专利名称：氮化镓基发光二极管的垂直组件结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种氮化镓基发光二极管的垂直组件结构及其制造方法，尤指一种适用于氮化镓基(GaN-based)III-V族材料的发光二极管者(light-emitting diode，简称LED)，主要系利用一具有光罩(mask)的基板单元，接续磊晶沉积一多层磊晶结构，基板单元与多层磊晶结构置入治具后，即可藉由施力作用(例如剪力作用)，使得基板单元与多层磊晶结构可由光罩处分离，以取出多层磊晶结构；其中，该多层磊晶结构，在取出后，可于底部设置一金属反射层，且藉由金属反射层可黏合一导电基板，并可将P型电极设置于多层磊晶结构的上表面，及N型电极设置于导电基板底部；藉此，以构成LED的垂直组件结构。
背景技术：
有关习有「氮化镓基LED发光装置」的结构，兹以第15图所示者为例，胪列其构成及技术手段如后，谨请参考一般GaN磊晶沉积层可成长在GaN基板或蓝宝石(sapphire)基板上，然而，由于GaN基板的价格昂贵，所以，习式「氮化镓基LED发光装置」的基板90，大多为蓝宝石(sapphire)基板，且在基板90上依序成长缓冲层91、n-GaN层92、活性层93、p-GaN层94，以蚀刻法(Etching)使n-GaN层92具有一露出面92a，以设置n型电极96，并于p-GaN层94上设置p型电极95，而构成一LED的发光装置。
惟，前述的习式者，虽采用价格较为便宜的蓝宝石(sapphire)基板，然而在进行封装时却需各别对p型电极95及n型电极96打线而实施两次打线，因此，对于后续制程的封装成本较高，且亦造成不良率增高的可能性。
再者，前述的习式者，系属横向组件结构而非垂直组件结构，需施以蚀刻法(Etching)，将GaN磊晶沉积层除去一部份，以设置n型电极96，因此，必减损有效发光的面积，而未尽理想。
另外，前述的习式者，系采用蓝宝石(sapphire)基板，由于蓝宝石(sapphire)的切割较不容易，因此，在晶粒制程中，困难度较高。
发明内容
基于上述缘由，本发明者认为若能先采用价格较为便宜的蓝宝石(sapphire)基板，顺利成长GaN磊晶沉积层后，适当地剥离不导电且较不易切割的蓝宝石(sapphire)基板，再贴上可导电的基板，将可制成氮化镓基LED发光装置的垂直组件结构，并大幅改进上述「先前技术」未尽理想的处及增益实用功效。
所以，本发明的主要目的，即为提供一种「氮化镓基LED的垂直组件结构及其制造方法」。
本发明所采取的技术方案为一种「氮化镓基LED垂直组件结构的制造方法」，系由一具有光罩的基板单元，接续磊晶沉积一具有活性层的多层磊晶结构，使得基板单元与多层磊晶结构的间，因光罩而形成结构上的脆弱点，以利取出多层磊晶结构，多层磊晶结构取出后，可于多层磊晶结构底部设置导电基板，并于多层磊晶结构的上表面及导电基板底部各别设置P/N电极，而构成一氮化镓基(GaN-based)发光二极管的垂直组件结构。
一种「氮化镓基LED的垂直组件结构」，包括一多层磊晶结构、一金属反射层、一导电基板、一p型金属电极、及一n型金属电极等构成；其中该多层磊晶结构，系可由n-GaN层、MQW活性层、及接触层等所依序磊晶成长而成；该金属反射层，系以电镀或溅镀的方式镀于n-GaN半导体层的底部，可反射多层磊晶结构所产生的光；该导电基板，可为Si-n型基板，且经由加热加压，而固设于金属反射层的底部；该p型金属电极，系设置于多层磊晶结构的上表面；且该n型金属电极，系设置于导电基板的底部；藉此，以构成一氮化镓基(GaN-based)发光二极管的垂直组件结构。
一种「氮化镓基LED的垂直组件结构」，包括一多层磊晶结构、一金属反射层、一导电基板、一p型金属电极、及一n型金属电极等构成；其中
该多层磊晶结构，系可由n-GaN层、MQW活性层、p-型DBR、及接触层等所依序磊晶成长而成；该金属反射层，系以电镀或溅镀的方式镀于n-GaN半导体层的底部，可反射多层磊晶结构所产生的光；该导电基板，可为Si-n型基板，且经由加热加压，而固设于金属反射层的底部；该p型金属电极，系设置于多层磊晶结构的上表面；且该n型金属电极，系设置于导电基板的底部；藉此，以构成一氮化镓基(GaN-based)发光二极管的垂直组件结构，且可由金属反射层与p-型DBR形成一共振腔。
