具有底切結構的發光二極管及其制造方法
【專利摘要】本發明揭露一種具有底切結構的發光二極管及其制造方法。具有底切結構的發光二極管包含一第一半導體層、一發光層、一第二半導體層、一第一電極以及一第二電極。第一半導體層具有一第一區域及一第二區域，其中第一區域具有一第一傾斜壁及一第一頂面，而第一傾斜壁與第一頂面相夾一第一銳角。發光層是形成于第二區域上。第二半導體層是形成于發光層上。第一電極和第二電極分別形成于第一頂面和第二半導體上。第二區域的部分第一半導體層以及上方的發光層和第二半導體層構成一平臺結構，且平臺結構在鄰近第一區域的一側具有一第二傾斜壁，且第二傾斜壁與第一區域表面間相夾一第二銳角。
【專利說明】具有底切結構的發光二極管及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明是有關于一種發光二極管，且特別是有關于一種具有底切結構的發光二極管。
【背景技術】
[0002]由于發光二極管具有壽命長、體積小以及耗電量低等優點，發光二極管已被廣泛地應用為電子產品的指示燈或各種不同光源。
[0003]現有的發光二極管是在一基板上設置一磊晶堆疊結構，此磊晶堆疊結構通常是由一 N型半導體層、多量子井層(Multiple Quantum Wells, MQff)及一 P型半導體層依序層疊而成。當N型半導體層及P型半導體層被施予電壓時，可驅使電子空穴對于多量子井層中結合，以放射光線。一般而言，P型半導體層上會設有一 P型電極，而部分P型半導體層及部分多量子井層會被蝕刻而暴露出部分的N型半導體層，以便設置一 N型電極。
[0004]一般而言，高被暴露的N型半導體層的多量子井層及P型半導體層被稱為平臺結構(MESA structure)。傳統平臺結構的側壁是垂直地立于N型半導體層的頂面上，容易導致光線局限于多量子井層中，而降低發光效率。
[0005]為了提升發光效率，遂有部分廠商在平臺結構頂部形成多個光學微結構，但是這樣的方式卻會破壞原本P型半導體層的平坦度。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明的一目的是在提供一種具有底切結構的發光二極管及其制造方法，其可在無須破壞半導體層的表面平坦度的情況下，仍達到高發光效率的功效。
[0007]依據本發明的一實施方式，一種具有底切結構的發光二極管包含一第一半導體層、一發光層、一第二半導體層、一第一電極以及一第二電極。第一半導體層具有一第一區域及一第二區域，其中第一區域側邊具有一第一傾斜壁，且第一區域表面具有一第一頂面，而第一傾斜壁與第一頂面相夾一第一銳角。發光層是形成于第一半導體層的第二區域上。第二半導體層是形成于發光層上。第一電極和第二電極分別形成于第一頂面和第二半導體上。其中，位于第二區域的部分第一半導體層以及位于其上的發光層和第二半導體層構成一平臺結構，且平臺結構在鄰近第一區域的一側具有一第二傾斜壁，且第二傾斜壁與第一區域表面間相夾一第二銳角。
[0008]本發明的另一方面是在提供一種具有底切結構的發光二極管的制造方法，此方法包含至少下列步驟。提供一基板。于基板上形成一半導體磊晶結構，其中半導體磊晶結構包含依序堆疊的一緩沖層、一第一半導體層、一發光層以及一第二半導體層。形成一第一光罩于半導體磊晶結構的部分區域上。施以一第一蝕刻步驟，蝕刻半導體磊晶結構未被第一光罩所覆蓋的區域至第一半導體層，以形成一暴露出部分第一半導體層的一第一區域，并以于第一半導體層中未被暴露的一第二區域形成一由發光層、第二半導體層以及位于第二區域上的部分第一半導體層所形成的一平臺結構，其中平臺結構具有一第二傾斜壁，且第二傾斜壁與第一區域的一第一頂面相夾一第二銳角。形成一第二光罩覆蓋平臺結構與部分第一區域的表面。施以一第二蝕刻步驟，蝕刻未被第二光罩所覆蓋的區域，并分別在第一半導體層、緩沖層及基板側邊形成一第一傾斜壁、一第三傾斜壁以及一第四傾斜壁，其中第一傾斜壁與第一頂面相夾一第一銳角，且第一傾斜壁、第三傾斜壁及第四傾斜壁共平面。
