專利名稱：Led電極的構(gòu)造及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的電極構(gòu)造及其制造方法，特別是有關(guān)適合疊層封裝的LED的電極的構(gòu)造及其制造方法。
發(fā)光二極管利用各種化合物半導(dǎo)體材料如III-V族材料、II-VI族材料等，以不同的結(jié)構(gòu)如pn接面，雙異質(zhì)接面(DH)及量子井(Quantumwell，QW)等以設(shè)計出紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫等各種顏色，以及紅外、紫外等不可見光的LED。適合制作1000mcd以上高亮度LED的材料，依其波長由長至短分別為AlGaAs，InGaAlP和InGaN。
公知LED的構(gòu)造如

圖1所示，圖1A上視圖，圖1B沿AA′線的剖面圖，在基板1(一般為n型GaAs或GaP或GaN基板)上，磊晶n型半導(dǎo)體2及p型半導(dǎo)體3形成pn接面后，先鍍一層較薄的金(Au)或金鍺合金(AuGe)5a形成一圓形的歐姆接觸于晶粒中央，再于其上沉積鋁接線墊(Al)7供打線之用，基板下的金屬電極10作為負(fù)極，金線9將正極連至鋁焊墊7。
公知的電極是于中央可以使電場均勻向四周平均分布，但金及鋁皆不透光，電極太大則光被遮住很多，不能充分利用產(chǎn)生之光，太小又使電場過度集中，電流密度增加而使壽命減少；且中間形成一暗洞，在近距離時尤其明顯。且此種電極不能用于疊層封裝。
公知的電極構(gòu)造的另一缺點為外圍切割道的晶粒切面形成的晶格缺陷，由于電場由電極7經(jīng)過p型半導(dǎo)體分散至晶粒四周，電流極易經(jīng)過晶格缺陷而集中形成亮度甚高的亮點，也易使接面受損而減少壽命。故亟需解決上述各種問題以得壽命長、適合疊層封裝的LED的電極構(gòu)造。
本發(fā)明的次一目的在提供一種發(fā)光二極管的電極構(gòu)造，以使電場均勻分布于晶粒外圍以外的區(qū)域使電流密度均勻而增加LED的壽命。
本發(fā)明的另一目的在提供一種發(fā)光二極管的電極構(gòu)造，使其周圍有一層金屬遮光反射層，使自pn接面產(chǎn)生的光在晶粒外圍被反射回去再經(jīng)其它下層的反射層反射而增強光的放射效率，有效利用產(chǎn)生之光，且在遮光部分不致有光射出，僅能自開口部分射出，若其上有另一色LED疊置，即可混合二種不同色之光而得另一色之光，不致有單獨射出而未混合之光以消除雜光。
本發(fā)明的再一目的在提供一種發(fā)光二極管的電極構(gòu)造，在利用藍(lán)寶石為基底時，正、負(fù)極皆在正面，而基底下的透明導(dǎo)電層供疊層封裝時的黏合之用，并將其下層LED的光射入上層LED與上層之光混合而得另一色之光。
為達成上述目的及改進一般LED電極的缺點，本發(fā)明的發(fā)光二極管的電極構(gòu)造適合用于疊層封裝的用途。可分為二種情形。第一實施例，當(dāng)晶粒用作疊層的最下層基底作為負(fù)極使用。基底不透明的GaAs或GaP、GaN等III-V族化合物半導(dǎo)體，在其上磊晶形成pn接面、雙異質(zhì)接面或量子井接面等作發(fā)光二極管的接面。在p型半導(dǎo)體上沉積氧化硅膜于晶粒四周圍，使電極形成后，周圍的電極與p型半導(dǎo)體形成電容，加上正電壓時可減少切割道附近的電場強度，使切割形成的晶格缺陷不致異常發(fā)光而可增加LED晶粒的壽命。