多波长发光二极管及其制造方法

专利名称：多波长发光二极管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，特别涉及一种多波长发光二极管及其
制造方法。
背景技术：
目前的发光二极管技术，商品化的白光发光二极管有同时使用红色、绿色与蓝色 等三原色的发光二极管混色成白光。但是这种方式有一缺点，在于三色发光二极管的混光 不易。应用在液晶显示器的背光源的时候，还可以使用扩散板以及增亮膜等技术让各色光 均匀的混色。但是，当应用在照明的时候，就不容易提供一均匀混色的白光。同时，由于三 个发光二极管的寿命一般是不相同的，如果其中一个色光的发光二极管失效或是损毁的时 候，对于使用者而言色彩的不协调会是相当明显而剌眼的。 现今主流的方式是将发光二极管与荧光粉混色，例如使用氮化物的发光二极管产 生蓝光，然后使用黄色的荧光粉与蓝光混色成白光。但是，这种方式还是有一些缺点，例如 荧光粉也是有寿命的问题，尤其是荧光粉在高热的发光二极管旁，光转换效率的降低是超 乎预期的。另外，荧光粉的光转换效率不高，尤其是使用寿命较长的无机荧光粉，光转换效 率更是较有机荧光粉低。因此，许多的研究投入在无荧光粉的单一白光发光二极管或是多 波长的发光二极管。 —种方式是将用氧化硅作为条状掩模，InGaN/GaN量子阱微结构是在未被 氧化硅掩模覆盖处外延成长的，请参阅"Monolithic PolychromaticLight-Emitting Diodes Based on InGaN Microfacet Quantum Wells towardTailor—Made Solid—State Lighting", Applied Physics Express 1(2008)011106。由于外延条件与氧化硅掩模的 几何图形的改变，因而各种波长的光束可以发射出来并且混光后可以形成白光。另一种 方式是在有机金属化学气相沉积的外延过程中对于富含铟的InGaN层调整铝的流量以及 反应室的压力而形成3D结构的岛状结构，请参阅"Structural and Optical Properties of In_RichInAlGaN/InGaN Heterostructures for White Light Emission，，， Japanese Jo證alof Applied Physics, Vol. 47， No. 6， 2008， pp. 4413-4416。由于铝原子的低表面移 动率以及富含铟的相分离，可以观察到绿光到红光的宽频谱。加上蓝光的InGaN有源层可 以混合成白色光源。 另——禾中方式，请参阅"Phosphor—free white light—emitting diode withlaterally distributed multiple quantum wells"， APPLIED PHYSICS LETTERS 92， 091110 (2008)，是将外延完成且可发蓝光的InGaN多重量子阱结构蚀刻一部分，被蚀刻的 部分重新外延可发出绿光的InGaN多重量子阱结构。因此，这样的外延结构可以同时发射 蓝光与绿光。另一种方式，是在多重量子阱结构中，不同的单一量子阱结构层可以对应的 发射出蓝色波长与绿色波长的光束，文献请参阅"Phosphor-Free GaN-Based Transverse Junction Light EmittingDiodes for the Generation of White Light，，，IEEE PHOTONICS TECHNOLOGYLETTERS， VOL. 18， NO. 24， DECEMBER 15,2006，专利i青参阅US 7279717、 US7042017、US 6163038、US 7361937、US 7294865、US 7279716、US2006/0043385，其中美国专 利US7279716提到需要加入红光荧光粉混合成白光。 