专利名称：白光发光二极管的制造方法及其发光装置的制作方法
技术领域：
本发明为一种白光发光二极管的制造方法及其发光装置，尤指一种适用于白光LED(light-emitting diode)，且以氮化镓基(GaN-based)III-V族为材料的发光装置；主要是利用一共振腔(Resonant Cavity)结构，来控制白光LED的色度，使得色度的控制较为容易和准确，而能有效降低不良率及产生自然白光，并有助于发光效率(Luminous Efficiency)的提升。
本发明方法，是在一基板(substrate)上成长二层多量子井(Multi-QuantumWell，简称MQW)的活性层(Active layer)，且两活性层之间具有n-GaN系磊晶沉积层，最上层的MQW活性层上成长有p-型布拉格反射镜(Distributed BraggReflector，简称DBR)，p-型DBR上成长有p-GaN系磊晶沉积层，n型金属电极(n-typemetal contact)可设置在n-GaN层的露出面上，p型金属电极(p-type metalcontact)可设置在p-GaN层上，基板底部并设有一金属反射层(metal Reflector)，而构成一发光装置。
根据本发明方法，本发明装置的共振腔结构，可由基板、缓冲层(buffer layer)、第二MQW活性层、n-GaN系磊晶沉积层、第一MQW活性层、p-型DBR等依次磊晶成长而成，且基板底部镀有金属反射层。
背景技术：
有关现有白光LED的技术手段、构成、功效、及特性，列举如下首先，现有白光LED的发光装置及显示装置，是利用一可发蓝光的发光组件，配合一可发黄光的光致发光萤光体所构成；其中，该发光组件可为氮化铟镓(InGaN)，而该发光萤光体可为钇铝石榴石萤光粉(yttrium aluminum garnet，即YAG)，且经由发光组件发出波长(λ)约为470nm的蓝光，再激发YAG萤光粉发出波长(λ)约为550nm的黄光，并透过封装体的光色混合作用而产生白光，在图16所示的色品图(Chromaticity diagram)中，混合后颜色的坐标位子点a(470nm)与点a’(550nm)所连成的线段L1上，且依据光色混合的杠杆定律而定；因此，现有发光及显示装置在实用上，仍有以下不理想之处
(1)、色度(Chromaticity)控制不容易前述的现有装置以YAG萤光粉的添加量来控制色度(Chromaticity)，属于LED封装时的后制程控制，实际的实施上，YAG萤光粉的添加量并不好控制；因此，色度不易准确，有可能增加不良率之缺陷。
(2)、产生非自然白光如图16的线段L1所示，前述的现有装置混合后所产生的白光，并不如真实的太阳光(非自然白光)，色彩饱和度较低；因此，在光学侦检器、摄影机、相机、扫瞄器等仪器的感测下，所得的物体色彩会产生误差(偏蓝色或偏绿色)。
(3)、发光效率较低由于YAG萤光粉会有吸光现象，因此，前述的现有装置在发光效率上仍有待改进。
再者，另有一白色LED及中间色LED的现有装置，是于ZnSe单晶基板上形成CdZnSe薄膜，通电后使该薄膜发出蓝光，同时部份蓝光将照射于该基板上而发出黄光，蓝光与黄光混合后即产生白光；因此，此现有装置，其发光效率(约8 lm/W)及寿命(约8000hr)也不尽理想，因此，在实用上仍需再给予突破。
基于上述原因，本发明者认为若能以具有共振腔的磊晶结构来控制白光LED的色度，实务上应较为容易及准确，这样，不仅能有效降低不良率及产生自然白光，且可获得较高的发光效率，而制成优异的白光LED，以符合时代所需。
发明内容
本发明的主要目的，即在于提供一种白光发光二极管的制造方法及其发光装置，且该方法及装置明显具备下列优点、特征及目的1、本发明是以磊晶结构来控制发光的色度，相对于现有的添加YAG萤光粉的后制程控制式，其色度控制较为容易及准确；2、本发明因色度控制较为准确，因此可有效降低不良率；3、本发明因产品良率的提升，因此成本较低；4、本发明可产生自然白光；5、本发明因具有共振腔，因此可增益发光效率。
本发明所采取的技术方案为一种白光LED的制造方法，其可包含以下的步骤(a)在基板上成长第二MQW活性层的步骤，即在蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)基板的上表面形成一缓冲层后，再成长第二MQW活性层，且第二MQW活性层产生光的波长(λ)可在550nm至650nm之间；(b)在第一活性层上成长n-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤(a)，在第二MQW活性层上形成一层n-GaN系磊晶沉积层；(c)在n-GaN层上成长第一MQW活性层的步骤，接着步骤(b)，在n-GaN系磊晶沉积层上形成第一MQW活性层，且第一MQW活性层产生光的波长(λ)可在450nm至510nm之间；(d)在第一活性层上成长p-型DBR的步骤，接着步骤(c)，在第一MQW活性层上形成一p-型布拉格反射镜(DBR)；(e)在p-型DBR上成长p-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤(d)，在p-型DBR上形成一层p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且以蚀刻法将部份n-GaN层表面、部份第一活性层、部份p-型DBR、及部份p-GaN层移除，使n-GaN层具有一露出面，且可在露出面上设置一n型金属电极，并在p-GaN层上设置一p型金属电极；(f)在基板底部镀上金属反射层的步骤，接着步骤(e)，在基板的底部以电镀或溅镀的方式设有一金属反射层；这样，就构成了一具有共振腔的发光装置，并可经由后续的设置、接线、及封装，而制成一白光LED。
其中，如上所述的方法可在步骤(e)与步骤(f)之间，进一步包含步骤(g)；且该步骤(g)，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，即接着步骤(e)，可在蚀刻后剩余的p-GaN层上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层，而作为窗口层。
