使該n型氮化鎵層的該外側表面形成中部高、相對兩端低的圓弧面。
11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體，其中，該透明導電層為一中部高、相對兩端低的外凸弧形，其中部覆蓋該接觸面的中部、相對兩側覆蓋接觸面的相對兩側，且該至少一電極設置於透明電極中部的外表面。
12. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中，該發光二極體進一步包括一夾設於該導電襯底及p型氮化鎵層之間的一反射層。
13. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中，該透明導電層的厚度為0.01~0.2μm，且由銦錫氧化物或鎳金混合物製成。
14. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中，該導電襯底由矽、銅或其他導熱性和導電性好的材料製成。
15. 一種發光二極體的製造方法，包括以下步驟：提供一第一襯底，並於該第一襯底的一側表面、沿該第一襯底的高度方向依次向外延伸形成一n型氮化鎵層、一發光量子井層、一p型氮化鎵層；於該p型氮化鎵層的外側表面、沿其高度方向形成一第二襯底；剝離該第一襯底，使n型氮化鎵層外露，並於外露的n型氮化鎵層的外表面上形成一接觸面； 提供一透明導電層，並使該透明導電層位於該接觸面上，該透明導電層包括一弧形的連接部及自連接部延伸的至少一安裝部；提供至少一電極，將該電極固定於該透明導電層的該至少一安裝部上。
16. 如申請專利範圍第15項所述之發光二極體之製造方法，其中，該接觸面為一光滑的、圓弧形的接觸面，該至少一安裝部位於該接觸面的最高點上從而使該至少一電極設置於圓弧形的最高點。
17. 如申請專利範圍第15項所述之發光二極體之製造方法，其中，該n型氮化鎵層、發光量子井層、p型氮化鎵層通過金屬有機化合物化學氣相澱積形成於該第一襯底上。
18. 如申請專利範圍第15項所述之發光二極體之製造方法，其中，形成該第二襯底前，於該p型氮化鎵層遠離n型氮化鎵層一側的表面上，通過等離子體化學氣相沉積形成一反射層。
19. 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體之製造方法，其中，該發射層為鈦、鋁或金製成的金屬層。
20. 如申請專利範圍第15項所述之發光二極體之製造方法，其中，該第二襯底為極性與該透明導電層相反的另一導電層。