具有對邊電極的發光二極體元件及其製造方法
2023-05-25 13:48:31 1
專利名稱：具有對邊電極的發光二極體元件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體元件及其製造方法。
目前廣為業界所使用的氮化鎵藍綠光發光二極體具有非常多的應用，例如指示器、顯示器、交通號誌燈等，而且其與紅、綠色發光二極體組合，可形成彩色顯示器，或白光發光二極體，而逐漸有取代照明燈的潛力。另外，藍綠光及白光發光二極體也可用做為顯示器背光板光源，如個人電腦、大哥大手機背光板光源，其商業上的潛力無窮。
如
圖1所示，為一般發光二極體7的電極配置示意圖，其p型及n型電極71、72分別設在其發光區73的對角處，使由p型電極71通入電流，經過發光區73到達n型電極72時，驅使發光區73發光，此為發光二極體的發光原理。
然而由於電流具有選擇最短路徑及電阻較小路徑的特性，因此，如圖1所示，通常在發光二極體7兩電極71、72距離最短的地方電流密度最高，而距離越長時，電流則越小，因此，造成了電流大多集中在發光區73中間區域，越偏離中間區域電流越少的現象，以致在發光區73的邊緣區域幾近沒有電流流通，而具有電流流不到的死角(即邊緣區域)，使得發光區73無法整面完全(有效率地)發光，而且，由於電流集中會使發光區73在電流集中的部分區域過熱，不但影響整體發光效率並且降低發光二極體的使用壽命。
因此，為符合上述商業上的應用，發光二極體具備高效率、長壽命的特性是必須的要求，而欲達到這樣的要求，則須滿足兩個條件(1)流經其發光區的電流必須均勻分散在整個發光區上。(2)發光區上沒有電流流不到、不發光的死角。而要滿足此二條件，有許多技術是必需要改進的，其中，在發光二極體晶粒上的電極設計與安排是最關鍵的技術之一。
本發明的目的在於提供一種具有對邊電極的發光二極體及其製造方法，以達到電流均勻分布、增加發光面積並提升發光效率等功效。
依據上述目的，根據本發明一方面的具有對邊電極的發光二極體元件的製造方法，其特點是，所述方法包括(1)提供一晶片，在其上形成一第一導電型半導體區域，以及一在所述第一導電型半導體區域上形成的第二導電型半導體區域；(2)使用第一道光罩在所述晶片上蝕刻數個第一接觸區，且各所述第一接觸區包括一第一條狀電極區及一設於第一條狀電極區任一位置的第一打線區；(3)使用第二道光罩在晶片上進行數個晶粒區域的規劃與隔離，使每一晶粒區域中包含一上述的第一接觸區，並使所述第一接觸區的第一條狀電極區沿所述晶粒區域一側邊設置，而使所述第一打線區位於所述側邊的任一位置；(4)使用第三道光罩，於各晶粒區域的第一接觸區中鍍一第一歐姆金屬接觸電極；及(5)使用第四道光罩，沿每一晶粒區域的與所述第一接觸區對邊的另一側邊鍍一第二歐姆金屬接觸電極，而使所述第二歐姆金屬接觸電極包括一與第一歐姆金屬接觸電極的第一條狀電極體形成對邊且對稱的第二條狀電極區，以及一設於所述第二條狀電極區任一位置的第二打線區等步驟。
另外，根據本發明另一方面的具有對邊電極的發光二極體元件其特點是包括有一絕緣基板、一第一歐姆金屬接觸電極及一第二歐姆金屬接觸電極；其中，所述絕緣基板上形成有一第一導電型半導體區域、一形成於第一導電型半導體區域的部分區域上的第二導電型半導體區域、以及一形成於第一導電型半導體區域的除了上述第二導電型半導體區域外的其它區域上的第一接觸區，且所述第一接觸區包括一沿絕緣基板一側邊設置的第一條狀電極區及一設於第一條狀電極區任一位置的第一打線區；而所述第一歐姆金屬接觸電極是鍍於上述絕緣基板的第一接觸區上。所述第二歐姆金屬接觸電極是鍍於上述絕緣基板的第二導電型半導體區域上，其包括一沿絕緣基板的與第一接觸區對邊的所述側邊設置的第二條狀電極區及一設於第二條狀電極區任一位置的第二打線區。