另外不同的几种方式包含在可发出蓝光的有源层上外延量子点的光激发层， 请参阅US 7217959 ;以外延的方式形成孔洞发光层，可以发射多波长的光束，请参阅US 7271417以及；以外延的方式分别形成III-V化合物半导体层与II-VI化合物半导体层，请 参阅US 2002/0041148。 以上所有列举的现有技术均将第二波长的发光材料放置于n型导电层与p型导电 层的间，这种技术容易改变p-n结(junction)的分布，进而有损元件的发光特性或电气特 性。而部分前案仍需在封装时添加荧光粉，然而此红色荧光粉目前的转换效率仍差。再者， 部分前案需在两次外延工艺中加入一黄光光刻工艺，步骤繁琐且有工艺良率的疑虑。

发明内容
鉴于上述发明背景，为了符合产业利益的需求，本发明提供一种多波长的固态发 光元件，主要是在固态发光元件上至少放置一个波长转换材料，其中波长转换材料是半导 体材料。 本发明的一 目的是提供一种任何所需CIE坐标的固态发光元件。
本发明的另一目的是得到演色性(Ra)佳的白光光源。 为了实现上述目的，本发明提供了一种多波长发光二极管，其包含一基板；一化 合物半导体复合层位于该基板上，其中该化合物半导体复合层包含一N型导电的半导体 层，一 P型导电的半导体层，以及一有源层位于该N型导电的半导体层与该P型导电的半导 体层之间，该有源层可激发出一第一波长的激发光；以及一第一波长转换层位于该化合物 半导体复合层上，其中该第一波长转换层吸收部分该有源层的第一波长的激发光而放射出 一第二波长的激发光，该第二波长大于该第一波长。 本发明还提供了一种上述多波长发光二极管的制造方法，其包含以下步骤提供 一外延基板；形成一化合物半导体复合层位于该外延基板上，其中该化合物半导体复合层 包含一 N型导电的半导体层，一 P型导电的半导体层，以及一有源层位于该N型导电的半导 体层与该P型导电的半导体层之间，该有源层可激发出一第一波长的激发光；以及形成一 第一波长转换层位于该化合物半导体复合层上，其中该第一半导体波长转换层吸收部分该 有源层的第一波长的激发光而放射出一第二波长的激发光，该第二波长大于该第一波长。
从本发明手段与具有的功效中，可以得到本发明具有诸多的优点。首先，形成的波 长转换材料层的全工艺可以于外延反应器内完成，不需额外的黄光光刻工艺，减少外延片 受污染的机会。另外，相较于诸多的现有技术中，发光元件的P_n结位置不会改变，可保留 原发光元件的发光效率。再者，波长转换材料为化合物半导体，可根据材料的能阶任意改变 所需要的波长。同时，可对波长转换材料层形成具有粗化的表面，因而增加元件的光取出效 率。


图1显示利用本发明的方式在发光元件上形成波长转换层的结构示意图；
图2显示在波长转换层上形成粗化表面的结构示意5
图3A显示在晶粒切割工艺中形成透明导电层的结构示意图； 图3B显示在晶粒切割工艺中蚀刻出一凹陷区域的结构示意图； 图3C显示在晶粒切割工艺中形成n电极与p电极的结构示意图； 图4显示，当外延基板可导电时，n电极可以形成在外延基板的底部的结构示意
图； 图5A显示在进行外延基板移除过程中形成金属基板的结构示意图； 图5B显示在进行外延基板移除过程中移除外延基板与缓冲层的结构示意图； 图5C显示在进行外延基板移除过程中形成n电极与p电极的结构示意图； 图6显示本发明也可以应用到倒装芯片封装工艺的结构示意图； 图7显示本发明的紫外光元件以及三层波长转换层的混光光谱图； 图8显示本发明的蓝光元件以及二层波长转换层的混光光谱图；以及 图9显示本发明的蓝光元件以及一层波长转换层的混光光谱图。 主要附图标记说明 10外延基板 ll金属基板 12缓冲层 14n型导通的包覆层 16有源层 18p型导通的电子阻挡层 20p型导通的包覆层 40、42波长转换材料层 60透明导电层 70凹陷区域 80、82、84n电极 90、92、94p电极 100封装基板
