專利名稱：具縮減電極面積的發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種光源裝置及其制造方法，特別是關(guān)于一種具縮減電極面積的發(fā) 光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光元件(Light Emitting Device, LED)為將電能轉(zhuǎn)換為光能的重要固態(tài)元件。 這些元件的改善使得在照明設(shè)備的使用上，發(fā)光元件被設(shè)計(jì)用來(lái)取代傳統(tǒng)白熾光源和螢光 光源。發(fā)光元件具有較長(zhǎng)的生命期，而且在一些例子中，明顯地有較高的電光轉(zhuǎn)換效率。產(chǎn)生每流明(lumen，光通量單位)光的成本是決定新技術(shù)取代傳統(tǒng)光源的速度的 一個(gè)重要因素。對(duì)于任何給定的材料系統(tǒng)，在發(fā)光元件上每單位面積產(chǎn)生的光具有一個(gè)最 大值，該最大值由熱因子例如熱消耗和發(fā)光元件所能操作的最大溫度所決定。當(dāng)發(fā)光元件 的溫度上升，光轉(zhuǎn)換效率便會(huì)下降。發(fā)光元件的成本與制造該發(fā)光元件的芯片的面積成比 例。因?yàn)榘l(fā)光元件表面每單位面積有一最大光輸出量，不會(huì)產(chǎn)生光的芯片的任何區(qū)域?qū)?huì) 增加該發(fā)光元件每流明的成本。一個(gè)發(fā)光元件可視為形成在一基板上的三層結(jié)構(gòu)，其中產(chǎn)生光的主動(dòng)層夾在一 ρ 型層與一 η型層之間。電能經(jīng)由接觸施予在該ρ型層與η型層上，以使得電流擴(kuò)散于該ρ 型層與η型層。一般來(lái)說(shuō)，η型層鄰接在基板上，而ρ型層是最頂層。通過(guò)覆蓋該ρ型層表 面的一電極結(jié)構(gòu)可促進(jìn)該P(yáng)型層的電流擴(kuò)散。在透過(guò)P型層發(fā)光的發(fā)光元件的例子中，該 電極結(jié)構(gòu)可包含例如銦錫氧化物(ITO)的一透明層。η型層的接觸(contact)形成在一溝槽中，該溝槽經(jīng)刻蝕穿過(guò)ρ型層及主動(dòng)層。為 了提供足夠的電流擴(kuò)散面積，溝槽專用的表面區(qū)域必須占發(fā)光元件的表面區(qū)域的一重要部 分。溝槽的大小被增加以進(jìn)一步容納制造過(guò)程的對(duì)位容許誤差。溝槽區(qū)域并不產(chǎn)生光，因 此，溝槽對(duì)于發(fā)光元件每流明(光通量單位)的成本是一個(gè)重要的因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包含一種光源及其制造方法。該光源包含一基板及包圍一主動(dòng)層的第一層 與第二層。該第一層包含一第一導(dǎo)電型材料且鄰接該基板。該主動(dòng)層位于該第一層上方且 當(dāng)空穴與電子在其中再結(jié)合時(shí)產(chǎn)生光。該第二層包含一第二導(dǎo)電型材料且位于該主動(dòng)層上 方，該第二層具有一第一表面位于該主動(dòng)層上方及一第二表面相對(duì)于該第一表面。一溝槽 延伸穿過(guò)該第二層及該主動(dòng)層進(jìn)入該第一層。該溝槽具有電性絕緣壁面。一第一電極設(shè)置 于該溝槽內(nèi)，使得該第一電極電氣接觸該第一層，及該第二電極電氣接觸該第二層。在本發(fā) 明的一方面，該電性絕緣壁面包含一氮化硅(SiN)層。在本發(fā)明的另一方面，該第一電極包 含一金屬層填滿該溝槽且接觸該電性絕緣壁面。在本發(fā)明的又一方面，一透明導(dǎo)電材料層 置于該第二電極與該第二表面之間。在本發(fā)明的再一方面，一絕緣島狀物位于該第二電極 下方且位于該透明導(dǎo)電材料層與該第二層的第二表面之間。該絕緣島狀物與該溝槽的電性 絕緣壁面的材料相同。


圖1是一現(xiàn)有發(fā)光元件20的上視圖； 圖2是沿圖1的2-2虛線的發(fā)光元件20的截面圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明一方面的一發(fā)光元件的截面圖；及
圖4至圖6是根據(jù)本發(fā)明一方面的一發(fā)光元件50的各制造步驟對(duì)應(yīng)的截面圖( 附圖標(biāo)號(hào)20發(fā)光元件21基板
