专利名称：发光二极管元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管元件及其制造方法。
背景技术：
发光二极管(light-emitting diode, LED)是一种由半导体材料制作而成的发光元件。由于发光二极管属于冷发光，具有耗电量低、元件寿命长、反应速度快等优点，再加上体积小容易制成极小或阵列式元件的特性，因此近年来随着技术不断地进步，其应用范围涵盖了电脑或家电产品的指示灯、液晶显示装置的背光源乃至交通信号或是车用指示灯。图1为一种已知的发光二极管元件1的俯视图，图2为图1的发光二极管元件1 沿AA线段的剖面示意图。发光二极管元件1包含基板11、N型半导体层12、多重量子阱层 13、P型半导体层14、透光导电层15、第一电极16及第二电极17。其中，第一电极16具有导电垫161及导电分支162，第二电极17具有导电垫171及两导电分支172，导电垫161、 171用引线以接收驱动信号，导电分支162、172分别设置于N型半导体层12及透光导电层 15上，以通过驱动信号使发光二极管元件1发出光线。其中，第一电极16的导电分支162与第二电极17的导电分支172在垂直方向上设置于不同位置，即错位设置。然而，此种电极配置方式不仅减少元件的发光面积，此外，增加的金属电极也会造成光吸收，导致发光二极管元件1的光功率降低。因此，如何提供一种具有全新电极配置的发光二极管元件，而能增加发光面积并减少电极吸光机率，已成为重要课题之一。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的之一为提供一种具有全新电极配置的发光二极管元件，能增加发光面积并减少电极吸光机率，进而提升元件的光功率。为达上述目的，依据本发明的一种发光二极管元件包含基板、外延层、第一电极以及第二电极。外延层设置于基板上，第一电极设置于外延层，第二电极设置于外延层之上， 且第二电极的第一导电分支与第一电极的第一导电分支重叠设置。在实施例中，第一电极的第一导电分支与第二电极的第一导电分支为长条状，导电分支用以将电流均勻扩散。在实施例中，第一电极可还具有连接部与第一电极的第一导电分支连接，第二电极还可具有连接部与第二电极的第一导电分支连接，这些连接部不重叠设置，且可为垫状， 例如为引线用的导电垫(conductive pad)。在实施例中，第一电极的第一导电分支位于外延层的凹槽内，并可由反射层覆盖。 通过反射层可调整发光二极管的发光路径，并进一步避免电极吸收光线而提升出光效率。在实施例中，外延层具有第一半导体层、第二半导体层及多重量子阱层，多重量子阱层位于第一半导体层与第二半导体层之间，第一电极位于第二半导体层的凹槽的表面。在实施例中，绝缘层位于第一电极的第一导电分支与第二电极的第一导电分支之间。通过绝缘层的设置，第一电极的第一导电分支与第二电极的第一导电分支形成并联电容。电容可吸收储存电荷而增加发光二极管元件抗静电能力。在实施例中，第一电极还具有第二导电分支，第二电极还具有第二导电分支，这些第二导电分支重叠设置，且第一电极的第一导电分支与第一电极的第二导电分支部可平行设置，第二电极的第一导电分支与第二电极的第二导电分支可平行设置。通过第一电极与第二电极的这些第一导电分支重叠设置，以及第一电极与第二电极的这些第二导电分支重叠设置，可增加重叠面积，而降低电极吸光机率，并增加电容值而提升抗静电能力。为达上述目的，依据本发明的一种发光二极管元件的制造方法包含于基板上形成外延层；于外延层形成第一电极的第一导电分支；以及于外延层之上形成第二电极的第一导电分支，使第二电极的第一导电分支与第一电极的第一导电分支重叠设置。在实施例中，制造方法还包含形成反射层覆盖第一电极的第一导电分支。通过反射层可调整发光二极管的发光路径，并进一步避免电极吸收光线而提升出光效率。在实施例中，制造方法还包含形成绝缘层介于第一电极的第一导电分支与第二电极的第一导电分支之间。绝缘层例如可充填于凹槽。通过绝缘层可使得第一电极的第一导电分支与第二电极的第一导电分支形成电容，电容可吸收储存电荷而增加发光二极管元件抗静电能力。在实施例中，制造方法还包含形成第一电极的第二导电分支；以及形成第二电极的第二导电分支，并使第一电极的第二导电分支与第二电极的第二导电分支重叠设置。通过第一电极与第二电极的第一导电分支重叠设置，以及第一电极与第二电极的第二导电分支重叠设置，可增加重叠面积，而降低电极吸光机率，并增加电容值而提升抗静电能力。承上所述，本发明的发光二极管元件及其制造方法是通过第一电极的第一导电分支与第二电极的第一导电分支重叠设置，可减少电极所占的面积以致能有效增加发光面积，降低电极吸光机率，且重叠设置的电极可形成电容以吸收储存电荷而增加元件抗静电能力，如此可提升元件的光功率及元件效能。