具体实施例方式
本发明在此所探讨的方向为一种发光二极管及其工艺。为了能彻底地了解本发 明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然，本发明的施行并未限定于发光二极 管及其工艺的技术人员所熟悉的特殊细节。另一方面，众所周知的组成或步骤并未描述于 细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的优选实施例会详细描述如下，然而除了 这些详细描述的外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，且本发明的范围不受限 定，其以随附的权利要求为准。 本发明利用成长至少一个波长转换材料于发光元件表面，将部分来自发光元件的 光转换为至少一种不同波长的光，再与来自发光元件但未经转换的光进行混光的过程，最 终得到所需的CIE坐标的光源。 本发明提供一种多波长发光二极管，包含一基板、一化合物半导体复合层位于该 基板上以及一第一波长转换层位于该化合物半导体复合层上。前述的化合物半导体复合层包含一 N型导电的半导体层、一 P型导电的半导体层以及一有源层位于N型导电的半导体层与P型导电的半导体层的间，且有源层可激发出一第一波长的激发光。前述的第一半导体波长转换层吸收部分的有源层的第一波长的激发光而放射出一第二波长的激发光，而第二波长大于第一波长。 本发明同时提供一种制造多波长发光二极管的方法，包含先提供一外延基板，随后形成一化合物半导体复合层位于外延基板上，然后形成一第一波长转换层位于该化合物半导体复合层上。其中的化合物半导体复合层包含一 N型导电的半导体层、一 P型导电的半导体层以及一有源层位于N型导电的半导体层与P型导电的半导体层的间，且有源层可激发出一第一波长的激发光。其中的第一半导体波长转换层吸收部分的有源层的第一波长的激发光而放射出一第二波长的激发光，而第二波长大于第一波长。 其中上述的第一波长转换层的材料可为III-V族化合物半导体材料或是II-VI族
化合物半导体材料，上述的ni-v族化合物半导体材料可为in族氮化合物、ni族磷化合
物或是III族砷化合物。并且，上述的第一波长转换层的表面可为粗化表面。 本发明同时包含一第二波长转换层位于第一波长转换层上，其中的可导电的半导
体波长转换层吸收部分有源层的第一波长的激发光及第一波长转换材料的第二波长的激
发光而放射出一第三波长的激发光，而第三波长大于第二波长。上述的第二波长转换层可
为III族氮化合物、III族磷化合物或是III族砷化合物。 上述的II-VI族化合物半导体材料可为II族氧化合物、II族硫化合物或是II族硒化合物。 上述的基板可为蓝宝石(A1203)基板、碳化硅(SiC)基板、铝酸锂基板(AlLi02)、镓酸锂基板(LiGa02)、硅(Si)基板、氮化镓(GaN)基板，氧化锌(Zn0)基板、氧化铝锌基板(AlZnO)、砷化镓(GaAs)基板、磷化镓(GaP)基板、锑化镓基板(GaSb)、磷化铟(InP)基板、砷化铟(InAs)基板、硒化锌(ZnSe)基板或是金属基板。本发明同时包含一缓冲层位于上述基板与化合物半导体复合层之间。本发明同时包含一P型导电的电子阻挡层位于有源层与P型导电的半导体层之间。再者，本发明同时包含一透明导电层位于上述第一或第二波长转换层上，且与第一或第二波长转换层欧姆接触。 上述的外延基板可为蓝宝石基板、碳化硅基板、铝酸锂基板、镓酸锂基板、硅基板、氮化镓基板、氧化锌基板、氧化铝锌基板、砷化镓基板、磷化镓基板、锑化镓基板、磷化铟基板、砷化铟基板或是硒化锌基板。本发明同时包含形成一缓冲层位于外延基板与化合物半导体复合层之间。本发明同时包含形成一P型导电的电子阻挡层位于有源层与P型导电的半导体层之间。