22η型層23主動(dòng)層
24P型層25透明導(dǎo)電材料層
26電極27電極
28溝槽40發(fā)光元件
43絕緣島狀物44透明導(dǎo)電材料層
45電性絕緣壁面47電極
48溝槽50發(fā)光元件
52底部53絕緣島狀物
55電性絕緣壁面56電極
57電極58溝槽
具體實(shí)施例方式通過(guò)參照?qǐng)D1與圖2的現(xiàn)有發(fā)光元件可更容易了解本發(fā)明提供的優(yōu)點(diǎn)。圖1為發(fā) 光元件(Light Emitting Device, LED) 20的上視圖，及圖2為沿圖1的2-2虛線的發(fā)光元 件20的截面圖。發(fā)光元件20通過(guò)沉積一些層在一基板21上建構(gòu)而成。發(fā)光元件20可視 為具有三層結(jié)構(gòu)，由一 η型層22、一主動(dòng)層23及一 ρ型層24所組成。這些層的每一層包含 一些子層；然而由于這些子層與本發(fā)明無(wú)關(guān)，這些子層在圖中將被省略以簡(jiǎn)化圖式。當(dāng)空穴與電子在主動(dòng)層23中結(jié)合時(shí)，主動(dòng)層23便產(chǎn)生光以回應(yīng)η型層22與ρ型 層24間所產(chǎn)生的電位差。該電位差是由連接電極26及電極27至一電源所產(chǎn)生的。一般 來(lái)說(shuō)，P型層的電阻太大以致于無(wú)法提供足夠的電流擴(kuò)散遍及P型層，因此一透明導(dǎo)電材料 層25置于電極26與ρ型層24之間以促進(jìn)電流的擴(kuò)散。為了提供進(jìn)入η型層22的通道，一溝槽28被刻蝕穿過(guò)主動(dòng)層23及ρ型層24進(jìn) 入η型層22。然后電極27沉積于溝槽28內(nèi)。為了提供足夠的電流擴(kuò)散，該溝槽延伸橫越 發(fā)光元件20。在較大的發(fā)光元件中，可能會(huì)具有多個(gè)溝槽，因此溝槽區(qū)域是發(fā)光元件發(fā)光區(qū) 域的一個(gè)重要部分。因?yàn)榘l(fā)光元件被用來(lái)作成溝槽的部分并不產(chǎn)生任何的光，從光產(chǎn)生的 觀點(diǎn)來(lái)看，溝槽區(qū)域便被浪費(fèi)了，也因此增加了發(fā)光元件每流明(lumen)的成本。在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)下，溝槽面積顯然比電極27所覆蓋的面積還要大。電極27與 主動(dòng)層23及ρ型層24都沒有電性連接具有關(guān)鍵的重要性，因?yàn)樗a(chǎn)生的短路將使得發(fā)光 元件無(wú)法工作。在現(xiàn)有的發(fā)光元件制造系統(tǒng)中，電極27直接沉積于溝槽28中。為了確保 當(dāng)金屬層沉積于溝槽中時(shí)沒有形成接觸(contact)，一般來(lái)說(shuō)，溝槽會(huì)做得比電極27來(lái)得 寬以容納制造過(guò)程中的對(duì)位誤差。在后續(xù)的制造步驟中，在電極27與溝槽壁面之間的區(qū)域填滿了絕緣材料，包覆發(fā)光元件的工藝步驟的一部分以防止?jié)駳饧捌渌h(huán)境污染物攻擊這 些層。因?yàn)殡姌O27并未接觸溝槽28的壁面，因此該絕緣材料的品質(zhì)并非關(guān)鍵。舉例來(lái)說(shuō)， 該絕緣材料中的孔洞(pinhole)并不會(huì)造成短路。本發(fā)明通過(guò)使用無(wú)孔洞的絕緣材料作為該溝槽的襯墊層克服短路的問題，然后沉 積接觸材料于具襯墊層的該溝槽中。該溝槽內(nèi)的襯墊層的厚度遠(yuǎn)小于上述使用在工藝結(jié)構(gòu) 中的氣隙(air gap)，因此溝槽浪費(fèi)掉的面積大大的減少。提供該溝槽襯墊層的光罩工藝技 術(shù)可與其它用來(lái)進(jìn)一步改善發(fā)光元件電流轉(zhuǎn)換效率的光罩工藝相結(jié)合，因此額外的沉積步 驟的成本可降至最少。請(qǐng)參考圖3，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的一發(fā)光元件的截面圖。發(fā)光元件40可視為具 有三層結(jié)構(gòu)，由一 η型層22、一主動(dòng)層23及一 ρ型層24所組成。在沉積透明導(dǎo)電材料層 44之前，溝槽48被刻蝕穿過(guò)主動(dòng)層23與ρ型層24進(jìn)入η型層22。