金属键结的发光二极管及形成金属键结发光二极管的方法与流程

本发明属于一种发光二极管，特别属于一种金属键结的发光二极管及形成金属键结发光二极管的方法。

背景技术：

发光二极管是为目前广泛应用的产品，其可应用于各种技术领域中。然而，在发光二极管的技术领域中，目前最重要的问题之一是如何在提高发光二极管亮度时，同时兼顾降低发光二极管的制造成本。

如上所述，在目前有关许多提高发光二极管亮度的技术中，其中的一的方法是为利用金属作为键结形成发光二极管的半导体材料的方法。请参阅图1a及图1b，其为现有利用金属键结形成发光二极管的结构图。进一步而言，利用金属作为键结形成发光二极管的半导体材料的方法，是于第一基板11上形成半导体层12，并于第二基板13上形成键结半导体层12的键结层14之后，以一预定温度键结半导体层12及键结层14，之后移除第一基板11。

然而，由于上述利用金属作为键结形成发光二极管1的半导体材料的方法，其仅仅以单一金属材料作为键结层14的材料，且在材料的选择上并未考虑到各种材料的特性以及成本高低的问题，因而造成在使用材料键结上的许多问题。

据此，如何提供一种利用金属作为键结形成发光二极管的半导体材料时，以便于克服上述问题，并同时降低发光二极管的制造成本，已成为目前急需研究的课题。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提供一种金属键结的发光二极管，包括基板、第一接合金属层、第二接合金属层、导电氧化层以及外延层。第一接合金属层，形成于基板上。第二接合金属层形成于第一接合金属层上。导电氧化层形成于第二接合金属层上。外延层形成于导电氧化层上。

此外，本发明更提供一种形成金属键结发光二极管的方法，包括下列步骤：设置第一基板；形成第一接合金属层于第一基板上；设置第二基板；形成外延层于第二基板上；形成导电氧化层于外延层上；形成第二接合金属层于导电氧化层上；键结第一接合金属层及第二接合金属层；以及移除第二基板。

如上所述，本发明金属键结的发光二极管以及形成金属键结发光二极管的方法根据不同的材料特性，选择至少三种金属材料作为键结的金属材料，并选择出一种具有适当的膨胀系数、良好的接合特性、成本低廉、控制容易、沸点较低以及状态稳定的金属键结材料群组，从而改善及广泛地应用于金属键结发光二极管的结构及方法。

附图说明

图1a及图1b为现有利用金属键结形成发光二极管的结构图；

图2a及图2b为依据本发明形成金属键结发光二极管的方法完成的结构图；

图2c为依据本发明形成金属键结发光二极管的方法增加覆盖层的结构图；

图2d为依据本发明形成金属键结发光二极管的方法增加不导电氧化层的结构图；

图2e为依据本发明形成金属键结发光二极管的方法形成第一接合金属层的结构图；

图3a为本发明金属键结的发光二极管的结构图；

图3b为本发明金属键结发光二极管的第一接合金属层的结构图；

图3c及图3d分别为本发明金属键结发光二极管增加不导电氧化层及覆盖层的结构图。

【符号说明】

1发光二极管

11第一基板

12半导体层

13第二基板

14键结层

2发光二极管

21第二基板

22外延层

23导电氧化层

24第二接合金属层

25第一基板

26第一接合金属层

261润湿层

262阻障层

263导接层

27覆盖层

28不导电氧化层

281接孔

3发光二极管

31基板

32第一接合金属层

321润湿层

322阻障层

323导接层

33第二接合金属层

34导电氧化层

35外延层

36不导电氧化层

37覆盖层

具体实施方式

请参阅图2a及图2b，其为依据本发明形成金属键结发光二极管的方法完成的结构图。本发明形成金属键结发光二极管的方法包括下列步骤：设置第一基板25；形成第一接合金属层26于第一基板25上；设置第二基板21；形成外延层22于第二基板21上；形成导电氧化层23于外延层22上；形成第二接合金属层24于导电氧化层23上；键结第一接合金属层26 及第二接合金属层24；移除第二基板21。

请参阅图2c，其为依据本发明形成金属键结发光二极管的方法增加覆盖层的结构图。上述方法还包括形成覆盖层27于外延层22及导电氧化层23之间，以便于与导电氧化层23形成欧姆接触，其中覆盖层27的浓度大于10¹⁹cm^-3，包括磷化镓(gap)、砷化铝镓(algaas)或者磷砷化镓(gaasp)其中之一半导体材料。

请参阅图2d，其为依据本发明形成金属键结发光二极管的方法增加不导电氧化层的结构图。于本发明的另一实施例中，也可设置不导电氧化层28于外延层22及导电氧化层23之间，其中不导电氧化层28包括氮化硅(siny)、氮氧化硅(sion)或者二氧化硅。换句话说，不导电氧化层28是可以氮化硅(siny)、氮氧化硅(sion)或者二氧化硅等不同材料堆栈于外延层22及导电氧化层23之间。此外，不导电氧化层28包括至少一接孔281，连通外延层22及导电氧化层23，以便于和外延层22形成欧姆接触。此外，接孔281为金属材料，包括金锌(auzn)、金铍(aube)、铬(cr)或金(au)等金属材料。

第一基板25包括硅基板。第二基板21包括砷化镓基板。外延层22包括磷化铝铟镓(alingap)或砷化镓铝。导电氧化层23包括氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)或氧化镍(nio)。

