专利名称：氮化镓系发光二极管的垂直电极结构的制作方法
技术领域：
本实用新型系有关于一种氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其尤指一种氮化镓系发光二极管的结构，其是一具有垂直电极的氮化镓系发光二极管，且其有效地降低弗列斯涅折射损失(Fresnel refractionloss)及全反射(total reflection)进而提高外部发光效率。
背景技术：
为何要研制蓝光发光二极管答案主要有三可做全彩显示器，可做交通信号灯，可做白光照明灯源。目前市面上已销售多年的各种不同颜色的发光二极管，包括红光、绿光、橙光及黄光。但是蓝光及绿光的发光体，欲达到显示器实用程度的高效率且高亮度，则仍处于研发阶段。若以氮化铟镓/氮化镓/铝氮化镓为基础材料，来研制高亮度的蓝光及绿光发光体，配合原来已发展成熟的红光发光二极管，则可达成全彩显示器的研制目标。另外，目前所使用的灯泡型交通信号，因灯泡装置较耗电、寿命短，且有“疑似点灯”的状况(当太阳直射灯泡时)，易造成交通事故，若能以高亮度红蓝绿光发光二极管取代传统的灯泡，将可大大提高交通信号灯的鲜明度。将蓝色发光二极管的技术稍加改良，即可进一步研制蓝光半导体雷射，利用此种短波长蓝光半导体雷射取代目前光驱所使用的红光半导体雷射(光学读写头)，能增大光盘记录容量三倍以上。也就是说，未来可以在12公分直径的光盘上，录下约三小时的动态电影，这将是令人兴奋的消息。蓝光发光二极管芯片加上钇铝石榴石黄光荧光粉，利用蓝光激发黄色荧光粉产生黄光，同时也有部分蓝光放射出来，蓝黄混合之后可形成白光。白光发光二极管的优点相当多寿命长、省电、低压驱动、安全又具环保效果，效果因而已被欧美科学家视为二十一世纪的照明光源。氮化镓亦可做成紫外光发光二极管，是短波长光源，而短波长光源属于高能量光源，因此可应用于医疗、食物处理、温室栽培等各类新兴应用上。
习知技术中使用的蓝宝石(Sapphire)基板所制程的氮化镓系列的发光二极管，由于该基板系绝缘无法导电，故需制成横向电极的结构，如图1所示，其是包含一蓝宝石绝缘基板100’，其上依序磊晶成长一缓冲层110’、一N型半导体层120’、一发光层130’、一P型半导体层140’、一第一电极142’与一第二电极122’。此外，习知技术中亦有使用碳化硅(Silicon Carbide)当成氮化镓系列的发光二极管的基板，虽然碳化硅基板具有导电的特性，可制成垂直式电极，但是此基板不易制作且成本亦相当高，故目前主要使用绝缘基板来制作氮化镓系发光二极管，然，由于使用绝缘基板，无法制作成传统式垂直电极，而需制作成横向电极结构，如此不仅需特殊打线机构及封装技术且晶片的制作面积相对地增加，导致制程复杂且每单位元件所需成本亦增加。
于中国台湾专利公告案号第480740号所揭示，请参阅图2A至图2C，形成一第一导电型的下披覆层210’于一第一基板200’上，形成一第二导电型的上披覆层220’邻接于该下披覆层210’，形成一奥姆接触层230’于该上披覆层之上220’，形成一反射层240’于该奥姆接触层230’之上，将一第二基板250’结合于该反射层240’之上，移除该第一基板200’，在制作可分别导通至该上披覆层220’及该下披覆层210’的第一电极与第二电极。利用此种制程可直接适用绝缘基板的发光二极管装置制作成具有垂直电极的发光二极管。
发明内容
本实用新型的主要目的，在于提供一种氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其是利用一氧化物窗户层，而其是与一N型奥姆接触层形成良好的奥姆性接触(ohmic contact)且具有良好的导电性及透光性，且由于其折射系数介于1.85 2.0之间，故能有效地降低弗列斯涅折射损失(Fresnel refraction loss)及全反射(total reflection)进而提高外部发光效率。
本实用新型的次要目的，在于提供一种氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其系利用一金属反射层，使其对入射角并无选择性地反射，所以能增加反射角频宽，故能有效地将自发光层所发出的光反射且此结构又可增加散热的效果及增进抗静电的能力(ESD)，故能增进元件的工作寿命并适合于高电流驱动的应用。
本实用新型的又一目的，在于提供一种氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，所揭示的垂直电极的结构能降低晶片制作的单位面积，并有利于传统的打线封装后段制程。
为达上述所指称的各目的与优点，本实用新型是为一种氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其是包含一第一电极；一导电基板，其是位于该第一电极的上方；一金属反射层，其是位于该导电基板的上方；一氮化镓系半导体堆栈结构，其是位于该导电金属层的上方；一氧化物窗户层(window layer)，其是位于该氮化镓系半导体堆栈结构的上方；以及一第二电极，其是位于该氧化物窗户层的上方。
