专利名称：发光二极管装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种发光二极管装置，特别是一种氮化镓(GaN)系列的发光二极管装置，其为一种电极具有良好的光线反射性的覆晶式氮化镓(GaN)系列的发光二极管装置。
氮化镓(GaN)系列的发光装置，由于能发出特殊频率的光(如蓝光、绿光)而较受到重视。目前，其衬底的选择受限于GaN的性质，衬底主要以下列材料制成，如蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)或玻璃衬底等。其中，蓝宝石衬底为绝缘体，故其元件的正、负两个电极位置，必须位于GaN系列磊晶层的同一方，也就是具有所谓横向(lateral device)电极的特征。美国专利第5,563,442号、5,578,839号、5,583,879号己公开了一系列有关GaN系列的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体发光装置以蓝宝石为衬底的横向元件制作方法。由此结构制造而成的发光二极管装置，如图1所示，其先将发光二极管晶粒10的衬底11固定在一导电支架(lead frame)12上，而后晶粒10上方的正负两电极13和14必须分别连两条金或铝导线15和16导通导电支架的两个电极。然而，位于晶粒表面的连线用电极焊垫17，因会遮光而造成发光面积缩小与明暗不均的现象；此外，此一发光二极管装置虽公开一可透光的金属电极13用以提供分散电流(current spreading)的功能来提高发光效率，但由于其薄到可透光的状态，故其横向电阻较大，因此，所能提供的分散电流的功效极为有限；反之，由于其本身位于主要发光面上，虽然其可透光，但仍会降低发光效率。
美国专利第4,476,620号公开一种覆晶式氮化镓(GaN)系列的发光二极管装置(如图2所示)，其是将发光二极管晶粒上的电极21和22直接贴附在导电支架(lead frame)23的定点上，而利用衬底24(如蓝宝石)本身的透光性使发射出的光可直接通至外界。此种覆晶式发光二极管装置的主要发光面上并无遮光的电极焊垫，故可增加发光面积，提高发光效率。然而，此种现有的覆晶式氮化镓(GaN)系列的发光二极管装置发出的光中仅有一半可直接通过透光衬底24通至外界，而约有一半的光线射向电极(21和22)及导电支架23，因此，未能充分发挥其发光作用。此外，如美国专利第4,476,620号所公开的现有的覆晶式氮化镓(GaN)系列的发光二极管装置，并没有提供分散电流(current spreading)的功能，因此，只有在电极所在的位置有较好的发光效果，其他位置则发光效果不佳。
本实用新型的主要目的在于提供一种发光效率高的氮化镓(GaN)系列的发光二极管装置。本实用新型的发光二极管装置为覆晶式发光二极管装置，故于主要发光面上没有遮光的电极焊垫；此外，本实用新型的发光二极管装置具有一兼具光反射功能及分散电流功能的电极，其可将射向电极的光线反射至透光衬底方向，而可大大提高装置的发光效率；此外，此电极可具有足够的厚度及大小而能分散电流，使发光二极管充分发挥其发光效率。
为达到上述目的本实用新型采取如下措施本实用新型的一种发光二极管装置，包括一半导体堆叠结构，位于透光衬底的一主要表面上，堆叠结构包括邻接主要表面的-n型氮化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层；一邻接n型半导体层的-p型氮化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层；一第一电极，其与n型半导体层接触；一第二电极，其与p型半导体层接触；其特征在于，第二电极具有良好的光反射特性，且覆盖p型半导体层的大部分外表面。
其中，所述堆叠结构还包括一活化层，界于所述n型半导体层和p型半导体层之间。
其中，还包括一绝缘保护层，至少包覆在所产堆叠结构的四周侧面、所述第一电极的一部分及第二电极的一部分。
本实用新型的另一种发光二极管装置，包括一透光衬底；一半导体堆叠结构，位于透光衬底的一主要表面上，堆叠结构包括邻接主要表面的-p型氮化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层，和邻接p型半导体层的-n型氮化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层；一第一电极，与n型半导体层接触；一第二电极，与p型半导体层接触；其特征在于；第一电极具有良好的光反射特性，且覆盖n型半导体层的大部分外表面。
其中，所述堆叠结构更包括一活化层界于所述n型半导体层和p型半导体层之间。
其中，还可包括一绝缘保护层，至少包覆于所述堆叠结构的四周侧面、所述第一电极的一部分及第二电极的一部分。
结合附图及实施例对本实用新型的具体结构特征详细说明如下
