專利名稱：發(fā)光二極管組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種發(fā)光二極管組件及其制造方法，特別是關(guān)于一種可降低制造難度與成本之發(fā)光二極管組件及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)的發(fā)光原理是利用半導(dǎo)體固有特性，不同于白熾燈發(fā)熱的發(fā)光原理，所以發(fā)光二極管被稱為冷光源(cold light)。發(fā)光二極管具有高耐久性、壽命長、輕巧、耗電量低等優(yōu)點，且不含水銀等有害物質(zhì)，因此現(xiàn)今之照明市場對于發(fā)光二極管照明寄予極大厚望。
一般來說，發(fā)光二極管常由磷化鎵(GaP)、氮化鎵(GaN)等III-V族混晶化合物經(jīng)磊晶而成。由于發(fā)光二極管的折射率大于外部的折射率，而且公知的發(fā)光二極管主要為四方形對稱之立方體。因此，發(fā)光二極管所產(chǎn)生的光線到達(dá)二極管晶粒和空氣的界面時，大于臨界角之光將產(chǎn)生全反射回到二極管晶粒內(nèi)部；而此四方形對稱之二極管晶粒之四個界面互相平行，使得內(nèi)部大于臨界角的光線只能一直在內(nèi)部全反射，導(dǎo)致發(fā)光二極管對外部的發(fā)光效率遠(yuǎn)低于內(nèi)部的量子效率。所以改變發(fā)光二極管的晶粒形狀即成為可有效提升發(fā)光效率的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為改進(jìn)公知的制造過程缺點，本發(fā)明目的是提供一種發(fā)光二極管組件及其制造方法，系先于一基板表面形成具有斜面之氮化鎵混成厚膜，利用氮化鎵磊晶的特性自然形成磊晶斜面，再于氮化鎵混成厚膜上成長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，進(jìn)而將其制作形成發(fā)光二極管晶粒。如此，無須機(jī)械加工即可制作具有斜面的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
經(jīng)由上述方法所形成之發(fā)光二極管組件，系由表面具有氮化鎵厚膜的基板和建立于氮化鎵混成厚膜表面的二極管結(jié)構(gòu)所組成。其中，基板表面的氮化鎵混成厚膜之側(cè)面與基板系基于氮化鎵的結(jié)晶特性自然形成一個角度。氮化鎵混成厚膜系混合數(shù)種III-V族化合物所形成，如氮化鋁銦鎵(AlXGa(1-X-Y)InYN)厚膜，0≤X，Y＜1，0≤X+Y＜1。建立于氮化鎵混成厚膜表面的二極管結(jié)構(gòu)，系由n型氮化鎵系列III-V族化合物及p型氮化鎵系列III-V族化合物所組成，其中，n型氮化鎵系列III-V族化合物和p型氮化鎵系列III-V族化合物系各與低電阻歐姆接觸電極電性連接，以提供一順向偏壓。此二極管結(jié)構(gòu)于n型氮化鎵系列III-V族化合物和p型氮化鎵系列III-V族化合物之間更包含一活性層(active layer)以作為發(fā)光區(qū)。
另根據(jù)本發(fā)明之制作方法，即可將n型氮化鎵系列III-V族化合物層、活性層和p型氮化鎵系列III-V族化合物層之低電阻歐姆接觸電極分別制作于發(fā)光二極管組件之上下兩側(cè)，如此，可縮小所需組件之體積，增加發(fā)光效率和良好率。
為使對本發(fā)明的目的、構(gòu)造特征及其功能有進(jìn)一步的了解，茲配合圖標(biāo)表面的二極管結(jié)構(gòu)，系由n型氮化鎵系列III-V族化合物及p型氮化鎵系列III-V族化合物所組成，其中，n型氮化鎵系列III-V族化合物和p型氮化鎵系列III-V族化合物，其與低電阻歐姆接觸電極電性連接，以提供一順向偏壓。此二極管結(jié)構(gòu)于n型氮化鎵系列III-V族化合物和p型氮化鎵系列III-V族化合物之間更包含一活性層以作為發(fā)光區(qū)。
另根據(jù)本發(fā)明之制作方法，即可將n型氮化鎵系列III-V族化合物層、活性層和p型氮化鎵系列III-V族化合物層之低電阻歐姆接觸電極分別制作于發(fā)光二極管組件之上下兩側(cè)，如此，可縮小所需組件之體積，增加發(fā)光效率和良好率。
為使對本發(fā)明的目的、構(gòu)造特征及其功能有進(jìn)一步的了解，茲配合圖標(biāo)詳細(xì)說明如下