其中，该方法可在步骤(f)之后，进一步包含步骤(h)；且该步骤(h)，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，即接续步骤(f)，可在金属氧化层的裸露表面给予表面处理，而具有粗糙表面或压花纹路。
其中，该方法可在步骤(f)之后，进一步包含步骤(g)；且该步骤(g)，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，接续步骤(e)，可在蚀刻后剩余的p-GaN层上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层，而作为窗口层。
其中，该方法可在步骤(g)之后，进一步包含步骤(h)；且该步骤(h)，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，即接着步骤(g)，可在金属氧化层的裸露表面给予表面处理，而具有粗糙表面或压花纹路。
一种白光LED的发光装置，包括一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极、及一p型金属电极等构成；其中该共振腔结构，由基板、缓冲层、第二MQW活性层、n-GaN系磊晶沉积层、第一MQW活性层、p-型布拉格反射镜(DBR)等依次磊晶成长而成，基板可为蓝宝石(sapphire)材质且底部镀有金属反射层；该接触层，为p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且成长在p-型DBR上；该n型金属电极，设置在n-GaN层的露出面上；该p型金属电极，设置在p-GaN层上；且通电后，第一MQW活性层为由电产生光的第一光产生层，波长(λ)可在450nm至510nm之间，而第二MQW活性层为由光产生光的第二光产生层，波长(λ)可在550nm至650nm之间；这样，就构成了一具有共振腔的LED发光装置，且其混光过程由共振腔所完成。
其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)等材质。
其中，该接触层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
其中，该p-型DBR的反射率，可在50％至80％之间；且该金属反射层的反射率，可在90％以上。
其中，该发光装置，进一步包括一金属氧化层；且该金属氧化层，为成长在接触层上，并具有可见光透光性范围约在400至700nm。
一种白光LED的发光装置，由一磊晶结构所构成，包括一LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN为先成长在基板上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN为成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm；一InGaN/GaN的2nd-MQW层；一n-GaN的半导体层，厚度可在2至6μm；一InGaN/GaN的1st-MQW层；一p-AlGaN/GaN的DBR；一p+-GaN-based的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm；且该基板，可为蓝宝石(sapphire)材质，先以300至500μm的厚度进行磊晶，磊晶完成后，再由底部研磨成50至300μm的厚度，并于底部以电镀或溅镀的方式，镀上厚度为50至10μm材质为Ag/Al的金属反射层。
其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)等材质；该金属反射层，进一步可为Ag材质，或任何金属材质。
其中，该p+-GaN的半导体层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一ZnO、或ZnO掺杂Al的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一InxZn1-xO、或SnxZn1-xO、或InxSnyZn1-x-yO的金属氧化层，厚度可在50至50μm，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一折射率至少在1.5的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一n型传导或p型传导的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一掺杂有稀土元素(rareearth-doped)的金属氧化层。
一种白光LED的制造方法，可包含以下的步骤(a)在基板上成长一n-型DBR的步骤，在蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)基板的上表面形成一缓冲层后，再成长一n-型布拉格反射镜(DBR)；(b)在n-型DBR上成长第二MQW活性层的步骤，接着步骤(a)，在n-型DBR上形成一层第二MQW活性层，且第二MQW活性层产生光的波长(λ)可在550nm至650nm之间；(c)在第二活性层上成长n-GaN系的磊晶沉积层的步骤，接着步骤(b)，在第二MQW活性层上形成一n-GaN系磊晶沉积层；(d)在n-GaN层上成长第一MQW活性层的步骤，接着步骤(c)，在n-GaN系磊晶沉积层上形成一第一MQW活性层，且第一MQW活性层产生光的波长(λ)可在450nm至510nm之间；(e)在第一MQW活性层成长一p-型DBR的步骤，接着步骤(d)，在第一MQW活性层上形成一p-型布拉格反射镜(DBR)；
(f)在p-型DBR上成长p-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤(e)，在p-型DBR上形成一层p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且以蚀刻法将部份n-GaN层表面、部份第一活性层、部份p-型DBR、及部份p-GaN层移除，使n-GaN层具有一露出面，且可在露出面上设置一n型金属电极，并在p-GaN层上设置一p型金属电极；由此，构成一具有共振腔的发光装置，并可经由后续的设置、接线、及封装，而制成一白光LED。