然后沉積一圖案化氮 化硅(SiN)層，以在電極26下方產(chǎn)生一絕緣島狀物43及如45所示的溝槽48的電性絕緣 壁面。該電性絕緣壁面45防止電極47與主動(dòng)層23及ρ型層24造成短路。一般來(lái)說(shuō)，該 溝槽48的寬度為10微米(μ m)而該電性絕緣壁面45的厚度為100奈米(nm)。在現(xiàn)有的 元件中，一般來(lái)說(shuō)溝槽為30微米(μπι)。因此本發(fā)明對(duì)于溝槽所占的面積做了相當(dāng)明顯的 縮減。絕緣島狀物43基本上阻擋電流流經(jīng)正好在電極26下方的主動(dòng)層。一般來(lái)說(shuō)，電 極26是不透光且部分吸光的，因此正好在電極26下方區(qū)域產(chǎn)生的部份發(fā)光就浪費(fèi)掉了。故 在缺乏絕緣島狀物43的情況下，通過(guò)電極26下方區(qū)域的部分電流將會(huì)被浪費(fèi)掉，造成發(fā)光 效率的損失，此可由測(cè)量消耗的每瓦特功率的光輸出得知。此外，浪費(fèi)掉的電流會(huì)產(chǎn)生熱而 必須被消除。絕緣島狀物43防止這一損失，因此增加發(fā)光元件40的功率轉(zhuǎn)換效率，而且降 低離開發(fā)光元件40的每流明發(fā)光該發(fā)光元件產(chǎn)生的熱。在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)用例如絕 緣島狀物43的島狀物，該島狀物利用電漿輔助化學(xué)氣相沉積法(PECVD)沉積氧化硅(SiOx) 薄膜所構(gòu)成。然而，氧化硅不是一個(gè)適合用來(lái)絕緣溝槽48壁面的介電質(zhì)，因?yàn)樵谘趸杞?電層中孔洞(pinhole)是很常見的。通過(guò)參照?qǐng)D4至圖6可更輕易了解發(fā)光元件40的制造方法，其中圖4至圖6是根 據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)光元件50的制造步驟對(duì)應(yīng)的截面圖。請(qǐng)參考圖4，如前面所述，層 22至24沉積在基板21上方。然后，一溝槽58被刻蝕穿過(guò)主動(dòng)層23與ρ型層24進(jìn)入η型 層22。請(qǐng)參考圖5，之后沉積一圖案化氮化硅層以形成島狀物53及在溝槽58中形成一電 性絕緣壁面55。該電性絕緣壁面55的底部52被刻蝕以提供電氣通道至η型層22。接下 來(lái)，透明導(dǎo)電材料層44被沉積及圖案化在島狀物53上方，但同時(shí)溝槽58被保護(hù)。最后，沉 積一圖案化金屬層以形成如圖6所示的電極56及電極57。本發(fā)明上述的發(fā)光元件采用一電流阻擋層，例如上述討論的島狀物53。然而根據(jù) 本發(fā)明，缺少此一特征的發(fā)光元件也可被制造出來(lái)。因?yàn)橄嗤牧蠈右灿脕?lái)絕緣溝槽壁，所 以此特征只需些微成本即可完成，也因此根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件特別具有吸引力。本發(fā)明上述的發(fā)光元件采用氮化硅作為溝槽壁的絕緣材料。該材料特別吸引人 之處在于它可以沉積形成不具孔洞的薄膜，這些孔洞可能造成電極57與主動(dòng)層23及ρ型 層24之間短路。然而，其他絕緣材料也可采用，例如氮化鋁(AlNx)、氧化鈦(TiOx)、氧化鋁 (AlOx)或氮氧化硅(SiOxNy)都可被使用。
本發(fā)明上述的發(fā)光元件從發(fā)光元件的頂表面發(fā)光并因此采用一透明電流擴(kuò)散層。 然而，從基板底表面發(fā)光的實(shí)施例也可以被建構(gòu)出來(lái)。這樣一來(lái)，在頂表面上方的電流擴(kuò)散 層也可以是一反射面以導(dǎo)引離開發(fā)光元件頂表面的發(fā)光朝向基板。這樣的實(shí)施例并沒有因 為位于電極下方的絕緣島狀物而受益，因此將不需要該絕緣島狀物。上面所描述的發(fā)光元件采用η型層沉積在基板上方而P型層最后沉積的結(jié)構(gòu)。然 而，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件，先沉積P型層的結(jié)構(gòu)也可被建構(gòu)出來(lái)。依前述的描述與伴隨的圖式，本領(lǐng)域技術(shù)人員將可清楚了解本發(fā)明的各種變化與 修飾。因此，本發(fā)明僅被下述的權(quán)利要求所限制。
權(quán)利要求
