专利名称：形成横向分布发光二极管的方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管，特别是涉及一种在晶片上形成横向分布红、绿、蓝发光二极管的方法。
背景技术：
发光二极管(LED)，特别是白色发光二极管，已逐渐普遍应用于移动电话或笔记型 电脑的液晶显示器的背光源。此外，红、绿、蓝发光二极管也藉由色彩混合来得到更丰富的 色彩范围。然而，现今发光二极管的效能及照度不够高，而结合红、绿、蓝发光二极管的封装 成本则很高。图IA显示传统分离式封装技术，其将分离发光二极管元件予以组合。图IB 则显示一种改良的传统晶片直接封装(chip-on-board，COB)技术，其是将发光二极管晶 片直接固定在封装体上，而非将分离发光二极管元件予以组合。图IB所示的晶片直接封 装(COB)的高度小于组合的分离发光二极管元件(图1A)的高度。再者，使用晶片直接封 装(COB)的发光二极管最小间距可达到2毫米(mm)，而使用分离式封装的发光二极管最小 间距仅能达到5毫米。即使使用晶片直接封装(COB)所能达到的2毫米间距仍然无法达 到高的混色效果；若要提高混色效果，则必须增加成本使用反射板及导光板(light guide plate，LGP)。有文献揭露一种垂直堆叠发光二极管的结构及工艺(或称为制程)，例如麦可 古德曼(Michael J. Grundmann)等人于固态物理刊物(Phys. StatsSol.) (c) 4，No. 7， 2830-2833(2007)所提出的“使用诱导偏极化通道接面的多颜色发光二极管(Multi-color Light Emitting Diode UsingPolarization-induced tunnel Junctions)，，。然而，此禾中垂 直堆叠发光二极管的电发光(electroluminescence)会随着入射电流而改变。另有文献揭露一种横向分布发光二极管的结构及工艺，例如Il-KyuPark(日奎 朴)等人于应用物理刊物(Applied Physics Letters)92,091110 (2008)所提出的“具横 向分布多重量子阱的无磷白色发光二极管(Phosphor-free White Light-emitting Diode with Laterally Distributed MultipleQuantum Wells)”。在其工艺中，多重量子阱 (multiple quantum well,MQff)的蚀刻会形成表面的破坏，因而造成低发光效能。鉴于上述传统发光二极管无法有效得到较佳的发光特性，因此亟需提出一种新颖 的发光二极管制造方法，用以提高输出效能、简化封装工艺、提高混色效能并减少晶片面 积。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的在于提出一种在晶片上形成横向分布红、绿、蓝发光二极 管的方法，用以提高输出效能、简化封装工艺、提高混色效能并减少晶片面积。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出 的一种形成横向分布发光二极管的方法，其包括以下步骤提供一半导体基板；在该半导体基板上形成一第一缓冲层，该第一缓冲层具有第一导电性；在该第一缓冲层上形成一介电层；图样化(patterning)该介电层，在该介电层内形成一第一图样化区域；在该介电层 的第一图样化区域内形成一第一主动层；图样化该介电层，在该介电层内形成一第二图样 化区域；在该介电层的第二图样化区域内形成一第二主动层，该第二主动层所发射光线的 颜色异于该第一主动层；在该第一主动层及该第二主动层上形成第二缓冲层，该第二缓冲 层具有第二导电性；以及在该第二缓冲层、该第一缓冲层上形成电极。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的形成横向分布发光二极管的方法，所述的第一缓冲层或第二缓冲层包含氮 化镓(GaN)。前述的形成横向分布发光二极管的方法，其中所述的第一主动层或第二主动层包 含一或多对多重量子阱(MQW)，该多重量子阱(MQW)包含氮为基础的材料InxGai_xN/GaN (氮 化铟镓/氮化镓)(0 < χ < 1)。