具有布拉格反射鏡的發光二極管及其制造方法

具有布拉格反射鏡的發光二極管及其制造方法
【專利摘要】本發明提供一種具有布拉格反射鏡的發光二極管及其制造方法。本發明的具有布拉格反射鏡的發光二極管包括：磊晶層，具有第一半導體層、發光層以及第二半導體層，其中發光層介于第一半導體層與第二半導體層之間；透明導電層，位于第二半導體層上；至少一布拉格反射層，位于透明導電層上，并具有多個貫穿等布拉格反射層的第一貫穿孔；第一電極，電性連接于第一半導體層；以及第二電極，電性連接于透明導電層。本發明使用布拉格反射鏡取代傳統的銀反射鏡，可排除銀反射鏡所導致的不穩定因素，提升產品優良率。
【專利說明】
具有布拉格反射鏡的發光二極管及其制造方法
技術領域
[0001]本發明關于一種發光二極管及其制造方法，尤其涉及一種具有布拉格反射鏡的發光二極管以及制造方法。
【背景技術】
[0002]發光二極管(LightEmitting D1de，簡稱LED)是一種半導體材料制成的固態發光組件，其普遍使用磷化鎵、砷化鎵或氮化鎵等II1-V族化學元素的組合，通過對此化合物半導體施加電壓，使空穴和電子在電極電壓作用下在發光層大量相遇而產生復合，此時電子會跌落到較低的能階，同時以光子的模式釋放，讓電能轉換為光，達成發光的效果。
[0003]發光二極管為了提升出光亮度，在結構上會設置反射結構，使發光層所產生的光線能夠被反射向理想的出光方向。傳統的反射結構為銀反射鏡，但考慮到銀反射鏡在發光二極管的制程中會受到溫度的影響，從而有相變化發生的可能。銀反射鏡若轉變為流體形式，即有向周邊擴散的問題；因此，銀反射鏡的限制在于其邊緣不得與發光二極管其它層面的邊緣切齊，需略為內縮并以阻障層覆蓋，而通常是使用鎢化鈦作為阻障材料。
[0004]由于傳統的發光二極管需要堆棧銀反射鏡與阻障材料作為反射組件，因此在制程步驟上較為復雜，并且銀反射鏡本身的穩定也是需要額外顧慮的問題，故存在改良的條件。

【發明內容】

[0005]本發明提供一種具有布拉格反射鏡的發光二極管以及制造方法，使用布拉格反射鏡取代傳統的銀反射鏡，以此排除銀反射鏡所導致的不穩定因素，因而提升產品優良率。
[0006]本發明提供一種具有布拉格反射鏡的發光二極管，其在布拉格反射鏡開設多個貫穿孔供電流流通，并得進一步利用貫穿孔的分布狀態調整電流的均勻分布程度。
[0007]本發明提供一種具有布拉格反射鏡的發光二極管的制造方法，其可減少傳統制程的步驟，降低制程的復雜度。
[0008]本發明提供一種具有布拉格反射鏡的發光二極管，包括:磊晶層，具有第一半導體層、發光層以及第二半導體層;透明導電層，其位于第二半導體層上;至少一布拉格反射層，其位于該透明導電層上，并具有多個貫穿該等布拉格反射層的第一貫穿孔;第一電極，電性連接于該第一半導體層；以及第二電極，電性連接于該透明導電層。
[0009]在本發明另一實施例中，具有布拉格反射鏡的發光二極管在磊晶層與透明導電層之間設置多個電流阻擋層。
[0010]在本發明再一實施例中，利用布拉格反射層的絕緣特性，而整合絕緣層以及布拉格反射層的結構。
[0011]本發明還提供一種具有布拉格反射鏡的發光二極管的制造方法，包括:
[0012]生長磊晶層，磊晶層具有第一半導體層、發光層以及第二半導體層；
[0013]生長透明導電層在第二半導體層上；
[0014]生長布拉格反射層在透明導電層上；
[0015]形成多個第一貫穿孔貫穿布拉格反射層；以及
[0016]生長金屬層在布拉格反射層之上，且金屬層通過該些第一貫穿孔而電性連接于透明導電層。
[0017]本發明還提供一種具有布拉格反射鏡的發光二極管，包括:
[0018]磊晶層，具有第一半導體層、發光層以及第二半導體層；
[0019]多個電流阻擋層，設置于第二半導體層上；
[0020]透明導電層，設置于電流阻擋層與第二半導體層上；
[0021]布拉格反射層，設置于透明導電層上，并具有多個貫穿等布拉格反射層的第一貫穿孔而暴露出部分的透明導電層，該些第一貫穿孔對應該些電流阻擋層設置；
[0022]第一電極，電性連接于第一半導體層；以及
[0023]第二電極，其位于布拉格反射層上，且通過等第一貫穿孔電性連接于透明導電層。
[0024]本發明還提供一種具有布拉格反射鏡的發光二極管的制造方法，包括:
[0025]生長磊晶層，磊晶層具有第一半導體層、發光層以及第二半導體層；
[0026]生長電流阻擋層在第二半導體層上；
[0027]形成多個第三貫穿孔貫穿電流阻擋層而暴露出部分第二半導體層；
[0028]生長透明導電層在等電流阻擋層與第二半導體層上；
[0029]生長布拉格反射層在透明導電層上；以及
[0030]形成多個第一貫穿孔貫穿布拉格反射層而暴露出部分透明導電層;其中，該些第一貫穿孔對應于電流阻擋層。
[0031]本發明還提供一種具有布拉格反射鏡的發光二極管，包括:
[0032]磊晶層，具有第一半導體層、發光層以及第二半導體層；
[0033]多個電流阻擋層，位于第二半導體層上；
[0034]透明導電層，其位于第二半導體層上，并覆蓋等電流阻擋層；
[0035]絕緣層，其位于透明導電層上，并具有多至少一貫穿孔；
[0036]第一電極，電性連接于第一半導體層；以及
[0037]第二電極，其位于絕緣層上，且通過貫穿孔電性連接于透明導電層。
[0038]本發明提供一種具有布拉格反射鏡的發光二極管以及制造方法，由于該二極管包括磊晶層具有第一半導體層、發光層以及第二半導體層，發光層介于第一半導體層與第二半導體層之間；透明導電層位于第二半導體層上；至少一布拉格反射層，位于透明導電層上，并具有多個貫穿等布拉格反射層的第一貫穿孔;第一電極，電性連接于第一半導體層；以及第二電極，電性連接于透明導電層。本發明提供的具有布拉格反射鏡的發光二極管以及制造方法，通過使用布拉格反射鏡取代傳統的銀反射鏡，以此排除銀反射鏡所導致的不穩定因素，因而提升產品優良率。
【附圖說明】
[0039]圖1為本發明一實施例的結構剖視示意圖；
[0040]圖2為本發明一實施例的結構剖視示意圖；
[0041]圖3為圖2中A區域的放大示意圖；
[0042]圖4為本發明一實施例的部分結構不意圖；
[0043]圖5為本發明另一實施例的部分結構示意圖；
[0044]圖6為本發明再一實施例的部分結構不意圖；
[0045]圖7為本發明更一實施例的部分結構示意圖；
[0046]圖8A?圖8E為本發明一實施例的制造方法流程示意圖；
[0047]圖9為本發明更一實施例的部分結構示意圖。
[0048]附圖標記說明:
[0049]1:電路板；
[0050]10:導電凸塊；
[0051]100:電路接點；
[0052]11;導電凸塊；
[0053]110:電路接點；
[0054]20:透光基板；
[0055]21:嘉晶層；
[0056]210:第一半導體層；
[0057]211:發光層；
[0058]212:第二半導體層；
[0059]22:透明導電層；
[0060]23:布拉格反射層；
[0061 ]230:第一折射材料；
[0062]231:第二折射材料；
[0063]23a ?23d:子層；
[0064]230:第一貫穿孔；
[0065]24:金屬層；
[0066]25:絕緣層；
[0067]250:第二貫穿孔；