1.一種光源，其特征在于，所述的光源包含 一基板；一第一層，鄰接所述基板且所述第一層包含一第一導(dǎo)電型材料； 一主動(dòng)層，位于所述第一層上方，當(dāng)空穴與電子在所述主動(dòng)層中再結(jié)合時(shí)所述主動(dòng)層 產(chǎn)生光；一第二層，位于所述主動(dòng)層上方且所述第二層包含一第二導(dǎo)電型材料，所述第二層具 有一第一表面位于所述主動(dòng)層上方及一第二表面相對(duì)于所述第一表面；一溝槽，延伸穿過(guò)所述第二層及所述主動(dòng)層進(jìn)入所述第一層，所述溝槽具有電性絕緣 壁面；一第一電極，設(shè)置于所述溝槽內(nèi)使得所述第一電極電氣接觸所述第一層；及 一第二電極，電氣接觸所述第二層。
2.如權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于，所述電性絕緣壁面包含一氮化硅層。
3.如權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于，所述第一電極包含一金屬層填滿所述溝槽 并接觸所述電性絕緣壁面。
4.如權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于，所述的光源進(jìn)一步包含一透明導(dǎo)電材料層 位于所述第二電極與所述第二表面之間。
5.如權(quán)利要求4所述的光源，其特征在于，所述的光源進(jìn)一步包含一絕緣島狀物位于 所述第二電極下方且置于所述透明導(dǎo)電材料層與所述第二層的第二表面之間。
6.如權(quán)利要求5所述的光源，其特征在于，所述電性絕緣壁面包含一絕緣材料層及所 述絕緣島狀物包含相同的絕緣材料。
7.如權(quán)利要求6所述的光源，其特征在于，所述絕緣材料選自下列群組氮化硅、氮化 鋁、氧化鈦、氧化鋁及氮氧化硅。
8.—種制造一發(fā)光元件的方法，其特征在于，所述的方法包含 沉積包含一第一導(dǎo)電型材料的一第一層以鄰接一基板；沉積一主動(dòng)層位于所述第一層上方，當(dāng)空穴與電子在其中再結(jié)合時(shí)所述主動(dòng)層產(chǎn)生光；沉積包含一第二導(dǎo)電型材料的一第二層位于所述主動(dòng)層上方，所述第二層具有一第一 表面位于所述主動(dòng)層上方及一第二表面相對(duì)于所述第一表面；刻蝕一溝槽延伸穿過(guò)所述第二層及所述主動(dòng)層進(jìn)入所述第一層； 沉積一絕緣材料層于所述溝槽內(nèi)；刻蝕一孔洞于所述絕緣材料層的一部分以使得所述第一層的一部分裸露于所述溝槽 中；及沉積一導(dǎo)電材料層于所述溝槽內(nèi)以形成一第一電極電氣接觸所述第一層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含沉積所述絕緣材料于所述第二 表面上，同時(shí)沉積所述絕緣材料于所述溝槽中并且圖案化所述絕緣材料以形成一絕緣材料 島狀物鄰接所述第二表面。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含沉積一透明導(dǎo)電材料層于所述 島狀物與所述第二表面上方，然后沉積一圖案化導(dǎo)電材料層于所述島狀物上方，以形成一 第二電極電氣接觸所述透明導(dǎo)電材料層。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種光源及其制造方法，該光源(40)包含一基板(21)、一第一半導(dǎo)體層(22)及一第二半導(dǎo)體層(24)包圍一主動(dòng)層(23)。該第一層包含一第一導(dǎo)電型材料并鄰接該基板。該主動(dòng)層位于該第一層上方，且當(dāng)空穴與電子在其中再結(jié)合時(shí)產(chǎn)生光。該第二層包含一第二導(dǎo)電型材料且位于該主動(dòng)層上方，該第二層具有一第一表面位于該主動(dòng)層上方及一第二表面相對(duì)于該第一表面。一溝槽(48)延伸穿過(guò)該第二層及該主動(dòng)層進(jìn)入該第一層。該溝槽具有電性絕緣壁面(45)。一第一電極(47)置于該溝槽內(nèi)使得該第一電極電氣接觸該第一層，及一第二電極(26)電氣接觸該第二層。
文檔編號(hào)H01L33/44GK101999179SQ200980102876
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者漢辛奈因·古拉姆 申請(qǐng)人:普瑞光電股份有限公司