本实用新型另提供一种氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于所述氮化镓系发光二极管的垂直电极结构主要系包括一第一电极；一导电基板，其是位于该第一电极的上方；一金属反射层，其是位于该导电基板的上方；一氮化镓系半导体堆栈结构，其是位于该金属反射层的上方且该氮化镓系半导体堆栈结构的表面具有一织状结构(texturingstructure)；一氧化物窗户层，其是位于该氮化镓系半导体堆栈结构的上方；一第二电极，其是位于该氧化物窗户层的上方。
该氧化窗户层，使为垂直电极的氮化镓系发光二极管，有效地降低弗列斯涅折射损失(Fresnel refraction loss)及全反射(totalreflection)进而提高外部发光效率，且，更进一步包含一金属反射层，使其对入射角并无选择性地反射，所以能增加反射角频宽，故能有效地将自一发光层所发出的光反射且此结构又可增加散热的效果及增进抗静电的能力(ESD)，故能增进元件的工作寿命并适合于高电流驱动的应用，再者，本实用新型的垂直电极结构能降低晶片制作的单位面积，并有利于传统的打线封装后段制程。
图1其是习知技术的氮化镓系发光二极管的结构示意图；图2A至图2C其是习知技术的垂直电极的发光二极管的结构示意图；图3A至图3F其是本实用新型的一较佳实施例的垂直式电极氮化镓系发光二极管的制造流程结构示意图；图4其是本实用新型的一另较佳实施例的垂直式电极氮化镓系发光二极管的结构示意图；图5A至图5B其是本实用新型的另一较佳实施例的垂直式电极氮化镓系发光二极管的制造流程结构示意图；图6A至图6C其是本实用新型的另一较佳实施例的垂直式电极氮化镓系发光二极管的制造流程结构示意图；图7A至图7E其是本实用新型的另一较佳实施例的垂直式电极氮化镓系发光二极管的制造流程结构示意图；
图8其是本实用新型的另一较佳实施例的垂直式电极氮化镓系发光二极管的结构示意图；图9其是本实用新型的另一较佳实施例的垂直式电极氮化镓系发光二极管的结构示意图；图10其是本实用新型的另一较佳实施例的垂直式电极氮化镓系发光二极管的结构示意图；图11A至图11B其是本实用新型的另一较佳实施例的垂直式电极氮化镓系发光二极管的制造流程结构示意图。
符号说明100’蓝宝石绝缘基板110’缓冲层120’N型半导体层130’发光层140’P型半导体层122’第二电极142’第一电极200’第一基板210’下披覆层220’上披覆层230’奥姆接触层240’反射层250’第二基板300 蓝宝石基板310 低温氮化镓缓冲层320 N型氮化铝铟镓奥姆接触层330 AlInGaN发光层
340 P型AlInGaN奥姆接触层350 透光奥姆接触金属层360 金属反射层370 导电基板380 N型的透光金属氧化层382 第一电极372 第二电极324 电流阻隔层(Current blocking layer)352 电流阻隔区(Current blocking area)390 金属织状层322 织状化的N型氮化铝铟镓奥姆接触层400 织状化的N型的透光金属氧化层具体实施方式
请参阅图3A，在本实用新型的一实施例中，首先，在一蓝宝石(Sapphire)基板300上依序磊晶成长一低温氮化镓(GaN)缓冲层310，一N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320、一AlInGaN发光层330及一P型AlInGaN奥姆接触层340。接下来以蒸镀或溅镀的技术将一透光奥姆接触金属层350及一金属反射层360依序镀在P型AlInGaN奥姆接触层340之上，如图3B所示；接下来将另一导电基板370以热结合(bonding)的方法与此一金属反射层360结合，图3C所示；接下来以雷射剥离(laser liftoff)或研磨(lapping)的技术将蓝宝石(Sapphire)基板10移除，如图3D所示；接下来将残留在该N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层12表面上的镓金属以化学蚀刻的方法将其除去而露出该N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320；接下来以蒸镀或溅镀的技术将一N型的透光金属氧化层380，镀在该N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320之上，如图3E所示；接着，再制作一第一电极382及一第二电极372，如图3F所示，当完成后，以习知的研磨切割制程制作成晶片，请参阅图3F为本实施例的晶片完整结构的示意图，其中，该N型的透光金属氧化层380(本实用新型的主要特征，其是一氧化物窗户层，可为一氧化铟锡(Indium Tin Oxide；ITO)、氧化铟钼(Indium molybdenum oxide；IMO)、氧化铟(Indium Oxide)、氧化锡(Tin Oxide)、氧化锡镉(CadmiumTin Oxide)、氧化镓(Gallium Oxide)、氧化铟锌(Indium Zinc Oxide)、氧化镓锌(Gallium Zinc Oxide)或氧化锌(Zinc Oxide))，可与该N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320形成良好的奥姆性接触(ohmiccontact)且具有良好的导电性及透光性，且由于其折射系数介于1.852.0之间，故能有效地降低弗列斯涅折射损失(Fresnel refractionloss)及全反射(total reflection)进而提高外部发光效率。更由于本实施例使用该导电基板300及该金属反射层360制作成垂直电极的结构，其中，该金属反射层360对入射角并无选择性地反射，所以能增加反射角频宽，故能有效地将自该发光层330所发出的光反射且此结构又可增加散热的效果及增进抗静电的能力(ESD)，故能增进元件的工作寿命并适合于高电流驱动的应用，除以上所述的优点外，垂直电极的结构能降低晶片制作的单位面积，并有利于传统的打线封装后段制程。