[0068]26:第一電極；
[0069]27:第二電極；
[0070]28:電流阻擋層；
[0071]280:第三貫穿孔；
[0072]A:局部放大區域；
[0073]DpD5:第一貫穿孔的間距。
【具體實施方式】
[0074]為使本發明的特征及所達成的功效有更進一步的了解與認識，謹佐以實施例及配合詳細的說明，說明如下:
[0075]圖1為本發明一實施例的結構剖視示意圖，可用以表示磊晶層及其上的反射結構；圖2為本發明一實施例結構剖視示意圖。首先請一并參考圖1以及圖2，本發明在一實施例中所揭示發光二極管在結構上包括:磊晶層21、透明導電層22、至少一布拉格反射層23、一金屬層24、絕緣層25、第一電極26以及第二電極27。其中，嘉晶層21可設置于透光基板20的一表面上，且磊晶層21的結構包括依序堆棧的第一半導體層210、發光層211以及第二半導體層212;透明導電層22設置于磊晶層21的第二半導體層212上;布拉格反射層23設置于透明導電層22上，并具有多個貫穿布拉格反射層23的第一貫穿孔230;金屬層24設置于布拉格反射層23以及透明導電層22上，并通過前述的第一貫穿孔230而與透明導電層22電性相接;絕緣層25設置于金屬層24上，并具有至少一第二貫穿孔250而暴露出部分的金屬層24;第一電極26電性連接于磊晶層21的第一半導體層210;而至于第二電極27，則設置于絕緣層25上，且通過前述的第二貫穿孔250電性連接于金屬層24。
[0076]除上述結構之外，第一電極26以及第二電極27在發光二極管實際應用時，分別提供導電凸塊10、11而與電路板I電性連接，電路板I的表面具有電路接點100、110，可與前述的導電凸塊10、11相連接。圖3為圖2中A區域的放大示意圖，其較清楚地揭示本發明通過開設第一貫穿孔230以及第二貫穿孔250的方式，使電流能沿著第二電極27、金屬層24、透明導電層22的路徑而流通，而不會被具有絕緣特性的布拉格反射層23以及絕緣層25所完全阻擋。
[0077]本發明為覆晶式發光二極管的應用類型，其特征在于利用布拉格反射層增加整體組件的亮度。本發明的布拉格反射層23可反射來自磊晶層21的發光層211所產生的光線；由于發光層211為全向發光，而這些被布拉格反射層23所反射的光線原本是朝向相反于理想的出光方向行進，因此若能將其反射，即能有效地提升發光二極管的出光效率。光線被反射后，可通過穿透透明導電層22、磊晶層21等結構，而后穿透透光基板20離開。
[0078]圖4為本發明一實施例的部分結構不意圖，用以表不布拉格反射層以第一反射材料以及第二反射材料反復堆棧為具有至少4個子層。請參考圖4，本發明在一實施例所使用的布拉格反射層23包括至少4個子層23a、23b、23c、23d，任一子層皆包括由兩種折射率不同的折射材料所堆棧而成的結構。此布拉格反射層23是利用第一折射材料230與第二折射材料231的反復堆棧而讓折射率有周期性的變化，這種具備折射率高低交錯的結構可讓入射的光線在入射處形成建設性干涉，造成有很高的反射率。本發明在此實施例的布拉格反射層23至少作4次反復堆棧而形成前述的子層23a、23b、23c、23d，整體反射結構的反射率大于80%。折射材料的選用則可為較常見的GaAs/AlGaAs，其晶格常數接近而較易于形成堆棧，另外也可為T12、Ta205、Nb205、S12、Si3N4、ZnSe、MgF2或CaF2等材料，以折射率的高低交錯為堆棧原則進行搭配，例如Si02/Ti02 ,S12Aa2O5、Si02/Nb205、ZnSe/MgF2等，但本發明并不特別限制折射材料的種類。
