專利名稱：一種發(fā)光二極管及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制法，尤指一種主要是利用濕氧化技術(shù)制造及設(shè)計(jì)一種發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light-Emitting Diodes，簡稱LED)從1960年開始，研究發(fā)展至今已經(jīng)超過了四十年，從傳統(tǒng)的LED到現(xiàn)在的高亮度LED，LED在生活上的應(yīng)用已經(jīng)和我們有著非常密切的關(guān)是。例如交通指示燈、汽車指示燈、戶外大型全彩顯示板，以及將來應(yīng)用在照明上的顯示燈等。然而，在目前磊晶技術(shù)已經(jīng)可以將內(nèi)部量子效率(internalquantum efficiency)提升至90％甚至更高的同時，高亮度LED的外部量子效率(external quantumefficiency)卻只有10％或者更低；因此，如何將LED內(nèi)部產(chǎn)生的光，通過各種元件結(jié)構(gòu)及制程的研發(fā)將它們引導(dǎo)出來，對于提高LED的亮度而言，是一個非常重要的課題。
針對如何將LED的亮度提高的問題，請參考臺灣第474033號公告，它公開了一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及其制造方法。它是在一具有一第一電極的基板上形成一磊晶結(jié)構(gòu)，該磊晶結(jié)構(gòu)包含有發(fā)光的活性層及一布拉格反射層，該布拉格反射層有部分區(qū)域被氧化，以及，該磊晶結(jié)構(gòu)上另外形成一第二電極。
雖然，這種傳統(tǒng)的發(fā)光二極管制法可提高發(fā)光二極管的發(fā)光亮度，但是其所發(fā)亮的區(qū)域極為分散，所投射出的光線并無法達(dá)到聚光效果，所以其為了達(dá)到聚光效果需另外進(jìn)行封裝作業(yè)，如此一來，便增大了成本的支出。
另外，請參閱臺灣第479378號公告，它公開了一種發(fā)光二極管晶片的封裝及其聚光透鏡，它是在印刷電路板基材上具有一導(dǎo)體層及一電極，該導(dǎo)體層上設(shè)置有一發(fā)光二極管晶片，該發(fā)光二極管晶片以一導(dǎo)線與該電極連接，而相對于該發(fā)光二極管晶片位置射出成型出一聚光透鏡，通過該聚光透鏡的設(shè)置，將發(fā)光二極管所投射出的光源稍作聚光。
然，這種發(fā)光二極管并無增加亮度的效果，且其為了達(dá)到聚光效果，必須經(jīng)過封裝處理作業(yè)，并在發(fā)光二極管頂面成型一球面狀的聚光透鏡，不僅耗費(fèi)作業(yè)流程時間，且提高制作成本的支出，更甚者，其所可達(dá)到的聚光效果也極為有限。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述原因，本發(fā)明的目的是提供一種整體亮度高，且可以得到較透鏡更好的聚光功能的發(fā)光二極管及其制法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案一種發(fā)光二極管該發(fā)光二極管具有一基底層，該基底層上具有一活性層，該活性層上具有一透明層，該透明層與該活性層之間具有一布拉格反射層，該透明層頂面設(shè)置一第一電極，且相對于該第一電極的基底層底面設(shè)置一第二電極，該布拉格反射層的周緣有部分區(qū)域被氧化，并形成阻止電流流通的絕緣層。
在所述活性層與所述基底層之間另具有一布拉格反射層。
所述基底層為一N型砷化鎵層。
所述活性層為一磷化鋁鎵銦層。
所述布拉格反射層為砷化鋁鎵層。
所述透明層為一磷化鋁鎵銦層。
所述第一電極為一正面金-鈹環(huán)型電極。
所述第二電極為背面金-鍺電極。
本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管的制法，其包括以下步驟設(shè)置一基底層；于該基底層上成形出一活性層，該活性層上成形出一透明層，該透明層與該活性層之間成形出一布拉格反射層；將該透明層頂面經(jīng)過光阻之后，并于該透明層頂面蒸鍍一第一電極，且相對于該第一電極的基底層底面蒸鍍一第二電極；進(jìn)行微切割處理；接著執(zhí)行濕氧化制程，通過控制濕氧化制程的時間，使該布拉格反射層的周緣有部分區(qū)域被氧化，形成阻止電流流通的絕緣層；待濕氧化制程結(jié)束之后，再進(jìn)行切割作業(yè)。