实施例二请参阅图3A，在本实用新型的另一实施例中，首先，在一蓝宝石(Sapphire)基板300上依序磊晶成长一低温氮化镓(GaN)缓冲层310，一N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320、一AlInGaN发光层330及一P型AlInGaN奥姆接触层340。接下来以蒸镀或溅镀的技术将一透光奥姆接触金属层350及一金属反射层360依序镀在P型AlInGaN奥姆接触层340之上，如图3B所示；接下来将另一导电基板370以热结合(bonding)的方法与此一金属反射层360结合，如图3C所示；接下来以雷射剥离(laser liftoff)或研磨(lapping)的技术将蓝宝石(Sapphire)基板10移除，如图3D所示；接下来将残留在n型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320表面上的镓金属以化学蚀刻的方法将其除去而露出N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320；接下来以蒸镀或溅镀的技术将一N型的透光金属氧化层380镀在N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320之上，并将此该N型的透光金属氧化层380的表面加以织状化(texturing)而为一具有织状化的N型的透光金属氧化层400，如图4所示；完成后，再制作一第一电极382及一第二电极372如图4所示。请参阅图4为本实施例的完整结构，此结构不仅可增加散热的效果亦可增进抗静电的能力(ESD)，亦能增进元件的工作寿命并适合于高电流驱动的应用，其中，将该具有织状化的N型的透光金属氧化层400的表面加以织状化(texturing)可进一步提高外部的发光效率。
实施例三请参阅图3A，在本实用新型的另一实施例中，首先，在一蓝宝石(Sapphire)基板300上依序磊晶成长一低温氮化镓(GaN)缓冲层310，一N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320、一AlInGaN发光层330及一P型AlInGaN奥姆接触层340。接下来以蒸镀或溅镀的技术将一透光奥姆接触金属层350及一金属反射层360依序镀在P型AlInGaN奥姆接触层340之上，如图3B所示；接下来将另一导电基板370以热结合(bonding)的方法与此一金属反射层360结合，如图3C所示；接下来以雷射剥离(laser liftoff)或研磨(lapping)的技术将蓝宝石(Sapphire)基板300移除，如图3D所示；接下来将残留在N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320表面上的镓金属以化学蚀刻的方法将其除去而露出N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320并将此N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320的表面加以织状化(texturing)而为一织状化的N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层322，如图5A所示；接下来以蒸镀或溅镀的技术将一N型的透光金属氧化层380镀在该N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层322之上，如图5B所示；完成后，再制作一第一电极382及一第二电极372如图5B所示。请参阅图5B为本实施例的完整结构，此结构不仅可增加散热的效果亦可增进抗静电的能力(ESD)，亦能增进元件的工作寿命并适合于高电流驱动的应用，其中，将该织状化的N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层322的表面加以织状化(texturing)可进一步提高外部的发光效率。
实施例四请参阅图3A，在本实用新型的一另实施例中，首先，在一蓝宝石(Sapphire)基板300上依序磊晶成长一低温氮化镓(GaN)缓冲层310，一N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320、一AlInGaN发光层330及一P型AlInGaN奥姆接触层340。