具有高透光率的發光二極體元件的製作方法
2023-10-05 18:05:09
專利名稱：具有高透光率的發光二極體元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體元件，特別是有關於一種藉由改變透明電極的結構而增加光的穿透率，從而具有高透光效率的發光二極體元件。
使用化合物半導體來製作發光二極體(light emitting diode；LED)元件時，為了使整個元件能夠均勻的發光，必須要使電流能夠均勻地由電極流入P型薄膜，因此採用透明電極(transparent contact)，這種透明電極同時兼具有電流分散(current spreading)與透光的功用。
以往使用氮化物製作而得的發光二極體，所採用的方式是利用蒸鍍機在整個P型薄膜的表面鍍滿整面的薄金屬(例如一至數層的鎳/金)作為透明電極，然後在上面覆蓋保護層，但是由於薄金屬的存在使光的穿透率無法被提高。
圖1示意性顯示了傳統發光二極體元件之剖面結構，其中，11為氧化鋁(sapphire)基板，12為經N型摻雜之氮化鎵(GaN)，13為經P型摻雜之氮化鎵，14為N型接觸電極(contact pad)，15為P型接觸電極，16為絕緣物質，17a為鎳(Ni)，17b為金(Au)，19為二氧化矽形成的保護膜，20為活性層(或發光層)。需注意的是，在此透明電極17由鎳17a和金17b雙層結構所構成。
發光二極體元件動作時，電流由P型接觸電極15注入，藉由透明電極17(鎳17a和金17b)而被分散，電流流過P型氮化鎵13、活性層20、及N型氮化鎵12，最後到達N型接觸電極14。而發光二極體元件所發出之光線則穿透上述透明電極層17、及二氧化矽保護膜19而顯現出來(如圖中箭頭符號所示)。
圖2為圖1所示發光二極體元件的俯視示意圖，其中，圖2沿A-A′方向的剖面圖即為圖1。
參照圖1、2，由於透明電極17除了設於接觸電極15底部部份區域之外，全面覆蓋在P型氮化鎵13之上。透明電極17主要由鎳17a和金17b所構成，雖然為透明層，但是對於光而言，並不具最佳之穿透效率(光線仍會在鎳17a和金17b中有損耗之情形)，因此會降低發光二極體之發光效率，而使其亮度降低。
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種具有高透光率的發光二極體元件，藉由在透明電極結構上設計複數個大小不同的孔洞，讓更多的光能從這些孔洞射出，達到增加發光二極體元件的亮度的目的。
為了達到上述目的，本發明提出的具有高透光率的發光二極體元件，至少包括如下單元一第一被覆層，由經第一型摻雜之化合物半導體所構成；例如，由N型摻雜之三族金屬氮化物所形成，例如可選自氮化鎵、氮化銦、氮化鋁鎵、氮化鋁銦、氮化鋁銦鎵等；一第二被覆層，由經第二型摻雜之第一化合物半導體所構成，例如，由P型摻雜之三族金屬氮化物所形成，例如可選自氮化鎵、氮化銦、氮化鋁鎵、氮化鋁銦、氮化鋁銦鎵等；一活性層，其設置於上述第一、第二被覆層之間，由經第二型摻雜之第二化合物半導體所構成，例如，由P型摻雜之三族金屬氮化物所形成，諸如InGaN/GaN量子井、InAlN/AlN量子井、GaAlN/GaN量子井、InGaAlN/InAlN量子井等；以及，一透明電極層，其設置於上述第二被覆層之上，且該透明電極層中形成有複數個孔洞，而使上述第二被覆層可露出。
在本發明提供的發光二極體元件中，透明電極層由選自鎳(Ni)、鉻(Cr)、金(Au)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鈷(Co)、鈀(Pd)、銀(Ag)、銅(Cu)金屬中的至少一種所形成。為更有效提高該透明電極層的光亮度，所述透明電極層亦可以由鎳(Ni)、鉻(Cr)、金(Au)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鈷(Co)、鈀(Pd)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎢(W)、鉬(Mo)、銦(In)、鎂(Mg)、鋁(Al)…等之氧化物中，至少選擇其一所形成。