圖1為本發(fā)明之制作流程圖；圖2為本發(fā)明之第一實施例的示意圖；圖3為本發(fā)明之第二實施例的示意圖；圖4為本發(fā)明之第三實施例的示意圖。圖中100-基板110-具有斜面之氮化鋁鎵銦厚膜120-接觸層130-n型氮化鎵系列III-V族化合物層131-n型低電阻歐姆接觸電極140-p型氮化鎵系列III-V族化合物層141-p型低電阻歐姆接觸電極150-活性層200-n型透明導(dǎo)電基板210-具有斜面之氮化鋁鎵銦厚膜220-透明接觸層230-n型氮化鎵系列III-V族化合物層231-n型低電阻歐姆接觸電極240-p型氮化鎵系列III-V族化合物層241-p型低電阻歐姆接觸電極250-活性層260-反射層金屬電極310-具有斜面之氮化鋁鎵銦厚膜320-透明接觸層330-n型氮化鎵系列III-V族化合物層331-n型低電阻歐姆接觸電極340-p型氮化鎵系列III-V族化合物層341-p型低電阻歐姆接觸電極350-活性層具體實施方式
本發(fā)明所揭露之發(fā)光二極管組件及其制造方法，系應(yīng)用氮化鎵之磊晶生長特性來制作發(fā)光二極管組件，依此可發(fā)展出各種多邊斜面與不同結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管組件，制作具有較佳發(fā)光效率的發(fā)光二極管組件。
為更詳細(xì)說明本發(fā)明的制作流程，現(xiàn)參考圖1，其為本發(fā)明之制作流程圖。其步驟包含有首先，提供一基板(步驟410)；然后，于基板表面形成用以提供選擇性磊晶生長之圖樣(pattern)，其圖樣之面積稍大于所須組件之大小(步驟420)；以磊晶生長法于基板表面之圖樣形成具有斜面之氮化鋁鎵銦厚膜(步驟430)，利用氮化鎵磊晶的特性自然形成斜面；然后，于氮化鋁鎵銦厚膜上形成具有n型氮化鎵系列III-V族化合物層和p型氮化鎵系列III-V族化合物層之發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)(步驟440)；最后，使p型低電阻歐姆接觸電極形成于p型氮化鎵系列III-V族化合物層之表面，n型低電阻歐姆接觸電極形成于n型氮化鎵系列III-V族化合物層之表面，完成發(fā)光二極管的晶粒制作(步驟450)。其中，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)更包含一活性層以作為發(fā)光區(qū)；n型氮化鎵系列III-V族化合物層和p型氮化鎵系列III-V族化合物層之表面系各與低電阻歐姆接觸電極電性連接，以提供一順向偏壓。同時，本發(fā)明更包含利用鐳射等方法去除基板的步驟，可簡化晶粒切割的步驟，以增加良率和降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明之發(fā)光二極管組件可包含多種結(jié)構(gòu)，參考圖2，其為本發(fā)明之第一實施例的示意圖；其包含有一基板100；一具有斜面之氮化鋁鎵銦厚膜110，系磊晶形成于基板100表面；一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，系由n型氮化鎵系列III-V族化合物層130、活性層150和p型氮化鎵系列III-V族化合物層組成140，于p型氮化鎵系列III-V族化合物層140之表面系具有透明接觸層120(transparent contact layer，TCL)和p型低電阻歐姆接觸電極141之組合，n型氮化鎵系列III-V族化合物層之表面具有n型低電阻歐姆接觸電極131，n型氮化鎵系列III-V族化合物層130、活性層150和p型氮化鎵系列III-V族化合物層140系依序形成于具有斜面之氮化鋁鎵銦厚膜110表面。
本發(fā)明亦可使用透明導(dǎo)電基板來制作發(fā)光二極管組件，即可將n型氮化鎵系列III-V族化合物層、活性層和p型氮化鎵系列III-V族化合物層之低電阻歐姆接觸電極分別制作于發(fā)光二極管組件之上下兩側(cè)，如此，可縮小所需組件之體積，增加發(fā)光效率和良好率。參考圖3，其為本發(fā)明之第二實施例的示意圖；其包含有一n型透明導(dǎo)電基板200，其表面具有透明接觸層220和n型低電阻歐姆接觸電極231之組合；一具有斜面之氮化鋁鎵銦厚膜210，系磊晶形成于n型透明導(dǎo)電基板200之另一表面；一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，系由n型氮化鎵系列III-V族化合物層230、活性層250和p型氮化鎵系列III-V族化合物層240組成，p型氮化鎵系列III-V族化合物層240之表面系具有p型低電阻歐姆接觸電極241和反射層金屬電極260之組合。
