TWI623115B - 具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法，首先，準備一表面具有圖形化結構的基板；此外，粗化圖形化結構之表面；再者，形成一第一半導體層於具有圖形化結構之基板的表面；接續，形成發光結構層於第一半導體層上；接著，形成第二半導體層於發光結構層上，第二半導體層電性係與第一半導體層電性相反；之後，形成第一與第二接觸電極於第一與第二半導體層上；最後，形成子基座於第一與第二接觸電極上，並將基板移除，藉以製備具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體；藉此，本發明有效提升薄膜式覆晶發光二極體之發光效率。

Description

具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法

本發明係有關於一種具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法，尤其是指一種以粗化程序形成一粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法，藉由蝕刻製程達到薄膜式覆晶發光二極體之出光面的粗化，有效提升薄膜式覆晶發光二極體之發光效率者。

按，發光二極體(light emitting diode，簡稱LED)與傳統白熾光源比較，係具有省電、體積小、低電壓驅動、不含汞、無熱輻射、操作反應速度快，以及壽命長等優點，發光二極體是次世代節能照明的最佳光源，已經廣泛應用在家庭用品指示燈、液晶顯示器之背光源、圖文顯示幕或汽車第三煞車燈等照明領域，其中包括諧振腔發光二極體(resonant-cavity light emitting diode，RCLED)、垂直腔雷射二極體(vertical-cavity surface-emitting diode，VCSEL)，以及邊射型雷射(edge emitting laser)之半導體發光裝置皆屬當前可用之有效發光元件；然而，發光二極體的發光效率仍是目前急需解決的重要問題之一，因此，目前有許多增進發光二極體發光效率的方法一一被提出。

在過往的專利中，如中華民國專利公告第I422068號之『粗化方法及具粗化表面之發光二極體製備方法』，其中製備具粗化表面之發光二極體之方法步驟係首先提供一磊晶元件，其包括：一基板；一磊晶結構層，係位於基板上，其中磊晶結構層包括一第一電性半導體層、一活性層及一第二電性半導體層，活性層係位於第一電性半導體層與第二電性半導體層之間，而第一電性半導體層係位於活性層與基板之間；以及一第一電極層，係與第一電性半導體層電行導通；接著，使用能量密度為1000mJ/cm²以下之準分子雷射，蝕刻第二電性半導體層之表面，以形成一包含複數個第一突起物之第一粗化表面；此外，對第一粗化表面進行一濕蝕刻步驟，以於第一突起物上形成複數個第二突起物；最後，形成一第二電極層於第二電性半導體層上；此發明係具有提高發光二極體出光面之光析出效率，以及降低元件之操作電壓等優勢；然而，以此種製程方法製造之發光二極體，其製程步驟不僅複雜，而且使用不易控制之濕蝕刻步驟進行第二突起物之粗化成形，將不易控制第二突起物的尺寸而容易造成結構的不均勻，且此發明係於薄膜堆疊與元件成形後再進行粗化程序，以容易影響下方已經製程好的結構，進而影響發光二極體之電性行為，造成發光二極體的發光效率不彰；因此，如何有效藉由簡單之製程步驟達到均勻之發光二極體結構並提升發光二極體之發光效率，仍是現今發光二極體之技術開發業者或研究人員需持續努力克服與解決之重要課題。

今，發明人即是鑑於上述之傳統之發光二極體存在因不優化之粗化步驟所造成結構不均勻或性能損耗等諸多缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

本發明主要目的為提供一種具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法，尤其是指一種以粗化程序形成一粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法，藉由蝕刻製程達到薄膜式覆晶發光二極體之出光面的粗化，有效提升薄膜式覆晶發光二極體之發光效率。

為了達到上述實施目的，本發明人提出一種具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，至少包括有下列步驟：首先，準備一表面具有圖形化結構的基板(substrate)；此外，粗化圖形化結構之表面；再者，形成一第一半導體層於具有圖形化結構之基板的表面；接續，形成一發光結構層於第一半導體層上；接著，形成一第二半導體層於發光結構層上，且第二半導體層之電性係與第一半導體層之電性相反；之後，形成一第一接觸電極與一第二接觸電極於第一半導體層與第二半導體層上；最後，形成一子基座(sub-mount)於第一接觸電極與第二接觸電極上，並將基板移除，藉以製備一具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體。