其中，该方法可在步骤(f)之后，进一步包含步骤(g)；且该步骤(g)，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，接续步骤(e)，可在蚀刻后剩余的p-GaN层上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层，而作为窗口层。
其中，该方法可在步骤(g)之后，进一步包含步骤(h)；且该步骤(h)，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，即接着步骤(g)，可在金属氧化层的裸露表面给予表面处理，而具有粗糙表面或压花纹路。
一种白光LED的发光装置，包括一基板、一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极、及一p型金属电极等构成；其中该基板，可为蓝宝石材质，并可成长一缓冲层；该共振腔结构，成长于缓冲层31上，由n-型布拉格反射镜(DBR)、第二MQW活性层、n-GaN系磊晶沉积层、第一MQW活性层、p-型布拉格反射镜(DBR)等依序磊晶成长而成；该接触层，为p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且成长在p-型DBR上；该n型金属电极，设置在n-GaN层的露出面上；该p型金属电极，设置在p-GaN层上；且通电后，第一MQW活性层为由电产生光的第一光产生层，波长(λ)可在450nm至510nm之间，而第二MQW活性层为由光产生光的第二光产生层，波长(λ)可在550nm至650nm之间；这样，构成一具有共振腔的LED发光装置，且其混光过程由共振腔所完成。
其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)等材质。
其中，该接触层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
其中，该n-型DBR及p-型DBR的反射率，低于90％以下。
其中，该发光装置，进一步包括一金属氧化层；且该金属氧化层系为成长在接触层上，并具有可见光透光性范围约在400至700nm。
一种白光LED的发光装置，由一磊晶结构所构成，包括一LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN先成长在基板上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm；一n-AlGaN/GaN的DBR；一InGaN/GaN的2nd-MQW层；一n-GaN的半导体层，厚度可在2至6μm；一InGaN/GaN的1st-MQW层；一p-AlGaN/GaN的DBR；一p+-GaN-based的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm；且该基板，可为蓝宝石(sapphire)材质，厚度可在300至500μm。
其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)等材质。
其中，该p+-GaN的半导体层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一ZnO、或ZnO掺杂Al的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一InxZn1-xO、或SnxZn1-xO、或InxSnyZn1-x-yO的金属氧化层，厚度可在50至50μm，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一折射率至少在1.5的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一n型传导或p型传导的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一掺杂有稀土元素(rareearth-doped)的金属氧化层。
本发明所具有的有益效果为1、本发明是以磊晶结构来控制发光的色度，相对于现有的添加YAG萤光粉的后制程控制式，其色度控制较为容易及准确；2、本发明因色度控制较为准确，因此可有效降低不良率；3、本发明因产品良率的提升，因此成本较低；4、本发明可产生自然白光；5、本发明因具有共振腔，因此可增益发光效率。
本发明的特征、技术手段、具体功能、以及具体的实施例，下面以图式、图号详细说明如后
图1为本发明方法较佳实施例的步骤示意图；图2为本发明装置较佳实施例的结构示意图；图3及图3A为图2磊晶结构的一特例；图4为本发明所对应的色品图实例；图5为本发明方法第二实施例的步骤示意图；图6为本发明装置第二实施例的结构示意图；图7为图5磊晶结构的一特例；图8为本发明方法第三实施例的步骤示意图；图9为本发明方法第四实施例的步骤示意图；图10为本发明装置第四实施例的结构示意图；图11及图11A为图10磊晶结构的一特例；图12为本发明方法第五实施例的步骤示意图；图13为本发明装置第五实施例的结构示意图；图14为图13磊晶结构的一特例；图15为本发明方法第六实施例的步骤示意图；图16为现有的所对应的色品图实例。