[0079]本發明所揭示的布拉格反射層除了提供反射的功能，其材料的選用為絕緣材料時，又同時可作為電流分散的作用。圖5為本發明另一實施例的部分結構示意圖，用以表示部分第一貫穿孔的間距與第二電極的相對距離為負相關。請參考圖5，由于覆晶式發光二極管在實際應用時，發光層在較靠近P型電極的區域會因為有較多的電流通過而有較好的光電轉換效果，產生較多的光能，因此在本發明另一實施例中，可利用布拉格反射層23所開設的多個第一貫穿孔230的分布形式，影響電流傳導的路徑，達到電流分散的目的。請參考圖5，在一種分布形式的例子中，第一貫穿孔230的間距D1-D5不為定值;進一步而言，該等第一貫穿孔230的間距D1-D5隨著該等第一貫穿孔230與第二電極27的距離逐漸增加而逐漸減少，也就是第一貫穿孔230的密度是隨著所在位置遠離第二電極27的程度而逐漸增加。如前所述，發光層在較靠近P型電極的區域會有較多的電流通過，因此本發明在此實施例中讓第一貫穿孔230的密度隨著遠離第二電極27而逐漸增加，可使電流經分散而較均勻地抵達透明導電層22，進而使發光層211均勻發光。
[0080]圖6為本發明再一實施例的部分結構示意圖，用以表示使用電流阻擋層提升電流分布的均勻性。請參考圖6，其為再一種提升電流擴散能力的實施例;如圖所示，其在第二半導體層212的上方更設置多個電流阻擋層28，該等電流阻擋層28之間包括多個貫穿的第三貫穿孔280而暴露出部分第二半導體層212，從而使設置于電流阻擋層28上的透明導電層22得有部分生長在第二半導體層212上，得因此與第二半導體層212相接觸而電性連接。該等第三貫穿孔280在垂直方向上分別與布拉格反射層23的該等第一貫穿孔230為錯位設置，使電流阻擋層28在空間的垂直方向上設置在對應第一貫穿孔230的位置，且互不連接。因此當電流自第二電極27通過第二貫穿孔250流通至金屬層24，然后再流通至透明導電層22后，當電流要繼續流通至第二半導體層212，其路徑的直線方向會受到電流阻擋層28的阻擋而無法直接流通，需繞過電流阻擋層28而經第三貫穿孔280方抵達第二半導體層212。如此，電流可較平均地分布，使發光二極管均勻發光且亮度提升。
[0081]圖7為本發明更一實施例的部分結構示意圖，用以表示使用電流阻擋層并省略金屬層與絕緣層的制作。請參考圖7為更一種提升電流擴散能力的實施例;如圖7所示，其不設置絕緣層以及金屬層，而是利用布拉格反射層所使用材料的絕緣特性，使布拉格反射層23本身就可以兼具前述實施例的絕緣層的功能，而同時又具備反射的功能。進一步而言，由于布拉格反射層的材料選用可等同于前述實施例的絕緣層而皆為絕緣材料，因此亦可僅直接設置布拉格反射層。在此實施例的結構中，在第二半導體層212之上設置如前一實施例所揭示的電流阻擋層28后，生長透明導電層22在電流阻擋層28上，并使透明導電層22透過貫穿電流阻擋層28的多個第三貫穿孔280而接觸第二半導體層212，該等第三貫穿孔280經蝕刻該電流阻擋層28而形成，同時會使單一的電流阻擋層分離為多個電流阻擋層28，必此互不連接；接著生長至少一布拉格反射層23在透明導電層22上，再利用光阻舉離制程(photoresist lift-off)使布拉格反射層23形成多個貫穿布拉格反射層23的第一貫穿孔230而暴露出部分的透明導電層22;最后再將第二電極27設置在布拉格反射層23之上，并通過第一貫穿孔230與透明導電層22相接觸而電性連接。在此實施例所的結構中，該等第三貫穿孔280在垂直方向上分別與該等布拉格反射層23的第一貫穿孔230為錯位設置(使電流阻擋層28設置于相對應第一貫穿孔230的位置)，因此電流自第二電極27通過第一貫穿孔230流通至透明導電層22后，當電流要繼續流通至第二半導體層212，其路徑的直線方向會受到電流阻擋層28的阻擋而無法直接流通，需繞過電流阻擋層28而經第三貫穿孔280的開設位置方抵達第二半導體層212，如同前一實施例可使電流可較平均地分布，使發光二極管均勻發光且亮度提升。
