专利名称：发光二极管及其制造方法
技术领域：
本发明是有关于一种光电元件及其制造方法，且特别是有关于一种发光二极 管及其制造方法。
背景技术：
半导体发光元件，例如发光二极管，是利用半导体材料所制作而成的元件， 为一种可将电能转换为光能的微细固态光源。由于，此类半导体发光元件不但体积 小，更具有驱动电压低、反应速率快、耐震、寿命长等特性，且又可配合各式应用 设备轻、薄、短、小之需求，因而已成为日常生活中相当普及的光电元件。目前，相当常见的一种增加发光二极管的光输出的方法，是通过提高发光二 极管的光取出率。增加发光二极管的光取出效率的方法大致有下列几种。第一种是 利用直接蚀刻发光二极管表面，来粗糙化表面，藉以达到提高发光二极管的光取出 效率的效果。在表面糙化的方式中，通常是通过掩膜来保护表面的局部区域，再进 行湿式或干式蚀刻，来达到表面糙化的目的。但，表面糙化的方式，表面糙化的均 匀度不佳。第二种则是利用蚀刻方式来改变发光二极管的外型。但是，第二种方式 的制程较为繁复，因此制程良率不佳。第三种则是通过设置反射镜面的方式。然而， 利用第三种方式所制造的发光二极管通常会面临电性品质不佳，以及反射镜面与磊 晶层的附着力不佳的问题，严重影响发光二极管的操作效能与产品可靠度，更会导 致发光二极管的寿命縮减。发明内容因此，本发明的目的就是在提供一种发光二极管，具有由导电分散式布拉格反射(Distributed Bragg Reflector; DBR)结构与导电反射层所组成的反射结构， 因此不仅具有导电性，更可提高反射率，进而可提高发光二极管的光取出率。本发明的另一目的是在提供一种发光二极管的制造方法，其是在发光磊晶结构上形成由数层透明导电层所组成的导电分散式布拉格反射结构。由于透明导电层 与发光磊晶结构之间具有极佳的欧姆接触特性与附着性，因此不仅可提高发光二极 管的光取出率与电性品质，更可提升制程良率与元件可靠度。根据本发明的上述目的，提出一种发光二极管，至少包括 一导电基板，具 有相对的第一表面以及第二表面； 一反射结构，至少包括 一导电反射层接合在导 电基板的第一表面上；以及一导电分散式布拉格反射结构叠设在导电反射层上；一 发光磊晶结构设于反射结构上； 一第一电极设于部分的发光磊晶结构上；以及一第 二电极接合于导电基板的第二表面。依照本发明一较佳实施例，上述导电反射层是金属反射层。根据本发明的目的，提出一种发光二极管，至少包括 一透明基板； 一发光 磊晶结构至少包括 一第一电性半导体层位于透明基板上； 一主动层位于第一电性 半导体层的第一部分上，并暴露出第一电性半导体层第二部分；以及一第二电性半 导体层位于主动层上，其中第一电性半导体层与第二电性半导体层具有不同电性； 一反射结构至少包括 一导电分散式布拉格反射结构设于第二电性半导体层上；以 及一导电反射层叠设在导电分散式布拉格反射结构上；一第二电性电极设于反射结 构上；以及一第一电性电极设于第一电性半导体层的该第二部分上。依照本发明一较佳实施例，上述透明基板的材料是选自于由蓝宝石 (Sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化锌(Zn0)、氧化镁(Mg0)、氮化铝(A1N) 以及氮化镓(GaN)所组成的一族群。根据本发明的目的，另外提出一种发光二极管的制造方法，至少包括提供 一成长基板；形成一发光磊晶结构于成长基板上；形成一反射结构于发光磊晶结构 上，其中反射结构至少包括 一导电分散式布拉格反射结构位于发光磊晶结构上； 以及一导电反射层位于导电分散式布拉格反射结构上;接合一导电基板与导电反射 层，其中导电基板具有相对的第一表面与第二表面，且导电基板的第一表面与导电 反射层接合；移除该成长基板，以暴露出发光磊晶结构；以及形成一第一电极与一 第二电极分别位于部分的发光磊晶结构与导电基板的第二表面。依照本发明一较佳实施例，上述的导电分散式布拉格反射结构至少包括一 第一低折射系数透明导电层位于发光磊晶结构上；一高折射系数透明导电层叠设在 第一低折射系数透明导电层上；以及一第二低折射系数透明导电层叠设在该高折射系数透明导电层上。