具体实施例下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明请参阅图1至3所示，在较佳实施例中，本发明装置，包括一内层固定座10、一LED灯串组20、一对主线30，31、及一外层固定体40等构成；其中，内层固定座10、LED灯串组20、对主线30，31、及外层固定体40等组成的立体示意，具体如图1所示；LED灯串组20与内层固定座10的细部立体分解，具体如图2所示；LED灯串组20设置于内层固定座10上的部份立体示意，具体如图3所示参阅图1至3所示，在较佳实施例中，本发明方法可包含以下的步骤步骤1，为在基板上成长第二MQW活性层的步骤，即在基板10的上表面10a形成一缓冲层11后，再成长第二MQW活性层12，且第二MQW活性层12产生光的波长(λ)可在550nm至650nm之间，基板10可为蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)等材质；步骤2，为在第一活性层上成长n-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤1，在第二MQW活性层12上形成一层n-GaN系磊晶沉积层13；步骤3，为在n-GaN层上成长第一MQW活性层的步骤，接着步骤2，在n-GaN系磊晶沉积层13上形成一第一MQW活性层14，且第一MQW活性层14产生光的波长(λ)可在450nm至510nm之间；步骤4，为在第一活性层上成长p-型DBR的步骤，接着步骤3，在第一MQW活性层14上形成一p-型布拉格反射镜(DBR)15；步骤5，为在p-型DBR上成长p-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤4，在p-型布拉格反射镜(DBR)15上形成一层p-GaN系(p-GaN-based，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN)的磊晶沉积层16，且以蚀刻法(Etching)将部份n-GaN层13表面、部份第一活性层14、部份p-型布拉格反射镜15、及部份p-GaN层16移除，使n-GaN层13具有一露出面13a，且可在露出面13a上设置一n型金属电极17，并在p-GaN层16上设置一p型金属电极18；步骤6，为在基板底部镀上金属反射层的步骤，接着步骤5，在基板10的底部以电镀或溅镀(sputtering)的方式设有一金属反射层19；这样，就构成了一白光LED的发光装置，且具有一共振腔结构，可用来控制发光的色度及增益发光效率，并具有降低不良率及产生自然白光等特性，远较现有装置更为优良。
如图2所示，在较佳实施例中，本发明装置包括一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极17、及一p型金属电极18等构成；其中该共振腔结构，由基板10、缓冲层11、第二MQW活性层12、n-GaN系磊晶沉积层13、第一MQW活性层14、p-型布拉格反射镜(DBR)15等依序磊晶成长而成，基板10可为蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)等材质且底部镀有金属反射层19，p-型布拉格反射镜(DBR)15的反射率(Reflective Index)可在50％至80％之间，而金属反射层19的反射率可在90％以上；该接触层，为p-GaN系(p-GaN-based，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN)的磊晶沉积层16，且成长在p-型布拉格反射镜(DBR)15上；该n型金属电极17，设置在n-GaN层13的露出面13a上；该p型金属电极18，设置在p-GaN层16上；且通电后，第一MQW活性层14为由电产生光的第一光产生层(light generatinglayer)，波长(λ)可在450nm至510nm之间，而第二MQW活性层12为由光产生光的第二光产生层，波长(λ)可在550nm至650nm之间；这样，就构成了一具有共振腔的LED发光装置，且其混光过程由共振腔所完成。
如图3及图3 A所示，为本发明装置磊晶结构的特例，其中第一层111，可为LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN为先成长在基板101上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN为成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm；第二层121，可为InGaN/GaN的2nd-MQW；第三层131，可为n-GaN的半导体层，厚度可在2至6μm；第四层141，可为InGaN/GaN的1st-MQW；第五层151，可为p-AlGaN/GaN的DBR；第六层161，可为p+-GaN-based的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm；且磊晶结构系成长在基板101上，该基板101，可为蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)的基板，制造上，一般基板101是先以300至500μm的厚度进行磊晶，待磊晶完成后，再由基板101的底部研磨成50至300μm的厚度，并于底部以电镀或溅镀的方式镀上金属反射层191；该金属反射层191，可为Ag/Al材质(即先镀上银，再于镀上铝，使银不致外露)，或为Ag材质，或任何金属材质，厚度可在50至10μm。
此间应说明的是前述的发光装置，经由晶粒加工后可设置在脚架(图未出示)上，且接线后可由树脂灌膜封装，而制成一完整的LED，由于此为现有技术，容不再赘述。
参阅图4所示，在本发明的共振腔中，若第一MQW活性层14所产生光的波长(λ)约为480nm，而第二MQW活性层12所产生光的波长(λ)约为580nm，则在如图所示的色品图中，连接坐标点b(480nm)与点b’(580nm)，即可连成一通过白光区W的线段L2；因此，由p-型DBR15所逸出的光可为自然白光，且共振腔将有助于发光效率的提升。
参阅图5至7所示，在第二实施例中，本发明方法可包含以下的步骤步骤1至步骤5，为与较佳实施例相同；步骤6’，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层(metal oxide layer)的步骤，接着步骤5，可在蚀刻后剩余的p-GaN层16上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层20，而作为窗口层；步骤7，为在基板底部镀上金属反射层的步骤，接着步骤6’，在基板10的底部镀上一金属反射层19。
如图6所示，在第二实施例中，本发明装置可在较佳实施例的结构上，进一步包括一金属氧化层20；其中，该金属氧化层20，可为具有较佳的可见光透光性范围(transparency in visible range)的金属氧化层，例如范围约在400至700nm。
