專利名稱：具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化物發(fā)光二極管(Light Emitting Diode；LED)的結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別是涉及具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，發(fā)光二極管因其具有低生產(chǎn)成本、低生產(chǎn)困難度、輕便、安裝容易以及發(fā)展性佳等特點，所以被廣泛應(yīng)用在日常生活中，例如電子看板、指示燈和感應(yīng)器等方面。雖然如此，有效地進(jìn)一步提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率，仍是大家期盼的持續(xù)目標(biāo)。
圖1a所繪示為現(xiàn)有氮化物發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)俯視圖，而圖1b所繪示為圖1a的現(xiàn)有氮化物發(fā)光二極管沿A-A’剖面線的結(jié)構(gòu)剖面圖。請參照圖1b，其中現(xiàn)有氮化物發(fā)光二極管10的結(jié)構(gòu)與制造方法為在基板12上依序形成緩沖層14、第一電性半導(dǎo)體層16、第一電性夾層18、主動層20(或稱活化層)、第二電性夾層22、與第二電性接觸層24的外延結(jié)構(gòu)。接著，將上述的外延結(jié)構(gòu)蝕刻或研磨至暴露出部分第一電性半導(dǎo)體層16。接著，再分別沉積第二電性透明電極26、第二電性金屬電極墊30、與第一電性金屬電極墊28，如圖1a所示。
現(xiàn)有發(fā)光二極管10的結(jié)構(gòu)是利用第二電性透明電極26，以提高電流分散(Current Spreading)的效果。但是實際上，大部分的電流32還是集中在第二電性透明電極26與第一電性金屬電極墊28間的最短距離，如圖1b所示。因此，現(xiàn)有發(fā)光二極管10的發(fā)光區(qū)域多集中在第二電性透明電極26靠近第一電性金屬電極墊28的地方，造成發(fā)光效率不佳。并且，由于電流的過分集中，使得局部區(qū)域溫度過高，而容易導(dǎo)致現(xiàn)有發(fā)光二極管10的壽命縮短。雖然現(xiàn)有技術(shù)可進(jìn)一步提高第二電性透明電極的厚度，以改善電流分散的效果，但第二電性透明電極26的透光率卻因此而減少。
另外，由于現(xiàn)有發(fā)光二極管10的發(fā)光層所產(chǎn)生的光子若以大角度射到二極管表面，將容易產(chǎn)生全反射的損失，只有接近發(fā)光二極管側(cè)面的大角度較容易射出光子，因而降低光子的逸出效率(ExtractionEfficiency)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的現(xiàn)有發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)具有諸多的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管及其制造方法，可直接且有效地改善現(xiàn)有發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的缺點。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管及其制造方法，其可使注入電流平均分布于兩種電性的電極間，以增進(jìn)電流分散(Current Spreading)與均勻發(fā)光區(qū)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管及其制造方法，其可增進(jìn)光子的逸出效率(ExtractionEfficiency)。
本發(fā)明具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管，包括一基板；位于基板上的一外延結(jié)構(gòu)，此外延結(jié)構(gòu)包括位于基板上的一第一次堆疊結(jié)構(gòu)、以及以一螺旋狀分布于第一次堆疊結(jié)構(gòu)上的一第二次堆疊結(jié)構(gòu)，此第二次堆疊結(jié)構(gòu)中具有一凹槽，且由凹槽而暴露出第二次堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)面與第一次堆疊結(jié)構(gòu)的一部分表面；位于凹槽中的一第一電性金屬電極，此第一電性金屬沿著第二次堆疊結(jié)構(gòu)，以螺旋狀分布于第一次堆疊結(jié)構(gòu)的部分表面，并與一第一電性金屬電極墊連接；位于第二次堆疊結(jié)構(gòu)上的一第二電性歐姆電極，此第二電性是與第一電性相異，其中第二電性歐姆電極包括位于第二次堆疊結(jié)構(gòu)上的一第二電性透明電極、與位于第二電性透明電極上的一第二電性金屬電極，且第二電性金屬電極并與一第二電性金屬電極墊連接。
