[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元件，且特别是涉及一种发光二极管(LED)元件及其制造方法。

背景技术

随着发光二极管技术的蓬勃发展，再加上发光二极管在光源上的应用具有薄型化、省电与不含汞等优势，因此发光二极管的技术有逐渐取代传统发光技术的趋势。

而随着发光二极管在照明、汽车头灯等高亮度需求产品的应用上的比例逐渐增加，对于发光二极管芯片的亮度的要求也日益提高。为了得到更高的亮度，在操作上需利用更大的电流来进行驱动，以增加发光二极管芯片的亮度。

然而，电流的增加，可能会导致发光效率随着注入电流的增加而明显下降，产生所谓的效率骤降(efficiency droop)现象。亦即，在高电流持续注入之下，虽可提供可贡献发光的载子，但发光二极管元件的发光效率并未随之提升，反而呈现下降的趋势。目前为了避免效率骤降的现象，通常以增加发光二极管芯片的尺寸的方式来增加亮度。但是，发光二极管芯片的尺寸的增加，同时也造成了电流扩散不均的问题。

一般而言，如图1A所示，低功率的发光二极管芯片100的驱动电流小，电流分散的效果较为良好。因此，n型接触电极102与p型接触电极104的安排与形状无需特别设计，注入电流即可均匀地扩散在发光二极管芯片100中，而达到均匀发光的效果。而如图1B的发光二极管芯片110与图1C的发光二极管芯片120所示为不同尺寸的高功率的发光二极管芯片，其中，图1A的发光二极管芯片100的尺寸小于图1B的发光二极管芯片110的尺寸，而图1B的发光二极管芯片110的尺寸又小于图1C的发光二极管芯片120的尺寸。在图1B与图1C中的该些高功率的发光二极管芯片的驱动电流大，目前除了利用增加发光二极管芯片的尺寸的方式来改善效率骤降现象与增加散热面积外，也利用设置具有导电分支(conductive finger)的p型与n型接触电极，用于利用电路并联的概念来改善电流分布。举例而言，发光二极管芯片110的p型接触电极114具有朝n型接触电极112延伸的导电分支116；而发光二极管芯片120的p型接触电极124具有三个朝n型接触电极122延伸的导电分支128，且n型接触电极122具有二个朝p型接触电极124延伸的导电分支126。

然而，这种通过并联来散布电流的方式，还是没办法获得很好的电流分配效果。通常愈靠近n型与p型接触电极的区域，电流密度较高；而愈远离n型与p型接触电极的区域、或者愈远离n型与p型接触电极连线的区域，电流密度愈小。

因此，请参照图2，为了进一步改善电流分布的问题，现在更有人提出在同一基板146上形成一个包含多个小型发光二极管芯片，例如发光二极管芯片132与134的发光二极管模块130。其中，这些小型发光二极管芯片132与134的相邻二者之间具有沟槽140，沟槽140中填设有绝缘材料142，以电性隔离相邻的发光二极管芯片132与134。在此发光二极管模块130中，这些发光二极管芯片132与134以串联方式结合，亦即利用导线144来连接发光二极管芯片132的n型接触电极136与发光二极管芯片134的p型接触电极138。

通过将多个小型发光二极管芯片串联的驱动模式，可利用这些小型发光二极管芯片来增加整个模块的发光面积，由此达到提高发光二极管模块的亮度的效果。由于这样的发光二极管模块由多个小型发光二极管芯片串联而成，因此可利用小电流(高电压)来进行驱动。如此一来，可解决大型发光二极管芯片的电流分布不均的问题，也可利用小电流驱动方式，来避免大电流驱动时所产生的效率骤降现象。

然而，在这样的发光二极管模块设计中，由于相邻两个发光二极管芯片之间需形成电性绝缘沟槽，因此需将基板上的相邻发光二极管芯片之间的外延层予以蚀刻移除。如此将造成蚀刻时间过长，进而导致制作工艺设备的需求增加、以及制作工艺成本的提高。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种发光二极管元件及其制造方法，其包含数个串联的小型发光结构，故可解决大芯片尺寸的电流分布不均的问题，并可利用小电流驱动的方式，来避免大电流驱动所造成的效率骤降效应。

本发明的另一目的在于提供一种发光二极管元件及其制造方法，其设有电流阻障层，可在发光二极管元件运转时，有效避免电流经由下方的未掺杂半导体层，而可确保发光二极管的有效运转。

本发明的又一目的在于提供一种发光二极管元件及其制造方法，其可通过预设的蚀刻终止层，使蚀刻停在此蚀刻终止层，而无需完全蚀穿未掺杂半导体层。因此，不仅可缩短蚀刻制作工艺的时间，更可精准控制蚀刻深度。