专利名称：具有叠合透明电极的半导体发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体发光装置，尤其涉及一种具有叠合透明电极的半 导体发光装置。
背景技术：
发光二极管(light emitting diode; LED)的结构设计中一个重要的课题是 如何将来自于焊垫(bonding pad)的电流均匀地分散至p-n结(p-n junction)以获 得良好的发光效率。已知技术，诸如半导体窗户层、导电透光氧化物膜、 与图案化电极等皆已被使用于提升电流分散效果。
GaP窗户层通常使用于AlGalnP系列的发光二极管。GaP的能隙(Eg)为 2.26eV，对于红光、橘光、黄光、与部分绿光频谱呈现透明，且GaP为间接 能隙半导体，较直接能隙半导体不会吸光。但GaP层需成长至足够厚度，例 如2fim 30^im,才能达到可接受的分散效果，而较厚的GaP窗户层通常呈 现出较佳的电流分散效果。然而，成长愈厚的窗户层亦将耗费更多的工艺时 间。
导电透光氧化物，诸如氧化铟锡(ITO)、氧化镉锡(CTO)、与氧化铟(InO) 等，亦使用于提高电流分散效果。以氧化铟锡为例，其对于500nm 800nm 波长的光具有约卯。/。的穿透率(transmittance),其电阻率(resistivity)约为3x 10-4Q-cm,薄层电阻(sheetresistance)约为10Q/口。 一般而言，对于小型管 芯，厚度介于0.1jim lnm的氧化铟锡即可达到令人满意的电流分散效果。 利用已知的半导体工艺技术，如溅射法(sputtering)、电子束蒸镀法(electron beam evaporation)等方式可以在短时间内形成所需的厚度。然而，随着发光 二极管管芯面积日益增大(如15mil x 15mil以上)以及矩形管芯的发展，导电 透光氧化物的电流分散能力也渐显不足。
图案化电极亦是另一种常用来提高电流分散效果的方法。此方法是将电 极自接点向外延伸、p与n电极彼此交叉错合、或于接点周围形成点状、网 状电极或其他图案以期电流可以透过此图案化电极均匀分散于至p-n结。为形成图案化电极，通常需要将电极材料覆盖于更多发光二极管之上表面。但 是，图案化电极使用的材料通常为遮光金属，因此会大幅影响发光二极管的 发光效率。
发明内容
本申请提供一种可以分散输入电流以提高发光效率的半导体发光装置。 在依本发明的实施例中，所披露的半导体发光装置包含基板、位于基板 上方并具有远离基板之外表面的半导体外延层、位于外表面上方的第一透光 导电层、及位于第一透光导电层的第一表面上方的第二透光导电层，其中第 二透光导电层与第一透光导电层相接触的面积小于第一透光导电层第一表 面的总面禾口、。
优选地，第二透光导电层与第一透光导电层的表面面积比值不大于1/2。 第一透光导电层与第二透光导电层的材料包含相同或近似的组成元素。半导 体发光装置的面积不小于15milx 15mil。
在多个实施例中，第 一透光导电层覆盖外表面的全部面积或部分面积。 对于来自半导体外延层的光，第一透光导电层的穿透率大于第二透光导电层 的穿透率。第一透光导电层的导电系数小于第二透光导电层的导电系数。第 一透光导电层的厚度大于第二透光导电层的厚度。第二透光导电层包含多个 彼此电连接的区段。
在另一实施例中，半导体发光装置还包含凹槽及一接触层，其中，凹槽 自半导体外延层的表面凹陷至底面以暴露出半导体外延层中的层或半导体
外延层中至少一层的部分，且自半导体外延层的第一侧延伸至相对于第一侧 的第二侧，该接触层位于该凹槽内，并具有位于该底面上的延伸区段。在一 个变形例中，第一透光导电层与第二透光导电层至少其一环绕该凹槽。此外， 半导体发光装置更可包含与第二透光导电层电连接的接点。
在再一实施例中，半导体外延层包含第一型半导体层、第二型半导体层、 及位于第 一型半导体层与第二型半导体层间的发光层。
图1A是显示依据本发明 一个实施例的发光二极管的剖面图； 图1B是显示图1A的发光二极管的上视图；图2是显示依据本发明另 一实施例的发光二极管的剖面图； 图3A与3B是显示依据本发明一个实施例的透光导电层的配置图； 图4A与4B是显示依据本发明另一实施例的透光导电层的配置图；及 图5显示依据本发明又一实施例的透光导电层的配置图。