接下来以蒸镀或溅镀的技术将一透光奥姆接触金属层350及一金属反射层360依序镀在P型AlInGaN奥姆接触层340之上，如图3B所示；接下来将另一导电基板370以热结合(bonding)的方法与此一金属反射层360结合，如图3C所示；接下来以雷射剥离(laser liftoff)或研磨(lapping)的技术将蓝宝石(Sapphire)基板300移除，如图3D所示；接下来将残留在N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320表面上的镓金属以化学蚀刻的方法将其除去而露出N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320，如图3E所示；接下来以蒸镀或溅镀的技术制作一电流阻隔层324于N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320之上，如图6A所示；接下来以蒸镀或溅镀的技术将一N型的透光金属氧化层380镀在N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320及电流阻隔层324之上，如图6B所示；完成后，再制作一第一电极382及一第二电极372，如图6C所示。请参阅图6C为本实施例的完整结构，此结构不仅可增加散热的效果亦可增进抗静电的能力(ESD)，亦能增进元件的工作寿命并适合于高电流驱动的应用，其中，该电流阻隔层324可增加横向电流分散(current spreading)的效率，故亦可进一步提高外部的发光效率。
实施例五请参阅图3A，在本实用新型的另一实施例中，首先，在一蓝宝石(Sapphire)基板300上依序磊晶成长一低温氮化镓(GaN)缓冲层310，一N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320、一AlInGaN发光层330及一P型AlInGaN奥姆接触层340。接下来以蒸镀或溅镀的技术将一透光奥姆接触金属层350镀在P型AlInGaN奥姆接触层340之上并利用光罩蚀刻的方法将部份透光奥姆接触金属层350移除而制作成电流阻隔区352，如图7A所示；接下来将一金属反射层360镀在另一导电基板370并以热结合(bonding)的方法将此含有金属反射层360的导电基板370与透光奥姆接触金属层15结合，如图7B所示；接下来以雷射剥离(laserliftoff)或研磨(lapping)的技术将蓝宝石(Sapphire)基板300移除，如图7C所示；接下来将残留在N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320表面上的镓金属以化学蚀刻的方法将其除去而露出N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320，接下来以蒸镀或溅镀的技术将一N型的透光金属氧化层380镀在N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320之上，如图7D所示；完成后，再制作一第一电极382及一第二电极372如图7E所示。请参阅图7E为本实施例的完整结构，此结构不仅可增加散热的效果亦可增进抗静电的能力(ESD)，亦能增进元件的工作寿命并适合于高电流驱动的应用，其中，该电流阻隔区352可增加横向电流分散(current spreading)的效率，故亦可进一步提高外部的发光效率。
实施例六在本实用新型的另一实施例中，结合实施例二与三，同时具有该织状化的N型的透光金属氧化层400及该织状化的N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层322的表面，如图8所示。
实施例七在本实用新型的另一实施例中，结合实施例二与四，具有织状化的N型的透光金属氧化层400及加上该N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320上的该电流阻隔层324，如图9所示。
实施例八在本实用新型的另一实施例中，结合实施例二与五，具有织状化的N型的透光金属氧化层400及加上该透光奥姆接触金属层350上的该电流阻隔区352，如图10所示。
实施例九在本实用新型的另一实施例中，请参阅图3A，首先，在一蓝宝石(Sapphire)基板300上依序磊晶成长一低温氮化镓(GaN)缓冲层310，一N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320、一AlInGaN发光层330及一P型AlInGaN奥姆接触层340。接下来以蒸镀或溅镀的技术将一透光奥姆接触金属层350及一金属反射层360依序镀在P型AlInGaN奥姆接触层340之上，如图3B所示；接下来将另一导电基板370以热结合(bonding)的方法与此一金属反射层360结合，图3C所示；接下来以雷射剥离(laser liftoff)或研磨(lapping)的技术将蓝宝石(Sapphire)基板10移除，如图3D所示；接下来将残留在N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层12表面上的镓金属以化学蚀刻的方法将其除去而露出N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320；接下来于该N型奥姆接触层320的上方形成一金属织状层(Metal texturing layer)390，如图11A所示；接下来以蒸镀或溅镀的技术将一N型的透光金属氧化层380镀在N型氮化铝铟镓(AlInGaN)奥姆接触层320与金属织状层(Metal texturinglayer)390之上，完成后，再制作一第一电极382及一第二电极372如图11B所示。