特別的是，所述濕氧化制程是將切割后的磊晶結(jié)構(gòu)定位于爐管內(nèi)的晶舟上，將氮?dú)馔ㄈ胍患兯仓?，且控制氮?dú)獾牧髁考s為3L/min，而純水筒是受到加熱器的溫度控制，使水氣溫度在控制在80℃左右，而以氮?dú)?、氮?dú)饧八幕旌蠚怏w同時匯流進(jìn)入爐管的入口，該爐管頂、底面分別以一加熱器控制爐管內(nèi)的溫度約在440℃，且爐管的出口是進(jìn)行抽氣作業(yè)，藉由控制濕氧化制程的時間，使該布拉格反射層周緣有部分區(qū)域被氧化，藉以形成阻止電流流通的絕緣層。
本發(fā)明主要是利用濕氧化法技術(shù)，將發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中的布拉格反射層周緣氧化，形成阻止電流流通的絕緣層，限制發(fā)光二極管中的電流傳導(dǎo)，進(jìn)而將電流限制于某一個特定范圍，使發(fā)光二極管的發(fā)光區(qū)域集中，再通過正面電極位置以及形狀的設(shè)計(jì)，使得射出晶粒的光不會被正面電極所阻擋，進(jìn)而使得發(fā)光二極管的整體亮度得以提升，且所投射出的光線更具有良好的聚光效果，得到較透鏡更好的聚光功能。另外，本發(fā)明提供的制造二極管的方法制造過程簡單，制造成本低。


圖1為本發(fā)明濕氧化制程的方塊2為本發(fā)明濕氧化制程的流程3為本發(fā)明濕氧化設(shè)備示意4為本發(fā)明濕氧化后的發(fā)光二極管外觀示意5為本發(fā)明濕氧化后的發(fā)光二極管側(cè)面示意6為本發(fā)明發(fā)光二極管氧化后光線投射示意7為紅光、黃綠光氧化后的相對亮度圖表圖8為紅光的電流I-電壓V圖表圖9為黃綠光的電流I-電壓V圖表圖10為紅光氧化前后的可靠度測量圖表圖11為黃綠光氧化前后的可靠度測量圖表圖12為濕氧化后的電流分布狀態(tài)圖具體實(shí)施方式
首先，請參看圖1所示的濕氧化制程方塊圖，它先將施行濕氧化處理的晶片進(jìn)行清洗，將晶片進(jìn)行P型電極(以下簡稱正面電極)的蒸鍍，且使正面電極產(chǎn)生曝光、顯影，剝離與正面電極熱回火，將晶片施以研磨，且使正面電極蒸鍍與熱回火，之后再進(jìn)行晶片微切割，待施以濕氧化作業(yè)，形成阻止電流流通的絕緣層后，最后再作晶片切割處理。
而詳細(xì)的濕氧化制程方式，請參看圖2所示的濕氧化制程的流程圖。本發(fā)明發(fā)光二極管的制法，主要是在磊晶結(jié)構(gòu)10的基底層11上具有一活性層12，該活性層12與該基底層11之間具有一第一布拉格反射層13，且該活性層12上具有一透明層14，該透明層14與該活性層12之間具有一第二布拉格反射層15，在本實(shí)施例中，該基底層11是一N型砷化鎵層，而該活性層12是一磷化鋁鎵銦層，該第一、二布拉格反射層13、15是砷化鋁鎵層，該透明層14是一磷化鋁鎵銦層。
該磊晶結(jié)構(gòu)的透明層14頂面經(jīng)過光阻之后，在該透明層14的頂面蒸鍍設(shè)置一第一電極16，且相對于該第一電極16的基底層11底面蒸鍍設(shè)置一第二電極17，其中，該第一電極16是一正面金-鈹環(huán)型電極，該第二電極17是背面金-鍺電極，之后將磊晶結(jié)構(gòu)作微切割處理，將其微切割成多數(shù)個未氧化前的LED結(jié)構(gòu)。
將微切割后的磊晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行濕氧化處理，同時，參閱圖3所示，將該切割后的磊晶結(jié)構(gòu)10放置定位于爐管20內(nèi)的晶舟21上，此時，將氮?dú)釧通入一純水筒30中，且控制氮?dú)釧的流量約為3L/min，而純水筒30受到加熱器31的溫度控制，使水氣溫度控制在80℃左右，而以氮?dú)釧、氮?dú)釧及水的混合氣體，同時匯流并通入爐管20的入口201，此時該爐管20的頂、底面分別以一加熱器22、23控制爐管20內(nèi)的溫度約在440℃，而爐管20的出口202進(jìn)行抽氣作業(yè)，即得以進(jìn)行濕氧化處理，通過控制濕氧化制程的時間，即可控制第一、二布拉格反射層13、15的氧化程度，待濕氧化制程結(jié)束之后，再進(jìn)行LED結(jié)構(gòu)的切割作業(yè)處理。