请参阅图2e，其为依据本发明形成金属键结发光二极管的方法形成第一接合金属层26的结构图。第二接合金属层24包括单一金属材料或复合金属材料，单一金属材料包括金或铬，复合金属材料包括金锌、铬金(crau)或者金锌金(金锌加上金)等其中一种以上的材料。此外，使用复合金属材料时，第二接合金属层24也可设置为多层的金属层，例如，第二接合金属层24包括金锌层以及金层。第一接合金属层26包括形成于第一基板25上的湿润层261、形成于湿润层261上的阻障层262及形成于阻障层262上且键结第二接合金属层24的导接层263，其中湿润层261包括钛(ti)或铬，阻障层262包括钯(pd)，导接层263包括金。

如上所述，于本发明的方法中还包括以高温及高压键结第一接合金属层26及第二接合金属层24的步骤，其中高温的温度介于250℃至500℃之间，高压的压力介于3000kg至14000kg之间。

请参阅表1，其为各种金属材料其材料特性的比较表。

进一步而言，于本发明中选择上述金属材料作为键结的原因在于钛与铬和硅基板在接合时，其接合度相较于其它金属材料较佳，金、铂(pt)、钯的膨胀系数适中，不致于在高温高压贴合时，回到室温的环境下因为各种材料彼此之间的膨胀系数差异太大而产生破片的问题。此外，由于金属蒸镀需要由固体变成液体之后再变成气体，而材料沸点越高代表在金属蒸镀过程中需要更高的能量，因而将造成工作机台不容易控制且容易产生当机等异常问题，因此，本发明选择沸点相较于其他金属(例如铂及钛)较低，且蒸镀能量不需过高(因为熔点与沸点较低)的金及钯，则更容易形成稳定状态，因而可避免机台异常而造成的损失。

此外，针对抗酸碱的材料特性，金、铂、钯相较于其它材料有更佳的抗酸碱能力。在芯片贴合的过程中，金与银的硬度不足则容易造成破片的问题。钯的成本相较于金及铂则更为便宜。据此，根据上述各种材料特性及成本的综合考虑，钯为更适合使用在贴合金属中作为键结用的金属材料。

请参阅图3a，其为根据本发明上述方法形成金属键结的发光二极管3的结构图。金属键结的发光二极管3包括基板31、第一接合金属层32、第二接合金属层33、导电氧化层34以及外延层35。第一接合金属层32形成于基板31上。第二接合金属33层形成于第一接合金属层32上。导电氧化层34形成于第二接合金属层33上。外延层35形成于导电氧化层34上。

需特别注意的是，根据本发明上述方法所形成金属键结的发光二极管2，由于第二基板21于键结第一接合金属层26及第二接合金属层24之后 被移除，因而仅剩余第一基板25，因此，在以下描述金属键结的发光二极管3的结构中，为了避免造成混淆，仅以基板31(相当于上述方法中的第一基板25)的名称描述。此外，在上述的方法中，由于导电氧化层23形成于外延层22上，而一般而言，导电氧化层23是通过电镀的方式形成于外延层22上，但于本发明金属键结的发光二极管3的结构中，是先行描述外延层35形成于导电氧化层34上，其并非代表以此描述的结构顺序形成最终结构，而是以其最终形成的结构作为说明的顺序。

请参阅图3b，其为本发明金属键结发光二极管的第一接合金属层的结构图。基板31包括硅基板。第一接合金属层32包括湿润层321、阻障层322及导接层323。湿润层321形成于于基板31上。阻障层322形成于湿润层321上。导接层323形成于阻障层322上且键结第二接合金属层33，其中湿润层321包括钛或铬，阻障层322包括钯，导接层323包括金。第二接合金属层33包括单一金属材料或复合金属材料，单一金属材料包括金或铬，复合金属材料包括金锌、铬金或者金锌金(金锌加上金)等其中一种以上的材料。此外，使用复合金属材料时，第二接合金属层24也可设置为多层的金属层，例如，第二接合金属层24包括金锌层以及金层。导电氧化层34包括氧化铟锡、氧化铟锌或氧化镍。外延层35包括磷化铝铟镓(alingap)或砷化镓铝(algaas)。

请参阅图3c及图3d，其分别为本发明金属键结发光二极管增加不导电氧化层及覆盖层的结构图。于上述的金属键结的发光二极管3中，还包括一不导电氧化层36或一覆盖层37。覆盖层37形成于外延层35及导电氧化层34之间，以便于与导电氧化层34形成欧姆接触，其中覆盖层37的浓度大于10¹⁹cm^-3，包括磷化镓、砷化铝镓或者磷砷化镓其中之一半导体材料。不导电氧化层36设置于外延层35及导电氧化层34之间，其中不导电氧化层36包括氮化硅、氮氧化硅或者二氧化硅。换句话说，不导电氧化层36是可以氮化硅(siny)、氮氧化硅(sion)或者二氧化硅等不同材料堆栈于外延层22及导电氧化层23之间。不导电氧化层36包括至少一接孔361，连通外延层35及导电氧化层34，其中接孔361为一金属材料，包括金锌、金铍、铬或金。其余相似的原理及结构如上述形成金属键结的发光二极管2的方法所述，于此不再赘述。

综上所述，本发明金属键结的发光二极管以及形成金属键结发光二极管的方法根据不同的材料特性，选择至少三种金属材料作为键结的金属材料，并选择出一种具有适当的膨胀系数、良好的接合特性、成本低廉、控制容易、沸点较低以及状态稳定的金属键结材料群组，从而改善及广泛地应用于金属键结发光二极管的结构及方法。