如图7所示，为本发明装置磊晶结构的特例，其中第一层111、第二层121、第三层131、第四层141、第五层151、第六层161、基板101、及金属反射层191等，与较佳实施例相同；第七层201，系可为ZnO材质的金属氧化层，或ZnO掺杂Al的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中仍需要说明的是该金属氧化层20，进一步可为InxZn1-xO、或SnxZn1-xO、或InxSnyZn1-x-yO等材质所构成的金属氧化层，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1；或可为折射率(refractive index)至少在1.5的金属氧化层；或可为n型传导(n-type conduction)或p型传导(p-type conduction)的金属氧化层；或可为掺杂有稀土元素(rare earth-doped)的金属氧化层；以上皆可认为是依本发明的较佳实施范例所推广，并依据本发明的精神延伸的适用，因此仍应包括在本案的专利范围内。
参阅图8所示，在第三实施例中，本发明方法可在第二实施例的步骤中，进一步包含步骤8，且该步骤8，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，接着步骤7，可在金属氧化层20的裸露表面(即金属氧化层20表面不含与p型金属电极18接触的部份)，进一步给予表面处理，而具有粗糙表面(Rough Surface)21或压花纹路，以增益光的逃脱放出。
此间需要说明的是在第二实施例中，本发明方法的步骤6’及步骤7，进一步可对调顺序；而在第三实施例中，本发明方法的步骤7，进一步亦可与步骤6’对调顺序；且都是本发明方法可行的方式。
本发明的共振腔结构另有一作法，以实例配合
如下参阅图9至11所示，在第四实施例中，本发明方法可包含以下的步骤步骤1a，为在基板上成长一n-型DBR的步骤，即在基板30的上表面30a形成一缓冲层31后，再成长一n-型布拉格反射镜(DBR)32，基板10可为蓝宝石、或碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)等材质；步骤2a，为在n-型DBR上成长第二MQW活性层的步骤，接着步骤1a，在n-型布拉格反射镜(DBR)32上形成一层第二MQW活性层33，且第二MQW活性层33产生光的波长(λ)可在550nm至650nm之间；步骤3a，为在第二活性层上成长n-GaN系的磊晶沉积层的步骤，接着步骤2a，在第二MQW活性层33上形成一n-GaN系磊晶沉积层34；步骤4a，为在n-GaN层上成长第一MQW活性层的步骤，接着步骤3a，在n-GaN系磊晶沉积层34上形成一第一MQW活性层35，且第一MQW活性层35产生光的波长(λ)可在450nm至510nm之间；步骤5a，为在第一MQW活性层上成长p-型DBR的步骤，接着步骤4a，在第一MQW活性层35上形成一p-型布拉格反射镜(DBR)36；步骤6a，为在p-型DBR上成长p-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤5a，在p-型布拉格反射镜(DBR)36上形成一层p-GaN系(p-GaN-based，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN)的磊晶沉积层37，且以蚀刻法将部份n-GaN层34表面、部份第一活性层35、部份p-型布拉格反射镜36、及部份p-GaN层37移除，使n-GaN层34具有一露出面34a，且可在露出面34a上设置一n型金属电极38，并在p-GaN层37上设置一p型金属电极39；这样，就构成了一白光LED的发光装置，且具有一共振腔结构，可用来控制发光的色度及增益发光效率，并具有降低不良率及产生自然白光等特性，较现有装置更为优异。
如图10所示，在第四实施例中，本发明装置包括一基板30、一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极38、及一p型金属电极39等构成；其中该基板30，可为蓝宝石、或碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)等材质，并可成长一缓冲层31；该共振腔结构，成长于缓冲层31上，由n-型布拉格反射镜(DBR)32、第二MQW活性层33、n-GaN系磊晶沉积层34、第一MQW活性层35、p-型布拉格反射镜(DBR)36等依序磊晶成长而成，且n-型布拉格反射镜(DBR)32及p-型布拉格反射镜(DBR)36的反射率(Reflective Index)低于90％以下；该接触层，为p-GaN系(p-GaN-based，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN)的磊晶沉积层37，且成长在p-型布拉格反射镜(DBR)36上；该n型金属电极38，设置在n-GaN层34的露出面34a上；该p型金属电极39，设置在p-GaN层37上；且通电后，第一MQW活性层35为由电产生光的第一光产生层(light generatinglayer)，波长(λ)可在450nm至510nm之间，而第二MQW活性层33为由光产生光的第二光产生层，波长(λ)可在550nm至650nm之间；这样，就构成了一具有共振腔的LED发光装置，且其混光过程由共振腔所完成。
如图11及11A所示，为本发明装置磊晶结构的特例，其中第一层311，可为LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN为先成长在基板301上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN为成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm；第二层321，可为n-AlGaN/GaN的DBR；第三层331，可为InGaN/GaN的2nd-MQW；第四层341，可为n-GaN的半导体层，厚度可在2至6μm；第五层351，可为InGaN/GaN的1st-MQW；第六层361，可为p-AlGaN/GaN的DBR；第七层371，可为p+-GaN-based的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm；且磊晶结构系成长在基板301上，该基板301，可为蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)的基板，厚度可在300至500μm。
