CN102694096A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种发光二极管，包含承载基板、半导体复合层以及电极。半导体复合层设置于承载基板上，且半导体复合层的上表面包含图案化表面以及平坦表面。电极设置于平坦表面上。在此亦揭露一种制造发光二极管的方法。

Description

发光二极管及其制造方法

【技术领域】

本发明是有关于一种发光二极管及其制造方法。

【背景技术】

随着科技的进步，人们对于发光装置的要求日益提高，不仅要求高发光效能，更要求低耗电量，因此发光二极管(LED)技术备受重视。发光二极管的优点在于发光效率高、反应时间快、使用寿命长以及不含汞等。除此之外，发光二极管还具有耐机械冲击、体积小、色域广泛等优点。因此，发光二极管便渐渐取代传统的发光装置。随着近年来发光二极管的快速发展，使发光二极管的应用领域大幅扩张，俨然成为21世纪的新型光源。

【发明内容】

本发明的一态样提供一种发光二极管，能使电极与半导体层之间形成良好的奥姆接触，降低组件操作电压。同时，发光二极管亦具有粗化表面，俾能提高发光二极管的光取出效率。

此发光二极管包含一承载基板、一半导体复合层以及一电极。其中，半导体复合层设置于承载基板上，且半导体复合层的上表面包含一图案化表面以及一平坦表面；以及电极设置于平坦表面上。

本发明的另一态样提供一种制造发光二极管的方法。根据本发明的一实施方式，此方法包含以下步骤：(a)形成一缓冲层于一基板上，基板的表面包含一图案化区域以及一平坦区域；(b)形成一半导体复合层于缓冲层上；(c)形成一承载基板于半导体复合层上；(d)将基板与缓冲层分离，使缓冲层上形成与图案化区域互补的一图案化表面以及与平坦区域互补的一第一平坦表面；(e)蚀刻第一平坦表面以形成一开口贯穿缓冲层，并于开口中的半导体复合层上形成一第二平坦表面；以及(f)形成一电极于第二平坦表面。

根据本发明的另一实施方式，制造发光二极管的方法包含以下步骤：(a)形成一缓冲层于一基板的一上表面，上表面包含一图案化区域以及一平坦区域；(b)形成一半导体复合层于缓冲层上；(c)形成一承载基板于半导体复合层上；(d)将基板与缓冲层分离，使缓冲层上形成与图案化区域互补的一图案化表面以及与平坦区域互补的一第一平坦表面；(e)移除缓冲层以及部分半导体复合层，使半导体复合层上形成与图案化表面对应的一第二图案化表面以及与第一平坦表面对应的一第二平坦表面；以及(f)形成一电极于第二平坦表面上。

本发明的再一态样提供一种用以形成发光二极管的基板，基板的表面具有一图案化区域及一平坦区域。

【附图说明】

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1绘示本发明一实施方式的发光二极管的剖面示意图。

图2绘示本发明另一实施方式的发光二极管的剖面示意图。

图3绘示本发明一实施方式的制造发光二极管的方法流程图。

图4A至4F绘示本发明一实施方式的制造发光二极管的方法的制程阶段剖面示意图。

图5绘示本发明另一实施方式的制造发光二极管的方法流程图。

图6A至6D绘示本发明另一实施方式的制造发光二极管的方法的制程阶段剖面示意图。

图7绘示本发明一实施方式的用以形成发光二极管的基板的剖面示意图。

图8绘示本发明另一实施方式的发光二极管的剖面示意图。

【主要组件符号说明】

100：发光二极管

102：基板

1021：表面轮廓

110：承载基板

115：半导体复合层

120：第一半导体层

122：p型包覆层

124：p型半导体层

130：主动层

140：第二半导体层

144：缓冲层

146：平坦表面

146a：平坦界面

146b：第一平坦表面

146c：第二平坦表面

147：图案化表面

147a：图案化界面

147b：第一图案化表面

147c：第二图案化表面

148：粗糙化表面

149、151：开口

150、152：电极

160：电流阻障区

170：反射层

180：保护层

300、500：方法

310、320、330、340、350、360、510、520、530、540、550、560：步骤

R1、R2：区域

【具体实施方式】

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文将针对本发明的实施态样与具体实施例提出说明性描述；然而，此并非用以限制实施或运用本发明具体实施例的范畴。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其它的实施例，而无须于此进一步记载或说明。

在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其它情况下，为简化图式，已知的结构与装置仅示意性地绘示于图中，并非用以限定本发明。