[0009]通過以上實施方式，本發明可提供第一傾斜壁及第二傾斜壁，由于這兩個傾斜壁并非直立而成，可有效幫助光線反射出至發光二極管外，而增加發光效率。
[0010]以上所述僅是用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明的具體細節將在下文的實施方式及相關附圖中詳細介紹。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]為讓本發明的上述和其他目的、特征、優點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下:
[0012]圖1繪示依據本發明一實施方式的具有底切結構的發光二極管的剖面圖；
[0013]圖2繪示依據本發明另一實施方式的具有底切結構的發光二極管的剖面圖；
[0014]圖3繪示依據本發明又一實施方式的具有底切結構的發光二極管的剖面圖；
[0015]圖4繪示依據本發明再一實施方式的具有底切結構的發光二極管的剖面圖；以及
[0016]圖5A至圖5F繪示依據本發明一實施方式的具有底切結構的發光二極管的制造流程的剖面圖。·
[0017]【主要元件符號說明】
[0018]100:第一半導體層
[0019]110:第一區域
[0020]112:第一頂面
[0021]114:第一傾斜壁
[0022]116:第一銳角
[0023]120:第二區域
[0024]200:發光層
[0025]300:第二半導體層
[0026]400:平臺結構
[0027]410:第二傾斜壁
[0028]420:第二銳角
[0029]510:第一電極
[0030]520:第二電極
[0031]600:緩沖層
[0032]610:第三傾斜壁
[0033]620:下表面
[0034]700:基板
[0035]710:第四傾斜壁
[0036]800:半導體磊晶結構
[0037]910:第一光罩[0038]920:第二光罩【具體實施方式】
[0039]以下將以附圖揭露本發明的多個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一并說明。然而，熟悉本領域的技術人員應當了解到，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節并非必要的，因此不應用以限制本發明。此外，為簡化附圖起見，一些已知慣用的結構與元件在附圖中將以簡單示意的方式繪示。
[0040]圖1繪示依據本發明一實施方式的具有底切結構的發光二極管的剖面圖。如圖所示，本實施方式的具有底切結構的發光二極管包含一第一半導體層100、一發光層200、一第二半導體層300、一第一電極510以及一第二電極520。第一半導體層100具有一第一區域110及一第二區域120，其中第一區域110側邊具有一第一傾斜壁114，且第一區域110表面具有一第一頂面112，而第一傾斜壁114與第一頂面112相夾一第一銳角116。發光層200是形成于第一半導體層100的第二區域120上。第二半導體層300是形成于發光層200上。第一電極510和第二電極520分別形成于第一頂面112和第二半導體層300上。其中，位于第二區域120的部分第一半導體層100以及位于其上的發光層200和第二半導體層300構成一平臺結構400，且平臺結構400在鄰近第一區域110的一側具有一第二傾斜壁410，且第二傾斜壁410與第一區域110表面間相夾一第二銳角420。
[0041]由于平臺結構400的第二傾斜壁410是傾斜地立于第一半導體層100上，故當發光層200的光線行進至第二傾斜壁410時，較容易朝第二半導體層300反射前進，從而提高發光效率。此外，第一傾斜壁114亦可幫助其所接收的光線向上反射，而幫助提高發光效率。
