专利名称：高亮度发光二极管芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固态发光组件，特别是涉及一种发光二极管芯片(Light Emitting Diode Chip，LED Chip)。
背景技术：
参阅图1，发光二极管芯片1包含一块基材11、一层连接在该基材11上的作动膜 12、一层设置在该作动膜12上的电流扩散层13，及一组用于提供电能的电极单元14。该基材11由易于供氮化镓系的半导体材料磊晶成长，例如蓝宝石(sapphire)构 成。该层作动膜12通常是选自氮化镓系的半导体材料、并自基材向上磊晶形成，具 有分别经过掺杂而成η、ρ型的第一、二披覆层121、122(n-type cladding layer、p-type cladding layer)，及一层形成在该第一、二批覆层121、22之间的主动层123(active layer)，该第一、二披覆层121、122相对该主动层123形成载子能障而在对该作动膜12提 供电能产生电子_电洞复合、释放能量，进而转换产生光子。该电流扩散层13以相对该作动膜12产生的光为透明且可导电的材料，例如铟锡 氧化物(ITO)构成在该作动膜12上，并与该第二披覆层122形成欧姆接触，用以导引电流 横向均勻扩散。该电极单元14包括一第一电极141与一第二电极142，分别设置在第一披覆层 121与该电流扩散层13上并形成欧姆接触，彼此地配合对该作动膜12提供电能；当自该第 一、二电极141、142施加电能时，电流经该电流扩散层13均勻分散流通过该作动膜12，而使 该作动膜12以光电效应产生光子，进而向外发光。虽然，目前的发光二极管芯片1可借着电流扩散层13横向导引电流分散，进而提 升内部量子效率(internal quantum efficiency)。但是，受限于制程，电流扩散层13与作 动膜12相欧姆接触的程度并非均一，也就是说，电流自该电流扩散层13横向导引分散后， 仍旧无法”均勻”分布流通过作动膜，而是依照电流扩散层13与作动膜12相欧姆接触的程 度较佳(也就是电阻值相对其他区域较低)的区域，有密度较大的电流向下流通过作动膜 12，而电流扩散层13与作动膜12相欧姆接触的程度较差(也就是电阻值相对其他区域较 大)的区域，则有密度较低的电流向下流通过作动膜12，因此，光靠电流扩散层13的设置， 对均勻分散电流以提升内部量子效率而言，实质效果仍属有限。参阅图2、图3，因此，目前业界会先在作动膜12上以电阻值相对高于电流扩散层 13的材料形成一层具有预定图像的阻障层15，借着阻障层15的限制，让电流循该电流扩散 层13直接与作动膜12接触的区域向下扩散，其它部分则借着阻障层15的限制，使电流无 法继续往下流通，借着人为设计的阻障层15，强迫电流循预定的区域向下流通传递，进而提 升作动膜12的内部量子效率。这样的做法，确实可以有效地提升内部量子效率，进而提升组件的整体发光亮度， 但是，增加一层具有图像的阻障层15，对制程来说，至少会增加三道以上的制作步骤，而提高生产成本，同时，阻障层15的存在，也会影响到作动膜12的出光状况，衍生出另一需要解 决的问题。所以，目前的发光二极管芯片1仍需研究改善，以提升组件的内部量子效率与整 体的发光亮度。
发明内容
本发明的目的是在提供一种同时具有内部量子效率高以及光取出率高的优点的 高亮度发光二极管芯片。本发明的一种高亮度发光二极管芯片，包含一块基材、一层作动膜、一层电流扩散 层，及一组电极单元。该作动膜设置在该基材上并在提供电能时以光电效应产生光子，具有一与该基材 连接的底面，及一相反于该底面的顶面，该顶面并区分成一以高能量粒子作用过的高能作 用区，及一未被高能量粒子作用过因而电阻值相对小于该高能作用区的电阻值的电子流道 区。该层电流扩散层以对该作动膜产生的光为透明且可导电的材料构成，并与该作动 膜欧姆接触地形成在该作动膜顶面。该组电极单元具有一与该作动膜连接的第一电极，及一设置在该电流扩散层上而 与该第一电极彼此配合对该作动膜提供电能的第二电极，且当以该第一、二电极配合提供 电能时，电流被该电流扩散层导引沿该顶面横向均勻分散并自该电子流道区向下流通过该 作动膜而使该作动膜产生光子。此外，本发明的另一种高亮度发光二极管芯片，包含一块基材、一层作动膜、一层 电流扩散层，及一块电极片。该基材由导电材料构成。