再沉積一層透明導(dǎo)電層于p型半導(dǎo)體及氧化硅層上與p型半導(dǎo)體形成歐姆接觸，使正電壓經(jīng)過接線墊加于p型半導(dǎo)體上，并使光由此層射出。金屬遮光反射層例如由金鍺合金或金或其它金的合金形成在透明導(dǎo)電層上，中間有一開口使光經(jīng)過開口射出。但有金屬遮光反射層之處，光線被反射回來，再經(jīng)下層的反射層由開口射出。此反射層及透明導(dǎo)電層的厚度較薄，以免切割成晶粒時剝離(pilling)，接線墊一長條形的鋁或鋁合金或金，形成在晶粒的一側(cè)以作正極聯(lián)機的接線墊，其厚度較透明導(dǎo)電層及反射層厚，以適于打線(wire bonding)之需。基底上有一金屬負(fù)電極，用作負(fù)電極連接于基板或印刷電路板上，并作光的反射層將光線向上反射。
第二實施例，晶粒用于疊層封裝的中間層?；淄该鞯乃{(lán)寶石，作為磊晶基板。因藍(lán)寶石不導(dǎo)電，故將負(fù)極亦形成在正面?？蓪⒁粋?cè)的p型半導(dǎo)體蝕刻除去一長條形之溝，露出n型半導(dǎo)體，在p型及n型半導(dǎo)體表面沉積氧化硅膜于晶粒四周圍，使電極形成后在切割道附近的電場強度減少。再沉積一層透明導(dǎo)電層于n型及p型半導(dǎo)體上及氧化硅層上與p型及n型半導(dǎo)體形成歐姆接觸。在p型半導(dǎo)體上如實施例一的方式在晶粒四周形成金屬遮光反射層，在p型半導(dǎo)體上形成一開口使光射出，在n型半導(dǎo)體上形成負(fù)極接線墊，及在p型半導(dǎo)體的一側(cè)形成正極接線墊?；讋t沉積透明導(dǎo)電層作疊層封裝與下層LED焊接之用，并使下層LED的光射入而混波形成另一色之光。
圖1B是公知技術(shù)的LED電極構(gòu)造沿圖1A的AA′線的剖面圖。
圖2是依據(jù)本發(fā)明的一實施例的LED電極構(gòu)造的平面圖。
圖3是沿圖2的BB′線的剖面圖。
圖4A、圖4B、圖4C是依據(jù)本發(fā)明第一實施例的LED電極的制作工藝步驟。
圖5是將另一LED疊層封裝于本發(fā)明的第一實施例的LED電極構(gòu)造的剖面圖。
圖6是依據(jù)本發(fā)明第二實施例的LED電極構(gòu)造的平面圖。
圖7沿圖6的CC′線的剖面圖。
圖8A、圖8B、圖8C、圖8D是依據(jù)本發(fā)明第二實施例的LED電極的制作工藝步驟。符號說明1基底 2n型半導(dǎo)體磊晶層3p型半導(dǎo)體磊晶層 4氧化硅層5透明導(dǎo)電層5a金(Au)或金鍺合金(AuGe)6金屬遮光反射層7正極接線墊7a負(fù)極接線墊 8開口9金線或鋁線10金屬負(fù)電極11透明膠 12疊層封裝疊置另一LED13基底之透明導(dǎo)電層 14蝕刻之溝15隔離溝圖2顯示本發(fā)明用于疊層封裝最下層的LED的電極構(gòu)造的第一實施例的平面圖。圖3沿圖2的BB′線的剖面圖?；?一般為不透明的GaAS，GaP或GaN等III-V族成II-VI族化合物半導(dǎo)體。在基底1上以磊晶技術(shù)磊晶一層n型半導(dǎo)體層2(見圖3的剖面圖)，再磊晶一層p型半導(dǎo)體3形成pn接面作發(fā)光二極管。pn接面可為雙異質(zhì)接面或量子井接面等。在p型半導(dǎo)體上形成本發(fā)明的電極構(gòu)造，首先在P型半導(dǎo)體上沉積一層1000至10000的氧化硅膜4。