本發(fā)明還提供了一種具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管的制造方法，至少包括提供一基板；形成一外延結(jié)構(gòu)位于該基板上，其中該外延結(jié)構(gòu)具有一第一電性半導(dǎo)體層；形成一凹槽于該外延結(jié)構(gòu)中，以去除部分的外延結(jié)構(gòu)，形成具一螺旋狀的一次外延結(jié)構(gòu)，且該凹槽暴露出該次外延結(jié)構(gòu)的一側(cè)面與第一電性半導(dǎo)體層的一部分表面；形成一第一電性金屬電極于該凹槽中，且使該第一電性金屬電極沿著該次外延結(jié)構(gòu)而以螺旋狀分布于第一電性半導(dǎo)體層的該部分表面上；形成一第一電性金屬電極墊于該第一電性半導(dǎo)體層的部分表面上，其中該第一電性金屬電極墊并與第一電性金屬電極連接；形成一第二電性透明電極于次外延結(jié)構(gòu)上，并形成該螺旋狀分布；形成一第二電性金屬電極于該第二電性透明電極上，并形成該螺旋狀分布；以及形成一第二電性金屬電極墊于該第二電性透明電極上，其中該第二電性金屬電極墊與該第二電性金屬電極連接。
利用本發(fā)明具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管，通過螺旋形的電極分布，將可以增進(jìn)電流分散效果。并且，產(chǎn)生的光子若以大角度放射到發(fā)光二極管的表面，將可經(jīng)由蝕刻或研磨螺旋形圖案后所暴露出的凹槽側(cè)邊逸出，故可增進(jìn)光子的逸出效率。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明圖1a所繪示為現(xiàn)有氮化物發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)俯視圖；圖1b所繪示為圖1a的現(xiàn)有氮化物發(fā)光二極管沿A-A’剖面線的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖2a所繪示為本發(fā)明具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)俯視圖；圖2b所繪示為圖2a的本發(fā)明氮化物發(fā)光二極管沿B-B’剖面線的結(jié)構(gòu)剖面圖；以及圖3所繪示為本發(fā)明氮化物發(fā)光二極管另一實施例的結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖中符號說明10 發(fā)光二極管 12 基板14 緩沖層 16 第一電性半導(dǎo)體層18 第一電性夾層20 主動層22 第二電性夾層24 第二電性接觸層26 第二電性透明電極28 第一電性金屬電極墊30 第二電性金屬電極32 電流50 發(fā)光二極管 52 基板
54緩沖層 56 第一電性半導(dǎo)體層58第一電性夾層60 主動層62第二電性夾層64 第二電性接觸層66第二電性透明電極68 第一電性金屬電極70第二電性金屬電極72 凹槽74第一電性金屬電極墊 76 第二電性金屬電極墊80光線82 光線A-A’ 剖面線B-B’剖面線具體實施方式
本發(fā)明以一較佳實施例說明如下，并在說明具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管的制造方法時，同時對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
圖2a所繪示為本發(fā)明具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)俯視圖，而圖2b所繪示為圖2a的本發(fā)明氮化物發(fā)光二極管沿B-B’剖面線的結(jié)構(gòu)剖面圖。請同時參照圖2a與圖2b，首先提供一基板52，再利用例如金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(Metal Organic Chemical VaporDeposition；MOCVD)或分子束外延(Molecular-Beam Epitaxy；MBE)等方法，在基板52上形成外延結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明此較佳實施例中，此外延結(jié)構(gòu)依序可為緩沖層54、第一電性半導(dǎo)體層56、第一電性夾層58、主動層60、第二電性夾層62、與第二電性接觸層64。其中，第二電性與第一電性相異。由于外延結(jié)構(gòu)的形成步驟為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知技術(shù)，本發(fā)明不在此贅述。