如圖4、圖5所示，本發(fā)明經(jīng)過濕氧化處理后的發(fā)光二極管具有一基底層11，該基底層11上具有一活性層12，該活性層12與該基底層11之間具有一第一布拉格反射層13，且該活性層12上具有一透明層14，該透明層14與該活性層12之間具有一第二布拉格反射層15，該透明層14頂面設(shè)置一第一電極16，且相對于該第一電極16的基底層11底面設(shè)置一第二電極17，而該第一、二布拉格反射層13、15的周緣有部分區(qū)域被氧化，形成阻止電流流通的絕緣層130、150。
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及其制法，它主要是利用濕氧化法(wetoxidation)技術(shù)，將發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的第一、二布拉格反射層13、15的周緣部分區(qū)域氧化，形成阻止電流流通的絕緣層130、150，限制發(fā)光二極管中的電流傳導(dǎo)，進(jìn)而將電流限制于某一個特定范圍，讓發(fā)光二極管的發(fā)光區(qū)域集中，其中第一布拉格反射層13的絕緣層130可達(dá)到提高發(fā)光二極管亮度的功能，再利用第二布拉格反射層15的絕緣槽將發(fā)光二極管所投射出的光源再行聚光，使發(fā)光二極管的亮度不僅可大大提升，且所投射出的光線具有良好的聚光效果；另外，通過第一電極16位置及形狀的設(shè)計(jì)，使得投射出的光源不會被第一電極16所阻擋。
圖6為本發(fā)明發(fā)光二極管氧化后光線投射示意圖，由于該發(fā)光二極管是通過濕氧化技術(shù)制成的，使得電流被限制在中央位置，如此一來，光便由正中央投射出來；此外，由于第一電極16設(shè)計(jì)成環(huán)型(Ring)，因此所射出的光便不會因?yàn)榈谝浑姌O16的阻擋而反射回發(fā)光二極管內(nèi)，甚至被吸收。而由發(fā)光二極管正面觀察，由于第一、二布拉格反射層13、15以上的磊晶材料并非完全不透明，因此我們可以明顯的觀察到第一、二布拉格反射層13、15氧化的區(qū)域和未氧化區(qū)域的顏色深淺變化，所以第一、二布拉格反射層13、15氧化深度的多少，可直接由顯微鏡觀察得知，或直接點(diǎn)亮由發(fā)光區(qū)域來判斷。
請配合參閱圖7所示，即紅光、黃綠光氧化后的相對亮度，以氧化前的晶粒為基準(zhǔn)，即相對亮度為1，然后，再依照氧化后的亮度大小，經(jīng)計(jì)算出各個氧化時間的相對亮度。由圖中可以得知，氧化2.5小時，得到紅光的相對亮度為最大，也就是亮度提升最多，提高約40％；而黃綠光相對亮度最大值是在氧化2小時的時候，提高約90％。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了原本的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，確實(shí)可以讓發(fā)光二極管亮度提升。而氧化3.5小時的黃綠光發(fā)光二極管，亮度并沒有增加而且還減少了，原因可能是氧化時間較長，中間發(fā)光的區(qū)域變得很小，串聯(lián)電阻增加，因而產(chǎn)生較嚴(yán)重的熱效應(yīng)所致。
另外，紅光與黃綠光的電流I-電壓V；由測量結(jié)果得知，漏電流(leakage current)和打開電壓(turn-on voltage)并沒有明顯的改變，而發(fā)光二極管的串聯(lián)電阻因?yàn)榈谝?、二布拉格反射?3、15部分區(qū)域被氧化，而增加了電阻值(該電阻值請參閱圖8及圖9)，這與原先預(yù)期的相符合。紅光、黃綠光LED的反向崩潰電壓約為-30V。
請參閱圖10及圖11，紅光、黃綠光氧化前后的可靠度測量。由測量結(jié)果可知，隨著氧化時間的增長，因?yàn)榘l(fā)光區(qū)域的縮小使得電流密度增加，因此使得元件的可靠度變差。而黃綠光發(fā)光二極管和紅光發(fā)光二極管相比較，黃綠光發(fā)光二極管的可靠度變得更差，原因可能是黃綠光發(fā)光二極管的含鋁Al成分較高，而鋁Al的活性很大，因此在濕氧化制程中會率先氧化，因此我們在氧化第一、二布拉格反射層13、15的同時，黃綠光發(fā)光二極管的活性層12可能有某種程度的氧化，且相對于紅光發(fā)光二極管而言氧化程度應(yīng)該比較多，因此可靠度(reliability)變化程度較大。