前述的形成横向分布发光二极管的方法，其还包含以下步骤在形成该第二主动 层后，图样化该介电层，在该介电层内形成一第三图样化区域；以及在该介电层的第三图样 化区域内形成一第三主动层，该第三主动层所发射光线的颜色异于该第一主动层及该第二 主动层。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的 一种形成横向分布发光二极管的方法，其包括以下步骤提供一半导体基板；在该半导体 基板上形成一第一缓冲层，该第一缓冲层具有第一导电性；在该第一缓冲层上形成一第一 介电层；图样化(patterning)该第一介电层并去除该第一介电层的一部份，在该第一介电 层内形成一第一图样化区域；在该第一图样化区域内形成一第一多重量子阱(MQW)；在该 第一介电层上形成一第二介电层；图样化该第二介电层并去除该第二介电层、第一介电层 的一部份，以在该第一介电层内形成一第二图样化区域；在该第二图样化区域内形成一第 二多重量子阱，该第二多重量子阱所发射光线的颜色异于该第一多重量子阱；在该第二介 电层或第一介电层上形成一第三介电层；图样化该第三介电层并去除该第三介电层、第二 介电层、第一介电层的一部份，以在该第一介电层内形成一第三图样化区域；在该第三图样 化区域内形成一第三多重量子阱，该第三多重量子阱所发射光线的颜色异于该第一多重量 子阱及该第二多重量子阱；在该第一主动层、第二主动层、第三主动层上形成第二缓冲层， 该第二缓冲层具有第二导电性；以及形成在该第二缓冲层、该第一缓冲层上电极。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的形成横向分布发光二极管的方法，其中所述的第一缓冲层或第二缓冲层包 含氮化镓(GaN)。前述的形成横向分布发光二极管的方法，其中所述的第一介电层、第二介电层或 第三介电层包含氧化硅(Si02)。前述的形成横向分布发光二极管的方法，其中所述的第一多重量子阱、第二多重 量子阱或第三多重量子阱包含一或多对量子阱。前述的形成横向分布发光二极管的方法，其中所述的第一多重量子阱及第二多重 量子阱包含氮为基础的材料InxGai_xN/GaN(氮化铟镓/氮化镓)(0 < χ < 1)，上述的第三 多重量子阱包含氮为基础的材料InxGai_xN/GaN (氮化铟镓/氮化镓)(0 < χ < 1)或者磷为基础的材料InxGai_xP/Iny(AlxGai_x)P (磷化铟镓/磷化铟铝镓)(0<X<1且0<7<1)。前述的形成横向分布发光二极管的方法，其中所述的第二多重量子阱的铟(In) 含量高于该第一多重量子阱，且该第三多重量子阱的铟(In)含量高于该第二多重量子阱。前述的形成横向分布发光二极管的方法，其中所述的第二多重量子阱的形成温度 低于该第一多重量子阱，且该第三多重量子阱的形成温度低于该第二多重量子阱。前述的形成横向分布发光二极管的方法，其中所述的第一多重量子阱发射蓝光， 该第二多重量子阱发射绿光，且第三多重量子阱发射红光。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目 的，根据本发明实施例，首先，形成具第一导电性(例如η型)的第一缓冲层于半导体基板 上，且形成介电层于第一缓冲层上。对介电层进行图样化(patterning)，以形成第一图样化 区域于其内，接着形成第一主动层(例如多重量子阱，MQW)于第一图样化区域内。对介电 层进行图样化，以形成第二图样化区域于其内，接着形成第二主动层(例如多重量子阱)于 第二图样化区域内。在一实施例中，更形成第三主动层(例如多重量子阱)于介电层内。接着，形成具 第二导电性(例如P型)的第二缓冲层于第一主动层、第二(及第三)主动层上。最后，形 成电极于第二、第一缓冲层上。借由上述技术方案，本发明形成横向分布发光二极管的方法至少具有下列优点及 有益效果本发明形成横向分布发光二极管的方法，使得红、绿、蓝发光二极管的最小间距 小至数十微米或更小，因而得以提高其混色效能且降低其晶片面积。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图IA显示传统分离式封装技术，其将分离发光二极管元件予以组合的示意图。图IB显示传统晶片直接封装(COB)技术，其将发光二极管晶片直接固定于封装体 上的示意图。图2A至图2J是本发明实施例在晶片上形成横向分布红、绿、蓝发光二极管的工艺 及剖面示意图。10 基板(蓝宝石)12 :n型缓冲层(Ii+-GaN)14 第一介电层(第一氧化硅层)15 第一图案化区域16 蓝色多重量子阱18 第二介电层(第二氧化硅层)19 第二图案化区域20 绿色多重量子阱22 第三介电层(第三氧化硅层)23 第三图案化区域24 红色多重量子阱26 :p型缓冲层(P+-GaN)28A φ型导电电极28B :n型导电电极