图1绘示本发明一实施方式的发光二极管100的剖面示意图。发光二极管100包含一承载基板110、一半导体复合层115以及一电极150。

承载基板110用以支撑其上的发光二极管结构。承载基板110可由导电材料、不导电材料或复合材料所制成，导电材料例如可为金、铜、镍、钴、锡、铝、银、铟、铁、钯、铂、钼、钨、铬、铅、锑、钛、钽、铑、锌、锆、硅、锗合金或上述的组合；不导电材料例如可为氧化铝(Al₂O₃)、氮化铝(AlN)或氧化铍(BeO)等陶瓷基材；复合材料例如可为前述的导电材料与不导电材料的复合基材。承载基板110的厚度例如可为约10-300μm。

在以下说明的一实施例中，承载基板110是由导电材料所制成，其亦可同时作为发光二极管100的正电极。半导体复合层115设置于承载基板110上。半导体复合层115的上表面包含一图案化表面147以及一平坦表面146。如图1所示，图案化表面147形成在区域R1中，平坦表面146则形成在区域R2。图案化表面147为具有高低起伏的纹理结构，平坦表面146则不具这些起伏纹理结构。在一具体实例中，图案化表面147的纹理结构可为规则性排列的图案。在一实施例中，半导体复合层115的图案化表面147可进一步包含粗化表面148，用以破坏光线在组件内的全反射现象，进而增加光线的「光取出效率」。在此所谓的「光取出效率」，是指于半导体组件内部所产生的光中，能够被取出至外部的比例。

电极150设置于半导体复合层115的平坦表面146上，因此电极150与半导体复合层115之间可形成良好的奥姆接触，进而降低组件操作电压。电极150的材料例如可为银、金、铬、钛、镍等导电金属或上述金属的组合。在一实施例中，电极150的厚度为约1nm至约20μm，较佳为约0.5μm至约5μm。

在一实施方式中，半导体复合层115包含一第一半导体层120、一主动层130、一第二半导体层140、一电流阻障区160以及一反射层170，如图1所示。

电流阻障区160设置于承载基板110上。电流阻障区160用以使发光二极管100中的电流均匀分布，以减少电流丛聚效应的产生。在一实施例中，电流阻障区160在承载基板110上的垂直投影与电极150在承载基板110上的垂直投影重叠或部分重叠。换言之，电流阻障区160大致对准电极150的位置。在另一具体实例中，电流阻障区160的面积大于或等于电极150的面积。电流阻障区160的厚度例如可为约1nm至约5μm。电流阻障区160可包含诸如氮化硅或氧化硅等绝缘材料；或者，电流阻障区160也可包含导电性材料。

反射层170设置于承载基板110上，且设置于电流阻障区160周围。具体而言，反射层170配置于电流阻障区160周围，并邻接电流阻障区160。反射层170用以反射主动层130所产生的光线，以改变光线的行进方向，进而可增加光取出效率。反射层170可例如为铝、镍、铂、金或银等金属或上述金属的组合、或上述金属搭配二氧化硅与二氧化钛等折射率不同的非导体所组成的布拉格反射镜所制成。在一实施例中，反射层170的厚度大致等于电流阻障区160的厚度。在电流阻障区160包含导电性材料的实施例中，电流阻障区160材料的导电率低于反射层170材料的导电率。

第一半导体层120设置于电流阻障区160及反射层170上。在一实施例中，第一半导体层120包含一p型包覆层122(p-type cladding layer)以及一p型半导体层124，且p型包覆层122与主动层130邻接、p型半导体层124与电流阻障区160以及反射层170邻接。p型包覆层122例如可为p型氮化镓铝(p-AlGaN)层，p型半导体层124例如可为p型氮化镓(p-GaN)层。

主动层130设置于第一半导体层120上。主动层130(或称为发光层)可为多层结构，例如为多重量子阱结构。在一实施例中，电极150的面积小于主动层130面积的30％，例如电极150的面积为主动层130面积的2-15％。

第二半导体层140设置于主动层130上。前述半导体复合层115的图案化表面147及平坦表面146形成在第二半导体层140的上表面，如图1所示。第二半导体层140例如可为n型氮化镓(n-GaN)层。

图2绘示本发明另一实施方式的发光二极管100的剖面示意图。发光二极管100包含一承载基板110、一半导体复合层115以及一电极150。承载基板110的具体实施方式及特征可与前述实施方式相同。

