專利名稱：發(fā)光二極管元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(light-emitting diode, LED)是一種由半導(dǎo)體材料制作而成的發(fā)光元件。由于發(fā)光二極管屬于冷發(fā)光，具有耗電量低、元件壽命長、反應(yīng)速度快等優(yōu)點，再加上體積小容易制成極小或陣列式元件的特性，因此近年來隨著技術(shù)不斷地進(jìn)步，其應(yīng)用范圍涵蓋了電腦或家電產(chǎn)品的指示燈、液晶顯示裝置的背光源乃至交通信號或是車用指示燈。圖1為一種已知的發(fā)光二極管元件1的俯視圖，圖2為圖1的發(fā)光二極管元件1 沿AA線段的剖面示意圖。發(fā)光二極管元件1包含基板11、N型半導(dǎo)體層12、多重量子阱層 13、P型半導(dǎo)體層14、透光導(dǎo)電層15、第一電極16及第二電極17。其中，第一電極16具有導(dǎo)電墊161及導(dǎo)電分支162，第二電極17具有導(dǎo)電墊171及兩導(dǎo)電分支172，導(dǎo)電墊161、 171用引線以接收驅(qū)動信號，導(dǎo)電分支162、172分別設(shè)置于N型半導(dǎo)體層12及透光導(dǎo)電層 15上，以通過驅(qū)動信號使發(fā)光二極管元件1發(fā)出光線。其中，第一電極16的導(dǎo)電分支162與第二電極17的導(dǎo)電分支172在垂直方向上設(shè)置于不同位置，即錯位設(shè)置。然而，此種電極配置方式不僅減少元件的發(fā)光面積，此外，增加的金屬電極也會造成光吸收，導(dǎo)致發(fā)光二極管元件1的光功率降低。因此，如何提供一種具有全新電極配置的發(fā)光二極管元件，而能增加發(fā)光面積并減少電極吸光機率，已成為重要課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述課題，本發(fā)明的目的之一為提供一種具有全新電極配置的發(fā)光二極管元件，能增加發(fā)光面積并減少電極吸光機率，進(jìn)而提升元件的光功率。為達(dá)上述目的，依據(jù)本發(fā)明的一種發(fā)光二極管元件包含基板、外延層、第一電極以及第二電極。外延層設(shè)置于基板上，第一電極設(shè)置于外延層，第二電極設(shè)置于外延層之上， 且第二電極的第一導(dǎo)電分支與第一電極的第一導(dǎo)電分支重疊設(shè)置。在實施例中，第一電極的第一導(dǎo)電分支與第二電極的第一導(dǎo)電分支為長條狀，導(dǎo)電分支用以將電流均勻擴(kuò)散。在實施例中，第一電極可還具有連接部與第一電極的第一導(dǎo)電分支連接，第二電極還可具有連接部與第二電極的第一導(dǎo)電分支連接，這些連接部不重疊設(shè)置，且可為墊狀， 例如為引線用的導(dǎo)電墊(conductive pad)。在實施例中，第一電極的第一導(dǎo)電分支位于外延層的凹槽內(nèi)，并可由反射層覆蓋。 通過反射層可調(diào)整發(fā)光二極管的發(fā)光路徑，并進(jìn)一步避免電極吸收光線而提升出光效率。在實施例中，外延層具有第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層及多重量子阱層，多重量子阱層位于第一半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體層之間，第一電極位于第二半導(dǎo)體層的凹槽的表面。在實施例中，絕緣層位于第一電極的第一導(dǎo)電分支與第二電極的第一導(dǎo)電分支之間。通過絕緣層的設(shè)置，第一電極的第一導(dǎo)電分支與第二電極的第一導(dǎo)電分支形成并聯(lián)電容。電容可吸收儲存電荷而增加發(fā)光二極管元件抗靜電能力。在實施例中，第一電極還具有第二導(dǎo)電分支，第二電極還具有第二導(dǎo)電分支，這些第二導(dǎo)電分支重疊設(shè)置，且第一電極的第一導(dǎo)電分支與第一電極的第二導(dǎo)電分支部可平行設(shè)置，第二電極的第一導(dǎo)電分支與第二電極的第二導(dǎo)電分支可平行設(shè)置。通過第一電極與第二電極的這些第一導(dǎo)電分支重疊設(shè)置，以及第一電極與第二電極的這些第二導(dǎo)電分支重疊設(shè)置，可增加重疊面積，而降低電極吸光機率，并增加電容值而提升抗靜電能力。為達(dá)上述目的，依據(jù)本發(fā)明的一種發(fā)光二極管元件的制造方法包含于基板上形成外延層；于外延層形成第一電極的第一導(dǎo)電分支；以及于外延層之上形成第二電極的第一導(dǎo)電分支，使第二電極的第一導(dǎo)電分支與第一電極的第一導(dǎo)電分支重疊設(shè)置。在實施例中，制造方法還包含形成反射層覆蓋第一電極的第一導(dǎo)電分支。通過反射層可調(diào)整發(fā)光二極管的發(fā)光路徑，并進(jìn)一步避免電極吸收光線而提升出光效率。