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的形成横向分布发光二极管的方法其具体实施方 式、步骤、特征及其功效进行详细说明。请参阅图2A至图2J所示，是本发明实施例在晶片上形成横向分布红、绿、蓝发光 二极管的工艺及剖面图。本发明的发光二极管可应用于(但不限定于)固态发光源或显示 器背光源。在本实施例中虽然形成有红、绿、蓝发光二极管，但是，并不需要形成所有颜色发 光二极管。例如，仅形成蓝及绿发光二极管即足以作为白色发光二极管。再者，红、绿、蓝发 光二极管的部分颜色也可以使用其他颜色来取代。例如，可以使用黄色发光二极管来取代 红色发光二极管。另外，本实施例虽以蓝、绿、红的顺序来制造发光二极管，然而制造顺序可 以加以改变。此外，本实施例所形成的横向分布红、绿、蓝发光二极管可以整体作为白色发 光二极管使用，也可以个别颜色来使用。本发明的形成横向分布发光二极管的方法，包括以下步骤如图2A所示，在半导体基板10上形成η型缓冲(buffer)层12，例如使用金属有 机化学气相沉积(MOCVD)形成的η+-氮化镓(GaN)层。η+-氮化镓层12的厚度可大约介于 2. 0微米至6. 0微米(μ m)，本实施例的较佳厚度大约为6. 0微米。η+-氮化镓层12的形成 温度可大约介于950°C至1100°C，本实施例的较佳形成温度大约为1100°C。基板10可以 使用蓝宝石晶片，但也可以使用下列或其他材料AIN(氮化铝)、Ζη0(氧化锌)、SiC(碳化 硅)、BP (磷化硼)、CaAs (砷化钙)、CaP (磷化钙)、Si (硅)、LiAIO2 (铝酸锂)、LaAIO3 (铝 酸镧)。接下来，如图2B所示，沉积第一介电(dielectric)层14于η+-氮化镓层12之上。 第一介电层14可以是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成的氧化硅(Si02)层。第一 氧化硅层14的厚度可大约介于0. 2微米至0. 5微米，本实施例的较佳厚度大约为0. 3微米。 使用微影技术将第一氧化硅层14图样化(pattern)，并使用氢氟酸(HF或Β0Ε)湿蚀刻法 (或其他方法)去除暴露第一图样化区域15，直到η+-氮化镓层12露出。如图2C所示，以图样化第一氧化硅层14作为遮罩(mask)，在第一图样化区域15 内选择性地成长(selectively grow) 一或多对蓝色多重量子阱(MQW) 16。在本实施例中， 共形成有10对蓝色多重量子阱。蓝色多重量子阱16是作为主动(active)层，其形成温度 可大约介于750°C至800°C，本实施例的较佳形成温度大约为780°C。在本实施例中，每一层 量子阱包含氮为基础的材料InxGai_xN/GaN(氮化铟镓/氮化镓)(0 < χ < 1)。之后，如图2D所示，沉积第二介电层18于第一氧化硅层14和蓝色多重量子阱16 之上。第二介电层18可以是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成的氧化硅(Si02)层。 第二氧化硅层18的厚度可大约介于0. 1微米至0. 5微米，本实施例的较佳厚度大约为0. 1 微米，其薄于第一氧化硅层14。使用微影技术将第二氧化硅层18图样化(pattern)，并使 用氢氟酸(HF或Β0Ε)湿蚀刻法(或其他方法)去除暴露第二图案化区域19，直到η+-氮化 镓层12露出。如图2Ε所示，以图样化第二氧化硅层18作为遮罩(mask)，在图样化区域19内选 择性地成长(selectively grow) 一或多对绿色多重量子阱(MQW) 20。在本实施例中，共形 成有10对绿色多重量子阱。绿色多重量子阱20作为主动(active)层，其形成温度可大约 介于700°C至760°C，本实施例的较佳形成温度大约为750°C。由于绿色多重量子阱20的铟 (In)含量高于蓝色多重量子阱16，因此绿色多重量子阱20的形成温度通常须低于图2C中蓝色多重量子阱16的形成温度。