在本实施方式中，半导体复合层115包含一电流阻障区160、一反射层170、一第一半导体层120、一主动层130、一第二半导体层140以及一开口149。上述电流阻障区160、反射层170、第一半导体层120以及主动层130的具体实施方式及特征可与前述任一实施方式或实施例相同。

在本实施方式中，第二半导体层140设置于主动层130上，且第二半导体层140的表面具有一缓冲层144。前文中所述的半导体复合层115的图案化表面147形成于缓冲层144上，如图2所示。缓冲层144的图案化表面147形成于第二半导体层140的区域R1中，平坦表面146则形成于第二半导体层140的区域R2中。图案化表面147为具有高低起伏的纹理结构，平坦表面146则不具这些起伏纹理结构。在一实施例中，图案化表面147的纹理结构可为规则性排列的图案。在另一实施例中，缓冲层144上的图案化表面147可包含粗化表面148，用以破坏光线在组件内的全反射现象，进而增加光线的光取出效率。

开口149贯穿缓冲层144，以露出第二半导体层140的平坦表面146。换言之，开口149的深度大于缓冲层144的厚度，并于开口149的底部形成平坦表面146。

电极150设置于开口149内的平坦表面146上，因此电极150与第二半导体层140之间可形成良好的奥姆接触，进而可降低组件的操作电压。电极150在承载基板110上的垂直投影与电流阻障区160在承载基板110上的垂直投影重叠或部分重叠。电极150的具体实施方式、材料及其它特征可与前述实施方式相同。在一实施例中，电极150的面积小于或等于电流阻障区的面积。

本发明的另一态样提供一种制造发光二极管的方法。图3绘示本发明一实施方式的制造发光二极管的方法300流程图。图4A至4D进一步绘示方法300的制程阶段剖面示意图。

在步骤310中，形成一缓冲层144于一基板102的上表面。基板102的上表面具有一表面轮廓1021，其包含一图案化区域R1以及一平坦区域R2。图案化区域R1为具有高低起伏的纹理结构，平坦区域R2则不具这些起伏纹理结构。因此，所形成的缓冲层144也具有对应于表面轮廓1021的平坦界面146a以及图案化界面147a。在一实施例中，基板102例如可为蓝宝石基板、碳化硅基板、氮化镓基板、氧化锌基板或硅基板。

在步骤320中，形成一半导体复合层115于缓冲层144上。在一实施例中，形成半导体复合层115包含下列步骤：首先，形成一第二半导体层140于缓冲层144上。第二半导体层140例如可为n型半导体层。然后，在第二半导体层140上形成一主动层130。主动层130可为多层结构，例如为多重量子阱结构。随后，在主动层130上形成一第一半导体层120。在一具体实例中，第一半导体层120可包含p型包覆层122以及p型半导体层124，其中p型包覆层122与主动层130邻接。接着，在第一半导体层120上形成一电流阻障区160。电流阻障区160在基板102上的垂直投影与平坦区域R2重叠或部分重叠。在一实施例中，电流阻障区160的面积大于或等于平坦区域R2的面积。电流阻障区160可包含诸如氮化硅或氧化硅等绝缘材料；或者，电流阻障区160也可包含导电性材料。然后，形成一反射层170于第一半导体层120上，且反射层170形成于电流阻障区160周围，并邻接电流阻障区160。举例而言，反射层170可形成在图案化区域R1的上方。反射层170例如可为铝、镍、铂、金或银等金属或上述金属的组合、或上述金属搭配二氧化硅与二氧化钛等折射率不同的非导体所组成的布拉格反射镜所制成。在一实施例中，反射层170的厚度大致等于电流阻障区160的厚度。

在步骤330中，形成一承载基板110于半导体复合层115上方，如图4B所示。可使用诸如电镀、晶圆键合(wafer bonding)或化学镀膜等方法形成承载基板110。

在步骤340中，如图4C所示，将基板102与缓冲层144分离，使缓冲层144上形成与图案化区域R1互补的一图案化表面147以及与该平坦区域互补的一第一平坦表面146b。在一实施例中，可通过准分子激光(excimer laser)等进行激光剥离技术或湿蚀刻等方式来分离缓冲层144与基板102。准分子激光的波长范围例如可为约193-248nm。