再者，本发明同时包含形成一透明导电层位于该第一波长转换层上，且与可导电的波长转换层欧姆接触。 本发明同时包含形成一欧姆导电层位于该第一波长转换层上，且与可导电的波长转换层欧姆接触。本发明同时包含形成一金属基板于欧姆导电层上。本发明同时包含移除该外延基板的步骤。 上述的实施内容，将会搭配图示与各步骤的结构示意图以详细介绍本发明的结构与形成方式的各步骤。 请参照图1，首先提供一外延基板10，其中外延基板10可以使用下列几种，蓝宝石基板、碳化硅基板、铝酸锂基板、镓酸锂基板、硅基板、氮化镓基板、氧化锌基板、氧化铝锌基板、砷化镓基板、磷化镓基板、锑化镓基板、磷化铟基板、砷化铟基板或是硒化锌基板等。外延基板的选择，主要在于外延的材料的选择。举例来说，一般ii-vi半导体化合物会使用硒化锌基板或是氧化锌基板做为外延基材；III-砷化物或是磷化物通常是使用砷化镓基板、磷化镓基板、磷化铟基板或是砷化铟基板；而III-氮化物在商业上通常会使用蓝宝石基板或是碳化硅基板，目前实验阶段有使用铝酸锂基板、镓酸锂基板、硅基板或是氧化铝锌基板等。另外，晶格结构与晶格常数是另一项选择外延基板的重要依据。晶格常数差异过大，往往需要先形成一缓冲层才可以得到优选的外延品质。在本实施例中，使用的外延材料为III-氮化物，特别是使用氮化镓，而搭配使用的外延基板是目前商业上常见的蓝宝石基板或是碳化硅基板。然而，任何本领域的普通技术人员应能理解，本发明的外延材料的选择并不限定于ni-氮化物，或甚至是氮化镓等的材料。任何III-V半导体化合物或是II-VI半导体化合物皆可应用在本发明中。 —种改善后续外延品质的方式，是在外延基板10上先形成图案，使得之后外延的过程中，缺陷密度不会顺着外延的方向向上成长，最后通过有源层。不同的图案设计，会对应到各种不同的外延条件与外延品质。涉及具有图案的外延基板的外延技术，可以参阅先进开发光电之前的专利申请提案，中国台湾专利申请号096150701。 由于使用蓝宝石基板或是碳化硅基板，在外延III-氮化物之前需要先形成一缓冲层12，这是因为蓝宝石基板与氮化镓之间的晶格常数的不匹配高达14%，而使用碳化硅基板也有达到3.5%的晶格常数的不匹配。 一般的缓冲层12的材料可以是氮化镓、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝(A1N)、或是InGaN/InGaN超晶格结构。涉及形成InGaN/InGaN超晶格结构的技术，可以参阅先进开发光电之前的专利申请提案，中国台湾专利申请号096104378。形成缓冲层12的方式是在外延机台，例如有机金属化学气相沉积(M0CVD ;Metal OrganicChemical Vapor Deposition)机台或是分子束夕卜延(MBE ;MolecularBeamEpitaxy)机台中，以相对于后续正常外延温度较低的环境长晶。例如氮化铝镓铟的一般长晶温度约在800-140(TC之间，而缓冲层的长晶温度约在250-70(TC之间。当使用有机金属化学气相沉积机台时，氮的先驱物可以是NH3或是N2，镓的先驱物可以是三甲基镓或是三乙基镓，而铝的先驱物可以是三甲基铝或是三乙基铝。反应室的压力可以是低压或是常压。 随后形成n型导通的氮化镓层或是氮化铝镓层，而这一层的作用是提供发光二极管的n型导通的包覆层(cladding layer) 14。 n型导通的氮化镓层或是氮化铝镓层的形成方式，是在有机金属化学气相沉积机台或是分子束外延机台中，在形成氮化物层时，同时掺杂四族的原子，在本实施例中是硅原子，而硅的先驱物在有机金属化学气相沉积机台中可以是硅甲烷或是硅乙烷。在这一层的下方可以在缓冲层上先行依续形成未参杂的氮化镓层(未在图示中显示)以及n型导通的接触层(未在图示中显示)，而这两层的形成步骤是非必需的(optional)。