附图标i己"i兌明
10半导体发光装置2201第一型半导体层
11基板2202发光层
12半导体外延层2203第二型半导体层
1201第一型半导体层2301第一透光导电层
1202发光层2302第二透光导电层
1203第二型半导体层2302电流分散区賴
1301第一透光导电层2302a电流分散区l殳
1302第二透光导电层2302b电流分散区賴二
14接点24第一接点
15电极25第二接点
20半导体发光装置2501延伸区段
21基板26凹槽
22半导体外延层
具体实施例方式
以下配合图式说明本发明的实施例，本文中所称的"层"包含单层或两 层以上相同或不同材料组成的层结构。各层可以直接或间接接触。 第一实施例
如图1A所示，本发明的半导体发光装置10包含电极15、基板ll、半 导体外延层12、第一透光导电层1301、第二透光导电层1302、与接点14。 半导体外延层12中至少包含第一型半导体层1201、第二型半导体层1203、 与位于其间的发光层1202。第一型半导体层1201与第二型半导体层1203 二者所具有的导电性并不相同，可以是如p型、n型、与i型中至少其二。 在双异质结构(double heterostmcture; DH)中，第一型半导体层1201与第二 型半导体层1203具有大于发光层1202的能级。当半导体外延层12承受偏 压时，电子与空穴会在发光层1202及/或其附近复合而释放光线。本发明中，在半导体外延层12上依序形成第一透光导电层1301与第二 透光导电层1302。第一透光导电层1301覆盖半导体外延层12上表面的全部 区域或部分区域。第二透光导电层1302则仅覆盖第一透光导电层1301上表 面的部分区域，亦即，第二透光导电层1302的面积小于第一透光导电层1301 的面积。本实施例中，虽仅例示两层透光导电层，但超过两层具有渐缩面积 的透光导电叠层亦为适用于本发明。
在一个优选实施例中，第一透光导电层1301与第二透光导电层1302为 具有相异的电学A/或光学性质的相同材料所形成，但此材料中组成元素的成 分或分量可以彼此相异，以使第一透光导电层1301的电阻率与穿透率大于 第二透光导电层1302的电阻率与穿透率。
第二透光导电层1302必须具有适当的电阻率，使电流能够分散至其下 具有较大面积的第一透光导电层1301。第一透光导电层1301的薄层电阻或 电阻率大于第二透光导电层1302的薄层电阻/电阻率。第二透光导电层1302 功用之一是在保持适当穿透率的情况下，使电流可以往远离接点14的方向 流动，在此前提下，第二透光导电层1302的材料组成、厚度、与布局可以 视需要进行调整。
电流经由接点14流入第二透光导电层1302,并经第二透光导电层1302 流入第一透光导电层1301,再经由第一透光导电层1301流入半导体外延层 12中。电流经由两个透光导电层协力向四周流动，可有效降低电流拥挤效应 (current crowding)。发光层1202中因更全面的光电转换表现而获得均匀且有 效利用的发光区域。
图1B是例示图1A中半导体发光装置10的上视图。视图中，自接点14、 第一透光导电层1301、至第二透光导电层1302的面积逐渐增大，在适当搭 配此三层的厚度、薄层电阻、与/及电阻率后，来自于接点14的电流渐层地 向外及向下流动，使得电流可以分散至发光层1202中。
在一个实施例中，第一透光导电层1301与第二透光导电层1302的形成 材料皆为ITO,但此两层的ITO中所含的In、 O、或Sn至少其一的成分比 彼此并不相同，或者此两层ITO是以不同的工艺条件形成，例如使用賊射法 形成第一透光导电层1301,而使用电子束蒸镀法形成第二透光导电层1302， 反之亦可。优选地，第一透光导电层1301的ITO具有较高的透光率，例如 卯％、 80%、 70%、或60%以上，而第二透光导电层1302的ITO具有较低的穿透率，例如50°/。以下，但具有较低的电阻率。如此，可以获致一个具有
适当光学与电学效能(例如穿透率与电阻)的发光装置。
