專利名稱：發(fā)光二極管裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種發(fā)光二極管裝置，特別是一種氮化鎵(GaN)系列的發(fā)光二極管裝置，其為一種電極具有良好的光線反射性的覆晶式氮化鎵(GaN)系列的發(fā)光二極管裝置。
氮化鎵(GaN)系列的發(fā)光裝置，由于能發(fā)出特殊頻率的光(如藍(lán)光、綠光)而較受到重視。目前，其襯底的選擇受限于GaN的性質(zhì)，襯底主要以下列材料制成，如藍(lán)寶石(sapphire)、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)或玻璃襯底等。其中，藍(lán)寶石襯底為絕緣體，故其元件的正、負(fù)兩個(gè)電極位置，必須位于GaN系列磊晶層的同一方，也就是具有所謂橫向(lateral device)電極的特征。美國(guó)專利第5,563,442號(hào)、5,578,839號(hào)、5,583,879號(hào)己公開了一系列有關(guān)GaN系列的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置以藍(lán)寶石為襯底的橫向元件制作方法。由此結(jié)構(gòu)制造而成的發(fā)光二極管裝置，如圖1所示，其先將發(fā)光二極管晶粒10的襯底11固定在一導(dǎo)電支架(lead frame)12上，而后晶粒10上方的正負(fù)兩電極13和14必須分別連兩條金或鋁導(dǎo)線15和16導(dǎo)通導(dǎo)電支架的兩個(gè)電極。然而，位于晶粒表面的連線用電極焊墊17，因會(huì)遮光而造成發(fā)光面積縮小與明暗不均的現(xiàn)象；此外，此一發(fā)光二極管裝置雖公開一可透光的金屬電極13用以提供分散電流(current spreading)的功能來(lái)提高發(fā)光效率，但由于其薄到可透光的狀態(tài)，故其橫向電阻較大，因此，所能提供的分散電流的功效極為有限；反之，由于其本身位于主要發(fā)光面上，雖然其可透光，但仍會(huì)降低發(fā)光效率。
美國(guó)專利第4,476,620號(hào)公開一種覆晶式氮化鎵(GaN)系列的發(fā)光二極管裝置(如圖2所示)，其是將發(fā)光二極管晶粒上的電極21和22直接貼附在導(dǎo)電支架(lead frame)23的定點(diǎn)上，而利用襯底24(如藍(lán)寶石)本身的透光性使發(fā)射出的光可直接通至外界。此種覆晶式發(fā)光二極管裝置的主要發(fā)光面上并無(wú)遮光的電極焊墊，故可增加發(fā)光面積，提高發(fā)光效率。然而，此種現(xiàn)有的覆晶式氮化鎵(GaN)系列的發(fā)光二極管裝置發(fā)出的光中僅有一半可直接通過(guò)透光襯底24通至外界，而約有一半的光線射向電極(21和22)及導(dǎo)電支架23，因此，未能充分發(fā)揮其發(fā)光作用。此外，如美國(guó)專利第4,476,620號(hào)所公開的現(xiàn)有的覆晶式氮化鎵(GaN)系列的發(fā)光二極管裝置，并沒(méi)有提供分散電流(current spreading)的功能，因此，只有在電極所在的位置有較好的發(fā)光效果，其他位置則發(fā)光效果不佳。
本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種發(fā)光效率高的氮化鎵(GaN)系列的發(fā)光二極管裝置。本實(shí)用新型的發(fā)光二極管裝置為覆晶式發(fā)光二極管裝置，故于主要發(fā)光面上沒(méi)有遮光的電極焊墊；此外，本實(shí)用新型的發(fā)光二極管裝置具有一兼具光反射功能及分散電流功能的電極，其可將射向電極的光線反射至透光襯底方向，而可大大提高裝置的發(fā)光效率；此外，此電極可具有足夠的厚度及大小而能分散電流，使發(fā)光二極管充分發(fā)揮其發(fā)光效率。
為達(dá)到上述目的本實(shí)用新型采取如下措施本實(shí)用新型的一種發(fā)光二極管裝置，包括一半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)，位于透光襯底的一主要表面上，堆疊結(jié)構(gòu)包括鄰接主要表面的-n型氮化鎵Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體層；一鄰接n型半導(dǎo)體層的-p型氮化鎵Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體層；一第一電極，其與n型半導(dǎo)體層接觸；一第二電極，其與p型半導(dǎo)體層接觸；其特征在于，第二電極具有良好的光反射特性，且覆蓋p型半導(dǎo)體層的大部分外表面。