形成未参杂的氮化镓层是提升n型导通的包覆层的外延品质，而n型导通的接触层是高掺杂的氮化镓层或是氮化铝镓层，可以提供与n型电极之间优选的导电效果。 接着是形成一有源层16在n型导通的包覆层14上，其中有源层16是发光二极管元件的发光层，可以是单异质结构、双异质结构、单量子阱层或是多重量子阱层结构。目前多采用多重量子阱层结构，也就是多重量子阱层/阻障层的结构。量子阱层可以使用氮化铟镓，而阻障层可以使用氮化铝镓等的三元结构。另外，也可以采用四元结构，也就是使用氮化铝镓铟(AlxInyGal-x-yN)同时作为量子阱层以及阻障层，其中调整铝与铟的比例使得氮化铝镓铟晶格的能阶可以分别成为高能阶的阻障层与低能阶的量子阱层。有源层的形成方式，基本上接近前述的形成n型导通的包覆层的方式，其中铟的先驱物可以是三甲基铟或是三乙基铟。有源层可以掺杂n型或是p型的掺杂子(dopant)，可以是同时掺杂n型与P型的掺杂子，也可以完全不掺杂。并且，可以是量子阱层掺杂而阻障层不掺杂、量子阱层不掺杂而阻障层掺杂、量子阱层与阻障层都掺杂或是量子阱层与阻障层都不掺杂。再者，亦可以在量子阱层的部分区域进行高浓度的掺杂(delta doping)。 之后，在有源层上可以形成一p型导通的电子阻挡层18，这个步骤可以是非必需的(optional) 。 p型导通的电子阻挡层18可包括第一种三五族半导体层，以及第二种三五族半导体层。这两种三五族半导体层，能隙不同，且具有周期性地重复沉积在上述有源发光层上，以作为一势垒较高的电子阻挡层(势垒高于有源发光层的势垒)，用以阻挡过多电子(e-)溢流有源发光层。关于P型导通的电子阻挡层18详细的内容与形成方式，可以参阅先进开发光电之前的专利申请提案，中国台湾专利申请号097128065。 接着，形成一 p型导通的氮化镓层或是氮化铝镓层，而这一层的作用是提供发光二极管的P型导通的包覆层(cladding layer) 20。 p型导通的氮化镓层或是氮化铝镓层的形成方式，是在有机金属化学气相沉积机台或是分子束外延机台中，在形成氮化物层时，同时掺杂二族的原子，在本实施例中是镁原子，而镁的先驱物在有机金属化学气相沉积机台中可以是CP2Mg。在这一层的上方可以形成p型导通的接触层(未在图示中显示)，而这层的形成步骤是非必需的(optional) 。 p型导通的接触层是高掺杂的氮化镓层或是氮化铝镓层，可以提供与P型电极之间优选的导电效果。 然后，形成一波长转换材料层40在p型导通的包覆层20或是p型导通的接触层上。波长转换材料层40可以是III-V族化合物半导体材料或是II-VI族化合物半导体材料，例如AlInGaAs、 GaAs、 InAs、 AlAs、 InGaAs、 AlGaAs、 InAlAs， AlInGaP、 GaP、 InP、A1P、 InGaP、AlGaP、 InAlP、 AlInGaN、 GaN、 InN、AlN、 InGaN、AlGaN、 InAlN、 ZnSe、 ZnMgBeSSe、ZnCdSe、 ZnMgSe、 ZnSSe、 ZrAgSSe、 ZnMgSSe、 ZnCdSe/ZnMgSSe或是ZnMgBeSe/ZnCdSe/ZnMgBeSe。波长转换材料的形成方式，无论是III-V族化合物半导体材料或是II-VI族化合物半导体材料，都可以使用有机金属化学气相沉积法，分子束外延法，或是使用晶片接合(wafer bonding)法，其中晶片接合的方式可以将已经形成好的波长转换材料层直接黏接在P型导通的包覆层或是P型导通的接触层。在本发明中，波长转换材料层可以经由掺杂而具有P型导通。这样可以降低波长转换材料层在电性上的阻抗。 由于发光元件中的有源层会由电子空穴的结合而激发第一激发辐射光，而一部分的第一激发辐射光会激发光转换材料层而得到第二激发辐射光。调整有源层的能阶与光转换材料层的能阶可以得到任何所需CIE坐标的固态发光元件或是可以得到演色性(Ra)佳的白光光源。 在本发明中，波长转换材料可以是一层或是一层以上。并且可以根据材料的不同进行不同的组合与搭配。例如，一层波长转换材料是ni-v族化合物半导体材料而另一层是II-VI族化合物半导体材料，或是两层都是III-V族化合物半导体材料或是II-VI族化合物半导体材料。另外，波长转换层的表面可为粗化表面。