在一个实施例中，第一透光导电层1301与第二透光导电层1302亦可分 别以ITO与Ni/Au或Au等金属形成。为使金属同时具有适当的穿透率与电 阻率，其厚度需维持于0.005pm 0.2pm。在另一实施例中，第二透光导电层 1302的厚度小于第一透光导电层1301的表面粗糙度Ra，然而，在工艺容许 范围内，第二透光导电层1302的厚度亦可大于第一透光导电层1301的表面 粗糙度Ra。由于薄金属层的电阻率小于ITO的电阻率，因此，可以协助电 流于ITO层扩散且又不会遮蔽过量光线。
在一个实施例中，第一透光导电层1301与第二透光导电层1302至少其 一的全部或部分区域对于发光层1202所发出光成呈现透明或具有50%以上 的穿透率，且第一透光导电层1301具有高于第二透光导电层1302的穿透率。 单一透光导电层亦可以为两个或多个具有不同穿透率的部分所组成。为了使 电流在第二透光导电层1302中有较佳的电流分散特性，必须降低第二透光 导电层1302的电阻率，同时，第二透光导电层1302必须尽可能不吸收来自 于发光层1202的光。在另一实施例中，透光率较高的第一透光导电层1301 的厚度大于电阻率较低的第二透光导电层1302的厚度，但是本发明并不限 于此，两个透光导电层的厚度组合是配合其使用材料的特性。
上述实施例中，基板11的材料包含但不限于SiC、GaAs、AlGaAs、GaAsP、 ZnSe、 III族氮化物(例如GaN)、蓝宝石(sapphire)、 Si、或玻璃。第一型半导 体层1201与第二型半导体层1203的材料包含但不限于AlGalnP系列或m 族氮化物系列。发光层1202的结构包含但不限于单异质结构(single heterostmcture; SH)、双异质结构(double heterostructure; DH)、双侧双异质 纟吉构(double-side double heterostructure; DDH)、 单量子阱(single quantum well; SQW)、或多量子阱(multi-quantum well; MQW)。
第一透光导电层1301的材料包含但不限于ITO、IZO、ZnO、CTO、In203、 Sn02、 MgO、 CdO、及其他透明金属氧化物。第二透光导电层1302的材料 包含但不限于ITO、 IZO、 ZnO、 CTO、 ln203、 Sn02、 MgO、 CdO、及其他 透明金属氧化物。第二透光导电层1302的材料包含但不限于Au、 Ni、 Ti、 In、 Pt、 Al、 Cr、 Rh、 Ir、 Co、 Zr、 Hf、 V、 Nb、前述材料的合金或叠层、 或其他具有可接受光电特性的金属。第二实施例
参考图2,依本发明另一实施例的半导体发光装置20包含基板21、半 导体外延层22、第一透光导电层2301、第二透光导电层2302、第一接点24、 与第二接点25，其中第一接点24与第二接点25位于基板21的同侧。半导 体外延层22至少包含第一型半导体层2201、第二型半导体层2203、与位于 其间的发光层2202。
在本实施例中，经由第一接点24输入的电流首先流入第二透光导电层 2302,并经由第二透光导电层2302流入第一透光导电层2301，再经由第一 透光导电层2301流入半导体外延层22中。电流经由两个透光导电层协力向 四周流动，可以提升发光效率。
本实施例中的半导体发光装置20使用的材料，以及第一透光导电层 2301与第二透光导电层2302间的关系可以参考第一实施例中叙述。此外， 第二接点25与第一型半导体层2201间亦可以釆用与第一透光导电层23(H 与第二透光导电层2302相似的结构或设计原则以增进电流分散的效果。
本发明的第 一透光导电层与第二透光导电层的设计可以有以下变形，然 而，以下实施例并不用以限制本发明，任何适当的配置方式皆可以与本发明 的概念结合应用的。
第三实施例
图3A与3B是显示半导体发光装置10的第一透光导电层1301与第二 透光导电层1302的上视图。该两个视图中，第二透光导电层1302形成于第 一透光导电层1301之上，且其面积小于第一透光导电层1301的面积。
本实施例中，第二透光导电层1301包含环绕区段1304与穿越区段1303。 如图3A所示，环绕区段1304包含两个环状区段，其环绕接点14。穿越区 段1303自接点14向外延伸并穿过靠近接点14的第一个环状区段，直抵远 离接点14的第二个环状区段。这些区段间彼此电连接以传导电流，而不以 实体连接为必要。来自接点14的电流经穿越区段1303向外分散并流向第一 环状区段与第二环状区段。电流再经两个环状区段分散至更广的区域。