一种「氮化镓基LED的垂直组件结构」，包括一多层磊晶结构、一金属反射层、一导电基板、一p型金属电极、及一n型金属电极等构成；其中该多层磊晶结构，系可由n-GaN层、第二MQW活性层、第二n-GaN层、第一MQW活性层、p-型DBR、接触层等所依序磊晶成长而成；该金属反射层，系以电镀或溅镀的方式镀于n-GaN半导体层的底部，可反射多层磊晶结构所产生的光；该导电基板，可为Si-n型基板，且经由加热加压，而固设于金属反射层的底部；该p型金属电极，系设置于多层磊晶结构的上表面；且该n型金属电极，系设置于导电基板的底部；藉此，以构成一氮化镓基(GaN-based)发光二极管的垂直组件结构，且可由金属反射层与p-型DBR形成一共振腔，第一MQW活性层及第二MQW活性层的混光过程，并可由共振腔所完成。
本发明所具有的有益效果为；1、本发明的最终基板并非蓝宝石(sapphire)基板，故，在晶粒制程中，本发明较易于切割。
2、本发明对于后续制程而言，制造难易度较低，亦即，在晶粒制程中，本发明无需施以蚀刻法(Etching)。
3、本发明因无需施以蚀刻法(Etching)，所以有效发光的面积并未减损。
4、本发明因有效发光面积并未减损，故，在相同的有效发光面积下，本发明的晶粒可较习式者小，经济效益更高。
5、本发明系为垂直组件结构，在进行封装时只需实施一次打线，因此，对于后续制程的封装成本可较习式者低，且亦降低造成不良率的可能性。
6、本发明的导电基板，可为硅(Si)材质，导热系数较高，约为蓝宝石(sapphire)基板的六倍，故可适用于高功率组件。
本发明的特征、技术手段、具体功能、以及具体的实施例，继以图式、图号详细说明如后。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明方法较佳实施例的步骤示意图；图2及图3为本发明方法的实施状态示意图；图4为本发明成长多层磊晶结构的示意图；图5为本发明结构较佳实施例的剖面图；图6为本发明结构第二实施例的剖面图；图7为本发明结构第三实施例的剖面图；图8为本发明结构第四实施例的剖面图；图9为本发明结构第五实施例的剖面图；图10为本发明结构第六实施例的剖面图；图11至图14为本发明基板单元的实施示意图；及图15为现有氮化镓基LED发光装置的结构示意图
具体实施例方式本发明最主要的创意精神在于提供一种藉由一具有光罩12的基板单元1，接续磊晶沉积一具有活性层的多层磊晶结构2，使得基板单元1与多层磊晶结构2的间，因具有光罩12而形成结构上的脆弱点，以利取出多层磊晶结构2，在多层磊晶结构2取出后，即可设置导电基板33及P/N电极，而构成一氮化镓基(GaN-based)发光二极管的垂直组件结构；其结构特征及所构成的空间型态实为本发明创意的精华所在。
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达成的具体功能、目的，兹列举本发明的较具体实施例，继以图式、图号详细说明如后。
请参阅图1至图3所示，本发明方法可包含以下的步骤步骤1，系为「成长一缓冲层」的步骤，即在蓝宝石(sapphire)基板10的上表面10a形成一缓冲层11；
步骤2，系为「形成数道光罩」的步骤，接续步骤1，在缓冲层11上可形成数道光罩12(材质可为SiO2、或SiN、或SiNx等)，以预先制成一基板单元1；步骤3，系为「成长多层磊晶结构」的步骤，接续步骤2，在基板单元1上接续磊晶沉积一具有活性层的多层磊晶结构2；步骤4，系为「取出多层磊晶结构」的步骤，接续步骤3，将基板单元1与多层磊晶结构2置于治具80中，且多层磊晶结构2的上表面20黏固于治具80的上固定板81，基板10的下表面10b黏固于治具80的下固定板82，由于光罩12与多层磊晶结构2间并不具有黏合力，因此，基板单元1与多层磊晶结构2间的数道光罩12已成为结构上的脆弱点，当两固定板81，82对基板单元1与多层磊晶结构2施力作用时(例如剪力作用)，即可顺利剥离基板单元1，而单独取出多层磊晶结构2，如图2所示；步骤5，系为「设置金属反射层」的步骤，接续步骤4，多层磊晶结构2的底部2a可由「蚀刻液」清除残余的光罩12，并将多层磊晶结构2的底部2a研磨呈镜面，以镀上一金属反射层31；步骤6，系为「设置导电基板」的步骤，接续步骤5，导电基板33的顶部镀有一金属薄膜32，经由加热加压，即可使金属薄膜32与金属反射层31相黏合，而固设导电基板33，如图3所示；步骤7，系为「设置P/N电极」的步骤，接续步骤6，经由加热去胶(或添加溶解液去胶)，多层磊晶结构2的上表面20可与上固定板81分离，且多层磊晶结构2的上表面20及导电基板33的底部33a可各别设置P/N电极；藉此，以构成一氮化镓基(GaN-based)LED的垂直组件结构。
