[发明专利]半导体发光装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体发光元件，且特别涉及一种发光二极管(LED)阵列及其制造方法。

背景技术

图1绘示一种传统水平式发光二极管(horizontal light emitting diode)的示意图。请参照图1，水平式发光二极管100包括外延（磊晶）基板102。外延结构104通过一外延成长工艺(epitaxial growth process)自外延基板102长成。电极单元106形成于外延结构上，用以提供电能。外延基板102以例如蓝宝石(sapphire)或碳化硅等材质制成，如此一来能够将第三族氮化物(例如是氮化镓系(GaN-based)或氮化铟镓系(InGaN-based)半导体材料)外延成长于外延基板102上。

外延结构104通常以氮化镓系半导体材料或氮化铟镓系半导体材料制成。在外延成长工艺中，氮化镓系半导体材料或氮化铟镓系半导体材料以外延方式自外延基板102长成，以形成n型掺杂层108和p型掺杂层110。当施加电能于外延结构108上时，位于n型掺杂层108和p型掺杂层110的交界处的发光部112产生电子空穴捕捉现象(electron-hole capture phenomenon)。如此一来，发光部112中的电子会掉入一较低的能阶且以光子模式放出能量。举例来说，发光部112是一个多重量子阱(multiple quantum well，MQW)结构，能够局限电子和空穴在空间中的移动。因此，电子和空穴碰撞的机率提高，使得电子空穴捕捉现象较容易发生，进而提高发光效率。

电极单元106包括第一电极114和第二电极116。第一电极114和第二电极116是分别地与n型掺杂层108和p型掺杂层110欧姆性接触(ohmic contact)。上述电极用以提供电能至外延结构104。当施加电压在第一电极114和第二电极116之间，电流会从第二电极116经由外延基板102流向第一电极114且水平分布在外延结构104中。于是，许多光子由外延结构104里的光电效应(photoelectric effect)而产生。水平式发光二极管100因为电流水平分布在外延结构104中而发光。

水平式发光二极管100的工艺简单。然而，水平式发光二极管100会造成一些问题，例如电流群聚(current crowding)问题、发光不均匀(non-uniformitylight emitting)的问题、以及蓄热(thermal accumulation)问题等等，但不限于此。这些问题会造成水平式发光二极管100的发光效率下降以及/或水平式发光二极管100的损坏。

为了克服上述的问题而发展了垂直式发光二极管(vertical light emitting diode)。图2绘示一种传统垂直式发光二极管的示意图。垂直式发光二极管200包含外延结构204以及电极单元206，电极单元206设置于外延结构上用以提供电能。类似于图1所示的水平式发光二极管100，外延结构204可以由氮化镓系半导体材料或氮化铟镓系半导体材料经由一外延成长工艺而制成。在外延成长工艺中，氮化镓系半导体材料和氮化铟镓系半导体材料以外延方式自外延基板(未绘示)长成，以形成n型掺杂层208、发光结构212、和p型掺杂层210。接着，剥除(stripping)外延基板之后，电极单元206连接至外延结构204。电极单元206包括第一电极214与第二电极216。第一电极214及第二电极216是分别地与n型掺杂层208及p型掺杂层210欧姆性接触。此外，第二电极216可黏贴至散热基板(heat dissipating substrate)202，以增加散热效率。当施加一电压于第一电极214与第二电极216之间时，电流是垂直地流通。因此垂直式发光二极管200可以有效地改善水平式发光二极管100的电流群聚问题、发光不均匀问题及蓄热问题。然而，如图2绘示的传统垂直式发光二极管具有电极遮蔽效应(shading effect)的问题。此外，形成垂直式发光二极管200的工艺可能较为复杂。举例而言，外延结构204可能因第二电极216黏贴至散热基板202的高热(high heat)而损坏。