以第一光罩做微影蝕刻除去中間部分的氧化硅膜而保留晶粒四周圍的氧化硅膜4，在焊墊以外的處其寬度為5-20μm，但在正極電極下的寬度較金屬接線墊寬使電極形成后，周圍的金屬電極5，6與氧化硅膜4及p型半導(dǎo)體層3形成電容，以減少切割道附近或晶粒外周的電場強度使切割形成的晶格缺陷(未顯示)在有電場時不致異常發(fā)光，而增加LED晶粒的壽命。其次在p型半導(dǎo)體層3及氧化硅層4上沉積一層厚200至10000，較佳為500至1000的透明導(dǎo)電層5，與p型半導(dǎo)體形成歐姆接觸，使正電壓經(jīng)過接線墊及金屬遮光反射層加于p型半導(dǎo)體層3上。光可由金屬遮光反射層5的開口8射出。金屬遮光反射層5例如由金鍺合金，純金或其它金的合金如金硅合金等，厚度在200至5000，較佳為500，沉積在透明導(dǎo)層4上，中間有一開口8使光經(jīng)過此開口8而射出，但有金屬遮光反射層5之處，光線被反射回來，經(jīng)下層的金屬反射層由開口8射出，以提高光的效率，并于上層有疊層的另一LED12時，(參考圖5的疊層構(gòu)造)所有光線經(jīng)過開口8射入另一LED內(nèi)與另一LED的光混合，但周圍并無下層LED未混合的光射出而消除雜光。此金屬遮光反射層5及透明導(dǎo)電層4的厚度較薄，以免切割成晶粒時剝離(pilling)，最后在有較寬的氧化硅層4及金屬遮光反射層5的一側(cè)(圖2，3中的右側(cè))沉積接線墊7，其一長條形的鋁或鋁合金或純金，金的金合等。作正極聯(lián)機的接線墊，其厚度為1000至2000，較佳為5000此厚度較透明導(dǎo)電層4及金屬遮光反射層5為厚，以適于金線或鋁線9打線(wire bonding)之需?；?上有一金屬負(fù)極10用作負(fù)電極連接于基板或印刷電路板上，并作光的反射層將光線向上反射。
如上述的構(gòu)造，將電極7顯于晶粒的一側(cè)，周圍并有一層金屬遮光反射層6將開口8以外的光遮住，光線僅能由開口8經(jīng)過透明導(dǎo)電層5射出，可有效增加光的轉(zhuǎn)換效率，且不致有未經(jīng)混合的雜光射出而減少噪聲。又晶粒周圍及接線墊7下氧化硅可減低晶粒周圍切割道上的電場強度，使切割形成的晶格缺陷不致因強電場而異常發(fā)光，可增加晶粒的壽命，又接線墊7下的氧化硅也使打線時增加彈性而免打線的壓力傷及其下的pn接面形成缺陷。
圖4A、圖4B、圖4C依據(jù)本發(fā)明第一實施例的LED電極的制作工藝步驟。如圖4A，在基底1上磊晶n型及p型半導(dǎo)體以形成pn接面，再沉積一層厚1000至10000，氧化硅膜4以第一光罩做微影蝕刻除去中間的氧化硅膜而保留晶粒四周圍及接線墊下的氧化硅膜4，在接線墊以外之處氧化硅膜4的寬度為5-20μm。但在接線墊下的寬度則較金屬接線墊7為寬，以承受焊接的壓力。然后如圖4B，全面沉積一層厚200至10000，較佳為500至1000的透明導(dǎo)電層5，再沉積一層由金鍺合金，純金或其它金的合金的金屬遮光反射層6，厚度為200至5000，較佳為500。再于其上沉積一層鋁或鋁合金或純金或金的合金等，以作接線墊7之用。再如圖4C所示，先以第二光罩做微影蝕刻而形成接線墊7，再利用第三光罩做微影蝕刻形成金屬遮光反射層6之中開口8，最后在基底上沉積金屬，例如鋁，鋁合金或純金，金之合金等作負(fù)極電極。