根據本發明提供的發光二極體元件，其還可包括一保護膜，可設置於部分或全部的所述透明電極層上，優選地該保護膜由絕緣介電質所形成，所述絕緣介電質材料材料可選自SiOx、TiO2、SiNx、Al2O3、ZrO2、Ta2O5、HFO2、polyimide(聚醯亞胺)等透明材料。
本發明與現有技術的主要區別在於，所述發光二極體元件的透明電極層上形成有多個孔洞，其目的在於露出第二被覆層達到增加發光二極體元件的亮度的目的，該孔洞的形狀不作限制，可以是圓形、方形、不規則形等，其直徑優選為大約0.1-50μm。
使用本發明的發光二極體，當電流經由P型接觸電極流過各被覆層達到N型接觸電極，二極體發出的光線就會穿透透明電極層和保護膜(如果有的話)而顯現出來，由於透明電極層上形成有很多孔洞，可起到提高光線穿透率的作用，進而可提高發光二極體元件的亮度。
優選地，本發明的發光二極體元件更可包括一透明物層，其設置於部分或全部的上述透明電極層上，該透明物層選擇自具導電性之氧化物、蕭特基金屬(Shottky metal)、及絕緣介電質其中之一而形成。而所述具導電性之氧化物可選擇自ITO(即含In、Ti的氧化物indium titaniumoxide)、IZO(即含In、Zn的氧化物indium zinc oxide)、ATO(即含Al、Ti的氧化物Aluminum titanium oxide)、AZO(即含Al、Zn的氧化物Aluminum zinc oxide)、SnO2其中之一。
以下結合具體實施例和附圖進一步說明本發明目的實現，但僅用於對本發明的舉例說明，不能限制本發明的實施範圍。
附面說明圖1為傳統發光二極體元件之剖面結構示意圖；圖2為圖1所示發光二極體元件(透明電極結構)之俯視簡圖3為顯示本發明發光二極體元件之第一實施例的剖面結構示意圖；圖4為顯示本發明發光二極體元件之第二實施例的剖面結構示意圖；圖5為上述圖3、4中發光二極體元件、及其電極結構之俯視簡圖。
實施例一參見圖3所示，本發明具有高透光率發光二極體元件，至少包括如下單元一第一被覆層32，其形成於一氧化鋁基板31之上，由經N型摻雜之三族氮化物即N型氮化鎵所構成；一第二被覆層33，由經P型摻雜之三族氮化物P型氮化鎵構成；一活性層(或稱發光層)40，設置於上述第一被覆層32和第二被覆層33之間，由三族金屬氮化物所構成，該活性層為InGaN/GaN量子井。
一透明電極層37，設置於上述第二被覆層32之上；其中，該透明電極層37中形成有複數個孔洞70(參見圖5所示)，使上述第二被覆層33可被露出。
以及，一保護膜39，形成於部分或全部之上述透明電極層37之上。
在此實施例中，上述透明電極層37是先分別鍍上鎳37a和金37b，形成具有雙層薄金屬電極結構後，再形成所需之孔洞，而得到透明電極層37。
此外，上述保護膜39是經以等離子體促進化學氣相沉積法(plasmaenhancement chemical deposition；PECVD)成長SiO2或Si3N4而得。
圖5為上述圖3中發光二極體元件、及其電極結構之俯視簡圖；亦即圖3是圖5沿B-B′切線之剖面結構圖。將圖5與圖2相比較清楚可知，本發明主要藉由在透明電極層37上形成複數個孔洞70，來增加發光二極體元件的亮度。在此實施例中，上述孔洞70為圓形，其直徑大小為0.1-50μm。
當發光二極體元件動作時，電流由P型接觸電極35注入(其中，36表示絕緣體)，藉由透明電極37而將電流分散，電流流過第二被覆層(P型氮化鎵)33、活性層40(InGaN/GaN量子井)、及第一被覆層(N型氮化鎵)32，最後到達N型接觸電極34。而發光二極體元件所發出之光線則穿透上述透明電極層37、及保護膜39而顯現出來。由於上述透明電極層37上形成有多個孔洞70，故可提高光線之穿透率，進而提高發光二極體元件之亮度。