根据本发明的目的，更提出一种发光二极管的制造方法，至少包括提供一 透明基板；形成一发光磊晶结构于透明基板上，其中发光磊晶结构至少包括依序堆 叠的一第一电性半导体层、 一主动层以及一第二电性半导体层，其中第一电性半导体层与第二电性半导体层具有不同电性；定义发光磊晶结构，以暴露出部分的第一 电性半导体层；形成一反射结构于第二电性半导体层上，其中反射结构至少包括 一导电分散式布拉格反射结构位于第二电性半导体层上；以及一导电反射层位于导 电分散式布拉格反射结构上；以及形成一第一电性电极与一第二电性电极分别位于 第一电性半导体层的暴露部分与导电反射层上。依照本发明一较佳实施例，上述导电分散式布拉格反射结构是一多层堆叠结 构，且此多层堆叠结构至少包括交互堆叠的多个低折射系数透明导电层以及多个高 折射系数透明导电层。
图1A至图3是绘示依照本发明一较佳实施例的一种发光二极管的制程剖面图。图IB是绘示依照本发明一较佳实施例的一种发光二极管结构的剖面图。图4至图6是绘示依照本发明另一较佳实施例的一种发光二极管的制程剖面图。
具体实施方式
本发明揭示一种发光二极管及其制造方法。为了使本发明的叙述更加详尽与 完备，可参照下列描述并配合图1A至图6的附图。请参照图1A至图3，其绘示依照本发明一较佳实施例的一种发光二极管的制 程剖面图。在一示范实施例中，首先提供成长基板100，以供后续磊晶材料磊晶成 长于其上，其中成长基板100的材料可例如为蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氧化 镁、氮化铝或氮化镓等。再利用例如有机金属化学气相沉积法(Metal Organic Chemical V即or D印osition; MOCVD)、液相沉积法(Liquid Phase D印osition; LPD)或分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy; MBE)于成长基板100的表面上成长发光磊晶结构108。在一实施例中，发光磊晶结构108至少包括依序堆叠在成长 基板100表面上的第一电性半导体层102、主动层104以及第二电性半导体层106。 在本发明中，第一电性与第二电性为不同的电性。在本示范实施例中，第一电性为 N型，且第二电性为P型。接下来，利用例如蒸镀方式在发光磊晶结构108的第二电性半导体层106上 交互沉积具不同折射系数的透明导电层，以形成导电分散式布拉格反射结构110。 导电分散式布拉格反射结构110可由三层或多层具高折射系数与低折射系数的透 明导电层交互堆叠而成，以利用低折射率层与高折射率层的折射系数的差异来造成 光反射。在本示范实施例中，导电分散式布拉格反射结构IIO包括具低折射系数的 透明导电层128位于发光磊晶结构108的第二电性半导体层106上、具高折射系数 的透明导电层130叠设在具低折射系数的透明导电层128上、以及具低折射系数的 透明导电层132叠设在具高折射系数的透明导电层130上，如图1A所示。其中， 透明导电层128的折射系数可与透明导电层132的折射系数相同，也可与透明导电 层132的折射系数不同。此外，具低折射系数的透明导电层128与透明导电层132 可由相同材料所组成，也可由不同材料所组成。导电分散式布拉格反射结构110 的材料可选自于氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铜铝、氧化 铜镓或氧化锶铜等。接着，形成导电反射层112覆盖在导电分散式布拉格反射结构 110上，而形成如图1A所示的结构。其中，导电分散式布拉格反射结构IIO与导 电反射层112构成一反射结构113。导电反射层112较佳是一金属反射层，且导电 反射层112的材料可例如为铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡或上述这些金属 的合金。在本发明的另一示范实施例中，请参考图1B所示，在此发光二极管结构中， 导电分散式布拉格反射结构110a是由数个具低折射系数的透明导电层128a与数个 具高折射系数的透明导电层130a所交互堆叠而成。虽然在此示范实施例中，导电 分散式布拉格反射结构110a是采用数层相同材料的透明导电层128a与数层相同材 料的透明导电层130a交互堆叠而成，然而在本发明中，导电分散式布拉格反射结 构也可采用数层由不同或不完全相同材料所组成的低折射系数透明导电层与数层 由不同或不完全相同材料所组成的高折射系数透明导电层交互堆叠而成。