参阅图12至图14所示，在第五实施例中，本发明方法可在第四实施例的步骤中，进一步包含步骤7a，且该步骤7a，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，接着步骤6a，可在蚀刻后剩余的p-GaN层37上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层40，而作为窗口层。
如图13所示，在第五实施例中，本发明装置可在第四实施例的结构上，进一步包括一金属氧化层40；其中，该金属氧化层40，可为具有较佳的可见光透光性范围的金属氧化层，例如范围约在400至700nm者。
如图14所示，为本发明装置磊晶结构的特例，其中第一层311、第二层321、第三层331、第四层341、第五层351、第六层361、第七层371、及基板301等，与第四实施例相同；第八层401，可为ZnO材质的金属氧化层，或ZnO掺杂Al的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
此间还需要说明的是该金属氧化层20，进一步可为InxZn1-xO、或SnxZn1-xO、或InxSnyZn1-x-yO等材质所构成的金属氧化层，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1；或可为折射率(refractive index)至少在1.5的金属氧化层；或可为n型传导(n-type conduction)或p型传导(p-type conduction)的金属氧化层；或可为掺杂有稀土元素(rare earth-doped)的金属氧化层；以上皆可认为是依本发明的较佳实施范例所推广，并依据本发明的精神延伸的适用，故仍应包括在本案的发明范围内。
参阅图15所示，在第六实施例中，本发明方法可在第五实施例的步骤中，进一步包含步骤8a，且该步骤8a，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，接着步骤7a，可在金属氧化层40的裸露表面即金属氧化层40表面不含与p型金属电极39接触的部份，进一步给予表面处理，而具有粗糙表面41或压花纹路，以增加光的逃脱放出。
此间需要说明的是本发明的磊晶结构，可由溅镀自我组织(self-texturingby sputtering)法所形成，或可由物理气相沉积(physical vapor deposition)法所形成，或可由离子电镀(ion plating)法所形成，或可由脉冲雷射蒸镀(pulsedlaser evaporation)法所形成，或可由化学气相沉积(chemical vapor deposition)法所形成，或可由分子束磊晶成长(molecular beam epitaxy)法所形成。
权利要求
1.一种白光LED的制造方法，其可包含以下的步骤(a)在基板上成长第二MQW活性层的步骤，即在蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)基板的上表面形成一缓冲层后，再成长第二MQW活性层，且第二MQW活性层产生光的波长(λ)可在550nm至650nm之间；(b)在第一活性层上成长n-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤(a)，在第二MQW活性层上形成一层n-GaN系磊晶沉积层；(c)在n-GaN层上成长第一MQW活性层的步骤，接着步骤(b)，在n-GaN系磊晶沉积层上形成第一MQW活性层，且第一MQW活性层产生光的波长(λ)可在450nm至510nm之间；(d)在第一活性层上成长p-型DBR的步骤，接着步骤(c)，在第一MQW活性层上形成一p-型布拉格反射镜(DBR)；(e)在p-型DBR上成长p-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤(d)，在p-型DBR上形成一层p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且以蚀刻法将部份n-GaN层表面、部份第一活性层、部份p-型DBR、及部份p-GaN层移除，使n-GaN层具有一露出面，且可在露出面上设置一n型金属电极，并在p-GaN层上设置一p型金属电极；(f)在基板底部镀上金属反射层的步骤，接着步骤(e)，在基板的底部以电镀或溅镀的方式设有一金属反射层；这样，就构成了一具有共振腔的发光装置，并可经由后续的设置、接线、及封装，而制成一白光LED。
2.如权利要求1的白光LED的制造方法，其中，该方法可在步骤(e)与步骤(f)之间，进一步包含步骤(g)；且该步骤(g)，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，即接着步骤(e)，可在蚀刻后剩余的p-GaN层上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层，而作为窗口层。
3.如权利要求2的白光LED的制造方法，其中，该方法可在步骤(f)之后，进一步包含步骤(h)；且该步骤(h)，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，即接续步骤(f)，可在金属氧化层的裸露表面给予表面处理，而具有粗糙表面或压花纹路。
4.如权利要求1的白光LED的制造方法，其中，该方法可在步骤(f)之后，进一步包含步骤(g)；且该步骤(g)，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，接续步骤(e)，可在蚀刻后剩余的p-GaN层上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层，而作为窗口层。
