專利名稱:發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法,尤其涉及一種利用芯片接合技術(shù)所制造的高亮度發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術(shù):
請參照圖1,圖1為傳統(tǒng)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面圖。該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)包括依序堆疊的基板100、n型半導(dǎo)體緩沖層(Buffer Layer)102、n型半導(dǎo)體接觸層(Contact Layer)104、n型半導(dǎo)體披覆層(Cladding Layer)106、活性層(ActiveLayer)108、p型半導(dǎo)體披覆層110、p型半導(dǎo)體接觸層112,以及位于部分的p型半導(dǎo)體接觸層112上的p型接觸墊(Contact Pad)114與位于暴露的n型半導(dǎo)體接觸層104上的n型接觸墊116。
一般傳統(tǒng)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)采用n型砷化鎵(GaAs)為基板100的材料。由于n型砷化鎵所構(gòu)成的基板100會吸收光,因此在發(fā)光二極管的活性層108所產(chǎn)生的光子中,朝向基板100方向的光子大部分將為基板100所吸收,而嚴(yán)重影響發(fā)光二極管組件的發(fā)光效率。
為避免發(fā)光二極管的基板吸光問題,美國惠普(Hewlett-Packard)公司在其美國專利第5376580號(申請日1993年3月19日)中揭露將砷化鋁鎵(AlGaAs)發(fā)光二極管芯片自砷化鎵基板剝離后直接接合到其它基板的技術(shù)。然而,該美國專利第5376580號的缺點是必須要考慮貼合芯片間的晶格方向?qū)R,而導(dǎo)致合格率降低。另外,臺灣全新光電公司(Visual Photonics Epitaxy)K.H.Chang等人在其美國專利第6258699號(申請日為1999年5月10日)中揭露將發(fā)光二極管芯片自其原生基板(Growth Substrate)上剝離后,利用金屬當(dāng)接合介質(zhì)的相關(guān)技術(shù)。但是,該美國專利第6258699號的缺點是貼合后容易剝落,而造成合格率下降。
綜上可知,所述現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光二極管,在實際使用上,顯然存在不便與缺陷,所以有必要加以改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有發(fā)光二極管的基板吸收光子,影響發(fā)光二極管組件的發(fā)光效率,而發(fā)光二極管芯片自基板上剝離直接或利用金屬作接合介質(zhì)接合于其他基板時,必須將芯片間晶格方向?qū)R或貼合易剝落,造成合格率下降。
為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管,至少包括一透明基板;一位于透明基板的一面上的反射層;一位于透明基板的另一面上的接著層;一位于接著層上的半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu);以及一位于半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu)上的透明導(dǎo)電層。
本發(fā)明中反射層的材料為金屬,接著層的材料為耐高溫且高溫度傳導(dǎo)系數(shù)的導(dǎo)電或不導(dǎo)電材料,接著層的材料可為有機(jī)材料或金屬。
本發(fā)明還提供該種發(fā)光二極管的制造方法,其至少包括下列步驟一種發(fā)光二極管的制造方法,至少包括提供一原生基板,其中該原生基板上至少包括依序堆疊的一緩沖層以及一蝕刻終止層(Etching Stop Layer);在蝕刻終止層上形成一半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu);移除所述的原生基板、緩沖層、以及蝕刻終止層;提供一透明基板,其中該透明基板的一面至少包括一反射層,且該透明基板的另一面至少包括一接著層;進(jìn)行一芯片接合步驟借以將半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu)貼合在透明基板的接著層上;以及在半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu)上形成一透明導(dǎo)電層。