[0042]圖2繪示依據本發明另一實施方式的具有底切結構的發光二極管的剖面圖。本實施方式與圖1相似，主要差異是在于本實施方式可進一步包含一緩沖層600,其是位于第一半導體層100下，且在第一傾斜壁114的相同側具有一第三傾斜壁610，此第三傾斜壁610是與第一傾斜壁114共平面。
[0043]具體而言，緩沖層600的第三傾斜壁610是鄰接于第一半導體層100的第一傾斜壁114，且兩者是位于同一平面上，亦即，兩者之間的夾角約呈180度。換言之，第三傾斜壁610與第一傾斜壁114的傾斜角度相同。借此，第三傾斜壁610可幫助將接收到的光線反射出光，以提升發光效率。
[0044]圖3繪示依據本發明又一實施方式的具有底切結構的發光二極管的剖面圖。本實施方式與圖2相似，主要差異是在于本實施方式可進一步包含一基板700，其是位于緩沖層600下。換言之，緩沖層600是夾設于第一半導體層100與基板700之間。
[0045]圖4繪示依據本發明再一實施方式的具有底切結構的發光二極管的剖面圖。本實施方式與圖3相似，主要差異是在于本實施方式的基板700在第三傾斜壁610的相同側具有一第四傾斜壁710，與第三傾斜壁610共平面。
[0046]具體而言，基板700是設置于緩沖層600的下表面620下，而基板700的第四傾斜壁710是鄰接于緩沖層600的第三傾斜壁610，且兩者是位于同一平面上，亦即，兩者之間的夾角約呈180度。換言之，第四傾斜壁710與第三傾斜壁610的傾斜角度相同。借此，第四傾斜壁710可幫助將接收到的光線反射出光，以提升發光效率。[0047]請回頭參閱圖1，于部分實施方式中，第一傾斜壁114與第二傾斜壁410是分別位于第一區域Iio的第一頂面112的相對兩側。具體而言，第一傾斜壁114是鄰接于第一頂面112較遠離第二區域120的一側，而第二傾斜壁410是鄰接于第一區域110與第二區域120的交界處。
[0048]于部分實施方式中，通過第二傾斜壁410的設計，平臺結構400的剖面面積是沿著第一半導體層100朝向第二半導體層300的方向逐漸增加。換言之，發光層200與第二半導體層300會投影覆蓋部分的第一區域110。
[0049]于部分實施方式中，通過第一傾斜壁114的設計，第一半導體層100的剖面面積是沿著第一半導體層100朝向第二半導體層300的方向逐漸增加。
[0050]于部分實施方式中，第一銳角116的角度約介于30度至89度之間。于部分實施方式中，第二銳角420的角度約介于于30度至89度之間。
[0051]于部分實施方式中，第一半導體層100是一 N型半導體層，而第一電極510為一 N極；第二半導體層300是一 P型半導體層，而第二電極520為一 P極。舉例而言，第一半導體層100可由摻雜有N型雜質的氮化物半導體所構成，例如:N型氮化鎵(n-GaN)，其可在純的氮化鎵晶體中摻雜四族元素雜質(如:硅)而形成；第二半導體層300可由摻雜有P型雜質的氮化物半導體所構成，例如:P型氮化鎵(P-GaN)，其可在純的氮化鎵晶體中摻雜二 A族元素雜質(如:鎂)而形成。
[0052]于部分實施方式中，第一半導體層100是一 P型半導體層，而第一電極510為一 P極；第二半導體層300是一 N型半導體層，而第二電極520為一 N極。舉例而言，第一半導體層100可由摻雜有P型雜質的氮化物半導體所構成，例如:P型氮化鎵(p-GaN)，其可在純的氮化鎵晶體中摻雜二 A族元素雜質(如:鎂)而形成；第二半導體層300可由摻雜有N型雜質的氮化物半導體所構成，例如:N型氮化鎵(n-GaN)，其可在純的氮化鎵晶體中摻雜四族元素雜質(如:硅)而形成。
[0053]于部分實施方式中，發光層200內包含多個量子井(quantum well)結構，以幫助第一半導體層100及第二半導體層300所提供的電子及電洞結合。
[0054]于部分實施方式中，緩沖層600可為(包含，但不局限于)無摻雜的氮化物半導體，例如:無摻雜雜質的氮化鎵(U-GaN)。
[0055]于部分實施方式中，基板700可為(包含，但不局限于)一藍寶石基板(Sapphire)。