其中，所述堆疊結(jié)構(gòu)還包括一活化層，界于所述n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層之間。
其中，還包括一絕緣保護(hù)層，至少包覆在所產(chǎn)堆疊結(jié)構(gòu)的四周側(cè)面、所述第一電極的一部分及第二電極的一部分。
本實(shí)用新型的另一種發(fā)光二極管裝置，包括一透光襯底；一半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)，位于透光襯底的一主要表面上，堆疊結(jié)構(gòu)包括鄰接主要表面的-p型氮化鎵Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體層，和鄰接p型半導(dǎo)體層的-n型氮化鎵Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體層；一第一電極，與n型半導(dǎo)體層接觸；一第二電極，與p型半導(dǎo)體層接觸；其特征在于；第一電極具有良好的光反射特性，且覆蓋n型半導(dǎo)體層的大部分外表面。
其中，所述堆疊結(jié)構(gòu)更包括一活化層界于所述n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層之間。
其中，還可包括一絕緣保護(hù)層，至少包覆于所述堆疊結(jié)構(gòu)的四周側(cè)面、所述第一電極的一部分及第二電極的一部分。
結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)特征詳細(xì)說(shuō)明如下
圖1現(xiàn)有氮化鎵系列的發(fā)光二極管裝置的截面示意圖；圖2現(xiàn)有覆晶式氮化鎵系列的發(fā)光二極管裝置的截面示意圖；圖3本實(shí)用新型的發(fā)光二極管實(shí)施例的截面示意圖；圖4圖3的發(fā)光二極管以覆晶方式結(jié)合于一基座的示意圖。
本實(shí)用新型的氮化鎵(GaN)系列的發(fā)光二極管裝置的發(fā)光效率高。本實(shí)用新型的覆晶式發(fā)光二極管裝置具有一兼具光反射功能及分散電流功能的電極，其可將朝向電極的光反射至透光襯底方向而大大提高裝置的發(fā)光效率；此外，此電極可具有足夠的厚度及大小而能起到分散電流的作用，使發(fā)光二極管充分發(fā)揮其發(fā)光效率。
如圖3所示，其為本實(shí)用新型的一實(shí)施例中發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)的示意圖，晶粒結(jié)構(gòu)30包括一透光襯底31，其材料可為藍(lán)寶石(sapphire)、玻璃、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)等，或其他透明材料。一半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)，位于透光襯底31的一主要表面上，該堆疊結(jié)構(gòu)包括鄰接該主要表面的-n型的氮化鎵Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體層32，和鄰接該n型半導(dǎo)體層的-p型之氮化鎵Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體層33。此實(shí)施例中，堆疊結(jié)構(gòu)包括一活化層34界于n型半導(dǎo)體層32和p型半導(dǎo)體層33之間；在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，堆疊結(jié)構(gòu)可以不包括活化層34。此堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法為業(yè)界所熟知，故不再詳述。電極35位于一蝕刻形成的窗口中，用以接觸n型半導(dǎo)體層32。電極36覆蓋在p型半導(dǎo)體層33的大部分表面，由于電極36的大小及厚度等并未特殊的限制，故電極36的幾何形狀與大小可被設(shè)計(jì)以達(dá)到最佳的分散電流效果，以提高發(fā)光效率；此外，電極36的材料可選用具有高反射效率的材料，用以將朝向電極36的光反射至透光襯底方向，而進(jìn)一步提高發(fā)光效率。