本發(fā)明在該芯片接合步驟之后,還包括對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的n型半導(dǎo)體接觸層進(jìn)行蝕刻的步驟,借以使n型半導(dǎo)體接觸層形成非平面的連續(xù)結(jié)構(gòu)或不連續(xù)表面結(jié)構(gòu),如此一來,可提高電流分散效果。
本發(fā)明的發(fā)光二極管及其制造方法,通過移除原生基板,可大幅縮減基板吸收光所造成的光強(qiáng)度損失。其次,利用接著材料進(jìn)行芯片接合,可不需考慮接合芯片的方向配置,從而可提高合格率并降低生產(chǎn)成本。另外,透明基板上的反射層可提供光子再利用,進(jìn)而可提高光子由組件側(cè)面取出的數(shù)量。另外,在蝕刻后的n型半導(dǎo)體接觸層上沉積透明導(dǎo)電層,不僅可提高光取出效率,n型接觸墊位于組件的正面,還可兼顧電流分散的效果。
下面結(jié)合附圖,通過對本發(fā)明的較佳實施例的詳細(xì)描述,將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其他有益效果顯而易見。
附圖中,圖1為傳統(tǒng)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面圖;圖2為本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管的磊晶結(jié)構(gòu)的剖面圖(未移除原生基板);圖3為本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管的磊晶結(jié)構(gòu)的剖面圖(移除原生基板);圖4為本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管的透明基板的剖面圖;圖5a為本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面圖;圖5b為本發(fā)明另一實施例的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面圖;圖6為本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管的光取出方向示意圖。
具體實施例方式
下文,將詳細(xì)描述本發(fā)明。
在半導(dǎo)體發(fā)光組件中,磷化鋁鎵銦(AlGaInP)為常見的材料。由于磷化鋁鎵銦為一直接能隙材料,因此通過適當(dāng)調(diào)整磷化鋁鎵銦材料中銦/(鋁+鎵)的比例,可使磷化鋁鎵銦材料與砷化鎵基板的晶格常數(shù)匹配。若經(jīng)調(diào)整磷化鋁鎵銦材料中鋁及鎵的比例,可使發(fā)光波長介于550nm(綠光)~680nm(紅光)之間。由于磷化鋁鎵銦材料在組件磊晶上的調(diào)整相當(dāng)簡易,可輕易以線性的方式得到要發(fā)光的波長,故非常適用于制造可見光區(qū)的發(fā)光組件。
此外,由于增加磷化鋁鎵銦材料中鋁的含量可增加磷化鋁鎵銦材料的能隙。因此,一般會以鋁含量高的磷化鋁鎵銦來當(dāng)作披覆層,借以局限掉落到中心發(fā)光層(又名為活性層)的載子,以提高載子的注入效率與幅射復(fù)合效率,而形成具高發(fā)光效率的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(Double Heterostructure)的發(fā)光二極管。其中,由于上述的披覆層的能隙較發(fā)出光子能量大,因此不會吸收活性層所發(fā)出的光。
請參照圖2至圖5a,圖2至圖5a為本發(fā)明一較佳實施例的發(fā)光二極管的制程剖面圖。本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造過程是首先提供基板200,其中該基板200為一原生基板,且基板200的材料可為n型砷化鎵。再利用例如有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;MOCVD)的方式于基板200上依序形成緩沖層202以及蝕刻終止層204。