图1为一种已知的发光二极管元件的俯视图；图2为图1的发光二极管元件沿AA线段的剖面示意图；图3为本发明优选实施例的一种发光二极管元件的俯视示意图；图4为图3的发光二极管元件沿AA线段的剖面示意图；图5为本发明优选实施例的一种发光二极管元件制造方法的流程步骤图；以及图6A至图6D为本发明优选实施例的一种发光二极管元件制造方法的流程示意图。附图标记说明1、2:发光二极管元件11,21 基板12 =N型半导体层13,223 多重量子阱层14 =P型半导体层
15、28:透光导电层16、23:第一电极161:导电垫162:导电分支17、24:第二电极171:导电垫172:导电分支22 外延层221 第一半导体层222 第二半导体层231J41 第一导电分支232,242 连接部233J43 第二导电分支25:凹槽26 :反射层27 绝缘层SOl S03 制造方法的步骤
具体实施例方式以下将参照相关附图，说明依本发明优选实施例的一种发光二极管元件及其制造方法，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。图3为本发明优选实施例的一种发光二极管元件2的俯视示意图，图4为图3的发光二极管元件2沿AA线段的剖面示意图。请参照图3及图4所示，发光二极管元件2包含基板21、外延层22、第一电极23以及第二电极24。基板21的材料可例如包含蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、磷化镓(GaP)或硅，在此以蓝宝石为例。外延层22设置于基板21上。外延层22可为任意的半导体层，例如包含第一半导体层221及第二半导体层222，其中第一半导体层221与第二半导体层222具有不同的导电性。在本实施例中，第一半导体层221为P型，第二半导体层为N型。且可依据发光二极管的功能，例如蓝光二极管、绿光二极管、红光二极管等等，而变化外延层22的材料。 外延层22的材料可例如选自氮化镓(GaN)系列的材料，例如包含氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AKiaN)或磷化铝铟镓(AlInGaP)系列等。另外，外延层22还可包含多重量子阱层 (multiple quantum well,MQff)223以产生所需的光，其中该多重量子阱层223夹设于第一半导体层221与第二半导体层222之间。而为了电性导通第二半导体层222，第一半导体层221与多重量子阱层223中的一部分利用例如光刻蚀刻工艺移除，用以露出部分的第二半导体层222表面，第一电极23设置于第二半导体层222所露出的表面上，第一电极23包含有第一导电分支231、第二导电分支233与连接部232，其中第一导电分支231与第二导电分支233例如为长条状的导电分支，用以将电流均勻扩散，而连接部232分别与第一导电分支231与第二导电分支233连接形成导电通路，该连接部232例如为引线用的导电垫(conductive pad)。发光二极管元件2可还包含透光导电层(transparent conductive layer, TCL)观，其设置于外延层22之上，用以将电流均勻扩散后通过第一半导体层221，而后再通过多重量子阱层223。本实施例的透光导电层观可以例如为氧化铟锡(ITO)。第二电极M设置于该透光导电层观上，第二电极M包含有第一导电分支Ml、第二导电分支243与连接部M2，其中第一导电分支241与第二导电分支243例如为长条状的导电分支，用以将电流均勻扩散，而连接部242分别与第一导电分支241与第二导电分支 243连接形成导电通路，该连接部242例如为引线用的导电垫(conductive pad)。如图4中所示，在本实施例中，第一电极23的第一导电分支231与第二导电分支 233位于外延层22被移除部分的凹槽25内，并可由反射层沈覆盖，反射层沈可部分覆盖第一导电分支231与第二导电分支233或完全覆盖第一导电分支231与第二导电分支233。 通过反射层沈可调整发光二极管元件2的发光路径，并进一步避免电极23J4吸收光线而提升出光效率。反射层26可为反射金属构成的膜层或是由反射结构所构成，其中亦可添加透明介电材料。例如反射层26可包含金属反射材料铝、银、或钼、或其合金、或者反射层沈可为布拉格反射结构(DBR)，并可包含二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)、 或者反射层26可由金属铝、银、或钼及透明介电材料二氧化钛、二氧化硅或氮化硅组成。另外，在本实施例中，绝缘层27位于第一电极23的第一导电分支231与第二电极 24的第一导电分支241之间，在此绝缘层27充填于凹槽25内，而第二电极M的第一导电分支241与第二导电分支243设置于该绝缘层27之上，且第一电极23的第一导电分支231 与第二电极M的第一导电分支241重叠设置，该第一电极23的第二导电分支232与该第二电极M的第二导电分支242重叠设置，且该两电极的重叠部分是以绝缘层27电性绝缘隔开。