圖5將另一LED12疊層封裝于本發(fā)明的第一實施例的LED電極構(gòu)造上的剖面圖，LED12的正面及基底皆由透明導(dǎo)電層形成電極，再于角隅形成接線墊，晶粒的大小配合開口8的大小，LED12與本發(fā)明的第一實施例的LED以透明膠黏合，使兩種顏色之光混合形成另一色之光。
圖6依據(jù)本發(fā)明的第二實施例的LED的電極構(gòu)造的平面圖，圖7沿圖6的CC′線的剖面圖。此實施例的晶粒用于疊層封的中間層?；?用透明的藍(lán)寶石作磊晶基板使光能透過。但藍(lán)寶石不導(dǎo)電，且負(fù)極在基底上不便打線封裝故將負(fù)極電極7a亦形成在正面而利于打線。先在基底1上以磊晶技術(shù)磊晶一層n型及一層p型半導(dǎo)體3(見圖7的剖面圖)形成pn接面作發(fā)光二極管，首先以微影蝕刻除去晶粒一側(cè)的一長條形的p型半導(dǎo)體之溝，露出N型半導(dǎo)體2，再沉積一層氧化硅膜4并使氧化硅膜覆蓋住晶粒的外圍及正極接線墊7及負(fù)極接線墊7a的部分。使電極形成后在切割道附近的電場強度減少，以增加晶粒的壽命，并于打線時在接線墊下增加彈性以免壓力傷及其下方pn接面，再沉積一層透明導(dǎo)電層5在p型半導(dǎo)體及N型半導(dǎo)體及氧化硅膜4上，與半導(dǎo)體形成歐姆接觸。再沉積一層金屬遮光反射層6，并在p型半導(dǎo)體3上形成開口8，最后在p型半導(dǎo)體的一側(cè)形成正極接線墊7，并在n型半導(dǎo)體2上形成負(fù)極接線墊7a。以上各種膜的厚度及寬度與實施例1相同，否另贅述。
圖8A、圖8B、圖8C、圖8D依據(jù)本發(fā)明第二實施例的LED電極的制作工藝驟。如圖8A，在藍(lán)寶石基底1上磊晶n型半導(dǎo)體2及p型半導(dǎo)體3，再以微影蝕刻術(shù)除去晶粒一側(cè)的長條形的P型半導(dǎo)體之溝14，其寬度為100-200μm，露出N型半導(dǎo)體2。如圖8(B)沉積一層厚度為1000至10000的氧化硅膜，以第一光罩做微影蝕刻除去p型半導(dǎo)體及n型半導(dǎo)體中間的氧化硅膜而保留晶粒四周圍及正極接線墊下的氧化硅4，在正極接線墊以外之處氧化硅膜之寬為5-20μm，但在正極接線墊下則較金屬接線墊為寬，以承受焊接的壓力，但在負(fù)極接線墊下的氧化硅層除了晶粒外緣及接近p型半導(dǎo)體之邊緣部分保留外，皆蝕刻去除，如圖8B所示。然后，全面沉積一層厚200至10000，較佳為500至1000的透明導(dǎo)電層5，再沉積一層由金鍺合金或金或金硅合金等金屬遮光反射層6，厚度為200至5000，較佳為500，再于其上沉積一層鋁或鋁合金或純金或金的合金等，以作接線墊7之用，再如圖8C所示，以第二光罩做微影蝕刻而形成正極接線墊7及負(fù)極接線墊7a，再利用第三光罩做微影蝕刻形成p型半導(dǎo)體3及n型半導(dǎo)體間的隔離溝15。最后在基底上沉積厚度為200至20000，較佳為2000的透明導(dǎo)電層作疊層焊接之用。
以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明，凡其它不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管的電極構(gòu)造，其特征在于至少包含一基底由GaAs或GaP制成，作為磊晶的基板；一發(fā)光二極管pn接面，由磊晶技術(shù)磊晶于基底之上；一氧化硅膜，形成于晶粒四周圍，以減少切割道附近的電場強度；一透明導(dǎo)電層，形成在p型半導(dǎo)體及氧化硅上，使正電壓均勻加于P型半導(dǎo)體層上；一金屬遮光反射層，由金鍺合金或金的金合金制成，沉積于透明導(dǎo)電層上，中間有一開口使光經(jīng)由此開口射出；一接線墊，以鋁或鋁合金或金制成，一長條形形成在晶粒的一側(cè)以作正極聯(lián)機的接線墊；一基底金屬負(fù)極，形成在基底上作為光的反射層及負(fù)電極以連接于基板或印刷電路板上。