接下來,利用例如有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法形成該發(fā)光二極管的半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu),而依序于蝕刻終止層204上依序形成n型半導(dǎo)體接觸層206、n型半導(dǎo)體披覆層208、多層量子井活性層(Multiple Quantum Well Active Layer)210、p型半導(dǎo)體披覆層212、以及p型半導(dǎo)體接觸層214,而形成如圖2所示的結(jié)構(gòu)。在該較佳實施例中,緩沖層202的材料可為n型砷化鎵;蝕刻終止層204的材料可為n型磷化鋁鎵銦;n型半導(dǎo)體接觸層206的材料可為n型砷化鎵;n型半導(dǎo)體披覆層208的材料可為磷化鋁鎵銦;多層量子井活性層210的材料可為磷化鋁鎵銦/磷化鎵銦(GaInP);p型半導(dǎo)體披覆層212的材料可為磷化鋁鎵銦;以及p型半導(dǎo)體接觸層214的材料可為磷化鋁鎵銦砷(AlGaInAsP)。
待完成發(fā)光二極管的半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu)后,可利用蝕刻的方式去除蝕刻終止層204,借以移除緩沖層202以及基板200,而留下發(fā)光二極管的磊晶結(jié)構(gòu),如圖3所示。
在此同時,提供透明基板300,其中該透明基板300的材料可為氧化鋁(Al2O3)、硒化鋅(ZnSe)、氧化鋅(ZeO)、磷化鎵(GaP)、或玻璃等。接著,利用例如沉積的方式在透明基板300的一面形成反射層304,并利用例如涂布(Coating)、沉積、或蒸鍍(Evaporation)等方式在透明基板300的另一面形成接著層302,而形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)。其中,反射層304較佳是為高光反射的金屬,例如鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、及所述金屬的合金,且接著層302的材料為導(dǎo)電或不導(dǎo)電的耐高溫且高溫度傳導(dǎo)系數(shù)材料,例如有機(jī)材料或金屬。
然后,利用例如芯片接合技術(shù),將圖3的發(fā)光二極管的磊晶結(jié)構(gòu)與圖4的透明基板300結(jié)構(gòu)貼合,而使接著層302與p型半導(dǎo)體接觸層214接合。利用由耐高溫且高溫度傳導(dǎo)系數(shù)材料所構(gòu)成的接著層302進(jìn)行芯片接合,不需要考慮接合發(fā)光二極管芯片的方向配置,因此可提高合格率,并可降低生產(chǎn)成本。其次,以透明基板300取代基板200后,不僅可有效減少基板光吸收的損失,還可提高發(fā)光二極管的光取出效率。再者,透明基板300的反射層304,可提供多層量子井活性層210所產(chǎn)生的光子再利用,而提高光子由發(fā)光二極管組件的側(cè)面取出的數(shù)量。
待完成發(fā)光二極管的芯片接合后,利用例如電子槍蒸鍍法(E-GunEvaporation)、熱蒸鍍法、或濺鍍法(Sputtering)形成透明導(dǎo)電層216覆蓋在n型半導(dǎo)體接觸層206上,以提高發(fā)光二極管的光取出效率。其中,透明導(dǎo)電層216的材料可為鈦(Ti)、鈦的合金、鈦的氧化物或氮化物[例如氮化鈦(TiN)]、鉭(Ta)的氧化物[例如五氧化二鉭(Ta2O5)]或氮化物、鉑(Pt)、鉑的合金、氧化銦錫(Indium Tin Oxide;ITO)、氧化銦(Indium Oxide)、氧化錫(Tin Oxide)、或氧化鎘錫(Cadmium Tin Oxide)等。
透明導(dǎo)電層216形成后,利用例如微影與蝕刻方式進(jìn)行定義,借以移除部分的透明導(dǎo)電層216、部分的n型半導(dǎo)體接觸層206、部分的n型半導(dǎo)體披覆層208、部分的多層量子井活性層210、以及部分的p型半導(dǎo)體披覆層212,而暴露出部分的p型半導(dǎo)體接觸層214。接著,利用例如沉積以及微影與蝕刻的定義技術(shù)分別或同時形成n型接觸墊218于部分的透明導(dǎo)電層216上,以及形成p型接觸墊220位于暴露的p型半導(dǎo)體接觸層214的一部分上,從而完成發(fā)光二極管組件的制作,如圖5a所示。由于n型半導(dǎo)體的摻雜濃度高于p型半導(dǎo)體,因此n型接觸墊218在發(fā)光二極管組件的正面,可提供較佳的電流分散效果。