在實施例中，制造方法還包含形成絕緣層介于第一電極的第一導(dǎo)電分支與第二電極的第一導(dǎo)電分支之間。絕緣層例如可充填于凹槽。通過絕緣層可使得第一電極的第一導(dǎo)電分支與第二電極的第一導(dǎo)電分支形成電容，電容可吸收儲存電荷而增加發(fā)光二極管元件抗靜電能力。在實施例中，制造方法還包含形成第一電極的第二導(dǎo)電分支；以及形成第二電極的第二導(dǎo)電分支，并使第一電極的第二導(dǎo)電分支與第二電極的第二導(dǎo)電分支重疊設(shè)置。通過第一電極與第二電極的第一導(dǎo)電分支重疊設(shè)置，以及第一電極與第二電極的第二導(dǎo)電分支重疊設(shè)置，可增加重疊面積，而降低電極吸光機率，并增加電容值而提升抗靜電能力。承上所述，本發(fā)明的發(fā)光二極管元件及其制造方法是通過第一電極的第一導(dǎo)電分支與第二電極的第一導(dǎo)電分支重疊設(shè)置，可減少電極所占的面積以致能有效增加發(fā)光面積，降低電極吸光機率，且重疊設(shè)置的電極可形成電容以吸收儲存電荷而增加元件抗靜電能力，如此可提升元件的光功率及元件效能。


圖1為一種已知的發(fā)光二極管元件的俯視圖；圖2為圖1的發(fā)光二極管元件沿AA線段的剖面示意圖；圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種發(fā)光二極管元件的俯視示意圖；圖4為圖3的發(fā)光二極管元件沿AA線段的剖面示意圖；圖5為本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種發(fā)光二極管元件制造方法的流程步驟圖；以及圖6A至圖6D為本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種發(fā)光二極管元件制造方法的流程示意圖。附圖標(biāo)記說明1、2:發(fā)光二極管元件11,21 基板12 =N型半導(dǎo)體層13,223 多重量子阱層14 =P型半導(dǎo)體層
15、28:透光導(dǎo)電層16、23:第一電極161:導(dǎo)電墊162:導(dǎo)電分支17、24:第二電極171:導(dǎo)電墊172:導(dǎo)電分支22 外延層221 第一半導(dǎo)體層222 第二半導(dǎo)體層231J41 第一導(dǎo)電分支232,242 連接部233J43 第二導(dǎo)電分支25:凹槽26 :反射層27 絕緣層SOl S03 制造方法的步驟
具體實施例方式以下將參照相關(guān)附圖，說明依本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種發(fā)光二極管元件及其制造方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種發(fā)光二極管元件2的俯視示意圖，圖4為圖3的發(fā)光二極管元件2沿AA線段的剖面示意圖。請參照圖3及圖4所示，發(fā)光二極管元件2包含基板21、外延層22、第一電極23以及第二電極24?；?1的材料可例如包含藍(lán)寶石(sapphire)、碳化硅(SiC)、磷化鎵(GaP)或硅，在此以藍(lán)寶石為例。外延層22設(shè)置于基板21上。外延層22可為任意的半導(dǎo)體層，例如包含第一半導(dǎo)體層221及第二半導(dǎo)體層222，其中第一半導(dǎo)體層221與第二半導(dǎo)體層222具有不同的導(dǎo)電性。在本實施例中，第一半導(dǎo)體層221為P型，第二半導(dǎo)體層為N型。且可依據(jù)發(fā)光二極管的功能，例如藍(lán)光二極管、綠光二極管、紅光二極管等等，而變化外延層22的材料。 外延層22的材料可例如選自氮化鎵(GaN)系列的材料，例如包含氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AKiaN)或磷化鋁銦鎵(AlInGaP)系列等。另外，外延層22還可包含多重量子阱層 (multiple quantum well,MQff)223以產(chǎn)生所需的光，其中該多重量子阱層223夾設(shè)于第一半導(dǎo)體層221與第二半導(dǎo)體層222之間。而為了電性導(dǎo)通第二半導(dǎo)體層222，第一半導(dǎo)體層221與多重量子阱層223中的一部分利用例如光刻蝕刻工藝移除，用以露出部分的第二半導(dǎo)體層222表面，第一電極23設(shè)置于第二半導(dǎo)體層222所露出的表面上，第一電極23包含有第一導(dǎo)電分支231、第二導(dǎo)電分支233與連接部232，其中第一導(dǎo)電分支231與第二導(dǎo)電分支233例如為長條狀的導(dǎo)電分支，用以將電流均勻擴(kuò)散，而連接部232分別與第一導(dǎo)電分支231與第二導(dǎo)電分支233連接形成導(dǎo)電通路，該連接部232例如為引線用的導(dǎo)電墊(conductive pad)。