待外延結(jié)構(gòu)完成后，接著再進(jìn)行一去除步驟，蝕刻或研磨部分的外延結(jié)構(gòu)，使外延結(jié)構(gòu)中形成凹槽72，并在凹槽72中暴露出第一電性半導(dǎo)體層56的部分表面。因此，保留下來的外延結(jié)構(gòu)，本發(fā)明稱為次外延結(jié)構(gòu)，可形成如圖2a所繪示的螺旋形狀。其中，上述的去除步驟可利用例如干式蝕刻、濕式蝕刻或機(jī)械切割研磨等方法，本發(fā)明不限于此。另外，由于產(chǎn)品、制造方法、或蝕刻方式的不同，因此上述次外延結(jié)構(gòu)的暴露側(cè)面部分可為平面、拋物面或任意曲面，亦即由圖2b的結(jié)構(gòu)剖面看來，凹槽72的斜面可以是線性、拋物線、或任意曲線，本發(fā)明不限于此。并且，上述干式蝕刻、濕式蝕刻與機(jī)械切割研磨等方式的操作原理已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，本發(fā)明不在此贅述。
接著，形成第一電性金屬電極68與第一電性金屬電極墊74于凹槽72中，亦即位于未被次外延結(jié)構(gòu)所覆蓋的第一電性半導(dǎo)體層56的暴露表面上。其中，第一電性金屬電極68沿著次外延結(jié)構(gòu)，而形成同樣的螺旋形狀，并與第一電性金屬電極墊74連接。接著，在次外延結(jié)構(gòu)上形成第二電性歐姆電極，此第二電性歐姆電極可包括透明電極與不透明電極兩部分，其中透明電極即為第二電性透明電極66，而不透明電極即為位于第二電性透明電極66上的第二電性金屬電極70與第二電性金屬電極墊76。由于，第二電性透明電極66與第二電性金屬電極70形成于次外延結(jié)構(gòu)上，因此也與次外延結(jié)構(gòu)具有同樣的螺旋形狀。如此，即完成本發(fā)明的發(fā)光二極管50，本發(fā)明此較佳實施例的氮化物發(fā)光二極管中，其電極的螺旋布置形狀如圖2a所示。
上述第一電性金屬電極68、第一電性金屬電極墊74、第二電性透明電極66、第二電性金屬電極70與第二電性金屬電極墊76的形成可利用熱蒸發(fā)(Thermal Evaporation)、電子束(E-beam)蒸鍍、或離子濺鍍(Sputtering)等方法，本發(fā)明不限于此。并且，上述熱蒸發(fā)法、電子束蒸鍍法與離子濺鍍法的操作原理已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，本發(fā)明不在此贅述。另外，上述第一電性金屬電極墊74與第二電性金屬電極墊76可分別與第一電性金屬電極68及第二電性金屬電極70的任意位置連接，本發(fā)明不限于此。并且，上述第一電性金屬電極墊74與第二電性金屬電極墊76的形狀可為例如方形、圓形、星形、或其它任意形狀，本發(fā)明亦不限于此。
除了上述較佳實施例外，本發(fā)明具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管50中，以蝕刻或研磨方式蝕刻出螺旋狀的凹槽72，并形成具螺旋狀的次外延結(jié)構(gòu)，其中上述的螺旋狀可以是順向或逆向、或方型或圓弧螺旋，本發(fā)明并不限于此。因此，本發(fā)明氮化物發(fā)光二極管50的螺旋金屬電極亦因為不同螺旋形狀而有不同的布置，例如圖2a所繪示為順向螺旋結(jié)構(gòu)，而圖3所繪示為另一具有逆向螺旋結(jié)構(gòu)的較佳實施例。
另外，上述的外延結(jié)構(gòu)僅為本發(fā)明具螺旋布置金屬電極的發(fā)光二極管的舉例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，其它因產(chǎn)品或制造方法而改變的外延結(jié)構(gòu)，例如沒有第二電性接觸層64的外延結(jié)構(gòu)，亦可應(yīng)用于本發(fā)明具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管中。