此间应予以说明者，乃在于当光罩12的材质为SiO2时，本发明方法的步骤3与步骤4间，可进一步包括步骤4a「以氟化氢(HF)蚀刻一部份」的步骤；亦即，接续步骤3，可先将基板单元1与多层磊晶结构2，以氟化氢(HF)溶剂或B.O.E(buffer oxide etchant)蚀刻剂，对SiO2光罩12蚀刻一部份，使结构更为脆弱，以利后续在执行步骤4时，更容易取出多层磊晶结构2。
此间应再予以说明者，乃在于该金属薄膜32的作用，系在于经由加热加压，使金属薄膜32与金属反射层31相黏合，而固设导电基板33；故，该金属薄膜32可为与金属反射层31相同的材质，或者与金属反射层31不同，然而可与金属反射层31一同加热加压黏合的材质。
此间应再予以说明者，乃在于该金属反射层31，可为Ag/Al材质(即先镀上银，再镀上铝，使银不致外露)，或为Ag材质，或任何金属材质。
此间拟再予提出说明者，乃在于本发明方法的步骤5中，若金属反射层31的厚度足够时(至少在1μm以上)，在步骤6中，该金属薄膜32即可进一步予以省略；亦即，该金属反射层31与导电基板33，可直接经由加热加压，而相黏合，此亦为导电基板33的另一固设方式。
请参阅图4所示，在较佳实施例中，本发明的基板单元1可由一基板10、一缓冲层11、及数道光罩12所构成；其中该基板10，可为蓝宝石(sapphire)材质，且厚度在300至500μm的间，以利磊晶成长一多层磊晶结构2；该缓冲层11，可为GaN缓冲层，且成长在基板10的上表面10a上；该光罩12，可为SiO2、或SiN、或SiNx等材质，且形成在缓冲层11上。
复请参阅图4所示，在较佳实施例中，本发明的多层磊晶结构2可由一n-GaN层21、一多量子井(Multi-Quantum Well，简称MQW)活性层22、一接触层27等所依序磊晶成长而成；其中该n-GaN层21，可为有掺杂的n-GaN半导体层(例如掺杂Si，以达到导电的目的)，厚度可在2至6μm；该MQW活性层22，可为InGaN/GaN的MQW，且通电后为由「电产生光」的光产生层(light generating layer)，波长(λ)可在380nm至600nm的间；该接触层27，系为p-GaN系(p+-GaN-based，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN)的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm。
请参阅图5所示，根据本发明方法，本发明的「垂直组件结构」在较佳实施例中，包括一多层磊晶结构2、一金属反射层31、一导电基板33、一p型金属电极(p-type metal contact)40、及一n型金属电极(n-type metal contact)50等构成；其中该多层磊晶结构2，系可由一n-GaN的半导体层21、一InGaN/GaN的MQW 22、及一p+-GaN-based的半导体层27等所依序磊晶成长而成；该金属反射层31，系以电镀或溅镀的方式镀于n-GaN的半导体层21底部，并用以黏合导电基板33，反射率可在90％以上；
该导电基板33，可为Si-n型基板，且可掺杂有磷(P)、砷(As)等V族元素，或Ge-n型基板，或GaAs-n型基板，或InP-n型基板，或GaP-n型基板等，厚度可在100至300μm的间；该p型金属电极40，系设置于多层磊晶结构2的上表面20，即p+-GaN-based的半导体层27上；该n型金属电极50，系设置于导电基板33的底部33a；且金属反射层31可反射多层磊晶结构2所产生的光，以避免受Si-n型基板所吸收而减损；藉此，以构成一氮化镓基(GaN-based)发光二极管的垂直组件结构。