[0056]圖5A至圖5F繪示依據本發明一實施方式的具有底切結構的發光二極管的制造流程的剖面圖。
[0057]于圖5A中，首先提供一基板700，此基板700可為(包含，但不局限于)一藍寶石基板(Sapphire)。
[0058]于圖5B中，可于基板700上形成一半導體磊晶結構800，其中半導體磊晶結構800包含依序堆疊的一緩沖層600、一第一半導體層100、一發光層200以及一第二半導體層300。舉例而言，可先將緩沖層600成長于基板700上，再將第一半導體層100成長于緩沖層600上,再將發光層200成長于第一半導體層100上,最后將第二半導體層300成長于發光層200上，而形成半導體磊晶結構800。
[0059]于圖5C中，可形成一第一光罩(hard mask)910于半導體嘉晶結構800的部分區域上。舉例而言，可在預定形成平臺結構400(請并參閱圖1)的區域上方覆蓋此第一光罩910。第一光罩910的材料可為(包含,但不局限于)二氧化娃，以使第一光罩910的側壁垂直地立于半導體磊晶結構800上，而利于后續第二傾斜壁410 (請并參閱圖1)的形成。應了解到，若用光阻(Photo resist, PR)做為第一光罩910，則會因為其剖面面積較易由上至下漸增，而難以形成第二傾斜壁410，故本實施方式是采用二氧化硅來制作第一光罩910。
[0060]于圖中，可施以一第一蝕刻步驟,蝕刻半導體嘉晶結構800未被該第一光罩910所覆蓋的區域(請并參閱圖5C)至第一半導體層100，以形成一暴露出部分第一半導體層100的一第一區域110，并以于第一半導體層100中未被暴露的一第二區域120形成一由發光層200、第二半導體層300以及位于第二區域120上的部分第一半導體層100所形成的一平臺結構400，其中平臺結構400具有一第二傾斜壁410，且第二傾斜壁410與第一區域110的第一頂面112相夾一第二銳角420。
[0061]具體而言，圖中所進行的第一蝕刻步驟可為干蝕刻。舉例而言，可利用感應率禹合等離子(Inductively Coupled Plasma, ICP)或反應性離子蝕刻(Reactive 1nEtching, RIE)來進行干蝕刻。于部分實施方式中，感應稱合等離子(Inductively CoupledPlasma, ICP)的腔室壓力可高于3帕(Pa)，以利用強的等向性蝕刻及化性蝕刻來形成第二傾斜壁410。
[0062]于圖5E中，可形成一第二光罩920覆蓋平臺結構400與部分第一區域110的表面。第二光罩920的材料可為(包含，但不局限于)二氧化娃，以使第二光罩920的側壁垂直地立于第一半導體層100上，而利于后續第一傾斜壁114(請并參閱圖1)的形成。應了解到，若用光阻(Photo resist, PR)做為第二光罩920，則會因為其剖面面積較易由上至下漸增，而難以形成第一傾斜壁114,故本實施方式米用二氧化娃來制作第二光罩920。
[0063]于圖5F中，可施以一第二蝕刻步驟，蝕刻未被第二光罩920所覆蓋的區域(請并參閱圖5E)，并分別在第一半導體層100、緩沖層600及基板700側邊形成一第一傾斜壁114、一第三傾斜壁610以及一第四傾斜壁710，其中第一傾斜壁114與第一頂面112相夾一第一銳角116，且第一傾斜壁114、第三傾斜壁610及第四傾斜壁710共平面具體而言，圖5F中所進行的第二蝕刻步驟為濕蝕刻。
[0064]于部分實施方式中，可進一步包含一步驟，其是于第一半導體層100表面及該第二半導體層300表面分別形成第一電極510和第二電極520 (請并參閱圖1)。
[0065]于部分實施方式中，可進一步包含一步驟，其是將基板700所剝離，而形成類似于圖2的實施方式。
[0066]于部分實施方式，可進一步包含一步驟，其是將緩沖層600及基板700所剝離，而形成類似于圖1的實施方式。