另外，本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)是將基板去除，以簡化發(fā)光二極管晶粒切割的步驟，增加良好率并降低生產(chǎn)成本。參考圖4，其為本發(fā)明之第三實施例的示意圖；其包含有一具有斜面之氮化鋁鎵銦厚膜310；一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，系由n型氮化鎵系列III-V族化合物層330、活性層350和p型氮化鎵系列III-V族化合物層340組成，n型氮化鎵系列III-V族化合物層330表面具有n型低電阻歐姆接觸電極331，p型氮化鎵系列III-V族化合物層340之表面系具有p型低電阻歐姆接觸電極341和透明接觸層320之組合。去除基板的方法可為雷射剝離、干式蝕刻或濕式蝕刻等方法。
如上所述，本發(fā)明用以磊晶成長具有斜面之氮化鋁鎵銦厚膜的基板，可為藍(lán)寶石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、氮化鋁(AlN)、偏鋁酸鋰(LiAlO2)和鎵酸鋰(LiGaO2)基板其中之一。而且，用以磊晶成長具有斜面之氮化鋁鎵銦厚膜的n型透明導(dǎo)電基板可選自n型氮化鎵(n-GaN)、n型氧化鋅(n-ZnO)、n型碳化硅(n-SiC)其中之一。而磊晶成長具有斜面之氮化鋁鎵銦厚膜的方法系為氫化物氣相磊晶成長(Hydride Vapor Phase Epitaxy，HVPE)等磊晶方法。其用以提供選擇性磊晶成長之圖樣的內(nèi)徑尺寸系大于150微米；圖樣之形狀可為四邊形、六邊形和圓形等，以決定磊晶成長所形成的厚膜之自然斜面形狀；具有斜面之氮化鋁鎵銦厚膜之厚度為20微米以上，而由于氮化鎵磊晶的特性，其具有斜面之氮化鎵混成厚膜的底面與其側(cè)邊之斜面會形成一個底角α，α的角度則介于43度至62度(43°≤α≤62°)。以及，p型低電阻歐姆接觸電極和n型低電阻歐姆接觸電極可為透明之低電阻歐姆接觸電極；p型低電阻歐姆接觸電極可為p型過渡性氧化物半導(dǎo)體(p-type transitionmetal oxide semiconductor)或p型過渡性氧化物半導(dǎo)體(p-typetransition metal oxide semiconductor)和貴金屬的混合材料。上述之發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)系于n型氮化鎵系列III-V族化合物和p型氮化鎵系列III-V族化合物之間更包含一活性層以作為發(fā)光區(qū)；此活性層可為雙異質(zhì)接面構(gòu)造(double-hetero-structure，DH)、單量子井結(jié)構(gòu)(single-quantumwell，SQW)或多量子井結(jié)構(gòu)(multiple-quantum well，MQW)。
雖然本發(fā)明之較佳實施例揭露如上所述，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉相關(guān)技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動與改變，因此本發(fā)明專利保護(hù)范圍須視本申請權(quán)利要求書限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管組件制造方法，其步驟包含有提供一基板；于基板表面形成用以提供選擇性磊晶生長之一圖樣；以磊晶生長法于該基板表面之該圖樣形成一具有斜面之氮化鎵混成厚膜，系利用氮化鎵磊晶的特性自然形成斜面，該具有斜面之氮化鎵混成厚膜之上表面為平面且上表面積大小適合組件使用；于該氮化鎵混成厚膜上形成一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)系結(jié)合一n型氮化鎵系列III-V族化合物層和一p型氮化鎵系列III-V族化合物層，該p型氮化鎵系列III-V族化合物層系與一p型低電阻歐姆接觸電極電性連接，該n型氮化鎵系列III-V族化合物層系與一n型低電阻歐姆接觸電極電性連接，以提供一順向偏壓。
2.如權(quán)利要求1所述之發(fā)光二極管組件制造方法，其中該氮化鎵混成厚膜系為氮化鋁銦鎵(AlXGa(1-X-Y)InYN)厚膜，0≤X，Y＜1，0≤X+Y＜1。