在步骤350中，蚀刻第一平坦表面146b，以形成一开口149，如图4D所示。其中，蚀刻第一平坦表面146b的方式例如可为非等向性蚀刻，或搭配光阻或保护层以等向性蚀刻等方式进行。开口149贯穿缓冲层144，并使开口149中的半导体复合层115上形成一第二平坦表面146c。在一实施例中，利用微影及非等向性蚀刻法来形成开口149及第二平坦表面146c。进一步言之，可通过感应耦合等离子体蚀刻(inductive coupling plasma etching)来进行上述非等向性蚀刻。在另一实施例中，开口149的位置是相对应于电流阻障区160的位置。换言之，开口149大致位于电流阻障区160的上方。

在步骤350之后，可选择性地对缓冲层144的图案化表面147进行一粗化步骤，使图案化表面147形成一粗糙化表面148，如图4E所示。在一实施例中，粗化步骤包括以下步骤：先形成一保护层180覆盖经由开口149露出的第二平坦表面146c，然后粗化图案化表面147，进而形成粗糙化表面148。形成粗糙化表面148后，再移除保护层180。保护层180的材料例如可为氧化硅或有机光阻材料。上述粗化制程例如可为湿式蚀刻或干式蚀刻。

在步骤360中，形成一电极150于第二平坦表面146c，如图4F所示。可使用诸如溅镀、蒸镀或电镀等方式来形成电极150。在一实施例中，电极150和开口149的位置是相对应于电流阻障区160的位置。换言之，电极150和开口149大致位于电流阻障区160的上方。在本实施方式中，因为电极150是形成在第二平坦表面146c上，所以电极150与半导体复合层115之间可形成良好的奥姆接触。

图5绘示本发明另一实施方式的制造发光二极管的方法500流程图。在本实施方式中，步骤510、步骤520以及步骤530分别与前述步骤310、步骤320以及步骤330相同，于此不再赘述。图6A至6C图仅绘示方法500的步骤540以后的制程阶段剖面示意图。

在步骤540中，如图6A所示，将基板102与缓冲层144分离，使缓冲层144上形成与图案化区域R1互补的一第一图案化表面147b以及与平坦区域R2互补的一第一平坦表面146b。分离基板102与缓冲层144的具体方法可与前述步骤340相同。

在步骤550中，移除缓冲层144以及部分半导体复合层115，使半导体复合层115上形成与第一图案化表面147b对应的一第二图案化表面147c以及与第一平坦表面146b对应的一第二平坦表面146c，如图6B所示。其中，移除缓冲层144以及部分半导体复合层115的方式例如可以非等向性蚀刻来进行。具体而言，因缓冲层144具有不同的厚度，在蚀刻过程中，缓冲层144的凹陷处会先被蚀刻完毕，而露出其下的半导体复合层115。因此，位在缓冲层144的凹陷处下方的半导体复合层115会先被蚀刻，而具有较大的蚀刻深度。反之，缓冲层144的凸起处厚度较大，需要较长的时间才能被蚀刻完毕。因此，位在缓冲层144的凸起处下方的半导体复合层115会较晚才被蚀刻，所以具有较小的蚀刻深度。因此在步骤550中，半导体复合层115上会形成对应于第一图案化表面147b及第一平坦表面146b的第二图案化表面147c以及第二平坦表面146c。换言之，缓冲层144的表面轮廓被转移到半导体复合层115上。

在步骤550之后，可选择性地对半导体复合层115的第二图案化表面147c进行一粗化步骤，使第二图案化表面147c形成一粗糙化表面148，如图6C所示。在一实施例中，粗化步骤包括以下步骤：先形成一保护层180覆盖半导体复合层115的第二平坦表面146c，然后粗化第二图案化表面147c，进而形成粗糙化表面148。形成粗糙化表面148后，再移除保护层180。粗化步骤的具体实施细节可与前述相同，于此不再赘述。

在步骤560中，形成一电极150于第二平坦表面146c上，如图6D所示。形成电极150的具体实施细节可与前述相同，于此亦不再赘述。

本发明的又一态样，提供一种用以形成发光二极管的基板102，如图7所示。基板102的表面轮廓1021具有一图案化区域R1及一平坦区域R2。基板102例如可为蓝宝石基板、碳化硅基板或氮化铝基板。基板102的平坦区域R2用以形成发光二极管组件的平坦表面。