另外，在其他实施例中，绝缘层27亦可延伸覆盖部分的第一半导体层221。通过绝缘层 27的设置，第一电极23的第一导电分支231与第二电极M的第一导电分支241形成并联电容，第一电极23的第二导电分支232与第二电极M的第二导电分支242形成并联电容， 电容可吸收储存电荷而增加发光二极管元件2的抗静电能力。并且此处的绝缘层27也相当于电流阻障层的效果，通过绝缘层27的设置可以避免电流直接在第一电极23与第二电极M的导电分支之间直接流通，可以让电流更均勻的扩散，增加发光面积，提高发光效率。本实施例的绝缘层27为透光绝缘层，其材料可包含透明性材料，例如二氧化硅 (SiO2)、氮化硅(SiN)、二氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)或自旋涂布硅玻璃(silicon on glass, S0G)、或者绝缘层27可包含高介电常材料，例如氮氧硅铪化合物(HfSiON)、氧化铪 (HfO2)或二氧化锆(ZrO2)。通过第一电极23与第二电极M的第一导电分支231、241重叠设置，以及第一电极23与第二电极对的第二导电分支233、243重叠设置，可减少电极遮光面积，进而增加有效发光面积，并增加电容值而提升抗静电能力。在此实施例中，第二导电分支233、243分别与连接部232、242连接，在其他实施例中，第二导电分支233、243或可与第一电极23与第二电极M的另一连接部连接。另外，在本实施例中，电极的两连接部232、242不重叠设置。以下以图5及图6A至图6D举例说明发光二极管元件2的制造方法。其中图5为制造方法的流程步骤图，其中包含步骤SOl至步骤S03，图6A至图6D为制造方法的流程示意图。
如图6A所示，首先，在基板21上形成外延层22(步骤S01)，可例如通过有机金属化学气相沉积法(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)将外延层 22 形成于基板21上。外延层22可例如包含第一半导体层221、第二半导体层222及多重量子阱层223，其中第一半导体层221与第二半导体层222具有不同的电性。在本实施例中，第一半导体层221为P型，第二半导体层为N型，且多重量子阱层223夹设于第一半导体层221 与第二半导体层222之间。在形成外延层22之后，为了电性导通第二半导体层222，第一半导体层221与多重量子阱层223中的一部分利用例如光刻蚀刻工艺移除，用以露出部分的第二半导体层222表面，在本实施例中还包含对外延层22蚀刻出凹槽25，其中外延层22 的凹槽蚀刻至第二半导体层222。然后，透过例如电子束蒸镀(Electron Beam Evaporation)于外延层22上蒸镀电极金属于其上，以及光刻浮离工艺，形成第一电极23。如图6B所示，在外延层22形成第一电极23的第一导电分支231与第二导电分支233 (步骤S02)。于此，第一电极23的第一导电分支231与第二导电分支233形成于凹槽25内并位于凹槽25表面，且接触第二半导体层222。当然，在第一导电分支231的形成步骤中，亦可同时形成第一电极23的连接部232， 且连接部232分别与第一导电分支231及第二导电分支233连接(请参照图幻。另外，制造方法还包含形成反射层沈覆盖第一电极23的第一导电分支231，在此，反射层沈亦覆盖第一电极23的第二导电分支233。接着，如图6C所示，制造方法还包含形成绝缘层27介于第一电极23的第一导电分支231与第二电极M的第一导电分支241之间，在此利用化学气相沉积(Chemical vapor deposition, CVD)在整个发光二极管元件2的表面形成绝缘层，然后再以光刻蚀刻工艺去除不需要的部分，而形成绝缘层27覆盖第一电极23的第一导电分支231及第二导电分支 233，在此，绝缘层27充填于凹槽25。然后，如图6D所示，制造方法还包含利用例如电子束蒸镀在外延层22上形成覆盖整面的透光的导电层，然后再以光刻蚀刻工艺去除不需要的部分，形成透光导电层观于外延层22上。然后再透过例如电子束蒸镀电极金属于透光导电层观上，以及光刻浮离工艺， 而形成第二电极对。形成第二电极M的第一导电分支241与第二导电分支M3，使第二电极M的第一导电分支Ml、第二导电分支243与第一电极23的第一导电分支231、第二导电分支233重叠设置(步骤SO； )，且绝缘层27介于第一电极23的第一导电分支231、第二导电分支233与第二电极M的第一导电分支Ml、第二导电分支243之间。当然，在第一导电分支241的形成步骤中，亦可同时形成第二电极M的连接部对2，且连接部242分别与第一导电分支241及第二导电分支243连接。