實施例二圖4是本發明發光二極體元件第二個實施例之剖面結構示意圖；其與圖3中相同之單元，均以相同符號代表。
圖4和圖3所示之發光二極體元件之差異在於，圖4所示發光二極體元件更包括有一透明物層50，其形成於部分或全部的透明電極層37之上。該透明物層50為ITO層。
最後，保護膜39再形成於部分或全部之上述透明物層37上，成為如圖4所示之結構。
圖4亦表示圖5沿B-B′切線之剖面結構圖。同理，將圖4與圖2相比較清楚可知，本發明主要藉由在透明電極層37上形成複數個圓形孔洞70，其直徑大小為0.1-50μm，以增加發光二極體元件的亮度。
由於上述透明電極層37上形成有孔洞70，故可提高光線之穿透率，進而提高發光二極體元件之亮度。另外，由於孔洞70及透明物層50的存在，使得其電流分散更均勻，並增加更多的光由元件之透明電極層37表面射出。
雖然本發明已以兩個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉本項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動和潤飾，因此本發明之保護範圍當以權利要求書的範圍所界定者為準。
權利要求
1.一種具有高透光率的發光二極體元件，至少包括一第一被覆層，由經第一型摻雜之化合物半導體所構成；一第二被覆層，由經第二型摻雜之第一化合物半導體所構成；一活性層，設置於上述第一、第二被覆層之間，由經第二型雜之第二化合物半導體所構成；以及一透明電極層，設置於上述第二被覆層之上；其中，所述透明電極層中形成有複數個孔洞，而使上述第二被覆層露出。
2.如權利要求1所述發光二極體元件，其中，上述形成於透明電極層中的孔洞為圓形、或不規則形。
3.如權利要求1所述發光二極體元件，其中，上述孔洞的直徑為0.1-50μm。
4.如權利要求1所述發光二極體元件，其中，上述透明電極層選自鎳、鉻、金、鈦、鉑、鈷、鈀、銀、銅的金屬中至少一種所形成。
5.如權利要求1所述發光二極體元件，其中，上述透明電極層選自鎳、鉻、金、鈦、鉑、鈷、鈀、銀、銅、鎢、鉬、銦、鎂、鋁的氧化物中至少一種所形成。
6.如權利要求1所述發光二極體元件，其更包括設置於部分或全部上述透明電極層上的一透明物層。
7.如權利要求6所述發光二極體元件，其中，上述透明物層選擇自具導電性的氧化物、蕭特基金屬、絕緣介電質其中之一而形成。
8.如權利要求7所述發光二極體元件，其中，所述具導電性的氧化物選擇自ITO、IZO、ATO、AZO、SnO2中的一種。
9.如權利要求6所述發光二極體元件，其還包括一保護膜，該保護膜形成於部分或全部之所述透明物層上。
10.如權利要求9所述發光二極體元件，其中，所述保護膜由絕緣介電質所形成。
11.如權利要求10所述發光二極體元件，其中，所述絕緣介電質的材料選自SiOx、TiO2、SiNx、Al2O3、ZrO2、Ta2O5、HFO2、聚醯亞胺。
12.如權利要求1所述發光二極體元件，其中，所述第一被覆層為經N型摻雜之三族金屬氮化物；而所述第二被覆層為經P型摻雜之三族金屬氮化物。
13.如權利要求1所述發光二極體元件，其中，所述透明電極層由一至多層的透光層所構成。
14.如權利要求1所述發光二極體元件，還包括一保護膜，其設置於部分或全部的所述透明電極層上。
15.如權利要求14所述發光二極體元件，其中，保護膜由絕緣介電質所形成。
16.如權利要求15所述發光二極體元件，其中，絕緣介電質之材料選自SiOx、TiO2、SiNx、Al2O3、ZrO2、Ta2O5、HFO2、聚醯亞胺。
全文摘要
一種具有高透光率的發光二極體元件,其利用變化透明電極的結構來增加光的穿透率,進而改善發光二極體元件之透光效率。
文檔編號H01L33/00GK1372329SQ0110903
公開日2002年10月2日 申請日期2001年2月27日 優先權日2001年2月27日
發明者曾堅信, 蔡文忠, 蔡炯棋 申請人:連威磊晶科技股份有限公司