專利名稱：發光二極管及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極管及其制造方法，尤其涉及一種利用芯片接合技術所制造的高亮度發光二極管及其制造方法。
背景技術：
請參照圖1，圖1為傳統的發光二極管結構的剖面圖。該發光二極管結構包括依序堆疊的基板100、n型半導體緩沖層(Buffer Layer)102、n型半導體接觸層(Contact Layer)104、n型半導體披覆層(Cladding Layer)106、活性層(ActiveLayer)108、p型半導體披覆層110、p型半導體接觸層112，以及位于部分的p型半導體接觸層112上的p型接觸墊(Contact Pad)114與位于暴露的n型半導體接觸層104上的n型接觸墊116。
一般傳統的發光二極管結構采用n型砷化鎵(GaAs)為基板100的材料。由于n型砷化鎵所構成的基板100會吸收光，因此在發光二極管的活性層108所產生的光子中，朝向基板100方向的光子大部分將為基板100所吸收，而嚴重影響發光二極管組件的發光效率。
為避免發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。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對齊，而導致合格率降低。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)中揭露將發光二極管芯片自其原生基板(Growth Substrate)上剝離后，利用金屬當接合介質的相關技術。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，所述現有技術的發光二極管，在實際使用上，顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進。

發明內容
本發明要解決的技術問題是現有發光二極管的基板吸收光子，影響發光二極管組件的發光效率，而發光二極管芯片自基板上剝離直接或利用金屬作接合介質接合于其他基板時，必須將芯片間晶格方向對齊或貼合易剝落，造成合格率下降。
為解決上述技術問題，本發明提供一種發光二極管，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體磊晶結構；以及一位于半導體磊晶結構上的透明導電層。
本發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系數的導電或不導電材料，接著層的材料可為有機材料或金屬。
本發明還提供該種發光二極管的制造方法，其至少包括下列步驟一種發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體磊晶結構；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；進行一芯片接合步驟借以將半導體磊晶結構貼合在透明基板的接著層上；以及在半導體磊晶結構上形成一透明導電層。
本發明在該芯片接合步驟之后，還包括對半導體結構的n型半導體接觸層進行蝕刻的步驟，借以使n型半導體接觸層形成非平面的連續結構或不連續表面結構，如此一來，可提高電流分散效果。
本發明的發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度損失。其次，利用接著材料進行芯片接合，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成本。另外，透明基板上的反射層可提供光子再利用，進而可提高光子由組件側面取出的數量。另外，在蝕刻后的n型半導體接觸層上沉積透明導電層，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。


下面結合附圖，通過對本發明的較佳實施例的詳細描述，將使本發明的技術方案及其他有益效果顯而易見。
附圖中，圖1為傳統的發光二極管結構的剖面圖；圖2為本發明一實施例的發光二極管的磊晶結構的剖面圖(未移除原生基板)；圖3為本發明一實施例的發光二極管的磊晶結構的剖面圖(移除原生基板)；圖4為本發明一實施例的發光二極管的透明基板的剖面圖；圖5a為本發明一實施例的發光二極管結構的剖面圖；圖5b為本發明另一實施例的發光二極管結構的剖面圖；圖6為本發明一實施例的發光二極管的光取出方向示意圖。
具體實施例方式
下文，將詳細描述本發明。
在半導體發光組件中，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，因此通過適當調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匹配。若經調整磷化鋁鎵銦材料中鋁及鎵的比例，可使發光波長介于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整相當簡易，可輕易以線性的方式得到要發光的波長，故非常適用于制造可見光區的發光組件。
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作披覆層，借以局限掉落到中心發光層(又名為活性層)的載子，以提高載子的注入效率與幅射復合效率，而形成具高發光效率的雙異質結構(Double Heterostructure)的發光二極管。其中，由于上述的披覆層的能隙較發出光子能量大，因此不會吸收活性層所發出的光。
請參照圖2至圖5a，圖2至圖5a為本發明一較佳實施例的發光二極管的制程剖面圖。本發明的發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。再利用例如有機金屬化學氣相沉積(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，利用例如有機金屬化學氣相沉積法形成該發光二極管的半導體磊晶結構，而依序于蝕刻終止層204上依序形成n型半導體接觸層206、n型半導體披覆層208、多層量子井活性層(Multiple Quantum Well Active Layer)210、p型半導體披覆層212、以及p型半導體接觸層214，而形成如圖2所示的結構。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型半導體接觸層206的材料可為n型砷化鎵；n型半導體披覆層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型半導體披覆層212的材料可為磷化鋁鎵銦；以及p型半導體接觸層214的材料可為磷化鋁鎵銦砷(AlGaInAsP)。
待完成發光二極管的半導體磊晶結構后，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，而留下發光二極管的磊晶結構，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所示的結構。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的材料為導電或不導電的耐高溫且高溫度傳導系數材料，例如有機材料或金屬。