[0082]圖8A?8E為本發明一實施例的制造方法流程示意圖。請參考圖8A?圖8E，本發明所揭示的具布拉格反射鏡的發光二極管的制造方法，在一實施例的步驟可包括:
[0083]步驟S1、生長磊晶層，該磊晶層具有第一半導體層、發光層以及第二半導體層。
[0084]步驟S2、生長透明導電層在該第二半導體層上。
[0085]步驟S3、生長布拉格反射層在該透明導電層上。
[0086]步驟S4、形成多個第一貫穿孔貫穿該布拉格反射層多。
[0087]步驟S5、生長金屬層在該布拉格反射層之上，且該金屬層透過該些第一貫穿孔而電性連接于該透明導電層。
[0088]步驟S6、生長絕緣層在該金屬層之上。
[0089]步驟S7、形成至少一第二貫穿孔在該絕緣層上而暴露出部分的該金屬層。
[0090]在上述的步驟中，所選用的透明基板20可為藍寶石基板;透明導電層22則可選用氧化銦錫、氧化銦鋅等材料，使所形成的透明導電層22具有大于98%的透光率，且透明導電層與第二半導體層之間存在奧姆接觸。金屬層24為鉻、金、鉑、鈦或鋁等元素所組成，經濺鍍而形成薄膜狀結構覆蓋在布拉格反射層23之上，此金屬層24可提供電流流通，作為電極的延伸而輔以分散電流分布，其也具備黏著上下層面的功能，例如在此實施例中與透明導電層接合，另外，其本身也可提供部分的反射能力。絕緣層25則可以使用二氧化硅為材料，在覆蓋在金屬層24之上后，再蝕刻出第二貫穿孔250暴露出金屬層24，使后續設置的第二電極27得以和金屬層24接觸而導通電流，此絕緣層25也覆蓋磊晶層的側邊及部分第一半導體層212的上表面。而若要進行如前述在結構上的各種變化，例如整合絕緣層與布拉格反射層，或是變更透明導電層、金屬層以及布拉格反射層的堆棧順序等，則根據需要而在步驟增加或減少生長相對應的層面，以及利用蝕刻的手段制作貫穿孔或間隙，使電流得以流通。
[0091]圖9為本發明更一實施例的部分結構示意圖，用以表示將透明導電層設置在布拉格反射層與金屬層之間。請參考圖9為本發明的再一實施例，其在第二半導體層212之上設置布拉格反射層23，再利用光阻舉離制程形成多個貫穿布拉格反射層23的第一貫穿孔230而暴露出部分的第二半導體層212。布拉格反射層23之上則設置透明導電層22，透明導電層22可通過第一貫穿孔230而與第二半導體層212接觸。透明導電層22之上則是設置金屬層24，其與透明導電層22之間存在奧姆接觸。
[0092]綜上所述，本發明詳細揭示了一種具有布拉格反射鏡的發光二極管及其制造方法，其利用布拉格反射鏡取代傳統的銀反射鏡，不但可以免除額外覆蓋鎢化鈦防止銀的擴散，減少制程步驟與不穩定因素，因而提升產品優良率，并且也可利用布拉格反射鏡提供高反射率，讓發光二極管的出光亮度得以維持在的狀態，故在結合眾多優點之下，本發明無疑為一種兼具實用與商業價值的具有布拉格反射鏡的發光二極管及其制造方法。
[0093]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。
【主權項】