採用本發明的上述方案，可於各所述晶粒區域上形成對邊電極，而達到電流在晶粒表面均勻分布、增加晶粒發光面積並提升發光效率等功效。
為更清楚理解本發明的目的、特點和優點，下面通過最佳實施例及附圖對本發明具有對邊電極的發光二極體元件及其製造方法進行詳細說明，附圖中圖1所示為以往一種發光二極體元件的電極安排示意圖；圖2所示為本發明具有對邊電極的發光二極體元件的製造方法的一較佳實施例的工藝中所使用光罩順序示意圖；圖3所示為本發明具有對邊電極的發光二極體元件的一較佳實施例的發光二極體元件的剖面層狀構造示意圖；圖4所示為本發明具有對邊電極的發光二極體元件的一較佳實施例的發光二極體元件的對邊電極設置布置圖；及圖5是顯示在本發明具有對邊電極的發光二極體元件的一較佳實施例的發光二極體元件的對邊電極間的電流分布狀態。
請參閱圖2及圖3所示，為本發明一較佳實施例的工藝示意圖及剖面層狀構造圖，本實施例具有對邊電極的發光二極體元件的製造方法依序包含下列步驟(1)提供一晶片10，它為一三氧化二鋁或氧化鎂之類的絕緣性基板，且於晶片10上形成有一第一導電型半導體區域11(於本實施例中為一n型氮化鎵半導體區域)、一形成於第一導電型半導體區域11上的第二導電型半導體區域12(於本實施例中為一p型氮化鎵半導體區域)、以及一形成於其兩者間的多重量子井層13；且為增加發光二極體元件的導電及發光效率，首先，於晶片10表面蒸鍍一歐姆金屬接觸薄膜14，它於本實施例中是為一p型歐姆金屬接觸薄膜，一般是使用鎳或透明金屬，如銦錫氧化物(ITO)，且其厚度約為100A，可透光率達90％。
(2)使用一第一道光罩2，於上述晶片10上蝕刻數個第一接觸區21，如圖3所示，是由晶片10表面向下蝕刻後，除去部分第二導電型(p型)半導體區域12及多重量子井層13，使底部的第一導電型(n型)半導體區域11露出，且如圖2所示，各所述第一接觸區21是由一第一條狀電極區212及一設於所述第一條狀電極區212任一位置(例如圖2所示，第一條狀電極區212一端)的第一打線區211所構成。
(3)如圖2所示，使用一第二道光罩3，在上述晶片10上進行晶粒與晶粒間隔離區的蝕刻，以進行數個晶粒區域31的規劃與隔離，並方便後續的晶粒切割。且第二道光罩3在晶片10上所規劃出的各晶粒區域31中包含有一上述的第一接觸區21，並使所述第一接觸區21的第一條狀電極區212沿晶粒區域31的一側邊312設置，而使所述第一打線區211位於晶粒區域31的一角隅311。
(4)使用一第三道光罩4及掀起技術(lift-off)，於晶片10上各晶粒區域31的第一接觸區21中蒸鍍一第一歐姆金屬接觸電極41，其在本實施例中是為一n型電極，一般是使用鈦或鋁金屬；因此，形成在第一接觸區21上的第一歐姆金屬接觸電極41則具有一位於晶粒區域31一側邊312的第一條狀電極412及一位於晶粒區域31一角隅311的第一打線區411；及(5)使用第四道光罩5及掀起技術(lift-off)，如圖2所示，使於各晶粒區域31中，除了第一接觸區21以外的其它區域上蒸鍍一第二歐姆金屬接觸電極51，它包括一沿晶粒區域31的與第一接觸區21對邊的另一側邊314設置的第二條狀電極512，以及一形成於第二條狀電極512任一位置(例如，在第二條狀電極512的一端而位於晶粒區域31另一角隅313)的第二打線區511，使得所述第一打線區411與第二打線區511在本實施例中是位於晶粒區域31的對角位置，且所述第二歐姆金屬接觸電極51在本實施例中是為一使用鈦或鋁金屬蒸鍍的p型電極。