而在本發(fā)明一較佳實施例中，發(fā)光二極管的材質(zhì)如下基板52為藍(lán)寶石(Sapphire)基板；第一電性半導(dǎo)體層56是由氮化鋁鎵銦((AlxGa1-x)yIn1-yN；0≤x≤1；0≤y≤1)所構(gòu)成；緩沖層54的材質(zhì)的由氮化鋁(AlN)或氮化鎵(GaN)所構(gòu)成；第一電性夾層58是由氮化鋁鎵銦((AlxGa1-x)yIn1-yN；0≤x≤1；0≤y≤1)所構(gòu)成；主動層60的材質(zhì)可由含氮化鋁鎵銦((AlxGa1-x)yIn1-yN；0≤x≤1；0≤y≤1)材料雙異質(zhì)或量子井結(jié)構(gòu)所構(gòu)成；第二電性夾層62是由氮化鋁鎵銦((AlxGa1-x)yIn1-yN；0≤x≤1；0≤y≤1)所構(gòu)成；第二電性接觸層64是由氮化鋁鎵銦((AlxGa1-x)yIn1-yN；0≤x≤1；0≤y≤1)所構(gòu)成。
并且，當(dāng)本發(fā)明具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管50中，上述的第一電性為負(fù)型，而第二電性為與第一電性相異的正型時，則上述金屬電極的材料如下第一電性金屬電極68的材質(zhì)可由鈦(Ti)、鋁(Al)、或金(Au)的單層或多層金屬結(jié)構(gòu)、或其合金所構(gòu)成；第一電性金屬電極墊74可由鈦、鋁、或金的單層或多層金屬結(jié)構(gòu)、或其合金所構(gòu)成；第二電性透明電極66可由含鎳(Ni)、金的單層或多層金屬、或其合金、或其它導(dǎo)電金屬氧化物所構(gòu)成；第二電性金屬電極70可由含鎳、金的單層或多層金屬、或其合金、或其它具高導(dǎo)電度且與第二電性透明電極66具有高黏性的金屬材料所構(gòu)成；第二電性金屬電極墊76可由含鎳、金的單層或多層金屬、或其合金所構(gòu)成。
值得注意的是，上述本發(fā)明具螺旋布置金屬電極的發(fā)光二極管50的材質(zhì)僅為舉例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，其它可應(yīng)用在氮化物發(fā)光二極管的材質(zhì)亦可使用于本發(fā)明具螺旋布置金屬電極結(jié)構(gòu)中。
在本發(fā)明具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管50中，第二電性透明電極66、第二電性金屬電極70與第一電性金屬電極68的分布為螺旋平行結(jié)構(gòu)，因此注入電流將可平均分布在兩種電性的電極間，具有增進(jìn)電流分散與使發(fā)光區(qū)均勻發(fā)光的優(yōu)點。另外，由于蝕刻或研磨以在發(fā)光二極管50的外延結(jié)構(gòu)表面形成螺旋形的凹槽72，如此可使由發(fā)光區(qū)所產(chǎn)生的大角度射出光子，大多可通過凹槽72而射出發(fā)光二極管表面，如圖2b的光線80與光線82所示。因此，而具有增進(jìn)光子逸出效率的優(yōu)點。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管，至少包括一基板；一外延結(jié)構(gòu)位于該基板上，其中該外延結(jié)構(gòu)至少包括位于該基板上的一第一次堆疊結(jié)構(gòu)；以及以一螺旋狀分布于該第一次堆疊結(jié)構(gòu)上的一第二次堆疊結(jié)構(gòu)，其中該第二次堆疊結(jié)構(gòu)中具有一凹槽，且該凹槽暴露出該第二次堆疊結(jié)構(gòu)的一側(cè)面與該第一次堆疊結(jié)構(gòu)的一部分表面；一第一電性金屬電極位于該凹槽中，并沿該第二次堆疊結(jié)構(gòu)以螺旋狀分布于第一次堆疊結(jié)構(gòu)的部分表面上，其中該第一電性金屬電極并與一第一電性金屬電極墊連接；以及一第二電性歐姆電極位于該第二次堆疊結(jié)構(gòu)上，其中該第二電性與第一電性相異，且該第二電性歐姆電極至少包括一第二電性透明電極位于該第二次堆疊結(jié)構(gòu)上；以及一第二電性金屬電極位于該第二電性透明電極上，且該第二電性金屬電極與一第二電性金屬電極墊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于上述的第一次堆疊結(jié)構(gòu)至少包括含有暴露出該部分表面的一第一電性半導(dǎo)體層，且該第一電性半導(dǎo)體層是由氮化鋁鎵銦構(gòu)成；以及一緩沖層位于該第一電性半導(dǎo)體層與該基板間，且該緩沖層的材質(zhì)可選自于由氮化鋁與氮化鎵所組成的一族群。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于上述的第二次堆疊結(jié)構(gòu)至少包括一第一電性夾層位于該第一次堆疊結(jié)構(gòu)上，其中該第一電性夾層是由氮化鋁鎵銦構(gòu)成；一主動層位于該第一電性夾層上，其中該主動層的材質(zhì)可選自于含氮化鋁鎵銦材料雙異質(zhì)與量子井結(jié)構(gòu)所組成的一族群；一第二電性夾層位于該主動層上，其中該第二電性夾層是由氮化鋁鎵銦構(gòu)成；以及一第二電性接觸層位于該第二電性夾層上，且該第二電性接觸層是由氮化鋁鎵銦構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于上述的第一電性金屬電極墊與該第二電性金屬電極墊的形狀可選自于由方形、圓形、星形、與任意形狀所組成的一族群。