权利要求1.一种氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于所述氮化镓是发光二极管的垂直电极结构主要是包括一第一电极；一导电基板，其是位于该第一电极的上方；一金属反射层，其是位于该导电基板的上方；一氮化镓是半导体堆栈结构，其是位于该金属反射层层的上方；一氧化物窗户层，其是位于该氮化镓系半导体堆栈结构的上方；一第二电极，其是位于该氧化物窗户层的上方。
2.根据权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于该氧化物窗户层是为一N型透光导电层，可为一氧化铟锡、氧化铟钼、氧化铟、氧化锡、氧化锡镉、氧化镓、氧化铟锌、氧化镓锌或氧化锌。
3.根据权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于该氧化物窗户层具有一织状结构。
4.根据权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于该氮化镓系半导体堆栈结构的表面与该氧化物窗户层皆具有一织状结构。
5.根据权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于更包含一电流阻隔区介于氮化镓系半导体堆栈结构及金属反射层层之间。
6.根据权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于更包含一电流阻隔层介于氮化镓系半导体堆栈结构及氧化物窗户层之间。
7.根据权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于该氮化镓系半导体堆栈结构的表面可具有一金属织状层。
8.根据权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于该氧化物窗户层皆具有一织状结构以及更包含一电流阻隔区介于氮化镓系半导体堆栈结构及金属反射层层之间。
9.根据权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于该氧化物窗户层皆具有一织状结构以及更包含一电流阻隔区介于氮化镓系半导体堆栈结构及金属反射层层之间。
10.根据权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于该氮化镓系半导体堆栈结构依序包含一P型透光奥姆金属层、一P型奥姆接触层、一发光层与一N型奥姆接触层。
11.一种氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于所述氮化镓系发光二极管的垂直电极结构主要系包括一第一电极；一导电基板，其是位于该第一电极的上方；一金属反射层，其是位于该导电基板的上方；一氮化镓系半导体堆栈结构，其是位于该金属反射层的上方且该氮化镓系半导体堆栈结构的表面具有一织状结构；一氧化物窗户层，其是位于该氮化镓系半导体堆栈结构的上方；一第二电极，其是位于该氧化物窗户层的上方。
12.根据权利要求11项所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于该氧化物窗户层系为一N型透光导电层，可为一氧化铟锡、氧化铟钼、氧化铟、氧化锡、氧化锡镉、氧化镓、氧化铟锌、氧化镓锌或氧化锌。
13.根据权利要求11项所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于该氮化镓系半导体堆栈结构的表面可具有一金属织状层。
14.根据权利要求11项所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于更包含一电流阻隔区介于氮化镓系半导体堆栈结构及金属反射层层之间。
15.根据权利要求11项所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于更包含一电流阻隔层介于氮化镓系半导体堆栈结构及氧化物窗户层之间。
16.根据权利要求11项所述的氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其特征在于该氮化镓系半导体堆栈结构依序包含一P型透光奥姆金属层、一P型奥姆接触层、一发光层与一N型奥姆接触层。
专利摘要本实用新型是有关于一种氮化镓系发光二极管的垂直电极结构，其是揭示一种氧化物窗户层，使为垂直电极的氮化镓是发光二极管，有效地降低弗列斯涅折射损失(Fresnel reflection loss)及全反射(total reflection)进而提高外部发光效率，且，更进一步包含一金属反射层，使其对入射角并无选择性地反射，所以能增加反射角频宽，故能有效地将自一发光层所发出的光反射且此结构又可增加散热的效果及增进抗静电的能力(ESD)，故能增进元件的工作寿命并适合于高电流驱动的应用，再者，本实用新型的垂直电极结构能降低晶片制作的单位面积，并有利于传统的打线封装后段制程。
文档编号H01L33/00GK2733598SQ20042011820
公开日2005年10月12日 申请日期2004年10月8日 优先权日2004年10月8日
发明者赖穆人, 洪详竣 申请人:炬鑫科技股份有限公司