请参阅图6所示，在第二实施例中，该多层磊晶结构2可在较佳实施例的基础上，进一步于p+-GaN-based的半导体层27上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层28，而作为窗口层；其中该金属氧化层28，可为ZnO材质的金属氧化层，或ZnO掺杂铝(Al)的金属氧化层；或可为InxZn1-xO、SnxZn1-xO、InxSnyZn1-x-yO等材质所构成的金属氧化层者，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的金属氧化层者；或可为n型传导(n-type conduction)或p型传导(p-type conduction)的金属氧化层者；或可为掺杂有稀土元素(rare earth-doped)的金属氧化层者，厚度可在50至50μm；且该p型金属电极40，系设置于多层磊晶结构2的上表面20，即金属氧化层28上。
请参阅图7所示，在第三实施例中，该多层磊晶结构2可在较佳实施例的基础上，进一步于InGaN/GaN的MQW 22及p+-GaN-based的半导体层27间，包括一p-型布拉格反射镜(Distributed BraggReflector，简称DBR)26；其中该p-型DBR 26，可为p-AlGaN/GaN的DBR，反射率(ReflectiveIndex)可在50％至80％的间；藉此，不仅可构成一氮化镓基(GaN-based)发光二极管的垂直组件结构，且可由金属反射层31与p-型DBR26构成一共振腔。
请参阅图8所示，在第四实施例中，该多层磊晶结构2可在第三实施例的基础上，进一步于p+-GaN-based的半导体层27上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层28，而作为窗口层；其中
该金属氧化层28，可为ZnO材质的金属氧化层，或ZnO掺杂铝(Al)的金属氧化层；或可为InxZn1-xO、SnxZn1-xO、InxSnyZn1-x-yO等材质所构成的金属氧化层者，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的金属氧化层者；或可为n型传导(n-type conduction)或p型传导(p-type conduction)的金属氧化层者；或可为掺杂有稀土元素(rare earth-doped)的金属氧化层者，厚度可在50至50μm；且该p型金属电极40，系设置于多层磊晶结构2的上表面20，即金属氧化层28上。
请参阅图9所示，在第五实施例中，本发明的「垂直组件结构」包括一多层磊晶结构2、一金属反射层31、一导电基板33、一p型金属电极40、及一n型金属电极50等构成；且该多层磊晶结构2可由一n-GaN层21、第二MQW活性层23、第二n-GaN层24、第一MQW活性层25、一p-型DBR 26、一接触层27等所依序磊晶成长而成；其中该n-GaN层21，可为有掺杂的n-GaN半导体层(例如掺杂Si，以达到导电的目的)，厚度可在2至6μm；该第二MQW活性层23，可为InGaN/GaN的2nd-MQW，且通电后为由「光产生光」的第二光产生层(light generating layer)，波长(λ)可在550nm至650nm的间；该第二n-GaN层24，可为有掺杂的n-GaN半导体层(例如掺杂Si，以达到导电的目的)，厚度可在2至6μm；该第一MQW活性层25，可为InGaN/GaN的lst-MQW，且通电后为由「电产生光」的第一光产生层，波长(λ)可在450nm至510nm的间；该p-型DBR 26，可为p-AlGaN/GaN的DBR，反射率(ReflectiveIndex)可在50％至80％的间；该接触层27，系为p-GaN系(p+-GaN-based，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN)的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm；该金属反射层31，系以电镀或溅镀的方式镀于n-GaN的半导体层21底部，并用以黏合导电基板33，反射率可在90％以上；该导电基板33，可为Si-n型基板，且可掺杂有磷(P)、砷(As)等V族元素，或Ge-n型基板，或GaAs-n型基板，或InP-n型基板，或GaP-n型基板等，厚度可在100至300μm的间；该p型金属电极40，系设置于多层磊晶结构2的上表面20，即p+-GaN-based的半导体层27上；
且该n型金属电极50，系设置于导电基板33的底部33a；藉此，不仅可构成一氮化镓基(GaN-based)发光二极管的垂直组件结构，且可由金属反射层31与p-型DBR 26构成一共振腔，两MQW活性层23，25的混光过程，并可由共振腔所完成。