其中，第一电极23的连接部232不与第二电极 24的连接部242重叠设置，第一电极23的第二导电分支233与第二电极M的第二导电分支243重叠设置。由于制造方法所提及的元件的技术特征已详述于上述实施例，故于此不再赘述。综上所述，本发明的发光二极管元件及其制造方法是通过第一电极的第一导电分支与第二电极的第一导电分支重叠设置，可减少电极交错设置所占的面积以致能有效增加发光面积，降低电极吸光机率，且重叠设置的电极可形成并联电容以吸收储存电荷而增加元件抗静电能力，如此可提升元件的光功率及元件效能。以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等同修改或变更，均应包含于权利要求中。
权利要求
1.一种发光二极管元件，包含基板；外延层，设置于该基板上；第一电极，设置于该外延层并具有第一导电分支；以及第二电极，设置于该外延层之上，且该第二电极的第一导电分支与该第一电极的该第一导电分支重叠设置。
2.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该第一电极的该第一导电分支与该第二电极的该第一导电分支为长条状。
3.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该第一电极还具有连接部与该第一电极的该第一导电分支连接，该第二电极还具有连接部与该第二电极的该第一导电分支连接， 该多个连接部不重叠设置。
4.如权利要求3所述的发光二极管元件，其中该多个连接部为导电垫。
5.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该第一电极的该第一导电分支位于该外延层的凹槽内。
6.如权利要求5所述的发光二极管元件，其中该外延层具有第一半导体层、第二半导体层及多重量子阱层，该多重量子阱层位于该第一半导体层与该第二半导体层之间，该第一电极位于该第二半导体层的该凹槽的表面。
7.如权利要求5所述的发光二极管元件，其中该第一电极的该第一导电分支由反射层覆盖。
8.如权利要求5所述的发光二极管元件，还包含绝缘层，位于该第一电极的该第一导电分支与该第二电极的该第一导电分支之间。
9.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该第一电极的该第一导电分支与该第二电极的该第一导电分支形成电容。
10.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中该第一电极还具有第二导电分支，该第二电极还具有第二导电分支，该多个第二导电分支重叠设置。
11.一种发光二极管元件的制造方法，包含于基板上形成外延层；于该外延层形成第一电极的第一导电分支；以及于该外延层上形成第二电极的第一导电分支，使该第二电极的该第一导电分支与该第一电极的该第一导电分支重叠设置。
12.如权利要求11所述的发光二极管元件的制造方法，还包含对该外延层蚀刻出凹槽，使该第一电极的第一导电分支位于该凹槽内。
13.如权利要求12所述的发光二极管元件的制造方法，其中该外延层具有第一半导体层及第二半导体层，该凹槽的蚀刻步骤蚀刻至该第二半导体层，使该第一电极的该第一导电分支连接该第二半导体层。
14.如权利要求11所述的发光二极管元件的制造方法，还包含形成反射层覆盖该第一电极的该第一导电分支。
15.如权利要求11所述的发光二极管元件的制造方法，还包含形成绝缘层介于该第一电极的该第一导电分支与该第二电极的该第一导电分支之间。
16.如权利要求11所述的发光二极管元件的制造方法，还包含 形成该第一电极的连接部与该第一电极的该第一导电分支连接；及形成该第二电极的连接部与该第二电极的该第一导电分支连接，并使该第一电极的该连接部不与该第二电极的该连接部重叠设置。
17.如权利要求11所述的发光二极管元件的制造方法，还包含 于该外延层形成该第一电极的第二导电分支；及于该外延层上形成该第二电极的第二导电分支，并使该第一电极的该第二导电分支与该第二电极的该第二导电分支重叠设置。
全文摘要
本发明公开了一种发光二极管元件及其制造方法。该发光二极管元件包含基板、外延层、第一电极以及第二电极。外延层设置于基板上，第一电极设置于外延层并具有第一导电分支，第二电极设置于外延层之上，且第二电极的第一导电分支与第一电极的第一导电分支重叠设置。通过第一电极的第一导电分支与第二电极的第一导电分支重叠设置，可有效增加发光面积，减少电极吸光机率、并可形成电容吸收储存电荷而增加元件抗静电能力。
文档编号H01L33/38GK102456793SQ20101052684
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者余国辉, 朱长信, 李景弘 申请人:佛山市奇明光电有限公司, 奇力光电科技股份有限公司