9
在本发明的一实施例中，有源层是InGaN/AlGaN多重量子阱层，并且可以发射出紫外光或是近紫外光，其波长约在365-420纳米之间，请参阅图7。波长转换材料可以有三层，第一波长转换材料层是InGaN，可以发射出蓝光，波长约在440-480纳米之间；第二波长转换材料层是InGaN，可以发射出绿光或是黄绿光，波长约在480-570纳米之间；第三波长转换材料层是可以GaP、 GaAs、或是InN，可以发射出黄光或是红光，波长约在580-650纳米之间。 在本发明的另一实施例中，有源层是InGaN/AlGaN多重量子阱层，并且可以发射出蓝光，其波长约在440-460纳米之间，请参阅图8 。波长转换材料可以有两层，第一波长转换材料层是InGaN，可以发射出绿光或是黄绿光，波长约在480-570纳米之间；第二波长转换材料层可以是GaP、 GaAs或是InN，可以发射出黄光或是红光，波长约在580-650纳米之间。 在本发明的另一实施例中，有源层是InGaN/AlGaN多重量子阱层，并且可以发射出蓝光，其波长约在440-460纳米之间，请参阅图9。波长转换材料有一层，波长转换材料层可以是GaP、 GaAs或是InN，可以发射出黄光或是红光，波长约在520-650纳米之间。在这个实施例中，在最后的封装阶段可以混合黄色光或是绿色光的荧光粉，使得封装完成的发光二极管元件可以发射出高演色性的白光。 请参阅图2，当波长转换材料层42为不导电时，必须将透明导电层60与p型导通的包覆层20或是p型导通的接触层直接接触，产生电性连接。最简单的方式，是以蚀刻的方式移除一部分的波长转换材料层42，或是在有机金属化学气相沉积中利用外延的条件直接形成未完全覆盖的波长转换材料层42。其中，蚀刻可以采用湿式蚀刻或是干式蚀刻。
接下来的工艺是属于发光二极管的晶粒切割工艺。首先，请参阅图3A，形成一透明导电层60在波长转换材料层上，其中透明导电层60必须与波长转换材料层40之间形成欧姆接触。透明导电层60的材质可以是Ni/Au、ITO、IZO、IWO或是IGO等可以跟p型导通的III-氮化物之间欧姆接触的材料。透明导电层60的形成方式，可以是蒸镀，溅镀等物理气相沉积法。 接着，当外延基板是蓝宝石基板或是不导电的基板时，会在同一面形成n电极与p电极的同面电极的结构，如图3C所示。在这个工艺步骤中，首先需要将一部分的透明导电层60、波长转换材料层40、p型导通的接触层(如果有形成)、p型导通的包覆层20、有源层16、 n型导通的包覆层14以及n型导通的接触层(如果有形成)移除，以形成一凹陷区域70，请参阅图3B。移除的方式可以使用干式蚀刻或是湿式蚀刻的方式。然后，请参阅图3C，分别在透明导电层60上形成p电极90，在露出的n型导通的包覆层14或是n型导通的接触层(如果有形成)上形成n电极80。 n电极80与p电极90的形成的方式可以使用蒸镀或是溅镀等的物理气相沉积法。上述n电极80与p电极90的工艺可以透过光刻或是剥离(lift-off)方式形成图案。 形成电极之后，会对外延基板进行研磨的步骤，将蓝宝石基板的厚度降低。基本上这个步骤是非必需的(optional)，主要的目的是可以提升元件的发光亮度。
当外延基板是碳化硅或是其他的导电基板时，可以不用对一部分的透明导电层、波长转换材料层、P型导通的接触层(如果有形成)、P型导通的包覆层、有源层、n型导通的包覆层以及n型导通的接触层(如果有形成)移除以露出n型导通的包覆层或是n型导