此间应予以说明者，乃在于在第五实施例中，当第一MQW活性层25所产生光的波长(λ)约为480nm，而第二MQW活性层23所产生光的波长(λ)约为580nm，则根据色品图(Chromaticity diagram)的混光原理，由p-型DBR 26所逸出的光可为自然白光，且有助于发光效率的提升；此为本发明第五实施例的一特例者。
请参阅图10所示，在第六实施例中，该多层磊晶结构2可在第五实施例的基础上，进一步于p+-GaN-based的半导体层27上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层28，而作为窗口层；其中该金属氧化层28，可为ZnO材质的金属氧化层，或ZnO掺杂铝(Al)的金属氧化层；或可为InxZn1-xO、SnxZn1-xO、InxSnyZn1-x-yO等材质所构成的金属氧化层者，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的金属氧化层者；或可为n型传导(n-type conduction)或p型传导(p-type conduction)的金属氧化层者；或可为掺杂有稀土元素(rare earth-doped)的金属氧化层者，厚度可在50至50μm；且该p型金属电极40，系设置于多层磊晶结构2的上表面20，即金属氧化层28上。
此间拟提出说明者，乃在于本发明的金属氧化层28，进一步可于裸露表面(即金属氧化层28表面不含与p型金属电极40接触的部份)施予表面处理，而具有粗糙表面或压花纹路，以增益光的逃脱放出。
另，应提出说明者，乃在于本发明的磊晶结构，系可由溅镀自我组织(self-texturing by 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(ionplating)法所形成，或可由脉冲雷射蒸镀(pulsed laser 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。
请参阅图11至图14所示，本发明的基板单元1，其较佳的实施方式，如下如图11所示，系于蓝宝石(sapphire)基板10上形成一GaN缓冲层11，且于GaN缓冲层11上，沿着GaN结晶方向(crystal orientation)<110>，以PECVD(plasma enhance chemical vapour deposition)方式成长一SiO2层120，厚度可在3至5μm，并在SiO2层120上涂布一层光阻液(PR)121。
如图12所示，该缓冲层11，可为LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN系为先成长在基板10上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN系为成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm。
如图13所示，可藉由网板曝光的方式，使得光阻液(PR)层121形成数道未曝光的屏蔽123，且光阻液(PR)层121已曝光的部份，可经由蚀刻液予以清除，SiO2层120未受屏蔽123保护的部份，可经由蚀刻液一并去除，而形成数道光罩12。
如图14所示，清除屏蔽123即可预先制成本发明所欲达成的基板单元1。
权利要求
1.一种氮化镓基LED垂直组件结构的制造方法，可包含以下的步骤(a)成长一缓冲层的步骤，系在蓝宝石(sapphire)基板上形成一缓冲层；(b)形成数道光罩的步骤，接续步骤(a)，在缓冲层上形成数道光罩，以预先制成一基板单元；(c)成长多层磊晶结构的步骤，接续步骤(b)，在基板单元上接续磊晶沉积一具有活性层的多层磊晶结构；(d)取出多层磊晶结构的步骤，接续步骤(c)，将基板单元与多层磊晶结构置于治具中，且多层磊晶结构的上表面黏固于治具的上固定板，基板的下表面黏固于治具的下固定板，当两固定板对基板单元与多层磊晶结构施力作用时，基板单元可因子道光罩所形成的结构脆弱点而被顺利剥离，并单独取出多层磊晶结构；(e)设置金属反射层的步骤，接续步骤(d)，清除多层磊晶结构底部所残余的光罩，并将多层磊晶结构的底部研磨呈镜面，以镀上一金属反射层；(f)设置导电基板的步骤，接续步骤(e)，将导电基板与金属反射层加热加压，使导电基板与金属反射层相黏合，而固设导电基板；(g)设置P/N电极的步骤，接续步骤(f)，分离治具后，多层磊晶结构的上表面可设置P型电极，且导电基板的底部可设置N型电极；藉此，以构成一氮化镓基(GaN-based)LED的垂直组件结构。