该作动膜设置在该基材上并与该基材相欧姆接触，且在提供电能时以光电效应产 生光子，该作动膜具有一与该基材连接的底面，及一相反于该底面的顶面，该顶面并区分成 一以高能量粒子作用过的高能作用区，及一未被高能量粒子作用过因而电阻值相对小于该 高能作用区的电阻值的电子流道区。该电流扩散层以对该作动膜产生的光为透明且可导电的材料构成，并与该作动膜 欧姆接触地形成在该作动膜顶面。该电极片设置在该电流扩散层上而与该基材彼此配合对该作动膜提供电能，且当 以该电极片与该基材配合提供电能时，电流被该电流扩散层导引沿该顶面横向均勻分散并 自该电子流道区向下流通过该作动膜而使该作动膜产生光子。本发明的有益效果在于以高能粒子作用作动膜的顶面形成高能作用区与电子流 道区，让电流经电流扩散层扩散后被限制只由电子流道区向下扩散通过作动膜，进而提升作 动膜的内部量子效率，且因为高能粒子作用只是改变作动膜顶面预定区域的物理性质，并不 会对作动膜出光产生影响，因此可以在内部量子效率提升后，有效提升组件整体的发光亮度。
图1是一剖视示意图，说明目前的一种发光二极管芯片；
图2是一俯视图，目前的一种具有阻障层的发光二极管芯片；图3是一剖视示意图，配合图2说明目前的具有阻障层的发光二极管芯片；图4是一俯视图，说明本发明高亮度发光二极管芯片的一第一较佳实施例；图5是一剖视示意图，配合图4说明本发明高亮度发光二极管芯片的第一较佳实 施例；图6是一俯视图，说明本发明高亮度发光二极管芯片的一第二较佳实施例；图7是一剖视示意图，配合图6说明本发明高亮度发光二极管芯片的第二较佳实 施例；及图8是一剖视示意图，说明一类似于本发明高亮度发光二极管芯片的第二较佳实施例所说明的高亮度发光二极管芯片。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明参阅图4、图5，本发明高亮度发光二极管芯片2的一第一较佳实施例包含一块基 材21、一层连接在该基材21上的作动膜22、一层设置在该作动膜22上的电流扩散层24，及 一组包括一第一电极251与一第二电极252用于提供电能的电极单元25。该基材21由易于供氮化镓系的半导体材料磊晶成长，例如蓝宝石的材料构成。该层作动膜22通常是选自氮化镓系的半导体材料、并自基材21向上磊晶形成，具 有一与该基材21连接的底面225，及一相反于该底面225的顶面224，就结构上来说，该作 动膜22还具有分别经过掺杂而成n、p型的第一、二披覆层221、222，及形成在该第一、二批 覆层221、222之间的主动层223，该第一、二披覆层121、122相对该主动层123形成载子能 障而在对该作动膜12提供电能产生电子-电洞复合、释放能量，进而转换成光。特别的是，自该基材21向上磊晶长成该作动膜22后，该基材22顶面224预定区域 以高能量粒子作用，而形成一以高能量粒子作用过的高能作用区226，及一未被高能量粒子 作用过的电子流道区227，在经过高能量粒子束作用过后，该顶面224高能作用区226的材 料特性会产生变化，而使得此区域的电阻值相对高于电子流道区227 ；在本例中，是在电浆 耦合蚀刻机(ICP)中，以高能量的氩离子对该作动膜22顶面224预定区域进行物理轰击， 形成该高能作用区226，其它，以混合气体，例如是选自氩气与氯化硼气体的混合气体(氩 气/氯化硼气体，Ar/BCl3)、氩气与氯气的混合气体(氩气/氯气，Ar/Cl2)、氩气与四氟化 碳气体的混合气体(氩气/四氟化碳气体，Ar/CF4)，或氩气、氧气与四氟化碳气体的混合气 体(氩气/氧气/四氟化碳气体，Ar/02/CF4)作用，也可以将作动膜22顶面224作用区分 成高能作用区226与电子流道区227。该电流扩散层24以相对该作动膜22产生的光为透明且可导电的材料，例如铟锡 氧化物构成在作动膜22顶面224上，并与该第二披覆层221形成欧姆接触，用以导引电流 横向均勻扩散，且由于顶面224高能作用区226的电阻值相对高于电子流道区227的电阻 值，所以会限制电流横向扩散后只自电子流道区227向下流通过作动膜22使其产生光子。该电极单元25的第一、二电极251、252是以合金、金属等导电材料所构成，该第一 电极251设置在第一披覆层221上，第二电极252设置在该电流扩散层24上并形成欧姆接 触，彼此地配合地对该作动膜22提供电能。