然后，利用例如芯片接合技術，將圖3的發光二極管的磊晶結構與圖4的透明基板300結構貼合，而使接著層302與p型半導體接觸層214接合。利用由耐高溫且高溫度傳導系數材料所構成的接著層302進行芯片接合，不需要考慮接合發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所產生的光子再利用，而提高光子由發光二極管組件的側面取出的數量。
待完成發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)形成透明導電層216覆蓋在n型半導體接觸層206上，以提高發光二極管的光取出效率。其中，透明導電層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。
透明導電層216形成后，利用例如微影與蝕刻方式進行定義，借以移除部分的透明導電層216、部分的n型半導體接觸層206、部分的n型半導體披覆層208、部分的多層量子井活性層210、以及部分的p型半導體披覆層212，而暴露出部分的p型半導體接觸層214。接著，利用例如沉積以及微影與蝕刻的定義技術分別或同時形成n型接觸墊218于部分的透明導電層216上，以及形成p型接觸墊220位于暴露的p型半導體接觸層214的一部分上，從而完成發光二極管組件的制作，如圖5a所示。由于n型半導體的摻雜濃度高于p型半導體，因此n型接觸墊218在發光二極管組件的正面，可提供較佳的電流分散效果。
為實現高光取出效率與提高電流分布(Current Spreading)效果，在貼合圖3的發光二極管磊晶結構與圖4的透明基板300結構后，可先利用例如顯影與干式或濕式蝕刻技術定義n型半導體接觸層222，而形成表面不平整的n型半導體接觸層222。其中，經蝕刻后所形成的n型半導體接觸層222可暴露出部分的n型半導體披覆層208，也可不暴露出n型半導體披覆層208。在本發明的一較佳實施例中，n型半導體接觸層222可為具不連續表面的圓柱或角柱結構，或者是具連續表面的網狀或條狀結構。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電層224覆蓋在n型半導體接觸層222上。其中，透明導電層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n型半導體接觸層222暴露出部分的n型半導體披覆層208時，透明導電層224覆蓋在n型半導體接觸層222以及暴露的n型半導體披覆層208上；而當n型半導體接觸層222并未暴露出n型半導體披覆層208時，透明導電層224僅覆蓋在n型半導體接觸層222上。
同樣地，透明導電層224形成后，如圖5b所示，利用例如微影與蝕刻方式進行定義，借以移除部分的透明導電層224、部分的n型半導體接觸層222、部分的n型半導體披覆層208、部分的多層量子井活性層210、以及部分的p型半導體披覆層212，從而暴露出部分的p型半導體接觸層214。接著，利用例如沉積以及微影與蝕刻的定義技術分別或同時形成n型接觸墊218于部分的透明導電層224上，以及形成p型接觸墊220位于暴露的p型半導體接觸層214的一部分上，從而完成發光二極管組件的制作。
請參照圖6，圖6為本發明一較佳實施例發光二極管的光取出方向示意圖。本發明的發光二極管除了具有傳統發光二極管的方向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。
由上述本發明較佳實施例可知，本發明的一優點就是因為本發明利用耐高溫且高溫度傳導系數的接著材料來進行發光二極管的芯片接合，所以不必需考慮接合發光二極管芯片的方向配置。因此，可提高合格率，進而達到降低生產成本的目的。
由上述本發明較佳實施例可知，本發明的另一優點就是因為移除砷化鎵原生基板并將發光二極管磊晶結構貼合在透明基板，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。
由上述本發明較佳實施例可知，本發明的又一優點就是因為本發明在貼合后的發光二極管芯片表面沉積透明導電層，因此可提高光取出效率。而且，在蝕刻后的n型半導體接觸層上沉積透明導電膜，除了可以提供高取出效率外，還可以兼顧電流分散效果。
由上述本發明較佳實施例可知，本發明的又一優點就是因為本發明在透明基板的一面形成反射層，因此可提供光子再利用，并提高光子由發光二極管組件的側面取出的數量。
由上述本發明較佳實施例可知，本發明的再一優點就是因為本發明的發光二極管的n型接觸墊位于組件的正面，因此較傳統p型接觸墊在組件正面的發光二極管，具有較優良的電流分散效果。
可以理解的是，對于本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案和技術構思作出其他各種相應的改變和變形，而所有這些改變和變形都應屬于本發明后附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種發光二極管，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體磊晶結構；以及一位于該半導體磊晶結構上的透明導電層。
2.根據權利要求1所述的發光二極管，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系數材料。
3.根據權利要求1所述的發光二極管，其特征在于，該半導體磊晶結構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.根據權利要求3所述的發光二極管，其特征在于，該n型砷化鎵接觸層為一連續表面結構。
5.根據權利要求3所述的發光二極管，其特征在于，該n型砷化鎵接觸層為一不連續表面結構，且該不連續表面結構選自于由圓柱結構以及角柱結構所組成的一族群。
6.一種發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體磊晶結構；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；進行一芯片接合步驟借以將該半導體磊晶結構貼合在該透明基板的該接著層上；以及形成一透明導電層覆蓋在該半導體磊晶結構上。
7.根據權利要求6所述的發光二極管的制造方法，其特征在于，該半導體磊晶結構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.根據權利要求7所述的發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結構。
9.根據權利要求7所述的發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表面結構。
10.根據權利要求6所述的發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系數材料。
全文摘要
一種發光二極管及其制造方法，該發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體磊晶結構，以及一位于半導體磊晶結構的n型接觸層上的透明導電層；其中該半導體磊晶結構至少包括一n型接觸層，且該n型接觸層可為具連續平面的結構、具連續的網狀或條狀表面的結構、或具不連續表面的圓柱或角柱結構。
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 優先權日2003年7月24日
發明者陳錫銘 申請人:聯銓科技股份有限公司, 陳錫銘