5.如权利要求4的白光LED的制造方法，其中，该方法可在步骤(g)之后，进一步包含步骤(h)；且该步骤(h)，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，即接着步骤(g)，可在金属氧化层的裸露表面给予表面处理，而具有粗糙表面或压花纹路。
6.一种白光LED的发光装置，包括一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极、及一p型金属电极等构成；其中该共振腔结构，由基板、缓冲层、第二MQW活性层、n-GaN系磊晶沉积层、第一MQW活性层、p-型布拉格反射镜(DBR)等依次磊晶成长而成，基板可为蓝宝石(sapphire)材质且底部镀有金属反射层；该接触层，为p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且成长在p-型DBR上；该n型金属电极，设置在n-GaN层的露出面上；该p型金属电极，设置在p-GaN层上；且通电后，第一MQW活性层为由电产生光的第一光产生层，波长(λ)可在450nm至510nm之间，而第二MQW活性层为由光产生光的第二光产生层，波长(λ)可在550nm至650nm之间；这样，就构成了一具有共振腔的LED发光装置，且其混光过程由共振腔所完成。
7.如权利要求6的白光LED的发光装置，其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)等材质。
8.如权利要求6的白光LED的发光装置，其中，该接触层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
9.如权利要求6的白光LED的发光装置，其中，该p-型DBR的反射率，可在50％至80％之间；且该金属反射层的反射率，可在90％以上。
10.如权利要求6的白光LED的发光装置，其中，该发光装置，进一步包括一金属氧化层；且该金属氧化层，为成长在接触层上，并具有可见光透光性范围约在400至700nm。
11.一种白光LED的发光装置，由一磊晶结构所构成，包括一LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN为先成长在基板上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN为成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm；一InGaN/GaN的2nd-MQW层；一n-GaN的半导体层，厚度可在2至6μm；一InGaN/GaN的1st-MQW层；一p-AlGaN/GaN的DBR；一p+-GaN-based的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm；且该基板，可为蓝宝石(sapphire)材质，先以300至500μm的厚度进行磊晶，磊晶完成后，再由底部研磨成50至300μm的厚度，并于底部以电镀或溅镀的方式，镀上厚度为50至10μm材质为Ag/Al的金属反射层。
12.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)等材质；该金属反射层，进一步可为Ag材质，或任何金属材质。
13.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
14.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一ZnO、或ZnO掺杂Al的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
15.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一InxZn1-xO、或SnxZn1-xO、或InxSnyZn1-x-yO的金属氧化层，厚度可在50至50μm，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1。
16.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一折射率至少在1.5的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
17.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一n型传导或p型传导的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
18.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一掺杂有稀土元素(rare earth-doped)的金属氧化层。
19.一种白光LED的制造方法，可包含以下的步骤(a)在基板上成长一n-型DBR的步骤，在蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)基板的上表面形成一缓冲层后，再成长一n-型布拉格反射镜(DBR)；(b)在n-型DBR上成长第二MQW活性层的步骤，接着步骤(a)，在n-型DBR上形成一层第二MQW活性层，且第二MQW活性层产生光的波长(λ)可在550nm至650nm之间；(c)在第二活性层上成长n-GaN系的磊晶沉积层的步骤，接着步骤(b)，在第二MQW活性层上形成一n-GaN系磊晶沉积层；(d)在n-GaN层上成长第一MQW活性层的步骤，接着步骤(c)，在n-GaN系磊晶沉积层上形成一第一MQW活性层，且第一MQW活性层产生光的波长(λ)可在450nm至510nm之间；(e)在第一MQW活性层成长一p-型DBR的步骤，接着步骤(d)，在第一MQW活性层上形成一p-型布拉格反射镜(DBR)；(f)在p-型DBR上成长p-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤(e)，在p-型DBR上形成一层p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且以蚀刻法将部份n-GaN层表面、部份第一活性层、部份p-型DBR、及部份p-GaN层移除，使n-GaN层具有一露出面，且可在露出面上设置一n型金属电极，并在p-GaN层上设置一p型金属电极；由此，构成一具有共振腔的发光装置，并可经由后续的设置、接线、及封装，而制成一白光LED。