為實現(xiàn)高光取出效率與提高電流分布(Current Spreading)效果,在貼合圖3的發(fā)光二極管磊晶結(jié)構(gòu)與圖4的透明基板300結(jié)構(gòu)后,可先利用例如顯影與干式或濕式蝕刻技術(shù)定義n型半導(dǎo)體接觸層222,而形成表面不平整的n型半導(dǎo)體接觸層222。其中,經(jīng)蝕刻后所形成的n型半導(dǎo)體接觸層222可暴露出部分的n型半導(dǎo)體披覆層208,也可不暴露出n型半導(dǎo)體披覆層208。在本發(fā)明的一較佳實施例中,n型半導(dǎo)體接觸層222可為具不連續(xù)表面的圓柱或角柱結(jié)構(gòu),或者是具連續(xù)表面的網(wǎng)狀或條狀結(jié)構(gòu)。接下來,利用例如電子槍蒸鍍法、熱蒸鍍法、或濺鍍法形成透明導(dǎo)電層224覆蓋在n型半導(dǎo)體接觸層222上。其中,透明導(dǎo)電層224的材料可為鈦、鈦的合金、鈦的氧化物或氮化物、鉭的氧化物或氮化物、鉑、鉑的合金、氧化銦錫、氧化銦、氧化錫、或氧化鎘錫等。當(dāng)n型半導(dǎo)體接觸層222暴露出部分的n型半導(dǎo)體披覆層208時,透明導(dǎo)電層224覆蓋在n型半導(dǎo)體接觸層222以及暴露的n型半導(dǎo)體披覆層208上;而當(dāng)n型半導(dǎo)體接觸層222并未暴露出n型半導(dǎo)體披覆層208時,透明導(dǎo)電層224僅覆蓋在n型半導(dǎo)體接觸層222上。
同樣地,透明導(dǎo)電層224形成后,如圖5b所示,利用例如微影與蝕刻方式進(jìn)行定義,借以移除部分的透明導(dǎo)電層224、部分的n型半導(dǎo)體接觸層222、部分的n型半導(dǎo)體披覆層208、部分的多層量子井活性層210、以及部分的p型半導(dǎo)體披覆層212,從而暴露出部分的p型半導(dǎo)體接觸層214。接著,利用例如沉積以及微影與蝕刻的定義技術(shù)分別或同時形成n型接觸墊218于部分的透明導(dǎo)電層224上,以及形成p型接觸墊220位于暴露的p型半導(dǎo)體接觸層214的一部分上,從而完成發(fā)光二極管組件的制作。
請參照圖6,圖6為本發(fā)明一較佳實施例發(fā)光二極管的光取出方向示意圖。本發(fā)明的發(fā)光二極管除了具有傳統(tǒng)發(fā)光二極管的方向1的光取出外,還有方向2、方向3、方向4、方向5、以及方向6等多個增加的光取出方向,因此可獲得極高光輸出亮度。
由上述本發(fā)明較佳實施例可知,本發(fā)明的一優(yōu)點就是因為本發(fā)明利用耐高溫且高溫度傳導(dǎo)系數(shù)的接著材料來進(jìn)行發(fā)光二極管的芯片接合,所以不必需考慮接合發(fā)光二極管芯片的方向配置。因此,可提高合格率,進(jìn)而達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。
由上述本發(fā)明較佳實施例可知,本發(fā)明的另一優(yōu)點就是因為移除砷化鎵原生基板并將發(fā)光二極管磊晶結(jié)構(gòu)貼合在透明基板,因此不僅可大幅減少基板光吸收的損失,還可提高光取出效率。
由上述本發(fā)明較佳實施例可知,本發(fā)明的又一優(yōu)點就是因為本發(fā)明在貼合后的發(fā)光二極管芯片表面沉積透明導(dǎo)電層,因此可提高光取出效率。而且,在蝕刻后的n型半導(dǎo)體接觸層上沉積透明導(dǎo)電膜,除了可以提供高取出效率外,還可以兼顧電流分散效果。
由上述本發(fā)明較佳實施例可知,本發(fā)明的又一優(yōu)點就是因為本發(fā)明在透明基板的一面形成反射層,因此可提供光子再利用,并提高光子由發(fā)光二極管組件的側(cè)面取出的數(shù)量。
由上述本發(fā)明較佳實施例可知,本發(fā)明的再一優(yōu)點就是因為本發(fā)明的發(fā)光二極管的n型接觸墊位于組件的正面,因此較傳統(tǒng)p型接觸墊在組件正面的發(fā)光二極管,具有較優(yōu)良的電流分散效果。
可以理解的是,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形,而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明后附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管,其特征在于,至少包括一透明基板;一位于該透明基板的一面上的反射層;一位于該透明基板的另一面上的接著層;一位于該接著層上的半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu);以及一位于該半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu)上的透明導(dǎo)電層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管,其特征在于,該反射層的材料為高光反射金屬,且該接著層的材料為耐高溫且高溫度傳導(dǎo)系數(shù)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管,其特征在于,該半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu)至少包括依序堆疊的一p型磷化鋁鎵銦砷接觸層、一p型磷化鋁鎵銦披覆層、一磷化鋁鎵銦/磷化鎵銦多層量子井活性層、一n型磷化鋁鎵銦披覆層、以及一n型砷化鎵接觸層,其中該p型磷化鋁鎵銦砷接觸層與該接著層接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管,其特征在于,該n型砷化鎵接觸層為一連續(xù)表面結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管,其特征在于,該n型砷化鎵接觸層為一不連續(xù)表面結(jié)構(gòu),且該不連續(xù)表面結(jié)構(gòu)選自于由圓柱結(jié)構(gòu)以及角柱結(jié)構(gòu)所組成的一族群。
6.一種發(fā)光二極管的制造方法,其特征在于,至少包括提供一原生基板,其中該原生基板上至少包括依序堆疊的一緩沖層以及一蝕刻終止層;在該蝕刻終止層上形成一半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu);移除該原生基板、該緩沖層、以及該蝕刻終止層;提供一透明基板,其中該透明基板的一面至少包括一反射層,且該透明基板的另一面至少包括一接著層;進(jìn)行一芯片接合步驟借以將該半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu)貼合在該透明基板的該接著層上;以及形成一透明導(dǎo)電層覆蓋在該半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管的制造方法,其特征在于,該半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu)至少包括依序堆疊的一p型磷化鋁鎵銦砷接觸層、一p型磷化鋁鎵銦披覆層、一磷化鋁鎵銦/磷化鎵銦多層量子井活性層、一n型磷化鋁鎵銦披覆層、以及一n型砷化鎵接觸層,且于移除該原生基板、該緩沖層、以及該蝕刻終止層之前,該n型砷化鎵接觸層與該蝕刻終止層接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法,其特征在于,于該芯片接合步驟后,還至少包括對該n型砷化鎵接觸層進(jìn)行一蝕刻步驟,借以使該n型砷化鎵接觸層形成一非平面連續(xù)結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法,其特征在于,于該芯片接合步驟后,還至少包括對該n型砷化鎵接觸層進(jìn)行一蝕刻步驟而暴露出部分的該n型磷化鋁鎵銦披覆層,借以使該n型砷化鎵接觸層形成一不連續(xù)表面結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管的制造方法,其特征在于,該反射層的材料為高光反射金屬,且該接著層的材料為耐高溫且高溫度傳導(dǎo)系數(shù)材料。
全文摘要
一種發(fā)光二極管及其制造方法,該發(fā)光二極管至少包括一透明基板;一位于所述透明基板的一面上的反射層;一位于所述透明基板的另一面上的接著層;一位于所述接著層上的半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu),以及一位于半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu)的n型接觸層上的透明導(dǎo)電層;其中該半導(dǎo)體磊晶結(jié)構(gòu)至少包括一n型接觸層,且該n型接觸層可為具連續(xù)平面的結(jié)構(gòu)、具連續(xù)的網(wǎng)狀或條狀表面的結(jié)構(gòu)、或具不連續(xù)表面的圓柱或角柱結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L33/00GK1571172SQ0313317
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者陳錫銘 申請人:聯(lián)銓科技股份有限公司, 陳錫銘