2.根据权利要求1所述的「氮化镓基LED垂直组件结构的制造方法」，其特征在于，该光罩可为SiO2、或SiN、或SiNx等材质；且该方法在步骤(c)与步骤(d)间，可进一步包括以氟化氢(HF)蚀刻一部份的步骤，即接续步骤(c)，可先以氟化氢(HF)溶剂或B.O.E蚀刻剂，对光罩蚀刻一部份，使结构更为脆弱，以利后续在执行步骤(d)时，更易于取出多层磊晶结构。
3.根据权利要求1所述的氮化镓基LED垂直组件结构的制造方法，其特征在于，该导电基板，进一步可于顶部镀有一金属薄膜，经由加热加压，金属薄膜即可与金属反射层相黏合，而固设导电基板；该金属薄膜，可为与金属反射层相同的材质，或可为与金属反射层不同但可与金属反射层一同加热加压黏合的材质。
4.一种氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，包括一多层磊晶结构、一金属反射层、一导电基板、一p型金属电极、及一n型金属电极等构成；该多层磊晶结构，系可由n-GaN层、MQW活性层、及接触层等所依序磊晶成长而成；该金属反射层，系以电镀或溅镀的方式镀于n-GaN半导体层的底部，可反射多层磊晶结构所产生的光；该导电基板，可为Si-n型基板，且经由加热加压，而固设于金属反射层的底部；该p型金属电极，系设置于多层磊晶结构的上表面；且该n型金属电极，系设置于导电基板的底部；藉此，以构成一氮化镓基(GaN-based)发光二极管的垂直组件结构。
5.根据权利要求4所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于该金属反射层，可为先镀上银再镀上铝的Ag/Al材质，或为Ag材质，或任何金属材质，反射率可在90％以上；该n-GaN层，可为有掺杂的n-GaN半导体层(例如掺杂Si)，厚度可在2至6μm；该MQW活性层，可为InGaN/GaN的MQW，且通电后为由「电产生光」的光产生层，波长(λ)可在380nm至600nm的间；该接触层，系为p+-GaN-based的半导体层，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN的磊晶沉积层，厚度可在0.2至0.5μm。
6.根据权利要求4所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该导电基板，可掺杂有磷(P)、砷(As)等V族元素，厚度可在100至300μm的间。
7.根据权利要求4所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该导电基板，可为Ge-n型基板，或GaAs-n型基板，或InP-n型基板，或GaP-n型基板等。
8.根据权利要求4所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该多层磊晶结构，可进一步于接触层上，以磊晶方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层；且该p型金属电极，系设置于多层磊晶结构的上表面即金属氧化层上。
9.根据权利要求8所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该金属氧化层，可为ZnO材质的金属氧化层，或ZnO掺杂铝(Al)的金属氧化层，或InxZn1-xO、SnxZn1-xO、InxSnyZn1-x-yO等材质的金属氧化层，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1，厚度可在50至50μm。
10.根据权利要求8所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该金属氧化层，可为折射率至少在1.5的金属氧化层，或n型传导的金属氧化层，或p型传导的金属氧化层，或掺杂有稀土元素的金属氧化层者，厚度可在50至50μm。