当自该第一、二电极251、252施加电能时，电流经该电流扩散层24沿该作动膜22顶面224均勻横向分散流通，然后借着高能作用区226的限制，强迫电流循对应电子流道区 227向下扩散通过作动膜22，进而使作动膜22以光电效应产生光子；产生的光，径朝向第二 电极252方向穿过顶面224、电流扩散层24，向外界射出。由于电子流道区227的面积形状直接对应电流流通过作动膜22的区域的密度，从 而可以让作动膜22以更有效率的方式产生光子，换句话说，可以借着人为作用形成高能作 用区226与电子流道区227的形状、面积大小等，有效地让电流更均勻地流通过作动膜22， 提升作动膜22的内部量子效率，此外，高能量粒子作用只是改变顶面224结构的物理特性， 所以并不会影响光的行进，也因此，即使在维持相同的光取出率时，也能因为内部量子效率 的提升，进而有效提升组件整体的发光亮度。参阅图6、图7，本发明高亮度发光二极管芯片3的一第二较佳实施例包含一块基 材31、一层连接在该基材31上的作动膜32、一层设置在该作动膜32上的电流扩散层34，及 一块电极片35。该基材31由导电的材料，例如金属、合金，可导电同时可导热，配合该电极片35作 为电极提供电能用，同时将作动膜32作动时产生的废热导离至外界。该层作动膜32通常是选自氮化镓系的半导体材料、并自易于供氮化镓系的半导 体材料磊晶成长的蓝宝石基板上磊晶形成后，再转贴至该基材上，由于此部份技术已为业 界所周知，且并非本发明创作重点所在，所以在此不多加详述。该作动膜32具有一与该基 材31连接的底面325，及一相反于该底面325的顶面324，且就结构上来说，该作动膜32还 具有分别经过掺杂而成η、ρ型的第一、二披覆层321、322，及形成在该第一、二批覆层321、 322之间的主动层323，该第一、二披覆层321、322相对该主动层323形成载子能障而在对 该作动膜32提供电能产生电子_电洞复合、释放能量，进而转换成光。与上例所述相似，该作动膜32转贴至该基材31上后，该顶面324预定区域以高 能量粒子作用，而形成一以高能量粒子作用过的高能作用区326，及一未被高能量粒子作用 过的电子流道区327，在经过高能量粒子束作用过后，该顶面324高能作用区326的物理 特性会产生变化，而使得电阻值相对高于电子流道区327 ；在本例中，是在电浆耦合蚀刻机 (ICP)中，以高能量的氩离子对该作动膜32顶面324预定区域进行物理轰击，形成该高能作 用区326，其它，以混合气体，例如是选自氩气与氯化硼气体的混合气体(氩气/氯化硼气 体，Ar/BCl3)、氩气与氯气的混合气体(氩气/氯气，Ar/Cl2)、氩气与四氟化碳气体的混合 气体(氩气/四氟化碳气体，Ar/CF4)，或氩气、氧气与四氟化碳气体的混合气体(氩气/氧 气/四氟化碳气体，Ar/02/CF4)作用，也可以将作动膜22顶面224作用区分成高能作用区 226与电子流道区227。该电流扩散层34以相对该作动膜32产生的光为透明且可导电的材料，例如铟锡 氧化物构成在作动膜32顶面324上，并与该第二披覆层322形成欧姆接触，用以导引电流 横向均勻扩散，且由于顶面324高能作用区326的电阻值相对高于电子流道区327的电阻 值，所以会限制电流横向扩散后只自电子流道区327向下流通过作动膜32使其产生光子。该电极片35是以合金、金属等导电材料所构成并设置在该电流扩散层34上，且与 该电流扩散层34形成欧姆接触，与该基材31彼此配合地对该作动膜32提供电能。当自该基材31、电极片35配合施加电能时，电流经该电流扩散层34沿该作动膜32顶面324均勻横向分散流通，然后借着高能作用区326的限制，强迫电流循对应电子流道 区327向下扩散通过作动膜32，进而使作动膜32以光电效应产生光子；产生的光，径朝向 电极片35方向穿过顶面324、电流扩散层34，向外界射出。参阅图8，较佳地，在本第二较佳实施例所述的高亮度发光二极管芯片3的基材 31’，还包括一层以导电且可导热的材料所构成的基底311，及一层以导电、导热且同时高折 射率的材料构成在该基底311上并与该作动膜32底面325连接的反射镜312，该反射镜312 可反射光，而让作动膜32产生且朝向该基材31’方向行进的光被反射而再朝向该电极片35 方向行进，而穿过顶面324、电流扩散层34向外界射出，进而更加提升组件的出光量，提升 组件的整体发光亮度。
