[发明专利]发光二极管元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管元件及其制造方法，特别是涉及一种具有复合金属层的电极的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号志或是车用指示灯。

请一并参阅图1A及图1B，分别为现有具有水平式电极结构以及垂直式电极结构的LED示意图。目前业界中蓝光LED 1A多使用如图1A的蓝宝石（Sapphire，Al₂O₃）基板11作为外延成长的基板，由于蓝宝石基板11为绝缘材料，因此，目前的蓝光LED 1A多采用如图1A中的水平式电极结构，蓝光LED 1A包含蓝宝石基板11、外延层12，其中外延层12可以包含多层结构，在此例如由蓝宝石基板11往上依序为一n型半导体层121、一发光层122与一p型半导体层123、一n型电极13以及一p型电极14，其中外延层12的材料以氮化镓为例，n型电极13及p型电极14设置于蓝宝石基板11的同一侧。

由于氮化镓材料的外延成长特性，氮化镓成长于蓝宝石基板11表面时，在靠近蓝宝石基板11侧的氮化镓会呈现氮面121a（n-face），而远离蓝宝石基板11侧的氮化镓则为镓面121b（Ga-face）。为了与外延层12的半导体材料有较佳的欧姆接触（ohmic contact）特性，一般多使用铬/铂/金的复合金属层来作为n型电极13及p型电极14。

由于制造上述水平式电极结构需要牺牲部分的外延层12面积来设置n型电极13，以让n型电极13能与外延层12中的n型半导体层121电性连结，再加上蓝宝石基板11的散热特性不良，容易影响蓝光LED 1A的可靠性及寿命。因此在一些特殊的产品应用上，为了得到更好的发光效率以及散热的特性，常会通过金属层15进行接合，将散热特性较佳的导电基板16（例如为硅基板）接合在外延层12结构上，然后再通过激光剥离（laser lift-off）的方式来移除外延基板（亦即移除蓝宝石基板11），而形成如图1B中具有垂直式电极结构的LED1B，其中，LED1B的n型电极17及p型电极18分别设置于导电基板16的二侧。

为了具有良好的欧姆接触特性，n型电极17的材料除了上述的铬/铂/金的复合金属层之外，在业界里一般还常用的材料还有钛/铝/镍/金、铝/钛/镍/金、钛/铂/金，或是钛/铝/钛/金等等。然而，上述的复合金属结构作为垂直式电极结构的n型电极17时，由于垂直式电极结构LED1B的n型电极17位于氮化镓材料的氮面上，而氮化镓材料的氮面与镓面特性不同，导致在经过后续200°C以上的热处理（例如封胶固化制作工艺），或是长时间的操作后，n型电极17的欧姆接触特性会从原本的欧姆接触状态变成萧特基接触（schottkey contact）状态，亦即n型电极17的阻值将明显升高。

因此，如何提供一种发光二极管元件及其制造方法，使电极能在经过高温的热处理之后，不论电极位在氮化镓半导体的氮面与镓面都能够维持较佳的欧姆接触特性，已成为重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种具有复合金属层的电极的发光二极管元件及其制造方法。

为达上述目的，依据本发明的一种发光二极管元件，包括一基板、一第一电极、一外延层以及一第二电极。第一电极设置于基板的一表面。外延层设置于基板的另一表面上。第二电极设置于外延层上，其中第二电极为一复合金属层且依序包括一钛层、一钨化钛层、一铂层以及一金层。其中，第二电极及基板分别设置于外延层的两侧。

为达上述目的，本发明更提供一种发光二极管元件的制造方法，包括提供一基板；形成一外延层于基板的一表面上；以及形成一电极于一外延层上，其中电极为一复合金属层，由与外延层相连接的一侧起，电极依序包括一钛层、一钨化钛层、一铂层以及一金层。

在本发明的一较佳实施例中，基板包含半导体材料。

在本发明的一较佳实施例中，基板为硅基板。

在本发明的一较佳实施例中，外延层具有一p型氮化镓层、一发光层以及一n型氮化镓层。

在本发明的一较佳实施例中，钛层的厚度介于15埃至100埃之间，钨化钛的厚度介于500埃至1000埃之间。

在本发明的一较佳实施例中，钛层用以粘着外延层。