在本实施例中，绿色多重量子阱20的每一层量子阱包含氮为基础的材料InxGai_xN/GaN (氮化铟镓/氮化镓)(0 < χ < 1)。之后，如图2F所示，沉积第三介电层22于第二氧化硅层18和绿色多重量子阱20 之上。第三介电层22可以是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成的氧化硅(Si02)层。 第三氧化硅层22的厚度可大约介于0. 1微米至0. 5微米，本实施例的较佳厚度大约为0. 1 微米，其和第二氧化硅层18的厚度大致相同但是薄于第一氧化硅层14。使用微影技术将第 三氧化硅层22图样化(pattern)，并使用氢氟酸(HF或Β0Ε)湿蚀刻法(或其他方法)去除 暴露区域23，直到η+-氮化镓层12露出。如图2G所示，以图样化第三氧化硅层22作为遮罩(mask)，在图样化区域23内选 择性地成长(selectively grow) 一或多对红色多重量子阱(MQW) 24。在本实施例中，共形 成有10对红色多重量子阱。红色多重量子阱24作为主动(active)层，其形成温度可大约 介于550°C至650°C，本实施例的较佳形成温度大约为650°C。由于红色多重量子阱24的铟 (In)含量高于绿色多重量子阱20，因此红色多重量子阱24的形成温度通常须低于图2E中 绿色多重量子阱20的形成温度。在本实施例中，红色多重量子阱24的每一层量子阱包含 氮为基础的材料InxGai_xN/GaN(氮化铟镓/氮化镓)(0 < χ < 1)。在另一实施例中，红色 多重量子阱24的每一层量子阱包含磷为基础的材料InxGai_xP/Iny (AlXGal-X)P (磷化铟镓 /磷化铟铝镓)(0<乂<1且0<7<1)。接下来，如图2H所示，使用微影技术将第三氧化硅层22图样化(pattern)，并使用 氢氟酸(HF)湿蚀刻法(或其他方法)去除蓝色多重量子阱16上面的暴露区域15以及绿 色多重量子阱20上面的暴露区域19。以图样化第三氧化硅层22作为遮罩(mask)，分别在 蓝色多重量子阱16、绿色多重量子阱20、红色多重量子阱24上面形成ρ型缓冲(buffer) 层26，例如使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)形成的P+-氮化镓(GaN)层。p+_氮化镓层 26的厚度可大约介于0. 1微米至0. 25微米(μ m)，本实施例的较佳厚度大约为0. 2微米。 P+-氮化镓层26的形成温度可大约介于900°C至1000°C，本实施例的较佳形成温度大约为 900 "C。参阅第二 I图所示，使用氢氟酸(HF)湿蚀刻法(或其他方法)去除第三氧化硅层 22和第二氧化硅层18。最后，如图2J所示，使用氢氟酸(HF或Β0Ε)湿蚀刻法(或其他方 法)去除部分的第一氧化硅层14，直到η+-氮化镓层12露出。接下来，分别在η+-氮化镓 层12和ρ+-氮化镓层26上面形成η型、ρ型导电电极(或欧姆接触)28Α、28Β。导电电极 28Α、28Β可以含钛/铝(Ti/Al)和镍/金(Ni/Au)层。藉此，在晶片上形成横向分布红、绿、 蓝发光二极管，如图2J所示。根据本发明实施例，形成于晶片上的横向分布红、绿、蓝发光二极管可组合以发射 白光。换句话说，红、绿、蓝发光二极管整体作为白色发光二极管之用，其通常又称为多晶片 (multi-chip)白色二极管。红、绿、蓝发光二极管的色彩混合可以较冷阴极管(CCFL)具有 较丰富的色彩范围及特性。本实施例的白色发光二极管为一种无磷白色发光二极管，其具 有高输出效能及简化封装工艺。由于红、绿、蓝发光二极管的最小间距小至数十微米或更 小，因而得以提高其混色效能且降低其晶片面积。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
一种形成横向分布发光二极管的方法，其特征在于其包括以下步骤提供一半导体基板；形成一第一缓冲层于该半导体基板上，该第一缓冲层具有第一导电性；形成一介电层于该第一缓冲层上；图样化该介电层，以形成一第一图样化区域于该介电层内；形成一第一主动层于该介电层的第一图样化区域内；图样化该介电层，以形成一第二图样化区域于该介电层内；形成一第二主动层于该介电层的第二图样化区域内，该第二主动层所发射光线的颜色异于该第一主动层；形成第二缓冲层于该第一主动层及该第二主动层上，该第二缓冲层具有第二导电性；以及形成电极于该第二缓冲层、该第一缓冲层上。