综合上述说明可知，本发明的高亮度发光二极管芯片2、3，是借着高能量粒子，特 别的是以电浆耦合蚀刻机的氩离子，对作动膜22、32顶面224、324预定区域进行物理轰击， 形成电阻值不同的高能作用区226、326与电子流道区227、327，从而强迫限制电流经电流 扩散层224、324横向均勻扩散后，只能自电子流道区227、327向下流通过作动膜22、32使 其产生光子，借此有效地提升作动膜22、32的内部量子效率，同时，因为高能量粒子作用只 是改变顶面224、324结构的物理特性，所以并不会影响光的行进，也因此，即使在维持相同 的光取出率时，也能因为内部量子效率的提升，进而有效提升组件整体的发光亮度。与目前的发光二极管芯片1相较，本发明只需增加一道高能量粒子作用的步骤， 即可达到类似于背景技术的发光二极管芯片1必须以至少三道步骤制作阻障层15的功效， 同时，还可以避免因为增加阻障层15而影响出光的问题，确实达到本发明创作的目的。
权利要求
一种高亮度发光二极管芯片，包含一块基材、一层设置在该基材上并在提供电能时以光电效应产生光子的作动膜、一层电流扩散层，及一组电极单元，该电流扩散层以对该作动膜产生的光为透明且可导电的材料构成，并与该作动膜欧姆接触地形成在该作动膜上，该电极单元具有一与该作动膜连接的第一电极，及一设置在该电流扩散层上而与该第一电极彼此配合对该作动膜提供电能的第二电极，且当以该第一、二电极配合提供电能时，电流被该电流扩散层导引沿该顶面横向均匀分散并向下流通过该作动膜而使该作动膜产生光子；其特征在于该作动膜具有一与该基材连接的底面，及一相反于该底面且与该电流扩散层连接的顶面，该顶面并区分成一以高能量粒子作用过而使电流无法通过的高能作用区，及一未被高能量粒子作用过因而电阻值相对小于该高能作用区的电阻值而可供电流通过的电子流道区。
2.如权利要求1所述的高亮度发光二极管芯片，其特征在于该高能作用区是以氩离子进行物理性轰击形成。
3.如权利要求1所述的高亮度发光二极管芯片，其特征在于该高能作用区是以混合气体作用形成。
4.如权利要求3所述的高亮度发光二极管芯片，其特征在于该混合气体是选自于下列混合气体之一氩气与氯化硼气体的混合气体、氩气与氯气 的混合气体、氩气与四氟化碳气体的混合气体，氩气、氧气与四氟化碳气体的混合气体。
5.一种高亮度发光二极管芯片，包含一块由导电材料构成的基材、一层设置在该基材 上的作动膜、一层与该作动膜相欧姆接触地形成在该作动膜上的电流扩散层，及一块设置 在该电流扩散层上的电极片，该作动膜在提供电能时以光电效应产生光子，该电流扩散层 以对该作动膜产生的光为透明且可导电的材料构成，该电极片与该基材彼此配合对该作动 膜提供电能，且当以该电极片与该基材配合提供电能时，电流被该电流扩散层导引横向均 勻分散后向下流通过该作动膜而使该作动膜产生光子；其特征在于该作动膜具有一与该 基材连接的底面，及一相反于该底面并与该电流扩散层连接的顶面，该顶面并区分成一以 高能量粒子作用过而使电流无法通过的高能作用区，及一未被高能量粒子作用过因而电阻 值相对小于该高能作用区的电阻值而可供电流通过的电子流道区。
6.如权利要求5所述的高亮度发光二极管芯片，其特征在于该高能作用区是以氩离子进行物理性轰击形成。
7.如权利要求5所述的高亮度发光二极管芯片，其特征在于该高能作用区是以混合气体作用形成。
8.如权利要求6所述的高亮度发光二极管芯片，其特征在于该混合气体是选自于下列混合气体之一氩气与氯化硼气体的混合气体、氩气与氯气 的混合气体、氩气与四氟化碳气体的混合气体，氩气、氧气与四氟化碳气体的混合气体。
9.如权利要求5、6或8所述的高亮度发光二极管芯片，其特征在于该基材具有一层 基底，及一层以具有高折射率的材料形成在该基底上并与该作动膜底面连接以反射光的反 射镜。
全文摘要
一种高亮度发光二极管芯片，包含基材、设置在基材上的作动膜、设置在作动膜上的透明电流扩散层，及对作动膜提供电能的电极单元，特别的是，作动膜与电流扩散层相连接的顶面包括以高能量粒子作用过的高能作用区，及未被高能量粒子作用过因而电阻值相对小于高能作用区的电阻值的电子流道区，所以当以电极单元提供电能时，电流由电流扩散层导引横向均匀分散后，再自电子流道区向下流通过作动膜而使作动膜产生光子，借此，可使电流以对应电子流道区态样成比例地流通过作动膜，以提升组件内部量子效率，进而提升组件整体发光亮度。
文档编号H01L27/15GK101807634SQ20091004627
公开日2010年8月18日 申请日期2009年2月17日 优先权日2009年2月17日
发明者罗信明 申请人:罗信明