在本實(shí)用新型中，電極36的材料可為透明導(dǎo)電層與鋁(Al)或銀(Ag)的多層結(jié)構(gòu)；于本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，電極36的材料可為鎳/金/鈦/鋁(Ni/Au/Ti/Al)的多層結(jié)構(gòu)，其中鎳/金(Ni/Au)形成一透明金屬層直接覆蓋在p型半導(dǎo)體層33上，再在鎳/金(Ni/Au)層上依次形成鈦(Ti)層及鋁(Al)層。電極36必須具備低歐姆接觸電阻與高反射效率。鎳/金(Ni/Au)為p型氮化鎵Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體良好的透明歐姆接觸金屬之一，而鋁(Al)則是良好的光反射金屬，但由于金和鋁在高溫下會(huì)互相擴(kuò)散而破壞鋁的反射效果，故利用鈦(Ti)作為金和鋁的擴(kuò)散阻隔(diffusion barrier)，且鈦亦是一良好的反射金屬。在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，電極36的材料可為氧化銦錫/鋁(ITO/Al)，氧化銦錫/銀(ITO/Ag)等；其中氧化銦錫(ITO)是一透明導(dǎo)電體，其反射效果是由鋁或銀產(chǎn)生的。
在本實(shí)用新型的不同實(shí)施例中，可在晶粒30的四周側(cè)面及晶粒30表面，鍍上一層絕緣層37，其材料可為SiOx、SiNy等，僅暴露出必須與基座上的導(dǎo)電區(qū)接觸的電極部分。設(shè)絕緣層37的目的是為了保護(hù)隔絕p/n介面，以及防止導(dǎo)電膠導(dǎo)通、漏電流等現(xiàn)象的產(chǎn)生。
圖4所示為圖3的發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)以覆晶方式結(jié)合于一基座的示意圖?；?0可為現(xiàn)有的導(dǎo)電支架、玻璃支架、電路板或是薄膜電路等。以導(dǎo)電支架或玻璃支架等作為基座，可形成個(gè)別的發(fā)光二極管裝置；以電路板或是薄膜電路等作為基座，可形成表面粘著(SMD)的發(fā)光二極管裝置?；?0具有導(dǎo)電區(qū)41及42分別作為正電極和負(fù)電極。以點(diǎn)膠機(jī)將電膠43分別點(diǎn)在基座40上的正負(fù)兩電極位置。再者，利用襯底透光的特性，將發(fā)光二極管晶粒30做180°翻轉(zhuǎn)使晶粒30的透光襯底朝上、電極35與36朝下，識(shí)別其正負(fù)電極的正確方向后，將電極35與36對(duì)準(zhǔn)基座上的兩電極的導(dǎo)電膠43，平放貼附至基座上，使其與基座上的電極導(dǎo)通。最后，在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)以適當(dāng)?shù)臏囟群婵緦?dǎo)電膠，即完成覆晶式發(fā)光二極管裝置的制作。
在發(fā)光二極管的此實(shí)施例中，由P-N界面或活化層發(fā)出的光線，約一半朝透光襯底方向通至外界，另一半朝向電極36，由于電極36具有高度光反射效率，可將光線反射至透光襯底方向，可進(jìn)一步提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，可將n型半導(dǎo)體層及p型半導(dǎo)體層的位置互換，此時(shí)覆蓋在n型半導(dǎo)體層上的電極即為兼具光反射功能及分散電流功能的電極，此電極的材料可為透明導(dǎo)電層與鋁(Al)或銀(Ag)的多層結(jié)構(gòu)；本實(shí)用新型實(shí)施例中，此電極的材料可為鈦/鋁(Ti/Al)、鈦/銀(Ti/Ag)、氧化銦錫/鋁(ITO/Al)或氧化銦錫/銀(ITO/Ag)等多層結(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下效果由于本實(shí)用新型的發(fā)光二極管裝置中，所使用的電極具有良好的光線反射性，其可將射向電極的光線反射至透光襯底方向，所以可大大提高本裝置的發(fā)光效率；本實(shí)用新型的發(fā)光二極管裝置中的電極還具有分散電流的功能，此電極具有足夠的厚度及大小，能起分散電流的作用，可使其發(fā)光效率得以充分發(fā)揮。
以上敘述是借實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征，并非用于限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種發(fā)光二極管裝置，包括一半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)，位于透光襯底的一主要表面上，堆疊結(jié)構(gòu)包括鄰接主要表面的-n型氮化鎵Ⅲ-V族化合物半導(dǎo)體層；一鄰接n型半導(dǎo)體層的-p型氮化鎵Ⅲ-V族化合物半導(dǎo)體層；一第一電極，其與n型半導(dǎo)體層接觸；一第二電極，