10通的接触层(如果有形成)。请参阅图4， n电极82可以直接形成在外延基板10的底部，而P电极92会形成在透明导电层60上接近中央的区域。 另外，当外延基板是蓝宝石基板时，也可以使用基板剥离(substrate lift-off)技术，将蓝宝石基板给完全移除，请参阅图5。这时，需要在另一面形成另一个可支撑晶片应力的金属基板11，才能将蓝宝石基板移除，如图5A所示。当使用基板剥离技术时，在波长转换材料层之后形成的欧姆接触层60，可以不需要是透明的。基板剥离技术可以使用激光热分离的技术，或是使用化学蚀刻的技术将外延基板10与缓冲层12移除，如图5B所示。随后，如图5C所示，整个晶片会反置使得n型导通的包覆层14会朝上。在金属基板11下形成P电极94，在n型导通的包覆层14上形成n电极84。不论是使用导电的外延基板或是使用基板剥离技术，都可形成双面的n电极与-p电极。 随后，就会对整片的晶片进行切割形成晶粒。晶片切割的方式可以使用切割刀或是使用激光将整个晶片切割成一个个小块的晶粒(chip)或是晶方(die)。切割下来的晶粒或是晶方都会黏在蓝膜上供下一阶段的封装工艺用。 本发明亦可以应用到倒装芯片(flip-chip)封装的型态，请参阅图6。在晶粒切割的工艺中，就只能形成同面电极的结构。然后在封装的工艺中，直接将同面电极结构的晶粒或是晶方的n电极与p电极直接黏着到封装基板100上。 本发明利用成长至少一个波长转换材料层于发光元件表面的手段，达成可以直接发出白光或是多波长激发光的功效，其中波长转换材料为半导体，可任意改变所需要的波长。而且，在封装工艺的阶段可以不需要添加荧光粉就可以发射出白光，或是可以提供高演色性的白光。 从本发明手段与具有的功效中，可以得到本发明具有诸多的优点。首先，形成的波长转换材料层的全工艺可以于外延反应器内完成，不需额外的黄光光刻工艺，减少外延片受污染的机会。另外，相较于诸多的现有技术中，发光元件的p-n结位置不会改变，可保留原发光元件的发光效率。再者，波长转换材料为化合物半导体，可根据材料的能阶任意改变所需要的波长。同时，可对波长转换材料层形成具有粗化的表面，因而增加元件的光取出效率。 显然，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求的范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其他的实施例中施行。上述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明；凡其它未脱离本发明所公开的精神下所完成的修改，均应包含在所附权利要求所要求保护的范围内。
权利要求
一种多波长发光二极管，包含一基板；一化合物半导体复合层位于该基板上，其中该化合物半导体复合层包含一N型导电的半导体层，一P型导电的半导体层，以及一有源层位于该N型导电的半导体层与该P型导电的半导体层之间，该有源层可激发出一第一波长的激发光；以及一第一波长转换层位于该化合物半导体复合层上，其中该第一波长转换层吸收部分该有源层的第一波长的激发光而放射出一第二波长的激发光，该第二波长大于该第一波长。
2. 根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述的第一波长转换层的材料为III-V族 化合物半导体材料或是II-VI族化合物半导体材料，且所述的III-V族化合物半导体材料 为III族氮化合物、III族磷化合物或是III族砷化合物。
3. 根据权利要求2所述的发光二极管，还包含一第二波长转换层位于该第一波长转换 层上，其中该可导电的半导体波长转换层吸收部分该有源层的第一波长的激发光而放射出 一第三波长的激发光及该第一波长转换材料的第二波长的激发光，该第三波长大于该第二 波长，且所述的第二波长转换层为III族氮化合物、III族磷化合物或是III族砷化合物， 所述的II-VI族化合物半导体材料为II族氧化合物、II族硫化合物或是II族硒化合物。