图1现有氮化镓系列的发光二极管装置的截面示意图；图2现有覆晶式氮化镓系列的发光二极管装置的截面示意图；图3本实用新型的发光二极管实施例的截面示意图；图4图3的发光二极管以覆晶方式结合于一基座的示意图。
本实用新型的氮化镓(GaN)系列的发光二极管装置的发光效率高。本实用新型的覆晶式发光二极管装置具有一兼具光反射功能及分散电流功能的电极，其可将朝向电极的光反射至透光衬底方向而大大提高装置的发光效率；此外，此电极可具有足够的厚度及大小而能起到分散电流的作用，使发光二极管充分发挥其发光效率。
如图3所示，其为本实用新型的一实施例中发光二极管晶粒结构的示意图，晶粒结构30包括一透光衬底31，其材料可为蓝宝石(sapphire)、玻璃、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)等，或其他透明材料。一半导体堆叠结构，位于透光衬底31的一主要表面上，该堆叠结构包括邻接该主要表面的-n型的氮化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层32，和邻接该n型半导体层的-p型之氮化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层33。此实施例中，堆叠结构包括一活化层34界于n型半导体层32和p型半导体层33之间；在本实用新型的其他实施例中，堆叠结构可以不包括活化层34。此堆叠结构的制作方法为业界所熟知，故不再详述。电极35位于一蚀刻形成的窗口中，用以接触n型半导体层32。电极36覆盖在p型半导体层33的大部分表面，由于电极36的大小及厚度等并未特殊的限制，故电极36的几何形状与大小可被设计以达到最佳的分散电流效果，以提高发光效率；此外，电极36的材料可选用具有高反射效率的材料，用以将朝向电极36的光反射至透光衬底方向，而进一步提高发光效率。
在本实用新型中，电极36的材料可为透明导电层与铝(Al)或银(Ag)的多层结构；于本实用新型的一实施例中，电极36的材料可为镍/金/钛/铝(Ni/Au/Ti/Al)的多层结构，其中镍/金(Ni/Au)形成一透明金属层直接覆盖在p型半导体层33上，再在镍/金(Ni/Au)层上依次形成钛(Ti)层及铝(Al)层。电极36必须具备低欧姆接触电阻与高反射效率。镍/金(Ni/Au)为p型氮化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体良好的透明欧姆接触金属之一，而铝(Al)则是良好的光反射金属，但由于金和铝在高温下会互相扩散而破坏铝的反射效果，故利用钛(Ti)作为金和铝的扩散阻隔(diffusion barrier)，且钛亦是一良好的反射金属。在本实用新型的其他实施例中，电极36的材料可为氧化铟锡/铝(ITO/Al)，氧化铟锡/银(ITO/Ag)等；其中氧化铟锡(ITO)是一透明导电体，其反射效果是由铝或银产生的。
在本实用新型的不同实施例中，可在晶粒30的四周侧面及晶粒30表面，镀上一层绝缘层37，其材料可为SiOx、SiNy等，仅暴露出必须与基座上的导电区接触的电极部分。设绝缘层37的目的是为了保护隔绝p/n介面，以及防止导电胶导通、漏电流等现象的产生。
图4所示为图3的发光二极管晶粒结构以覆晶方式结合于一基座的示意图。基座40可为现有的导电支架、玻璃支架、电路板或是薄膜电路等。以导电支架或玻璃支架等作为基座，可形成个别的发光二极管装置；以电路板或是薄膜电路等作为基座，可形成表面粘着(SMD)的发光二极管装置。基座40具有导电区41及42分别作为正电极和负电极。以点胶机将电胶43分别点在基座40上的正负两电极位置。再者，利用衬底透光的特性，将发光二极管晶粒30做180°翻转使晶粒30的透光衬底朝上、电极35与36朝下，识别其正负电极的正确方向后，将电极35与36对准基座上的两电极的导电胶43，平放贴附至基座上，使其与基座上的电极导通。最后，在预定的时间内以适当的温度烘烤导电胶，即完成覆晶式发光二极管装置的制作。
在发光二极管的此实施例中，由P-N界面或活化层发出的光线，约一半朝透光衬底方向通至外界，另一半朝向电极36，由于电极36具有高度光反射效率，可将光线反射至透光衬底方向，可进一步提高发光二极管的发光效率。
在本实用新型的其他实施例中，可将n型半导体层及p型半导体层的位置互换，此时覆盖在n型半导体层上的电极即为兼具光反射功能及分散电流功能的电极，此电极的材料可为透明导电层与铝(Al)或银(Ag)的多层结构；本实用新型实施例中，此电极的材料可为钛/铝(Ti/Al)、钛/银(Ti/Ag)、氧化铟锡/铝(ITO/Al)或氧化铟锡/银(ITO/Ag)等多层结构。
与现有技术相比，本实用新型具有如下效果由于本实用新型的发光二极管装置中，所使用的电极具有良好的光线反射性，其可将射向电极的光线反射至透光衬底方向，所以可大大提高本装置的发光效率；本实用新型的发光二极管装置中的电极还具有分散电流的功能，此电极具有足够的厚度及大小，能起分散电流的作用，可使其发光效率得以充分发挥。