如上所述的具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中粗化第一突起物之表面係以蝕刻製程實施。

如上所述的具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中蝕刻製程係為準分子雷射、乾式蝕刻或濕式蝕刻等其中之一種製程。

如上所述的具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中第一突起物係為一錐狀體。

如上所述的具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中錐狀體係為圓錐體、三角錐體或四角錐體等其中之一種態樣。

如上所述的具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方 法，其中基板係選自藍寶石(Sapphire，Al₂O₃)、碳化矽(SiC)、矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)，以及具有六方體系(Hexagonal)結晶材料所構成之群組。

如上所述的具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中發光結構層係具有多重量子井(Multi Quantum Well，MWQ)結構，且多重量子井結構係包含有複數個彼此交替堆疊之井層及阻障層，每兩阻障層間係具有一井層。

此外，本發明另提供一種具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體，係以上述實施例之方法製備而成，具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體係至少包括有一子基座、一第一接觸電極、一第二接觸電極、一第二半導體層、一發光結構層，以及一第一半導體層；第一接觸電極係配置於子基座上；第二接觸電極係相對應第一接觸電極配置於子基座上；第二半導體層係形成於第二接觸電極上；發光結構層係形成於第二半導體層上；第一半導體層係相對應形成於第一接觸電極與發光結構層上，其中第一半導體層遠離發光結構層之表面係形成有複數個粗化的圖形化結構。

如上所述的具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體，其中圖形化結構係為圓錐體、三角錐體或四角錐體等其中之一種態樣。

如上所述的具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體，其中圖形化結構係彼此間具有間隙。

藉此，本發明之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法係使用蝕刻製程在基板上形成具有雙重錐狀體之粗化表面，不僅可使薄膜式覆晶發光二極體之發光結構層發射之光線具有更高的出光效率，亦是一種製程簡單之薄膜式覆晶發光二極體製造方法；此外，本發明之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法係使用準分子雷射製程在圖形化基板上進行第二次粗化程 序，有效解決濕式蝕刻造成結構尺寸不均勻之缺點，達到薄膜式覆晶發光二極體出光效率的提升；最後，本發明之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法係先於基板上形成圖形化基板，再於圖形化基板上進行粗化程序，係有別於傳統發光二極體在薄膜沉積與元件形成後才進行粗化動作，可有效防止薄膜與元件因後續粗化程序所造成之傷害，確實保護發光二極體之電性行為，有效提高發光二極體之發光效率。

(1)‧‧‧基板

(11)‧‧‧圖形化結構

(2)‧‧‧第一半導體層

(3)‧‧‧發光結構層

(31)‧‧‧井層

(32)‧‧‧阻障層

(4)‧‧‧第二半導體層

(5)‧‧‧第一接觸電極

(6)‧‧‧第二接觸電極

(7)‧‧‧子基座

(S1)‧‧‧步驟一

(S2)‧‧‧步驟二

(S3)‧‧‧步驟三

(S4)‧‧‧步驟四

(S5)‧‧‧步驟五

(S6)‧‧‧步驟六

(S7)‧‧‧步驟七

第一圖：本發明具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法其一較佳實施例之步驟流程圖

第二圖：本發明具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法其一較佳實施例之圖形化結構之基板剖面示意圖

第三圖：本發明具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法其一較佳實施例之薄膜堆疊剖面示意圖

第四圖：本發明具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法其一較佳實施例之電極成形示意圖

第五圖：本發明具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法其一較佳實施例之子基座成形與基板移除示意圖

第六圖：本發明具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法其二較佳實施例之粗化結構間隙示意圖

本發明之目的及其結構設計功能上的優點，將依據以下圖面所示之較佳實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

首先，在以下實施例的描述中，應當理解當指出一層(或膜)或一結構配置在另一個基板、另一層(或膜)、或另一結構“上”或 “下”時，其可“直接”位於其他基板、層(或膜)、或另一結構，亦或者兩者間具有一個以上的中間層以“間接”方式配置，審查委員可參照附圖說明每一層所在位置。