2.一種發(fā)光二極管的電極構(gòu)造，其特征在于；至少包含一基底由透明的藍(lán)寶石制成，作為磊晶的基板；一發(fā)光二極管pn接面，由磊晶技術(shù)磊晶于基底之上；一氧化硅膜，形成于晶粒四周圍p型半導(dǎo)體上，以減少切割道附近的電場強度，增加LED的壽命；一透明導(dǎo)電層，形成在n型及p型半導(dǎo)體及氧化硅上，使正電壓于p型半導(dǎo)體層上，負(fù)電壓加于n型半導(dǎo)體層上；一金屬遮光反射層，由金鍺合金或金制成，沉積于透明導(dǎo)電層上，在p型半導(dǎo)體的中間有一開口使光經(jīng)過此開口射出；一接線墊，以鋁或鋁合金或金制成，一長條形形成在晶粒p型半導(dǎo)體的一側(cè)及n型半導(dǎo)體上以作正極及負(fù)極聯(lián)機的接線墊；一基底金屬負(fù)極，形成在基底上，使為下層LED的光射入以混波形成另一色光，并作疊層晶粒焊接之用。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電極構(gòu)造，其特征在于其中所述氧化硅膜的寬度最少為5-20μm。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電極構(gòu)造，其特征在于其中所述氧化硅膜的厚度為1000-10000。
5.如權(quán)利要求1或2所述的電極構(gòu)造，其特征在于其中所述透明導(dǎo)電層的厚度為200至10000，較佳為500至1000。
6.如權(quán)利要求1或2所述的電極構(gòu)造，其特征在于其中所述金屬遮光反射層的厚度為200至5000，較佳為500。
7.如權(quán)利要求1或2所述的電極構(gòu)造，其特征在于其中所述金屬反射層的開口距晶粒邊緣或開口邊緣大于10μm。
8.如權(quán)利要求1或2所述的電極構(gòu)造，其特征在于其中所述接線墊的厚度為1000至20000，較佳為5000。
9.如權(quán)利要求1或2所述的電極構(gòu)造，其特征在于其中所述接線墊距切割道大于20μm。
10.如權(quán)利要求1或2所述的電極構(gòu)造，其特征在于其中所述接線墊的寬度為50μm至200μm，較佳為100μm。
11.如權(quán)利要求1的電極構(gòu)造，其特征在于其中所述基底金屬負(fù)電極的厚度為1000至20000，較佳為4000。
12.如權(quán)利要求2所述的電極構(gòu)造，其特征在于其中所述除去的長條形P型半導(dǎo)體的寬度為100-150μm。
13.如權(quán)利要求2所述的電極構(gòu)造，其特征在于其中所述基底透明導(dǎo)疊層的厚度為200至1000較佳為500至1000
14.一種發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于包括下述步驟(a)于基底上磊晶一層n型半導(dǎo)體及一層p型半導(dǎo)體，形成pn接面；(b)沉積一層氧化硅膜，利用光罩以微影蝕刻形成一層氧化硅層于晶粒的四周圍的切割道附近及將形成的接線墊區(qū)域下；(c)沉積一層透明導(dǎo)電層作歐姆接觸并作透光的電極；(d)沉積一層金(或金鍺合金或金硅合金)作遮光反射層；(e)沉積一層鋁(或鋁合金或純金)作正極接線墊；(f)利用第二光罩做微影及蝕刻，形成正極接線墊；(g)利用第二光罩做微影及蝕刻，在金屬遮光反射層上形成開口。