11.一种氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，包括一多层磊晶结构、一金属反射层、一导电基板、一p型金属电极、及一n型金属电极等构成；该多层磊晶结构，系可由n-GaN层、MQW活性层、p-型DBR、及接触层等所依序磊晶成长而成；该金属反射层，系以电镀或溅镀的方式镀于n-GaN半导体层的底部，可反射多层磊晶结构所产生的光；该导电基板，可为Si-n型基板，且经由加热加压，而固设于金属反射层的底部；该p型金属电极，系设置于多层磊晶结构的上表面；且该n型金属电极，系设置于导电基板的底部；藉此，以构成一氮化镓基(GaN-based)发光二极管的垂直组件结构，且可由金属反射层与p-型DBR形成一共振腔。
12.根据权利要求11所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于该金属反射层，可为先镀上银再镀上铝的Ag/Al材质，或为Ag材质，或任何金属材质，反射率可在90％以上；该n-GaN层，可为有掺杂的n-GaN半导体层(例如掺杂Si)，厚度可在2至6μm；该MQW活性层，可为InGaN/GaN的MQW，且通电后为由「电产生光」的光产生层，波长(λ)可在380nm至600nm的间；该p-型DBR，可为p-AlGaN/GaN的DBR，反射率可在50％至80％的间；该接触层，系为p+-GaN-based的半导体层，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN的磊晶沉积层，厚度可在0.2至0.5μm。
13.根据权利要求11所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该导电基板，可掺杂有磷(P)、砷(As)等V族元素，厚度可在100至300μm的间。
14.根据权利要求11所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该导电基板，可为Ge-n型基板，或GaAs-n型基板，或InP-n型基板，或GaP-n型基板等。
15.根据权利要求11所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该多层磊晶结构，可进一步于接触层上，以磊晶方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层；且该p型金属电极，系设置于多层磊晶结构的上表面即金属氧化层上。
16.根据权利要求15所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该金属氧化层，可为ZnO材质的金属氧化层，或ZnO掺杂铝(Al)的金属氧化层，或InxZn1-xO、SnxZn1-xO、InxSnyZn1-x-yO等材质的金属氧化层，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1，厚度可在50至50μm。
17.根据权利要求15所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该金属氧化层，可为折射率至少在1.5的金属氧化层，或n型传导的金属氧化层，或p型传导的金属氧化层，或掺杂有稀土元素的金属氧化层者，厚度可在50至50μm。
18.一种氮化镓基LE D的垂直组件结构，其特征在于，包括一多层磊晶结构、一金属反射层、一导电基板、一p型金属电极、及一n型金属电极等构成；该多层磊晶结构，系可由n-GaN层、第二MQW活性层、第二n-GaN层、第一MQW活性层、p-型DBR、接触层等所依序磊晶成长而成；该金属反射层，系以电镀或溅镀的方式镀于n-GaN半导体层的底部，可反射多层磊晶结构所产生的光；该导电基板，可为Si-n型基板，且经由加热加压，而固设于金属反射层的底部；该p型金属电极，系设置于多层磊晶结构的上表面；且该n型金属电极，系设置于导电基板的底部；藉此，以构成一氮化镓基(GaN-based)发光二极管的垂直组件结构，且可由金属反射层与p-型DBR形成一共振腔，第一MQW活性层及第二MQW活性层的混光过程，并可由共振腔所完成。