本实施例中，环绕区段1304与穿越区段1303并不限于图式或文中的数 目。环绕区段亦可以如三角形、四边形、五边形、六边形等多边形的区段取 代。如图3B所示，环绕区段1304包含两个四边形。穿越区,殳1303可以贯 穿或不贯穿环绕区段1304。环绕区段1304可以辐射对称(radial symmetry)或左右对称(bilateral symmetry)接点14。接点14亦可以位于环绕区段1304中 4壬^可位置。
穿越区段与环绕区段必须具有一定线宽以分散电流但又不致遮蔽或吸 收过多光线。环绕区段1304与穿越区段1303的线宽分别可介于 0.1^im 50jLmi，优选地，小于20jim。两个区段的厚度则视其使用材料而定。 若使用金属，厚度可以介于0.001pm l(im,优选地介于0.005fim 0.05jim， 使其保有适当程度的透光率；若使用ITO等透明氧化物则区段厚度可以更厚。
本实施例虽以图1A的半导体发光装置IO为例，但并不限于此，上述透 明导电层的配置方式亦可以适用于如图2所示的半导体发光装置20的第一 透光导电层2301、第二透光导电层2302、或其二者。
第四实施例如图4A所示，两个电流分散区段2302a与2302b位于第一透光导电层 2301之上，且其分别自第一接点24向外延伸并朝向第二接点25的方向。图 式中，电流分散区段2302a与2302b形成近似U型的弧线。但是，电流分散 区段2302a与2302b亦可以由直线、曲线、或二者的结合所组成。电流分散 区段2302a与2302b优选地可以靠近第一透光导电层2301的边界以将电流 分散至较广的区域。
第二接点25位于凹槽26的底面上。凹槽26的底面与第一接点24分别 位于发光层2202的两侧以形成电学通路。凹槽26可以由半导体外延层中任 一位置蚀刻达到超过发光层的深度。蚀刻的方式可以采用化学或物理蚀刻。
本实施例的另一变形如图4B所示。凹槽26朝第一接点24方向延伸。 延伸区段2501形成于凹槽26中，并自第二接点25朝向第一接点24的方向 延伸。电流分散区段2302a与2302b的配置如图4A所示。通过延伸区段2501, 电流可以更均匀地分散于第一接点24与第二接点25之间，以形成更多有效 的发光区域，进而提高发光效率。
本实施例中，区段的覆盖面积与位置随着半导体发光装置的大小调整。 相邻最近独立区段间的间隙介于lpm 500|im。区段的厚度介于O.lpm ~50pm。以金属材料构成的区段的厚度介于0.001 ^m l^im,优选地介于 0.005pm 0.05nm,以ITO构成的区段的厚度可以更厚，例如0.6pm以上。
第五实施例如图5所示，电流分散区段2302位于第一透光导电层2301之上，且自 第 一接点24向外延伸并朝向第二接点25的方向。图式中，电流分散区段2302 为直线，但是，电流分散区段2302亦可以为曲线、之形线或二者的结合所 组成。特别地，由上视图观的，半导体发光装置20呈现矩形，其长宽比值 介于1.1~3,优选地大于1.5。凹槽26的详细说明可参考上述实施例。虽然本发明已iJt明如上，然其并非用以限制本发明的范围、实施顺序、 或使用的材料与工艺方法。对于本发明所作的各种4奮饰与变更，皆不脱本发 明的精神与范围。
权利要求
1.一种半导体发光装置，包含基板；半导体外延层，位于该基板上方，并具有远离该基板之外表面；第一透光导电层，位于该外表面上方，且具有第一表面；以及第二透光导电层，位于该第一透光导电层上方，且具有第二表面，该第二表面的面积小于该第一表面的面积，且该第二透光导电层的光学特性及电学特性中至少其一不同于该第一透光导电层者。
2. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该第一透光导电层大体 上覆盖该半导体外延层的该外表面的全部面积。
3. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该第一透光导电层对于 发自该半导体外延层的光的穿透率大于该第二透光导电层的穿透率。
4. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该第一透光导电层的导 电系数小于该第二透光导电层的导电系数。
5. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该第一透光导电层的厚 度大于该第二透光导电层的厚度。
6. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该第二透光导电层包含 多个彼此电相连的区段。
7. 如权利要求1所述的半导体发光装置，还包含凹槽，自该半导体外延层的表面凹陷至底面以暴露出该半导体外延层中 至少一层的一部分，该凹槽自该半导体外延层的第一侧延伸至相对于该第一 侧的第二侧；及接触层，位于该沟槽内。
8. 如权利要求7所述的半导体发光装置，还包含延伸区段，自该接触 层朝外突出。
9. 如权利要求7所述的半导体发光装置，其中该第一透光导电层与该 第二透光导电层中至少其一环绕该凹槽。
10. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该半导体外延层包含第一型半导体层； 第二型半导体层；及发光层，位于该第一型半导体层与该第二型半导体层之间。
11. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该第一透光导电层的材料择自ITO、 IZO、 ZnO、 CTO、 ln203、 Sn02、 MgO、及CdO所构成的群组。
12. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该第二透光导电层的材 料择自ITO、 IZO、 ZnO、 CTO、 ln203、 Sn02、 MgO、及CdO所构成的群组。
13. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该第二透光导电层的材 料择自Al、 Au、 Cr、 In、 Ir、 Ni、 Pd、 Pt、 Rh、 Sn、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 及前述材料的合金或叠层所构成的群组。
14. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该第二透光导电层的该 第二表面与该第一透光导电层的该第一表面的面积比值不大于1/2。
15. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该第二透光导电层为金 属层或金属叠层，该金属层或该金属叠层的厚度介于0.001pm liam。
16. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该第二透光导电层的厚 度小于该第一透光导电层的表面粗糙度。
17. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该第二透光导电层包含 区段，该区段的宽度不大于50jim。
18. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该第一透光导电层与该 第二透光导电层包含相同的主要材料。
19. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该半导体发光装置的面 积不小于15mil x 15mil。
20. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该半导体发光装置的外 形为矩形。
全文摘要
本申请涉及一种半导体发光装置，包含基板、位于基板上方并具有远离基板的第一表面的半导体外延层、位于第一表面上方的第一透光导电层、及位于第一透光导电层上方的第二透光导电层，其中第二透光导电层的第二表面的面积小于第一透光导电层的第一表面的面积。
文档编号H01L33/00GK101286541SQ20071009174
公开日2008年10月15日 申请日期2007年4月9日 优先权日2007年4月9日
发明者徐宸科, 震 欧 申请人:晶元光电股份有限公司