4. 根据权利要求2所述的发光二极管，其中所述的基板为蓝宝石基板、碳化硅基板、铝 酸锂基板、镓酸锂基板、硅基板、氮化镓基板、氧化锌基板、氧化铝锌基板、砷化镓基板、磷化 镓基板、锑化镓基板、磷化铟基板、砷化铟基板、硒化锌基板或是金属基板。
5. 根据权利要求4所述的发光二极管，还包含一缓冲层位于该基板与该化合物半导体 复合层之间，一P型导电的电子阻挡层位于该有源层与该P型导电的半导体层之间及一透 明导电层位于该第一波长转换层上，且与该第一波长转换层欧姆接触。
6. —种制造多波长发光二极管的方法，包含 提供一外延基板；形成一化合物半导体复合层位于该外延基板上，其中该化合物半导体复合层包含一N 型导电的半导体层，一P型导电的半导体层，以及一有源层位于该N型导电的半导体层与该 P型导电的半导体层之间，该有源层可激发出一第一波长的激发光；以及形成一第一波长转换层位于该化合物半导体复合层上，其中该第一半导体波长转换层 吸收部分该有源层的第一波长的激发光而放射出一第二波长的激发光，该第二波长大于该 第一波长。
7. 根据权利要求6所述的制造多波长发光二极管的方法，其中所述的第一波长转换层 的材料为ni-v族化合物半导体材料或是II-VI族化合物半导体材料，且所述的III-V族 化合物半导体材料为III族氮化合物、III族磷化合物或是III族砷化合物。
8. 根据权利要求7所述的制造多波长发光二极管的方法，还包含形成一第二波长转换 层位于该第一波长转换层上，其中该可导电的半导体波长转换层吸收部分该有源层的第一 波长的激发光而放射出一第三波长的激发光及该第一波长转换材料的第二波长的激发光， 该第三波长大于该第二波长，且所述的第二波长转换层为in族氮化合物、ni族磷化合物或是in族砷化合物，ii-vi族化合物半导体材料为ii族氧化合物、n族硫化合物或是ii族硒化合物。
9. 根据权利要求7所述的制造多波长发光二极管的方法，其中所述的外延基板为蓝宝石基板、碳化硅基板、铝酸锂基板、镓酸锂基板、硅基板、氮化镓基板、氧化锌基板、氧化铝锌 基板、砷化镓基板、磷化镓基板、锑化镓基板、磷化铟基板、砷化铟基板或是硒化锌基板。
10. 根据权利要求9所述的制造多波长发光二极管的方法，还包含形成一缓冲层位于 该外延基板与该化合物半导体复合层之间，一 P型导电的电子阻挡层位于该有源层与该P 型导电的半导体层之间，形成一透明导电层位于该第一波长转换层上，且与该可导电的波 长转换层欧姆接触及形成一欧姆导电层位于该第一波长转换层上，且与该可导电的波长转换层欧姆接触。
11. 根据权利要求io所述的制造多波长发光二极管的方法，还包含形成一金属基板于该欧姆导电层上，移除该外延基板的步骤及一第二波长转换层位于该第一波长转换层上， 以及一第三可导电的波长转换层位于该第二波长转换层上。
全文摘要
本发明利用成长至少一个波长转换材料于发光元件表面，将部分来自发光元件的光转换为至少一种不同波长的光，再与来自发光元件但未经转换的光进行混光的过程，最终得到所需的CIE坐标的光源。本发明形成的波长转换材料层的全工艺可以于外延反应器内完成，不需额外的黄光光刻工艺，减少外延片受污染的机会。另外，相较于诸多的现有技术中，发光元件的p-n结位置不会改变，可保留原发光元件的发光效率。再者，波长转换材料为化合物半导体，可根据材料的能阶任意改变所需要的波长。同时，可对波长转换材料层形成具有粗化的表面，因而增加元件的光取出效率。
文档编号H01L33/00GK101728462SQ200810167918
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月17日 优先权日2008年10月17日
发明者叶颖超, 吴芃逸, 林文禹, 涂博闵, 詹世雄, 黄世晟 申请人:先进开发光电股份有限公司