15.一種發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于包括下述步驟(a)于一透明的藍(lán)寶石基底上磊晶n型及p型半導(dǎo)體以形成pn接面；(b)以微影蝕刻除去晶粒一側(cè)的長條形的p型半導(dǎo)體以曝露其下的n型半導(dǎo)體，以作負(fù)極區(qū)域。(c)沉積一層氧化硅膜，以第一光罩做微影蝕刻形成一層氧化硅層于晶粒的四周圍的切割道附近及將形成正極及負(fù)極接線墊的區(qū)域下；(d)沉積一層透明導(dǎo)電層作歐姆接觸并作透光的電極；(e)沉積一層金(或金鍺合金或金硅合金)作遮光反射層；(f)沉積一層鋁(或鋁合金或純金)作接線墊；(g)利用第二光罩做微影及蝕刻，形成正極接線墊及負(fù)極接線墊；(h)利用第二光罩做微影及蝕刻，在金屬遮光反射層，在p半導(dǎo)體區(qū)域上形成開口作光的出口，并在p型半導(dǎo)體與n半導(dǎo)體間形成一溝以隔離p及n型半導(dǎo)體。
16.如權(quán)利要求14或15所述的制造方法，其特征在于其中所述氧化硅膜的寬度最少為5-20μm，但在接線墊下的寬度應(yīng)較接線墊寬。
17.如權(quán)利要求14或15所述的制造方法，其特征在于其中所述氧化硅膜的厚度最少為100至2000
18.如權(quán)利要求14或15所述的制造方法，其特征在于其中所述透明導(dǎo)電層的厚度為200至10000，較佳為500至1000。
19.如權(quán)利要求14或15所述的制造方法，其特征在于其中所述金屬遮光反射層的厚度為200至5000，較佳為500。
20.如權(quán)利要求14或15所述的制造方法，其特征在于其中所述接線墊的厚度為100至20000，較佳為5000。
21.如權(quán)利要求14或15所述的制造方法，其特征在于其中所述接線墊距切割道大于20μm。
22.如權(quán)利要求14或15所述的制造方法，其特征在于其中所述金屬反射層的開口距晶粒邊緣大于10μm。
23.如權(quán)利要求14或15所述的制造方法，其特征在于其中所述接線墊的寬度為50μm至200μm，較佳為100μm。
全文摘要
本發(fā)明公開一種發(fā)光二極管(LED)的電極構(gòu)造及其制造方法。于LED的基板上形成pn接面的發(fā)光二極管后，在晶粒的外圍及切割道部分形成一層氧化硅，于其上沉積一層透明導(dǎo)電層，再沉積一層金(Au)或金鍺合金(AuGe)或并在中央部開口，于加熱處理形成合金的歐姆接觸后，再于晶粒的一側(cè)形成長條形的鋁(Al)或鋁合金或金接線墊作打線之用，并作LED的正極電極。負(fù)極則在基底上以金屬接觸形成。另一構(gòu)造使正負(fù)極皆在正面，以蝕刻pn接面的p型層，于n型材料上形成負(fù)極電極，p型材料上形成正極電極。
文檔編號H01L33/00GK1458701SQ0212020
公開日2003年11月26日 申請日期2002年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月16日
發(fā)明者張修恒 申請人:張修恒