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于若該第一電性為負(fù)型，第二電性為正型，則該第一電性金屬電極的材質(zhì)可選自于由鈦、鋁、與金的單層與多層金屬結(jié)構(gòu)、及其合金所組成的一族群，該第一電性金屬電極墊的材質(zhì)可選自由鈦、鋁、與金的單層與多層金屬結(jié)構(gòu)、及其合金所組成的一族群，第二電性透明電極的材質(zhì)可選自由含鎳、金的單層與多層金屬、及其合金、與其它導(dǎo)電金屬氧化物所組成的一族群，該第二電性金屬電極的材質(zhì)可選自含鎳、金的單層與多層金屬、及其合金、與其它具高導(dǎo)電度且與該第二電性透明電極具有高黏性的金屬材料所組成的一族群，且該第二電性金屬電極墊的材質(zhì)可選自含鎳、金的單層與多層金屬、及其合金所組成的一族群。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于上述的螺旋狀可選自于由方形、圓形、與其它形狀的順向螺旋與逆向螺旋所組成的一族群。
7.一種具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管的制造方法，至少包括提供一基板；形成一外延結(jié)構(gòu)位于該基板上，其中該外延結(jié)構(gòu)具有一第一電性半導(dǎo)體層；形成一凹槽于該外延結(jié)構(gòu)中，以去除部分的外延結(jié)構(gòu)，形成具一螺旋狀的一次外延結(jié)構(gòu)，且該凹槽暴露出該次外延結(jié)構(gòu)的一側(cè)面與第一電性半導(dǎo)體層的一部分表面；形成一第一電性金屬電極于該凹槽中，且使該第一電性金屬電極沿著該次外延結(jié)構(gòu)而以螺旋狀分布于第一電性半導(dǎo)體層的該部分表面上；形成一第一電性金屬電極墊于該第一電性半導(dǎo)體層的部分表面上，其中該第一電性金屬電極墊并與第一電性金屬電極連接；形成一第二電性透明電極于次外延結(jié)構(gòu)上，并形成該螺旋狀分布；形成一第二電性金屬電極于該第二電性透明電極上，并形成該螺旋狀分布；以及形成一第二電性金屬電極墊于該第二電性透明電極上，其中該第二電性金屬電極墊與該第二電性金屬電極連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于上述的外延結(jié)構(gòu)的形成步驟是利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積方法或分子束外延法。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于上述的凹槽的形成步驟是利用選自于由干式蝕刻法、濕式蝕刻法、與機(jī)械切割法所組成的一族群。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于上述的第一電性金屬電極、第一電性金屬電極墊、第二電性透明電極、第二電性金屬電極、與第二電性金屬電極墊的形成步驟是利用選自于由熱蒸發(fā)、電子束蒸鍍、與離子濺鍍所組成的一族群。
全文摘要
一種具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管(Light Emitting Diode；LED)及其制造方法，是利用蝕刻或研磨方法，以在發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)表面形成螺旋形的凹槽。因此，在后續(xù)形成具有兩種不同電性的金屬電極間，亦形成螺旋平行結(jié)構(gòu)的分布。利用本發(fā)明具螺旋布置金屬電極的氮化物發(fā)光二極管，可使注入電流平均分布于兩種電性的電極間，具有增進(jìn)電流分散(Current Spreading)與均勻發(fā)光區(qū)的優(yōu)點。另外，產(chǎn)生的光子若以大角度放射到發(fā)光二極管的表面，將可經(jīng)由蝕刻螺旋形圖案后所暴露出的凹槽側(cè)邊逸出，可增進(jìn)光子的逸出效率(Extraction Efficiency)。
文檔編號H01L33/00GK1433086SQ0210171
公開日2003年7月30日 申請日期2002年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月14日
發(fā)明者陳錫銘 申請人:聯(lián)銓科技股份有限公司, 陳錫銘