因此，經過上述工藝步驟，在晶片10上的每一晶粒區域31中皆形成了沿晶粒區域31兩相對邊312及314設置的對邊電極，如圖4所示，即第一歐姆金屬接觸電極41和第二歐姆金屬接觸電極51。
此外，請一併參照圖2及圖3所示，為增加由第二歐姆金屬接觸電極51的第二打線區511流入的電流的分散效應，可在第四道光罩5之前，使用一第五道光罩6，設計一絕緣區61，將第二歐姆金屬接觸電極51的第二打線區511與第二導電型半導體區域12部分隔離，以使電流不會集中在第二打線區511中間，而能迅速分散至第二條狀電極512上，而藉助第二條狀電極512使電流能均勻分散在整個發光區15上，並因而產生節省電流的效果。
因此，採用上述工藝，在晶片10上形成的發光半導體元件晶粒區域31，如圖4所示，每一晶粒區域31中形成有對邊電極41、51。然後，經過晶片切割程序，即得到如圖5所示的發光二極體元件1，其內部層狀構造則如前述及圖3所示，其由下而上包括有一絕緣基板(即晶片10的一部分)、一第一導電型半導體區域11、一多重量子井層13、一第二導電型半導體區域12、一歐姆金屬接觸薄膜14，以及分別設於第一導電型半導體區域11及第二導電型半導體區域12上的對邊電極41及51等，於此不加贅述。且由於設在發光二極體元件1的發光區15上的第一(n型)歐姆金屬接觸電極41與第二(p型)歐姆金屬接觸電極51是為幾何位置對稱的對邊電極，因此於其間流動的電流分布會非常地均勻，並且由於兩電極41、51間的距離幾乎相等，使得電流流經其間的所有路徑的電阻幾乎相等，則由第二歐姆金屬接觸電極51流至第一歐姆金屬接觸電極41的電力線的所有路徑均相等且達到最短，因而不會有電流擁擠的區域，也沒有電流流不到的死角，所以，藉助上述對邊電極41、51的設計，確實可使發光二極體元件1的發光面積增加並使其發光效率達到最大。
綜合上述，本發明具有對邊電極的發光二極體元件及其製造方法具有如下優點(1)由於電流由發光二極體元件1的第二歐姆金屬接觸電極51的第二打線區511流入並迅速分散至其第二條狀電極512，並藉助第二條狀電極512使電流平均分散地流至第一歐姆金屬接觸電極41時，能在發光區15均勻散布開來，充分利用到發光區15的每一處發光面積，而能在同一晶粒面積下，增加發光的面積。
(2)由於電流能在發光二極體元件1的發光區15均勻散布開來，不會讓電流集中致使部份區域過熱，故能增加發光二極體元件1的發光效率及發光亮度。
(3)由於電流能在發光二極體元件1的發光區15均勻散布開來，不因電流集中使部份區域過熱，故能增加發光二極體元件1的驅動電流，以提供更高亮度，並能提高發光二極體1的崩潰電壓。
(4)由於電流能在發光二極體元件1的發光區15均勻散布開來，不因電流集中使部份區域過熱，可提高其使用壽命和可靠性。
(5)由於電流能在發光二極體元件1的發光區15均勻散布開來，使整體發光效率提高，更具省電性及競爭性。
權利要求
1.一種具有對邊電極的發光二極體元件的製造方法，其特徵在於所述方法包括下列步驟(1)提供一晶片，其上形成有一第一導電型半導體區域，以及在所述第一導電型半導體區域上形成的一第二導電型半導體區域；(2)使用第一道光罩，於上述晶片上蝕刻數個第一接觸區，且各所述第一接觸區包括一第一條狀電極區及一設於所述第一條狀電極區任一位置的第一打線區；(3)使用第二道光罩，在晶片上進行數個晶粒區域的規劃與隔離，使各晶粒區域分別包含有上述的第一接觸區，並使所述第一接觸區的第一條狀電極區沿晶粒區域的一側邊設置，而使所述第一打線區位於所述側邊的任一位置；(4)使用第三道光罩，於各晶粒區域的第一接觸區中鍍上一第一歐姆金屬接觸電極；及(5)使用第四道光罩，使沿各晶粒區域的與第一接觸區對邊的另一側邊鍍上一第二歐姆金屬接觸電極，其中，所述第二歐姆金屬接觸電極包括一與上述第一歐姆金屬接觸電極的第一條狀電極區形成對邊且對稱的第二條狀電極區，以及一設於所述第二條狀電極區任一位置的第二打線區。