20.如权利要求19的白光LED的制造方法，其中，该方法可在步骤(f)之后，进一步包含步骤(g)；且该步骤(g)，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，接续步骤(e)，可在蚀刻后剩余的p-GaN层上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层，而作为窗口层。
21.如权利要求19的白光LED的制造方法，其中，该方法可在步骤(g)之后，进一步包含步骤(h)；且该步骤(h)，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，即接着步骤(g)，可在金属氧化层的裸露表面给予表面处理，而具有粗糙表面或压花纹路。
22.一种白光LED的发光装置，包括一基板、一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极、及一p型金属电极等构成；其中该基板，可为蓝宝石材质，并可成长一缓冲层；该共振腔结构，成长于缓冲层31上，由n-型布拉格反射镜(DBR)、第二MQW活性层、n-GaN系磊晶沉积层、第一MQW活性层、p-型布拉格反射镜(DBR)等依序磊晶成长而成；该接触层，为p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且成长在p-型DBR上；该n型金属电极，设置在n-GaN层的露出面上；该p型金属电极，设置在p-GaN层上；且通电后，第一MQW活性层为由电产生光的第一光产生层，波长(λ)可在450nm至510nm之间，而第二MQW活性层为由光产生光的第二光产生层，波长(λ)可在550nm至650nm之间；这样，构成一具有共振腔的LED发光装置，且其混光过程由共振腔所完成。
23.如权利要求22的白光LED的发光装置，其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)等材质。
24.如权利要求22的白光LED的发光装置，其中，该接触层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
25.如权利要求22的白光LED的发光装置，其中，该n-型DBR及p-型DBR的反射率，低于90％以下。
26.如权利要求22的白光LED的发光装置，其中，该发光装置，进一步包括一金属氧化层；且该金属氧化层系为成长在接触层上，并具有可见光透光性范围约在400至700nm。
27.一种白光LED的发光装置，由一磊晶结构所构成，包括一LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN先成长在基板上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm；一n-AlGaN/GaN的DBR；一InGaN/GaN的2nd-MQW层；一n-GaN的半导体层，厚度可在2至6μm；一InGaN/GaN的1st-MQW层；一p-AlGaN/GaN的DBR；一p+-GaN-based的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm；且该基板，可为蓝宝石(sapphire)材质，厚度可在300至500μm。
28.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)等材质。
29.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
30.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一ZnO、或ZnO掺杂Al的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
31.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一InxZn1-xO、或SnxZn1-xO、或InxSnyZn1-x-yO的金属氧化层，厚度可在50至50μm，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1。
32.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一折射率至少在1.5的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
33.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一n型传导或p型传导的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
34.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一掺杂有稀土元素(rare earth-doped)的金属氧化层。
全文摘要
一种白光发光二极管的制造方法及其发光装置，其利用一共振腔结构，来控制白光LED的色度，使得色度的控制较为容易及准确，而能有效降低不良率及产生自然白光，并有助于发光效率的提升；该装置，可包括一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极、及一p型金属电极等构成。
文档编号H01L33/00GK1499651SQ0214642
公开日2004年5月26日 申请日期2002年11月5日 优先权日2002年11月5日
发明者洪详竣 申请人:炬鑫科技股份有限公司