2.根据权利要求1所述的形成横向分布发光二极管的方法，其特征在于其中所述的第 一缓冲层或第二缓冲层包含氮化镓。
3.根据权利要求1所述的形成横向分布发光二极管的方法，其特征在于其中所述的第 一主动层或第二主动层包含一或多对多重量子阱，该多重量子阱包含氮为基础的材料氮化 铟镓/氮化镓InxGai_xN/GaN，其中O < χ < 1。
4.根据权利要求1所述的形成横向分布发光二极管的方法，其特征在于其还包含以下 步骤在形成该第二主动层后，图样化该介电层，以形成一第三图样化区域于该介电层内；及 形成一第三主动层于该介电层的第三图样化区域内，该第三主动层所发射光线的颜色 异于该第一主动层及该第二主动层。
5.一种形成横向分布发光二极管的方法，其特征在于其包括以下步骤 提供一半导体基板；形成一第一缓冲层于该半导体基板上，该第一缓冲层具有第一导电性； 形成一第一介电层于该第一缓冲层上；图样化该第一介电层并去除该第一介电层的一部份，以形成一第一图样化区域于该第 一介电层内；形成一第一多重量子阱于该第一图样化区域内； 形成一第二介电层于该第一介电层上；图样化该第二介电层并去除该第二介电层及第一介电层的一部份，以形成一第二图样 化区域于该第一介电层内；形成一第二多重量子阱于该第二图样化区域内，该第二多重量子阱所发射光线的颜色 异于该第一多重量子阱；形成一第三介电层于该第二介电层或第一介电层上；图样化该第三介电层并去除该第三介电层、该第二介电层及该第一介电层的一部份， 以形成一第三图样化区域于该第一介电层内；形成一第三多重量子阱于该第三图样化区域内，该第三多重量子阱所发射光线的颜色 异于该第一多重量子阱及该第二多重量子阱；形成第二缓冲层于该第一主动层、第二主动层及第三主动层上，该第二缓冲层具有第 二导电性；以及形成电极于该第二缓冲层、该第一缓冲层上。
6.根据权利要求5所述的形成横向分布发光二极管的方法，其特征在于其中所述的第 一缓冲层或第二缓冲层包含氮化镓。
7.根据权利要求5所述的形成横向分布发光二极管的方法，其特征在于其中所述的第 一介电层、第二介电层或第三介电层包含氧化硅。
8.根据权利要求5所述的形成横向分布发光二极管的方法，其特征在于其中所述的第 一多重量子阱、第二多重量子阱或第三多重量子阱包含一或多对量子阱。
9.根据权利要求5所述的形成横向分布发光二极管的方法，其特征在于其中所述的第 一多重量子阱及第二多重量子阱包含氮为基础的材料氮化铟镓/氮化镓InxGai_xN/GaN，其 中O < χ < 1 ；上述的第三多重量子阱包含氮为基础的材料氮化铟镓/氮化镓IrixGai_xN/ GaN，其中O < χ < 1，或者磷为基础的材料磷化铟镓/磷化铟铝镓InxGai_xP/Iny (AlxGa1JP, 其中 0<χ<1 且 0<y<l。
10.根据权利要求9所述的形成横向分布发光二极管的方法，其特征在于其中所述的 第二多重量子阱的铟含量高于该第一多重量子阱，且该第三多重量子阱的铟含量高于该第 二多重量子阱。
11.根据权利要求10所述的形成横向分布发光二极管的方法，其特征在于其中所述的第二多重量子阱的形成温度低于该第一多重量子阱，且该第三多重量子阱的形成温度低于 该第二多重量子阱。
12.根据权利要求5所述的形成横向分布发光二极管的方法，其特征在于其中所述的第一多重量子阱发射蓝光，该第二多重量子阱发射绿光，且第三多重量子阱发射红光。
全文摘要
本发明是有关于一种形成横向分布发光二极管的方法。首先，形成具第一导电性的第一缓冲层在半导体基板上，且形成介电层于第一缓冲层上。对介电层进行图样化(patterning)，以形成第一图样化区域于其内，接着形成第一主动层在第一图样化区域内。对介电层进行图样化，以形成第二图样化区域于其内，接着形成第二主动层在第二图样化区域内。形成具第二导电性的第二缓冲层在第一、第二主动层上。最后，形成电极在第二、第一缓冲层上。本发明的形成横向分布发光二极管的方法，可以提高输出效能、简化封装工艺、提高混色效能并减少晶片面积。
文档编号H01L33/00GK101800273SQ20091000627
公开日2010年8月11日 申请日期2009年2月11日 优先权日2009年2月11日
发明者张俊彦, 杨宗禧, 陈燕晟 申请人:立景光电股份有限公司;张俊彦