綜上所述，傳統(tǒng)發(fā)光二極管是直接以磊晶成長的方式設(shè)計(jì)的，而本發(fā)明是利用布拉格反射層周緣被氧化，形成阻止電流流通的絕緣層的原理設(shè)計(jì)的，除了使發(fā)光二極管整體的亮度提高，且可以得到較透鏡更好的聚光功能，請參閱圖12所示。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。任何基于本發(fā)明技術(shù)方案上的等效變換均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍的內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，其特征在于該發(fā)光二極管具有一基底層，該基底層上具有一活性層，該活性層上具有一透明層，該透明層與該活性層之間具有一布拉格反射層，該透明層頂面設(shè)置一第一電極，且相對于該第一電極的基底層底面設(shè)置一第二電極，該布拉格反射層的周緣有部分區(qū)域被氧化，并形成阻止電流流通的絕緣層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于在所述活性層與所述基底層之間另具有一布拉格反射層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述基底層為一N型砷化鎵層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述活性層為一磷化鋁鎵銦層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述布拉格反射層為砷化鋁鎵層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述透明層為一磷化鋁鎵銦層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述第一電極為一正面金-鈹環(huán)型電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述第二電極為背面金-鍺電極。
9.一種發(fā)光二極管的制法，其包括以下步驟設(shè)置一基底層；于該基底層上成形出一活性層，該活性層上成形出一透明層，該透明層與該活性層之間成形出一布拉格反射層；將該透明層頂面經(jīng)過光阻之后，并于該透明層頂面蒸鍍一第一電極，且相對于該第一電極的基底層底面蒸鍍一第二電極；進(jìn)行微切割處理；接著執(zhí)行濕氧化制程，通過控制濕氧化制程的時間，使該布拉格反射層的周緣有部分區(qū)域被氧化，形成阻止電流流通的絕緣層；待濕氧化制程結(jié)束之后，再進(jìn)行切割作業(yè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管的制法，其特征在于所述濕氧化制程是將切割后的磊晶結(jié)構(gòu)定位于爐管內(nèi)的晶舟上，將氮?dú)馔ㄈ胍患兯仓?，且控制氮?dú)獾牧髁考s為3L/min，而純水筒是受到加熱器的溫度控制，使水氣溫度控制在80℃左右，并以氮?dú)狻⒌獨(dú)饧八幕旌蠚怏w同時匯流進(jìn)入爐管的入口，該爐管頂、底面分別以一加熱器控制爐管內(nèi)的溫度約在440℃，且爐管的出口進(jìn)行抽氣作業(yè)，控制濕氧化制程的時間，使該布拉格反射層周緣有部分區(qū)域被氧化，形成阻止電流流通的絕緣層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管及其制法，它主要是利用濕氧化法技術(shù)，將發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中的布拉格反射器(Distributed Bragg Reflectors，簡稱DBR)氧化，以限制發(fā)光二極管中的電流傳導(dǎo)，進(jìn)而將電流限制于某一個特定范圍，使發(fā)光二極管的發(fā)光區(qū)域集中，再通過正面電極位置以及形狀的設(shè)計(jì)，使得射出晶粒的光不會被正面電極所阻擋，進(jìn)而使得發(fā)光二極管的亮度得以提升，且所投射出的光線更具有良好的聚光效果。
文檔編號H01L33/00GK1490885SQ02130899
公開日2004年4月21日 申請日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月15日
發(fā)明者林瑞明 申請人:長庚大學(xué)