發(fā)光二極管元件2可還包含透光導(dǎo)電層(transparent conductive layer, TCL)觀，其設(shè)置于外延層22之上，用以將電流均勻擴(kuò)散后通過第一半導(dǎo)體層221，而后再通過多重量子阱層223。本實施例的透光導(dǎo)電層觀可以例如為氧化銦錫(ITO)。第二電極M設(shè)置于該透光導(dǎo)電層觀上，第二電極M包含有第一導(dǎo)電分支Ml、第二導(dǎo)電分支243與連接部M2，其中第一導(dǎo)電分支241與第二導(dǎo)電分支243例如為長條狀的導(dǎo)電分支，用以將電流均勻擴(kuò)散，而連接部242分別與第一導(dǎo)電分支241與第二導(dǎo)電分支 243連接形成導(dǎo)電通路，該連接部242例如為引線用的導(dǎo)電墊(conductive pad)。如圖4中所示，在本實施例中，第一電極23的第一導(dǎo)電分支231與第二導(dǎo)電分支 233位于外延層22被移除部分的凹槽25內(nèi)，并可由反射層沈覆蓋，反射層沈可部分覆蓋第一導(dǎo)電分支231與第二導(dǎo)電分支233或完全覆蓋第一導(dǎo)電分支231與第二導(dǎo)電分支233。 通過反射層沈可調(diào)整發(fā)光二極管元件2的發(fā)光路徑，并進(jìn)一步避免電極23J4吸收光線而提升出光效率。反射層26可為反射金屬構(gòu)成的膜層或是由反射結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，其中亦可添加透明介電材料。例如反射層26可包含金屬反射材料鋁、銀、或鉬、或其合金、或者反射層沈可為布拉格反射結(jié)構(gòu)(DBR)，并可包含二氧化鈦(TiO2)、二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)、 或者反射層26可由金屬鋁、銀、或鉬及透明介電材料二氧化鈦、二氧化硅或氮化硅組成。另外，在本實施例中，絕緣層27位于第一電極23的第一導(dǎo)電分支231與第二電極 24的第一導(dǎo)電分支241之間，在此絕緣層27充填于凹槽25內(nèi)，而第二電極M的第一導(dǎo)電分支241與第二導(dǎo)電分支243設(shè)置于該絕緣層27之上，且第一電極23的第一導(dǎo)電分支231 與第二電極M的第一導(dǎo)電分支241重疊設(shè)置，該第一電極23的第二導(dǎo)電分支232與該第二電極M的第二導(dǎo)電分支242重疊設(shè)置，且該兩電極的重疊部分是以絕緣層27電性絕緣隔開。另外，在其他實施例中，絕緣層27亦可延伸覆蓋部分的第一半導(dǎo)體層221。通過絕緣層 27的設(shè)置，第一電極23的第一導(dǎo)電分支231與第二電極M的第一導(dǎo)電分支241形成并聯(lián)電容，第一電極23的第二導(dǎo)電分支232與第二電極M的第二導(dǎo)電分支242形成并聯(lián)電容， 電容可吸收儲存電荷而增加發(fā)光二極管元件2的抗靜電能力。并且此處的絕緣層27也相當(dāng)于電流阻障層的效果，通過絕緣層27的設(shè)置可以避免電流直接在第一電極23與第二電極M的導(dǎo)電分支之間直接流通，可以讓電流更均勻的擴(kuò)散，增加發(fā)光面積，提高發(fā)光效率。本實施例的絕緣層27為透光絕緣層，其材料可包含透明性材料，例如二氧化硅 (SiO2)、氮化硅(SiN)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)或自旋涂布硅玻璃(silicon on glass, S0G)、或者絕緣層27可包含高介電常材料，例如氮氧硅鉿化合物(HfSiON)、氧化鉿 (HfO2)或二氧化鋯(ZrO2)。通過第一電極23與第二電極M的第一導(dǎo)電分支231、241重疊設(shè)置，以及第一電極23與第二電極對的第二導(dǎo)電分支233、243重疊設(shè)置，可減少電極遮光面積，進(jìn)而增加有效發(fā)光面積，并增加電容值而提升抗靜電能力。在此實施例中，第二導(dǎo)電分支233、243分別與連接部232、242連接，在其他實施例中，第二導(dǎo)電分支233、243或可與第一電極23與第二電極M的另一連接部連接。另外，在本實施例中，電極的兩連接部232、242不重疊設(shè)置。以下以圖5及圖6A至圖6D舉例說明發(fā)光二極管元件2的制造方法。其中圖5為制造方法的流程步驟圖，其中包含步驟SOl至步驟S03，圖6A至圖6D為制造方法的流程示意圖。