相同地， 待导电分散式布拉格反射结构110a制作完成后，形成导电反射层112覆盖在导电分散式布拉格反射结构110a上，而形成如图1B所示的结构。其中，导电分散式布 拉格反射结构110a与导电反射层112构成一反射结构113a。在本示范实施例中，待完成反射结构113制作后，提供导电基板114，其中导 电基板114具有相对的表面116与表面118。导电基板114的材料可例如为硅或金 属。再将导电基板114与反射结构113的导电反射层112接合。在本示范实施例中， 接合导电基板114与导电反射层112时，可利用导电接合层120来进行接合。其中， 可先将导电接合层120形成在导电基板114的表面116上，或者可先将导电接合层 120形成在导电反射层112上，然后再利用导电接合层120来接合导电基板114与 导电反射层112。在一实施例中，导电接合层114的材料可选自于铝、金、铂、锌、 银、镍、锗、铟、锡、钛、铅、铜、钯或上述这些金属的合金。在另一实施例中， 导电接合层114的材料可例如为银胶、自发性导电高分子、或掺杂导电材质的高分 子材料。将导电基板114接合在反射结构113后，利用例如化学蚀刻方式或研磨方 式移除成长基板100，以暴露出发光磊晶结构108的第一电性半导体层102，而形 成如图2所示的结构。接着，形成电极122于发光磊晶结构108的第一电性半导体层102的一部分 上，其中电极122为第一电性。电极122的材料可例如为铟(In)、铝(Al)、钛(Ti)、 金(Au)、钩(W)、铟锡合金(InSn)、氮化钛(TiN)、硅化铒(WSi)、铂铟合金(Ptln2)、 钕/铝(Nd/Al)、镍/硅(Ni/Si)、钯/铝(Pd/Al)、钽/铝(Ta/Al)、钛/银(Ti/Ag)、钽 /银(Ta/Ag)、钛/铝(Ti/Al)、钛/金(Ti/Au)、钛/氮化钛(Ti/TiN)、锆/氮化锆 (Zr/ZrN)、金/锗/镍(Au/Ge/Ni)、铬/镍/金(Cr/Ni/Au)、镍/铬/金(Ni/Cr/Au)、钯 /金(Ti/Pd/Au)、钛/铀/金(Ti/Pt/Au)、钛/铝/镍/金(Ti/Al/Ni/Au)、金/硅/钛/ 金/硅(Au/Si/Ti/Au/Si)或金/镍/钛/硅/钛(Au/Ni/Ti/Si/Ti)。同时，形成电极124 于导电基板114的表面118上，如此一来电极122与电极124分别位于发光磊晶结 构108的相对二侧，其中电极124为第二电性。此时，已大致完成发光二极管126 的制作，如图3所示。电极124的材料可例如为镍/金(Ni/Au)、氧化镍/金(NiO/Au)、 钯/银/金/钛/金(Pd/Ag/Au/Ti/Au)、钼/钌(Pt/Ru)、钛/铂/金(Ti/Pt/Au)、钯/镍 (Pd/Ni)、镍/钯/金(Ni/Pd/Au)、铂/镍/金由于导电分散式布拉格反射结构的透明导电层与发光磊晶结构之间具有优异 的欧姆接触特性与良好的附着性，因此可提升发光二极管的电性品质与操作可靠 度。此外，利用多层低/高折射率透明导电层所交互堆叠成的分散式布拉格反射结 构不仅可提高反射结构的反射率，而增加发光二极管的光取出率，更兼具有导电效 果。请参照图4至图6，其绘示依照本发明另一较佳实施例的一种发光二极管的制 程剖面图。在一示范实施例中，首先提供成长基板200，以供后续磊晶材料磊晶成 长于其上。在此示范实施例中，成长基板200是一透明基板。其中，成长基板200 的材料可例如为蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氧化镁、氮化铝或氮化镓等。再利 用例如有机金属化学气相沉积法、液相沉积法或分子束磊晶法于成长基板200的表 面上成长发光磊晶结构208。在一实施例中，发光磊晶结构208至少包括依序堆叠 在成长基板200表面上的第一电性半导体层202、主动层204以及第二电性半导体 层206。在本发明中，第一电性与第二电性为不同的电性。在本示范实施例中，第 一电性为N型，且第二电性为P型。接下来，利用例如微影与蚀刻方式对发光磊晶 结构208进行图案定义。在此图案定义中，移除部分的第二电性半导体层206与部 分的主动层204，直至暴露出第一电性半导体层的部分表面214，而形成如图4所 示的结构。