3.如權(quán)利要求1所述之發(fā)光二極管組件制造方法，其中更包含一去除該基板的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述之發(fā)光二極管組件制造方法，其中于該基板表面形成一具有斜面之氮化鎵混成厚膜的步驟，形成該具有斜面之氮化鎵混成厚膜的方法系為氫化物氣相磊晶成長。
5.如權(quán)利要求1所述之發(fā)光二極管組件制造方法，其中該具有斜面之氮化鎵混成厚膜之厚度為20微米以上。
6.如權(quán)利要求1所述之發(fā)光二極管組件制造方法，其中該圖樣系為內(nèi)徑尺寸大于150微米之四邊形圖樣、六邊形圖樣和餅圖樣所組成的族群其中之一。
7.如權(quán)利要求1所述之發(fā)光二極管組件制造方法，其中該具有斜面之氮化鎵混成厚膜的底面與其側(cè)邊之斜面系形成一底角α，該底角α的角度系介于43度至62度(43°≤α≤62°)。
8.一種發(fā)光二極管組件，其包含有一具有斜面之氮化鎵混成厚膜，其斜面系依其磊晶特性形成；一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，由n型氮化鎵系列III-V族化合物層和p型氮化鎵系列III-V族化合物層組成，該n型氮化鎵系列III-V族化合物層系疊合于該具有斜面之氮化鎵混成厚膜的表面并與一n型低電阻歐姆接觸電極電性連接，該p型氮化鎵系列III-V族化合物層系與一p型低電阻歐姆接觸電極電性連接，以提供一順向偏壓。
9.如權(quán)利要求8所述之發(fā)光二極管組件，其中更包含一基板，該氮化鎵混成厚膜系磊晶形成于該基板。
10.如權(quán)利要求8所述之發(fā)光二極管組件，其中該氮化鎵混成厚膜系為氮化鋁銦鎵(AlXGa(1-X-Y)InYN)厚膜，0≤X，Y＜1，0≤X+Y＜1。
11.如權(quán)利要求8所述之發(fā)光二極管組件，其中該基板系為藍(lán)寶石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化鎵(GaAs)和氮化鋁(AlN)基板其中之一。
12.如權(quán)利要求8所述之發(fā)光二極管組件，其中該具有斜面之氮化鎵混成厚膜之厚度為20微米以上，其底部形狀系為內(nèi)徑尺寸大于150微米之四邊形、六邊形和圓形所組成的族群其中之一。
13.如權(quán)利要求8所述之發(fā)光二極管組件，其中該具有斜面之氮化鎵混成厚膜的底面與其側(cè)邊之斜面系形成一底角α，該底角α的角度系介于43度至62度(43°≤α≤62°)。
14.如權(quán)利要求8所述之發(fā)光二極管組件，其中該n型低電阻歐姆接觸電極和該p型低電阻歐姆接觸電極系設(shè)于該具有斜面之氮化鎵混成厚膜之同側(cè)，該p型低電阻歐姆接觸電極系形成于該p型氮化鎵系列III-V族化合物層之表面，該n型低電阻歐姆接觸電極系形成于該n型氮化鎵系列III-V族化合物層之表面。
15.如權(quán)利要求8所述之發(fā)光二極管組件，其中該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)系于n型氮化鎵系列III-V族化合物和p型氮化鎵系列III-V族化合物之間系包含一活性層以作為發(fā)光區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管組件及其制造方法，系先于一基板表面形成具有斜面之氮化鎵混成厚膜，利用氮化鎵磊晶的特性自然形成磊晶斜面，再于氮化鎵混成厚膜上成長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)以形成發(fā)光二極管組件，可有效簡化其制造過程；本發(fā)明系應(yīng)用氮化鎵之厚膜磊晶特性來制作各種具多邊斜面與不同結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管組件晶粒，由于晶粒出光的表面積增大，而且多邊斜面減少內(nèi)部全反射的機(jī)率，此發(fā)光二極管組件較習(xí)知氮化鎵發(fā)光二極管組件具有較佳發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/00GK1521864SQ0310257
公開日2004年8月18日 申請日期2003年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月12日
發(fā)明者潘錫明, 蔡政達(dá), 涂如欽, 許榮宗 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院