图8绘示本发明另一实施方式的发光二极管100的剖面示意图。发光二极管100包含一承载基板110、一半导体复合层115以及电极150、152。

本实施方式与图1的实施方式不同之处是在于，本实施方式的承载基板110是由不导电材料所制成，例如由氧化铝(Al₂O₃)、氮化铝(AlN)或氧化铍(BeO)等陶瓷基材所制成，其它相同之处于此不再赘述。为因应承载基板110材质的不同，进一步设置电极152。在此实施态样中，进一步具有一开口151贯穿半导体复合层115，以露出承载基板110。其中，开口151可透过干蚀刻而形成。最后，将电极152设置于开口151中所露出的承载基板110上。需说明的是，虽然本实施态样有绘示出电流阻障区160，但熟习此技艺者亦可推及不具有电流阻障区160的态样。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (12)

1.一种发光二极管，包含：

一承载基板；

一半导体复合层，设置于该承载基板上，其中该半导体复合层的上表面包含一图案化表面以及一平坦表面；以及

一电极，设置于该平坦表面上。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该半导体复合层包含：

一电流阻障区，设置于该承载基板上；

一反射层，设置于该承载基板上且设置于该电流阻障区周围；

一第一半导体层，设置于该电流阻障区及该反射层上；

一主动层，设置于该第一半导体层上；以及

一第二半导体层，设置于该主动层上；

其中，该图案化表面及该平坦表面形成于该第二半导体层上，且该电极的垂直投影与该电流阻障区重叠或部分重叠。

3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该半导体复合层包含：

一电流阻障区，设置于该承载基板上；

一反射层，设置于该承载基板上且设置于该电流阻障区周围；

一第一半导体层，设置于该电流阻障区及该反射层上；

一主动层，设置于该第一半导体层上；

一第二半导体层，设置于该主动层上，该第二半导体层的表面具有一缓冲层，其中该图案化表面形成于该缓冲层上；以及

一开口，贯穿该缓冲层，以露出该第二半导体层的该平坦表面；

其中，该电极的垂直投影与该电流阻障区重叠或部分重叠。

4.根据权利要求2或3所述的发光二极管，其特征在于，该电流阻障区的面积大于或等于该电极的面积。

5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该图案化表面为一粗糙化表面。

6.一种制造发光二极管的方法，包含：

(a)形成一缓冲层于一基板上，该基板的表面包含一图案化区域以及一平坦区域；

(b)形成一半导体复合层于该缓冲层上；

(c)形成一承载基板于该半导体复合层上；

(d)将该基板与该缓冲层分离，使该缓冲层上形成与该图案化区域互补的一图案化表面以及与该平坦区域互补的一第一平坦表面；

(e)蚀刻该第一平坦表面以形成一开口贯穿该缓冲层，并于该开口中的该半导体复合层上形成一第二平坦表面；以及

(f)形成一电极于该第二平坦表面。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(b)更包含下列步骤：

形成一第二半导体层于该缓冲层上；

形成一主动层于该第二半导体层上；

形成一第一半导体层于该主动层上；

形成一电流阻障区于该第一半导体层上；

形成一反射层于该第一半导体层上，且该反射层形成于该电流阻障区周围；

其中，该电流阻障区的垂直投影与该平坦区域重叠或部分重叠。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(f)之前，更包含一粗化该图案化表面以形成一粗糙化表面的步骤。

9.一种制造发光二极管的方法，包含：

(a)形成一缓冲层于一基板的一上表面，该上表面包含一图案化区域以及一平坦区域；

(b)形成一半导体复合层于该缓冲层上；

(c)形成一承载基板于该半导体复合层上；

(d)将该基板与该缓冲层分离，使该缓冲层上形成与该图案化区域互补的一第一图案化表面以及与该平坦区域互补的一第一平坦表面；

(e)移除该缓冲层以及部分该半导体复合层，使该半导体复合层上形成与该图案化表面对应的一第二图案化表面以及与该第一平坦表面对应的一第二平坦表面；以及

(f)形成一电极于该第二平坦表面上。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(b)更包含下列步骤：

形成一第二半导体层于该缓冲层上；

形成一主动层于该第二半导体层上；

形成一第一半导体层于该主动层上；

形成一电流阻障区于该第一半导体层上；以及

形成一反射层于该第一半导体层上，且该反射层形成于该电流阻障区周围；

其中，该电流阻障区的垂直投影与该平坦区域重叠或部分重叠。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤(f)之前，更包含下列步骤：

形成一保护层覆盖该第二平坦表面且该保护层不覆盖该第二图案化表面；

粗化该第二图案化表面，以形成一粗糙化表面；以及

移除该保护层。

12.一种用以形成发光二极管的基板，该基板的表面具有一图案化区域及一平坦区域。

Images