首先，請參閱第一~三圖所示，為本發明具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法其一較佳實施例之步驟流程圖、圖形化結構之基板剖面示意圖，以及薄膜堆疊剖面示意圖，其中本發明之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法之步驟係包括有：步驟一(S1)：準備一表面具有圖形化結構(11)的基板(1)；此外，基板(1)係選自藍寶石(Al₂O₃)、碳化矽(SiC)、矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)，以及具有六方體系結晶材料所構成之群組中的一種材料而形成，而在本發明其一較佳實施例中，基板(1)係由藍寶石材料所構成；再者，基板(1)上圖形化結構(11)係可搭配黃光微影製程與蝕刻製程完成，以獲得尺寸均勻之圖形化基板，其中圖形化結構(11)係為一錐狀體，而錐狀體係為圓錐體、三角錐體或四角錐體等其中之一種態樣；步驟二(S2)：粗化圖形化結構(11)之表面；此外，粗化圖形化結構(11)之表面係以蝕刻製程實施，而蝕刻製程係為準分子雷射、乾式蝕刻或濕式蝕刻等其中之一種製程，在本發明其一較佳實施例中，係以準分子雷射進行圖形化結構(11)之表面粗化，準分子雷射係包括有KrF準分子雷射、KrCl準分子雷射、ArF準分子雷射、XeCl準分子雷射或XeF準分子雷射等其中之一種準分子雷射，以在圖形化結構(11)之表面進行粗化程序；然而必須注意的是，上述準分子雷射之種類是為說明方便起見，而非以本發明所舉為限，且熟此技藝者當知道不同的準分子雷射種類係在圖形化結構(11)之表面進行粗化動作，有效形成圖形化結構(11)表面之粗化，並不會影響本發明的實際實施； 步驟三(S3)：形成一第一半導體層(2)於具有圖形化結構(11)之基板的表面；在本發明其一較佳實施例中，第一半導體層(2)係為一n型半導體層，主要以有機金屬化學氣相沉積法(Metal-Organic Chemical Vapour Deposition，MOCVD)披覆於圖形化結構(11)之粗化表面上；步驟四(S4)：形成一發光結構層(3)於第一半導體層(2)上；在本發明其一較佳實施例中，發光結構層(3)係為具有多重量子井結構之態樣，且多重量子井結構係包含有複數個彼此交替堆疊之井層(31)及阻障層(32)，而每兩阻障層(32)間係具有一井層(31)，而發光結構層(3)亦是使用有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)形成於第一半導體層(2)上；步驟五(S5)：形成一第二半導體層(4)於發光結構層(3)上，且第二半導體層(4)之電性係與第一半導體層(2)之電性相反；在本發明其一較佳實施例中，第二半導體層(4)之電性係為與第一半導體層(2)之n型半導體層電性相反之p型半導體層，主要亦是以有機金屬化學氣相沉積法(簡稱MOCVD)形成於發光結構層(3)上；步驟六(S6)：形成一第一接觸電極(5)與一第二接觸電極(6)於第一半導體層(2)與第二半導體層(4)上；請一併參閱第四圖所示，為本發明具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法其一較佳實施例之電極成形示意圖，其中在第一接觸電極(5)與第二接觸電極(6)成形前，係先以微影製程與蝕刻製程去除第二半導體層(4)與發光結構層(3)之部分區域，以使第一半導體層(2)裸露，再各自於第一半導體層(2)與第二半導體層(4)上以歐姆接觸之方式形成第一接觸電極(5)與第二接觸電極(6)；在本發明其一較佳實施例中，接觸第一半導體層(2)之n型半導體層的第一接觸電極(5)係為一n型電極，而接觸第二半導體層(4)之p型半導體層的第二接觸電極(6) 係為一p型電極；以及步驟七(S7)：形成一子基座(7)於第一接觸電極(5)與第二接觸電極(6)上，並將基板(1)移除，藉以製備一具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體；請一併參閱第五圖所示，為本發明具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法其一較佳實施例之第一子基座成形與基板移除示意圖，其中可使用一雷射剝離(laser lift-off，LLO)技術將藍寶石材料所構成之基板(1)移除，而雷射剝離(LLO)之製程方法已為習知技藝中眾所皆知之知識，且並非本發明之重點，因此，不在本發明中加以贅述；此外，在具有同一高度平面之第一接觸電極(5)與第二接觸電極(6)上形成透明之子基座(7)，係為覆晶發光二極體之主要技術特徵。