19.根据权利要求18所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于该金属反射层，可为先镀上银再镀上铝的Ag/Al材质，或为Ag材质，或任何金属材质，反射率可在90％以上；该n-GaN层，可为有掺杂的n-GaN半导体层(例如掺杂Si)，厚度可在2至6μm；该第二MQW活性层，可为InGaN/GaN的2nd-MQW，且通电后为由「光产生光」的第二光产生层，波长(λ)可在550nm至650nm的间；该第二n-GaN层，可为有掺杂的n-GaN半导体层(例如掺杂Si)，厚度可在2至6μm；该第一MQW活性层，可为InGaN/GaN的lst-MQW，且通电后为由「电产生光」的第一光产生层，波长(λ)可在450nm至510nm的间；该p-型DBR，可为p-AlGaN/GaN的DBR，反射率可在50％至80％的间；该接触层，系为p+-GaN-based的半导体层，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN的磊晶沉积层，厚度可在0.2至0.5μm。
20.根据权利要求18所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该导电基板，可掺杂有磷(P)、砷(As)等V族元素，厚度可在100至300μm的间。
21.根据权利要求18所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该导电基板，可为Ge-n型基板，或GaAs-n型基板，或InP-n型基板，或GaP-n型基板等。
22.根据权利要求18所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该多层磊晶结构，可进一步于接触层上，以磊晶方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层；且该p型金属电极，系设置于多层磊晶结构的上表面即金属氧化层上。
23.根据权利要求22所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该金属氧化层，可为ZnO材质的金属氧化层，或ZnO掺杂铝(Al)的金属氧化层，或InxZn1-xO、SnxZn1-xO、InxSnyZn1-x-yO等材质的金属氧化层，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1，厚度可在50至50μm。
24.根据权利要求22所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该金属氧化层，可为折射率至少在1.5的金属氧化层，或n型传导的金属氧化层，或p型传导的金属氧化层，或掺杂有稀土元素的金属氧化层者，厚度可在50至50μm。
25.一种氮化镓基LED垂直组件结构的制造方法，系由一具有光罩的基板单元，接续磊晶沉积一具有活性层的多层磊晶结构，使得基板单元与多层磊晶结构的间，因光罩而形成结构上的脆弱点，以利取出多层磊晶结构，多层磊晶结构取出后，可于多层磊晶结构底部设置导电基板，并于多层磊晶结构的上表面及导电基板底部各别设置P/N电极，而构成一氮化镓基(GaN-based)发光二极管的垂直组件结构。
26.根据权利要求25所述的氮化镓基LED的垂直组件结构，其特征在于，该基板单元，系由一基板、一缓冲层、及数道光罩所构成该基板，可为蓝宝石(sapphire)材质，且厚度在300至500μm的间，以利磊晶成长一多层磊晶结构；该缓冲层，可为LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN系为先成长在基板上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN系为成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm；该光罩，可为SiO2、或SiN、或SiNx等材质，且形成在缓冲层上
全文摘要
本发明涉及一种氮化镓基发光二极管的垂直组件结构及其制造方法，主要系利用一具有光罩的基板单元磊晶沉积一多层磊晶结构，并由光罩处分离基板单元与多层磊晶结构；其中，该多层磊晶结构，在取出后，可于底部设置一金属反射层，且藉由金属反射层可黏合一导电基板，并可在多层磊晶结构的上表面及导电基板的底部分别设置P/N电极；藉此，以构成LED的垂直组件结构。
文档编号H01L33/00GK1516294SQ03100249
公开日2004年7月28日 申请日期2003年1月8日 优先权日2003年1月8日
发明者洪详竣 申请人:炬鑫科技股份有限公司