如圖6A所示，首先，在基板21上形成外延層22(步驟S01)，可例如通過有機金屬化學(xué)氣相沉積法(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)將外延層 22 形成于基板21上。外延層22可例如包含第一半導(dǎo)體層221、第二半導(dǎo)體層222及多重量子阱層223，其中第一半導(dǎo)體層221與第二半導(dǎo)體層222具有不同的電性。在本實施例中，第一半導(dǎo)體層221為P型，第二半導(dǎo)體層為N型，且多重量子阱層223夾設(shè)于第一半導(dǎo)體層221 與第二半導(dǎo)體層222之間。在形成外延層22之后，為了電性導(dǎo)通第二半導(dǎo)體層222，第一半導(dǎo)體層221與多重量子阱層223中的一部分利用例如光刻蝕刻工藝移除，用以露出部分的第二半導(dǎo)體層222表面，在本實施例中還包含對外延層22蝕刻出凹槽25，其中外延層22 的凹槽蝕刻至第二半導(dǎo)體層222。然后，透過例如電子束蒸鍍(Electron Beam Evaporation)于外延層22上蒸鍍電極金屬于其上，以及光刻浮離工藝，形成第一電極23。如圖6B所示，在外延層22形成第一電極23的第一導(dǎo)電分支231與第二導(dǎo)電分支233 (步驟S02)。于此，第一電極23的第一導(dǎo)電分支231與第二導(dǎo)電分支233形成于凹槽25內(nèi)并位于凹槽25表面，且接觸第二半導(dǎo)體層222。當(dāng)然，在第一導(dǎo)電分支231的形成步驟中，亦可同時形成第一電極23的連接部232， 且連接部232分別與第一導(dǎo)電分支231及第二導(dǎo)電分支233連接(請參照圖幻。另外，制造方法還包含形成反射層沈覆蓋第一電極23的第一導(dǎo)電分支231，在此，反射層沈亦覆蓋第一電極23的第二導(dǎo)電分支233。接著，如圖6C所示，制造方法還包含形成絕緣層27介于第一電極23的第一導(dǎo)電分支231與第二電極M的第一導(dǎo)電分支241之間，在此利用化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition, CVD)在整個發(fā)光二極管元件2的表面形成絕緣層，然后再以光刻蝕刻工藝去除不需要的部分，而形成絕緣層27覆蓋第一電極23的第一導(dǎo)電分支231及第二導(dǎo)電分支 233，在此，絕緣層27充填于凹槽25。然后，如圖6D所示，制造方法還包含利用例如電子束蒸鍍在外延層22上形成覆蓋整面的透光的導(dǎo)電層，然后再以光刻蝕刻工藝去除不需要的部分，形成透光導(dǎo)電層觀于外延層22上。然后再透過例如電子束蒸鍍電極金屬于透光導(dǎo)電層觀上，以及光刻浮離工藝， 而形成第二電極對。形成第二電極M的第一導(dǎo)電分支241與第二導(dǎo)電分支M3，使第二電極M的第一導(dǎo)電分支Ml、第二導(dǎo)電分支243與第一電極23的第一導(dǎo)電分支231、第二導(dǎo)電分支233重疊設(shè)置(步驟SO； )，且絕緣層27介于第一電極23的第一導(dǎo)電分支231、第二導(dǎo)電分支233與第二電極M的第一導(dǎo)電分支Ml、第二導(dǎo)電分支243之間。當(dāng)然，在第一導(dǎo)電分支241的形成步驟中，亦可同時形成第二電極M的連接部對2，且連接部242分別與第一導(dǎo)電分支241及第二導(dǎo)電分支243連接。其中，第一電極23的連接部232不與第二電極 24的連接部242重疊設(shè)置，第一電極23的第二導(dǎo)電分支233與第二電極M的第二導(dǎo)電分支243重疊設(shè)置。由于制造方法所提及的元件的技術(shù)特征已詳述于上述實施例，故于此不再贅述。綜上所述，本發(fā)明的發(fā)光二極管元件及其制造方法是通過第一電極的第一導(dǎo)電分支與第二電極的第一導(dǎo)電分支重疊設(shè)置，可減少電極交錯設(shè)置所占的面積以致能有效增加發(fā)光面積，降低電極吸光機率，且重疊設(shè)置的電極可形成并聯(lián)電容以吸收儲存電荷而增加元件抗靜電能力，如此可提升元件的光功率及元件效能。以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇，而對其進(jìn)行的等同修改或變更，均應(yīng)包含于權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管元件，包含基板；外延層，設(shè)置于該基板上；第一電極，設(shè)置于該外延層并具有第一導(dǎo)電分支；以及第二電極，設(shè)置于該外延層之上，且該第二電極的第一導(dǎo)電分支與該第一電極的該第一導(dǎo)電分支重疊設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中該第一電極的該第一導(dǎo)電分支與該第二電極的該第一導(dǎo)電分支為長條狀。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中該第一電極還具有連接部與該第一電極的該第一導(dǎo)電分支連接，該第二電極還具有連接部與該第二電極的該第一導(dǎo)電分支連接， 該多個連接部不重疊設(shè)置。