再者，本發明另提供一種本發明具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體，係以上述實施例之方法製備而成，請再參閱第五圖所示，具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體係至少包括有：一子基座(7)；一第一接觸電極(5)，係配置於子基座(7)上；一第二接觸電極(6)，係相對應第一接觸電極(5)配置於子基座(7)上；一第二半導體層(4)，係形成於第二接觸電極(6)上；此外，在本發明其一較佳實施例中，第二半導體層(4)與第二接觸電極(6)係以歐姆接觸之方式做電性連結；再者，在本發明其一較佳實施例中，第二半導體層(4)係為一p型半導體層，則第二接觸電極(6)係為一p型電極；一發光結構層(3)，係形成於第二半導體層(4)上，其中發光結構層(3)係為具有多重量子井結構之態樣，且多重量子井結構係包含有複數個彼此交替堆疊之井層(31)及阻障層(32)，而每兩阻障 層(32)間係具有一井層(31)；一第一半導體層(2)，係相對應形成於第一接觸電極(5)與發光結構層(3)上，其中第一半導體層(2)遠離發光結構層(3)之表面係形成有複數個粗化的圖形化結構；此外，在本發明其一較佳實施例中，第一半導體層(2)之電性係為與第二半導體層(4)之電性相反的n型半導體層，而以歐姆接觸方式與第一半導體層(2)電性連接的第一接觸電極(5)係為一n型電極；再者，在第一半導體層(2)遠離發光結構層(3)之表面，亦即本發明具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體之出光面所形成之粗化的圖形化結構係以準分子雷射、乾式蝕刻或濕式蝕刻等雙重蝕刻製程完成，可使具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體具有更高的發光效率。

此外，請參閱第六圖所示，為本發明具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法其二較佳實施例之粗化結構間隙示意圖，其中於兩兩具粗化結構(12)之圖形化結構(11)間係存在有一相同長度之間隙，亦可用以提高本發明之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體的發光效率。

由上述之實施說明可知，本發明具粗化表面之薄膜式發光二極體及其製造方法與現有技術相較之下，本發明具有以下優點：

1.本發明之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法係使用蝕刻製程在基板上形成具有雙重錐狀體之粗化表面，不僅可使薄膜式覆晶發光二極體之發光結構層發射之光線具有更高的出光效率，亦是一種製程簡單之薄膜式覆晶發光二極體製造方法。

2.本發明之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法係使用準分子雷射製程在圖形化基板上進行第二次粗化程序，有效解決濕式蝕刻造成結構尺寸不均勻之缺點，達到薄膜式覆 晶發光二極體出光效率的提升。

3.本發明之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法係先於基板上形成圖形化基板，再於圖形化基板上進行粗化程序，係有別於傳統發光二極體在薄膜沉積與元件形成後才進行粗化動作，可有效防止薄膜與元件因後續粗化程序所造成之傷害，確實保護發光二極體之電性行為，有效提高發光二極體之發光效率。

綜上所述，本發明具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體及其製造方法，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

Claims (10)

1. 一種具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其步驟包括有：準備一表面具有圖形化結構的基板；粗化該圖形化結構之表面；形成一第一半導體層於該基板上；形成一發光結構層於該第一半導體層上；形成一第二半導體層於該發光結構層上，且該第二半導體層之電性係與該第一半導體層之電性相反；蝕刻部分該第二半導體層、部分該發光結構層以及部分該第一半導體層以形成一凹陷部，該凹陷部暴露出該第一半導體層；於暴露的該第一半導體層上形成一第一接觸電極，該第一接觸電極與該第一半導體層電性連接；於該第二半導體層上形成一第二接觸電極，該第二接觸電極與該第二半導體層電性連接；以及形成一子基座於該第一接觸電極與該第二接觸電極上，並將該基板移除。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中在粗化該圖形化結構之表面中之粗化程序係以蝕刻製程實施。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中該蝕刻製程係為準分子雷射、乾式蝕刻或濕式蝕刻其中之一。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中該圖形化結構係為一錐狀體。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中該錐狀體係為圓錐體、三角錐體或四角錐體其中之一。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中該基板係選自藍寶石、碳化矽、矽、砷化鎵、氧化鋅，以及具有六方體系結晶材料所構成之群組。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中該發光結構層係具有多重量子井結構，且該多重量子井結構包含有複數個彼此交替堆疊之井層及阻障層，每兩該阻障層間係具有一該井層。
8. 如申請專利範圍第1項所述的具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中該第一接觸電極與該第二接觸電極具有同一高度平面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中移除該基板的技術為雷射剝離技術。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具粗化表面之薄膜式覆晶發光二極體製造方法，其中移除該基板後，該第一型半導體層暴露出與具有與粗化後的該圖形化結構之表面共形的一表面。