[0067]雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視所附的權利要求書所界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種具有底切結構的發光二極管，其特征在于，包含: 一第一半導體層，具有一第一區域及一第二區域，其中該第一區域側邊具有一第一傾斜壁，且該第一區域表面具有一第一頂面，而該第一傾斜壁與該第一頂面相夾一第一銳角； 一發光層，形成于該第一半導體層的該第二區域上； 一第二半導體層，形成于該發光層上；以及 一第一電極和一第二電極分別形成于該第一頂面和該第二半導體層上； 其中，位于該第二區域的部分該第一半導體層以及位于其上的該發光層和該第二半導體層構成一平臺結構，且該平臺結構在鄰近該第一區域的一側具有一第二傾斜壁，且該第二傾斜壁與該第一區域表面間相夾一第二銳角。
2.根據權利要求1所述的具有底切結構的發光二極管，其特征在于，還包括一緩沖層位于該第一半導體層下，且在該第一傾斜壁的相同側具有一第三傾斜壁，與該第一傾斜壁共平面。
3.根據權利要求2所述的具有底切結構的發光二極管，其特征在于，還包括一基板位于該緩沖層下，且在該第三傾斜壁的相同側具有一第四傾斜壁，與該第三傾斜壁共平面。
4.根據權利要求1至3中任一項權利要求所述的具有底切結構的發光二極管，其特征在于，該第一銳角介于30度至89度之間。
5.根據權利要求1至3中任一項權利要求所述的具有底切結構的發光二極管，其特征在于，該第二銳角介于30度至89度之間。
6.一種具有底切結構的發光二極管的制造方法，其特征在于，其步驟包含: 提供一基板； 于基板上形成一半導體磊晶結構，其中該半導體磊晶結構包含依序堆疊的一緩沖層、一第一半導體層、一發光層以及一第二半導體層； 形成一第一光罩于該半導體磊晶結構的部分區域上； 施以一第一蝕刻步驟，蝕刻該半導體磊晶結構未被該第一光罩所覆蓋的區域至該第一半導體層，以形成一暴露出部分該第一半導體層的一第一區域，并以于該第一半導體層中未被暴露的一第二區域形成一由該發光層、該第二半導體層以及位于該第二區域上的部分該第一半導體層所形成的一平臺結構，其中該平臺結構具有一第二傾斜壁，且該第二傾斜壁與該第一區域的一第一頂面相夾一第二銳角； 形成一第二光罩覆蓋該平臺結構與部分該第一區域的表面； 施以一第二蝕刻步驟，蝕刻未被該第二光罩所覆蓋的區域，并分別在該第一半導體層、該緩沖層及該基板側邊形成一第一傾斜壁、一第三傾斜壁以及一第四傾斜壁，其中該第一傾斜壁與該第一頂面相夾一第一銳角，且該第一傾斜壁、該第三傾斜壁及該第四傾斜壁共平面。
7.根據權利要求6所述的具有底切結構的發光二極管的制造方法，其特征在于，該第一蝕刻步驟為干蝕刻。
8.根據權利要求7所述的具有底切結構的發光二極管的制造方法，其特征在于，該干蝕刻是利用感應耦合等離子或反應性離子蝕刻進行。
9.根據權利要求6所述的具有底切結構的發光二極管的制造方法，其特征在于，該第二蝕刻步驟為濕蝕刻。
10.根據權利要求6所述的具有底切結構的發光二極管的制造方法，其特征在于，還包含一步驟于該第一半導體層表面及該第二半導體層表面分別形成一第一電極和一第二電極。
11.根據權利要求6所述的具有底切結構的發光二極管的制造方法，其特征在于，還包含一步驟以剝離該基板。
12.根據權利要求6所述的具有底切結構的發光二極管的制造方法，其特征在于，還包含一步驟以剝離該基板及該緩沖層。
13.根據權利要求6至12中任一項所述的具有底切結構的發光二極管的制造方法，其特征在于，該第一銳角的角度介于30度至89度。
14.根據權利要求6至12中任一項權利要求所述的具有底切結構的發光二極管的制造方法，其特征在于，該第二銳角的角度介于30度至89度。
【文檔編號】H01L33/20GK103579433SQ201210490755
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年11月27日 優先權日:2012年7月30日
【發明者】余長治, 唐修穆, 林孟毅 申請人:隆達電子股份有限公司