待完成发光磊晶结构208的定义后，利用例如蒸镀方式在发光磊晶结构208 的第二电性半导体层206上交互沉积具不同折射系数的透明导电层，以形成导电分 散式布拉格反射结构210。导电分散式布拉格反射结构210可由三层或多层具高折 射系数与低折射系数的透明导电层交互堆叠而成，以利用低折射率层与高折射率层 的折射系数的差异来造成光反射。在本示范实施例中，导电分散式布拉格反射结构 210包括具低折射系数的透明导电层222位于发光磊晶结构208的第二电性半导体 层206上、具高折射系数的透明导电层224叠设在具低折射系数的透明导电层222 上、以及具低折射系数的透明导电层226叠设在具高折射系数的透明导电层224 上，如图5所示。其中，透明导电层222的折射系数可与透明导电层226的折射系 数相同，也可与透明导电层226的折射系数不同。此外，具低折射系数的透明导电 层222与透明导电层226可由相同材料所组成，也可由不同材料所组成。导电分散 式布拉格反射结构210的材料可选自于氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铜铝、氧化铜镓或氧化锶铜等。接着，形成导电反射层212覆盖在导电 分散式布拉格反射结构210上，而形成如图5所示的结构。其中，导电分散式布拉 格反射结构210与导电反射层212构成反射结构213。导电反射层212较佳是由金 属反射层所构成，且导电反射层212的材料可例如为铝、金、铂、锌、银、镍、锗、 铟、锡或上述这些金属的合金。接着，形成电极216于发光磊晶结构208的第一电性半导体层202的暴露表 面214上，其中电极216为第一电性。电极216的材料可例如为铟、铝、钛、金、 钨、铟锡合金、氮化钛、硅化钨、铂铟合金、钕/铝、镍/硅、钯/铝、钽/铝、钛/ 银、钽/银、钛/铝、钛/金、钛/氮化钛、锆/氮化锆、金/锗/镍、铬/镍/金、镍/ 铬/金、钯/金、钛/钼/金、钛/铝/镍/金、金/硅/钛/金/硅或金/镍/钛/硅/钛。同 时，形成电极218于反射结构213的导电反射层212上，如此一来电极216与电极 218是位于发光磊晶结构208的同一侧，其中电极218为第二电性。此时，已大致 完成发光二极管220的制作，如图6所示。电极218的材料可例如为镍/金、氧化 镍/金、钯/银/金/钛/金、铂/钌、钛/铂/金、钯/镍、镍/钯/金、铂/镍/金、钌/ 金、铌/金、钴/金、铂/镍/金、镍/铂、镍铟合金或铂铟合金。由上述本发明较佳实施例可知，上述示范实施例的发光二极管的一优点就是 因为其具有由导电分散式布拉格反射结构与导电反射层所组成之反射结构，因此不 仅具有导电性，还可提高反射率，进而可提高发光二极管的光取出率。由上述本发明较佳实施例可知，上述示范实施例的发光二极管的制造方法的 一优点就是因为其是在发光磊晶结构上形成由数层透明导电层所组成的导电分散 式布拉格反射结构。由于透明导电层与发光磊晶结构之间具有极佳的欧姆接触特性 与附着性，因此不仅可提高发光二极管的光取出率与电性品质，更可提升制程良率 与元件可靠度。虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何在 此技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动 与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定的为准。
权利要求
1. 一种发光二极管，至少包括一导电基板，具有相对的一第一表面以及一第二表面；一反射结构，至少包括一金属或合金反射层，接合在该导电基板的该第一表面上；以及一导电分散式布拉格反射结构，叠设在该导电反射层上；一发光磊晶结构，设于该反射结构上；一第一电极，设于部分的该发光磊晶结构上；以及一第二电极，接合于该导电基板的该第二表面。
2. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该导电基板的材料是选自 于由硅以及金属所组成的一族群。
3. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还至少包括一导电接合层 介于该导电基板与该导电反射层之间，以接合该导电基板与该导电反射层。
4. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该导电分散式布拉格反射 结构是一多层堆叠结构，且该多层堆叠结构至少包括交互堆叠的多个低折射系数透 明导电层以及多个高折射系数透明导电层。
5. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该导电分散式布拉格反射 结构的材料是选自于由氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铜铝、 氧化铜镓以及氧化锶铜所组成的一族群。
6. —种发光二极管，至少包括 一透明基板；一发光磊晶结构，至少包括一第一电性半导体层，位于该透明基板上；一主动层，位于该第一电性半导体层的一第一部分上，并暴露出该第一电性半导体层一第二部分；以及一第二电性半导体层，位于该主动层上，其中该第一电性半导体层与该 第二电性半导体层具有不同电性；一反射结构，至少包括一导电分散式布拉格反射结构，设于该第二电性半导体层上；以及 一金属或合金反射层，叠设在该导电分散式布拉格反射结构上； 一第二电性电极，设于该反射结构上；以及 一第一电性电极，设于该第一电性半导体层的该第二部分上。
7. 如权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，该透明基板的材料是选自 于由蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氧化镁、氮化铝以及氮化镓所组成的一族群。
8. 如权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，该导电分散式布拉格反射 结构是一多层堆叠结构，且该多层堆叠结构至少包括交互堆叠的多个低折射系数透 明导电层以及多个高折射系数透明导电层。
9. 如权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，该导电分散式布拉格反射 结构的材料是选自于由氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铜铝、 氧化铜镓以及氧化锶铜所组成的一族群。
10. —种发光二极管的制造方法，至少包括 提供一成长基板；形成一发光磊晶结构于该成长基板上；形成一反射结构于该发光磊晶结构上，其中该反射结构至少包括 一导电分散式布拉格反射结构，位于该发光磊晶结构上；以及 一导电反射层，位于该导电分散式布拉格反射结构上；接合一导电基板与该导电反射层，其中该导电基板具有相对的一第一表面与 一第二表面，且该导电基板的该第一表面与该导电反射层接合；移除该成长基板，以暴露出该发光磊晶结构；以及形成一第一电极与一第二电极分别位于部分的该发光磊晶结构与该导电基板 的该第二表面。
11. 一种发光二极管的制造方法，至少包括 提供一透明基板；形成一发光磊晶结构于该透明基板上，其中该发光磊晶结构至少包括依序堆 叠的一第一电性半导体层、 一主动层以及一第二电性半导体层，其中该第一电性半 导体层与该第二电性半导体层具有不同电性；定义该发光磊晶结构，以暴露出部分的该第一电性半导体层； 形成一反射结构于该第二电性半导体层上，其中该反射结构至少包括 一导电分散式布拉格反射结构，位于该第二电性半导体层上；以及 一导电反射层，位于该导电分散式布拉格反射结构上；以及 形成一第一电性电极与一第二电性电极分别位于该第一电性半导体层的该暴 露部分与该导电反射层上。
全文摘要
本发明公开了一种发光二极管及其制造方法。此发光二极管至少包括一导电基板具有相对的第一表面以及第二表面；一反射结构至少包括一导电反射层接合在导电基板的第一表面上、以及一导电分散式布拉格反射结构叠设在导电反射层上；一发光磊晶结构设于反射结构上；一第一电极设于部分的发光磊晶结构上；以及一第二电极接合于导电基板的第二表面。
文档编号H01L33/00GK101276862SQ200710089768
公开日2008年10月1日 申请日期2007年3月26日 优先权日2007年3月26日
发明者周理评, 杨于铮, 郭政达, 黄森彬 申请人:晶元光电股份有限公司