1.一種具有布拉格反射鏡的發光二極管，其特征在于，包括: 磊晶層，具有第一半導體層、發光層以及第二半導體層，其中所述發光層介于所述第一半導體層與所述第二半導體層之間； 透明導電層，其位于所述第二半導體層上； 至少一布拉格反射層，其位于所述透明導電層上，并具有多個貫穿所述等布拉格反射層的第一貫穿孔； 第一電極，電性連接于所述第一半導體層；以及 第二電極，電性連接于所述透明導電層。2.根據權利要求1所述的具有布拉格反射鏡的發光二極管，其特征在于，該些第一貫穿孔的間距不為定值。3.根據權利要求1所述的具有布拉格反射鏡的發光二極管，其特征在于，還包括: 金屬層，其位于所述布拉格反射層上；以及 絕緣層，其位于所述金屬層上，并具有至少一第二貫穿孔而暴露出部分的所述金屬層，且所述第二電極位于所述絕緣層上，通過所述第二貫穿孔而電性連接所述金屬層。4.根據權利要求3所述的具有布拉格反射鏡的發光二極管，其特征在于，該些第一貫穿孔的間距隨著該些第一貫穿孔與所述第二電極的距離逐漸增加而逐漸減少。5.根據權利要求1所述的具有布拉格反射鏡的發光二極管，其特征在于，還包括:多個電流阻擋層，其位于所述第二半導體層上，且所述等電流阻擋層對應所述第一貫穿孔設置。6.—種具有布拉格反射鏡的發光二極管的制造方法，其特征在于，包括: 生長磊晶層，所述磊晶層具有第一半導體層、發光層以及第二半導體層； 生長透明導電層在所述第二半導體層上； 生長布拉格反射層在所述透明導電層上； 形成多個第一貫穿孔貫穿所述布拉格反射層；以及 生長金屬層在所述布拉格反射層之上，且所述金屬層通過該些第一貫穿孔而電性連接于所述透明導電層。7.根據權利要求6所述的具有布拉格反射鏡的發光二極管的制造方法，其特征在于，在生長所述金屬層在所述布拉格反射層之上的步驟后，還包括: 生長絕緣層在所述金屬層之上；以及 形成至少一第二貫穿孔在所述絕緣層上而暴露出部分的所述金屬層。8.一種具有布拉格反射鏡的發光二極管，其特征在于，包括: 磊晶層，具有第一半導體層、發光層以及第二半導體層； 多個電流阻擋層，設置于所述第二半導體層上； 透明導電層，設置于所述電流阻擋層與所述第二半導體層上； 布拉格反射層，設置于所述透明導電層上，并具有多個貫穿所述等布拉格反射層的第一貫穿孔而暴露出部分的所述透明導電層，該些第一貫穿孔對應該些電流阻擋層設置； 第一電極，電性連接于所述第一半導體層；以及 第二電極，其位于所述布拉格反射層上，且通過所述等第一貫穿孔電性連接于所述透明導電層。9.一種具有布拉格反射鏡的發光二極管的制造方法，其特征在于，包括:生長磊晶層，所述磊晶層具有第一半導體層、發光層以及第二半導體層；生長電流阻擋層在所述第二半導體層上；形成多個第三貫穿孔貫穿所述電流阻擋層而暴露出部分所述第二半導體層；生長透明導電層在所述等電流阻擋層與所述第二半導體層上，；生長布拉格反射層在所述透明導電層上；以及形成多個第一貫穿孔貫穿所述布拉格反射層而暴露出部分所述透明導電層；其中，該些第一貫穿孔對應于所述電流阻擋層。10.一種具有布拉格反射鏡的發光二極管，其特征在于，包括:磊晶層，具有第一半導體層、發光層以及第二半導體層；多個電流阻擋層，位于所述第二半導體層上；透明導電層，其位于所述第二半導體層上，并覆蓋所述等電流阻擋層；絕緣層，其位于所述透明導電層上，并具有多至少一貫穿孔；第一電極，電性連接于所述第一半導體層；以及第二電極，其位于所述絕緣層上，且通過所述貫穿孔電性連接于所述透明導電層。
【文檔編號】H01L33/46GK105895776SQ201610089271
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月17日
【發明人】黃逸儒, 黃冠杰, 沈志銘, 莊東霖, 麥宏全, 黃靖恩, 丁紹瀅
【申請人】新世紀光電股份有限公司