以上叙述是借实施例来说明本实用新型的结构特征，并非用于限制本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种发光二极管装置，包括一半导体堆叠结构，位于透光衬底的一主要表面上，堆叠结构包括邻接主要表面的-n型氮化镓Ⅲ-V族化合物半导体层；一邻接n型半导体层的-p型氮化镓Ⅲ-V族化合物半导体层；一第一电极，其与n型半导体层接触；一第二电极，其与p型半导体层接触；其特征在于，第二电极具有良好的光反射特性，且覆盖p型半导体层的大部分外表面。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述堆叠结构还包括一活化层，界于所述n型半导体层和p型半导体层之间。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括一绝缘保护层，至少包覆在所产堆叠结构的四周侧面、所述第一电极的一部分及第二电极的一部分。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括一基座，其具有第一及第二导电区，分别与所述第一及第二电极连接。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述基座为导电支架、玻璃支架、电路板或薄膜电路中之一。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第二电极为透明导电层与铝的多层结构。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第二电极为透明导电层与银的多层结构。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第二电极为镍/金/钛/铝、氧化铟锡/铝或氧化铟锡/银等多层结构中之一。
9.一种发光二极管装置，包括一透光衬底；一半导体堆叠结构，位于透光衬底的一主要表面上，堆叠结构包括邻接主要表面的-p型氮化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层，和邻接p型半导体层的-n型氮化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层；一第一电极，与n型半导体层接触；一第二电极，与p型半导体层接触；其特征在于；第一电极具有良好的光反射特性，且覆盖n型半导体层的大部分外表面。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述堆叠结构更包括一活化层界于所述n型半导体层和p型半导体层之间。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，还包括一绝缘保护层，至少包覆于所述堆叠结构的四周侧面、所述第一电极的一部分及第二电极的一部分。
12.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，还包括一基座，其具有第一及第二导电区，分别与所述第一及第二电极连接。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述基座为导电支架、玻璃支架、电路板或薄膜电路中之一。
14.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述第一电极为透明导电层与铝的多层结构。
15.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述第一电极为透明导电层与银的多层结构。
16.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述第一电极为钛/铝、钛/银、氧化铟锡/铝或氧化铟锡/银等多层结构中之一。
专利摘要一种发光二极管装置,包括:一半导体堆叠结构,位于透光衬底的一主要表面上,堆叠结构包括一n型氮化镓Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体层;一邻接n型半导体层的一p型氮化镓Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体层;一第一电极,其与n型半导体层接触;一第二电极,其与p型半导体层接触;二电极中之一具有良好的光反射特性及分散电流的作用;本发光二极管装置的发光效率高。
文档编号H01L33/00GK2434788SQ9925365
公开日2001年6月13日 申请日期1999年11月9日 优先权日1999年11月9日
发明者简奉任, 洪详竣 申请人:洲磊科技股份有限公司