其與p型半導(dǎo)體層接觸；其特征在于，第二電極具有良好的光反射特性，且覆蓋p型半導(dǎo)體層的大部分外表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述堆疊結(jié)構(gòu)還包括一活化層，界于所述n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，還包括一絕緣保護(hù)層，至少包覆在所產(chǎn)堆疊結(jié)構(gòu)的四周側(cè)面、所述第一電極的一部分及第二電極的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，還包括一基座，其具有第一及第二導(dǎo)電區(qū)，分別與所述第一及第二電極連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述基座為導(dǎo)電支架、玻璃支架、電路板或薄膜電路中之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述第二電極為透明導(dǎo)電層與鋁的多層結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述第二電極為透明導(dǎo)電層與銀的多層結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述第二電極為鎳/金/鈦/鋁、氧化銦錫/鋁或氧化銦錫/銀等多層結(jié)構(gòu)中之一。
9.一種發(fā)光二極管裝置，包括一透光襯底；一半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)，位于透光襯底的一主要表面上，堆疊結(jié)構(gòu)包括鄰接主要表面的-p型氮化鎵Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體層，和鄰接p型半導(dǎo)體層的-n型氮化鎵Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體層；一第一電極，與n型半導(dǎo)體層接觸；一第二電極，與p型半導(dǎo)體層接觸；其特征在于；第一電極具有良好的光反射特性，且覆蓋n型半導(dǎo)體層的大部分外表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述堆疊結(jié)構(gòu)更包括一活化層界于所述n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，還包括一絕緣保護(hù)層，至少包覆于所述堆疊結(jié)構(gòu)的四周側(cè)面、所述第一電極的一部分及第二電極的一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，還包括一基座，其具有第一及第二導(dǎo)電區(qū)，分別與所述第一及第二電極連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述基座為導(dǎo)電支架、玻璃支架、電路板或薄膜電路中之一。
14.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，所述第一電極為透明導(dǎo)電層與鋁的多層結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，所述第一電極為透明導(dǎo)電層與銀的多層結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，所述第一電極為鈦/鋁、鈦/銀、氧化銦錫/鋁或氧化銦錫/銀等多層結(jié)構(gòu)中之一。
專利摘要一種發(fā)光二極管裝置,包括:一半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu),位于透光襯底的一主要表面上,堆疊結(jié)構(gòu)包括一n型氮化鎵Ⅲ—Ⅴ族化合物半導(dǎo)體層;一鄰接n型半導(dǎo)體層的一p型氮化鎵Ⅲ—Ⅴ族化合物半導(dǎo)體層;一第一電極,其與n型半導(dǎo)體層接觸;一第二電極,其與p型半導(dǎo)體層接觸;二電極中之一具有良好的光反射特性及分散電流的作用;本發(fā)光二極管裝置的發(fā)光效率高。
文檔編號(hào)H01L33/00GK2434788SQ9925365
公開日2001年6月13日 申請(qǐng)日期1999年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月9日
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