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管元件，其中該多個連接部為導(dǎo)電墊。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中該第一電極的該第一導(dǎo)電分支位于該外延層的凹槽內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管元件，其中該外延層具有第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層及多重量子阱層，該多重量子阱層位于該第一半導(dǎo)體層與該第二半導(dǎo)體層之間，該第一電極位于該第二半導(dǎo)體層的該凹槽的表面。
7.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管元件，其中該第一電極的該第一導(dǎo)電分支由反射層覆蓋。
8.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管元件，還包含絕緣層，位于該第一電極的該第一導(dǎo)電分支與該第二電極的該第一導(dǎo)電分支之間。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中該第一電極的該第一導(dǎo)電分支與該第二電極的該第一導(dǎo)電分支形成電容。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中該第一電極還具有第二導(dǎo)電分支，該第二電極還具有第二導(dǎo)電分支，該多個第二導(dǎo)電分支重疊設(shè)置。
11.一種發(fā)光二極管元件的制造方法，包含于基板上形成外延層；于該外延層形成第一電極的第一導(dǎo)電分支；以及于該外延層上形成第二電極的第一導(dǎo)電分支，使該第二電極的該第一導(dǎo)電分支與該第一電極的該第一導(dǎo)電分支重疊設(shè)置。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管元件的制造方法，還包含對該外延層蝕刻出凹槽，使該第一電極的第一導(dǎo)電分支位于該凹槽內(nèi)。
13.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管元件的制造方法，其中該外延層具有第一半導(dǎo)體層及第二半導(dǎo)體層，該凹槽的蝕刻步驟蝕刻至該第二半導(dǎo)體層，使該第一電極的該第一導(dǎo)電分支連接該第二半導(dǎo)體層。
14.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管元件的制造方法，還包含形成反射層覆蓋該第一電極的該第一導(dǎo)電分支。
15.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管元件的制造方法，還包含形成絕緣層介于該第一電極的該第一導(dǎo)電分支與該第二電極的該第一導(dǎo)電分支之間。
16.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管元件的制造方法，還包含 形成該第一電極的連接部與該第一電極的該第一導(dǎo)電分支連接；及形成該第二電極的連接部與該第二電極的該第一導(dǎo)電分支連接，并使該第一電極的該連接部不與該第二電極的該連接部重疊設(shè)置。
17.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管元件的制造方法，還包含 于該外延層形成該第一電極的第二導(dǎo)電分支；及于該外延層上形成該第二電極的第二導(dǎo)電分支，并使該第一電極的該第二導(dǎo)電分支與該第二電極的該第二導(dǎo)電分支重疊設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管元件及其制造方法。該發(fā)光二極管元件包含基板、外延層、第一電極以及第二電極。外延層設(shè)置于基板上，第一電極設(shè)置于外延層并具有第一導(dǎo)電分支，第二電極設(shè)置于外延層之上，且第二電極的第一導(dǎo)電分支與第一電極的第一導(dǎo)電分支重疊設(shè)置。通過第一電極的第一導(dǎo)電分支與第二電極的第一導(dǎo)電分支重疊設(shè)置，可有效增加發(fā)光面積，減少電極吸光機率、并可形成電容吸收儲存電荷而增加元件抗靜電能力。
文檔編號H01L33/38GK102456793SQ20101052684
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者余國輝, 朱長信, 李景弘 申請人:佛山市奇明光電有限公司, 奇力光電科技股份有限公司