2.如權利要求1所述具有對邊電極的發光二極體元件的製造方法，其特徵在于于步驟(2)及(3)中，所述第一打線區是設於所述第一條狀電極區的一端而位於所述晶粒區域的一角隅。
3.如權利要求1所述具有對邊電極的發光二極體元件的製造方法，其特徵在于于步驟(5)中，所述第二打線區是設於所述第二條狀電極區的一端而位於所述晶粒區域的另一角隅。
4.如權利要求1所述具有對邊電極的發光二極體元件的製造方法，其特徵在于于步驟(2)之前，預先於所述晶片表面蒸鍍一第二歐姆金屬接觸薄膜，以增加導電效率。
5.如權利要求1所述具有對邊電極的發光二極體元件的製造方法，其特徵在于于步驟(5)之前，額外使用一第五道光罩，使晶粒中第二歐姆金屬接觸電極的第二打線區與第二導電型半導體區域部分隔離，以增加流經第二打線區電流的分散效應並可節省電流。
6.如權利要求1所述具有對邊電極的發光二極體元件的製造方法，其特徵在於所述晶片為三氧化二鋁或氧化鎂之類的絕緣性基板。
7.如權利要求1所述具有對邊電極的發光二極體元件的製造方法，其特徵在於所述第一導電型半導體區域是為n型氮化鎵半導體區域，且所述第二導電型半導體區域是為p型氮化鎵半導體區域。
8.一種具有對邊電極的發光二極體元件，其特徵在於 所述發光二極體元件包括一絕緣基板，其上形成有一第一導電型半導體區域、一形成於第一導電型半導體區域的部分區域上的第二導電型半導體區域、及一形成於第一導電型半導體區域的除了上述第二導電型半導體區域外的其它區域上的第一接觸區，所述第一接觸區包括一沿絕緣基板一側邊設置的第一條狀電極區及一設於所述第一條狀電極區任一位置的第一打線區；一第一歐姆金屬接觸電極鍍在上述絕緣基板的第一接觸區上；及一第二歐姆金屬接觸電極鍍在上述絕緣基板的第二導電型半導體區域上，它包括一沿絕緣基板的與第一接觸區對邊的另一側邊設置的第二條狀電極區及一設於第二條狀電極區任一位置的第二打線區。
9.如權利要求8所述具有對邊電極的發光二極體元件，其特徵在於所述第一接觸區的第一打線區是設在所述第一條狀電極區的一端而位於所述絕緣基板的一角隅。
10.如權利要求8所述具有對邊電極的發光二極體元件，其特徵在於所述第二歐姆金屬接觸電極的第二打線區是設在所述第二條狀電極區的一端而位於所述絕緣基板的另一角隅。
11.如權利要求8所述具有對邊電極的發光二極體元件，其特徵在於在鍍上第二歐姆金屬接觸電極之前，於絕緣基板的第二導電型半導體區域上預先鍍有一歐姆金屬接觸薄膜，以增加導電效率。
12.如權利要求8所述具有對邊電極的發光二極體元件，其特徵在於所述第二歐姆金屬接觸電極的第二打線區底部被與第二導電型半導體區域部分隔離。
13.如權利要求8所述具有對邊電極的發光二極體元件，其特徵在於所述絕緣基板是為三氧化二鋁或氧化鎂類的絕緣性基板。
14.如權利要求8所述具有對邊電極的發光二極體元件，其特徵在於所述第一導電型半導體區域是為n型氮化鎵半導體區域，且所述第二導電型半導體區域是為p型氮化鎵半導體區域。
全文摘要
一種具有對邊電極的發光二極體元件及其製造方法,其特點是於一晶片上規劃數個晶粒區域,且於各晶粒區域中規劃一第一歐姆金屬接觸電極及一第二歐姆金屬接觸電極,並使第一歐姆金屬接觸電極與第二歐姆金屬接觸電極分設於晶粒區域的相對邊,形成對邊電極,這樣可達到電流均勻分布、增加發光面積及發光效率等功效。
文檔編號H01L33/00GK1388595SQ01121108
公開日2003年1月1日 申請日期2001年5月30日 優先權日2001年5月30日
發明者李明達 申請人:佳大世界股份有限公司