专利名称：共振腔发光二极体的制造方法
技术领域：
本发明 属于光电领域，特别涉及一种共振腔发光二极体的制造方法。
背景技术：
发光二极体是属于自发放射性(spontaneous emission)的光源,其所发出的光具有等方向性(isotropic)的性质。由于受限全反射效应使得内部所发出的光仅能在小于临界角所形成的「逃脱角锥」(escape cone)内离开半导体表面，这些逃不出去的光最终将被材料所吸收。为了增加出光效率，一种有效且具实用性的方法是在传统发光二极体发光层上下加入反射镜以形成具有共振腔的发光二极体结构，利用光在共振腔中受到干涉效应来改变光场的发光角度分布，使大部分的光都能局限在逃脱角锥内而离开半导体表面。共振腔发光二极体的反射镜可由金属反射镜面或由不同折射率材料交替多重堆叠的布拉格反射镜所组成。对于相同反射系数的布拉格反射镜层结构，经由提高材料间彼此折射系数差可减少堆叠层数，此外每层厚度需满足四分之一有效发光波长(λ/η)的要求(λ为发光波长；Π为材料的折射系数)，使得发光层产生的光在经过材料界面反射时皆能满足建设性干涉目的；通常，下反射镜层的反射率较高，让共振腔中来回反射的光能够由上布拉格反射镜层发射出去。一般共振腔发光二极体的制造方式分为晶粒制程与封装制程两个阶段其中前段的晶粒制程是依照磊晶结构而定，主要是定义出光区域，制造P、N型欧姆电极接触区域，基板磨薄及晶粒切割等步骤；而后段的封装制程主要是将切割好的晶粒拿来进行固晶、打线键合及模造或封盖等步骤。对于平面型发光元件结构，即Ρ、Ν型电极均位于发光二极体的同一侧，其磊晶结构包含在基板上分别成长下布拉格反射镜层、N型金属接触电极层、发光层及P型金属接触电极层等。制程上，先以微影术定义出光区域，随后以离子蚀刻机台去除未被保护的半导体材料而裸露出N型金属接触电极层，最后，分别蒸镀P、N型欧姆接触金属便完成具有下反射层的发光二极体元件。另一方面，我们可在出光区域上纳入上布拉格反射镜层结构，通常是由高低折射系数的材料系统(如Ti02/Si02或Si/A1203)所组成，以完成共振腔发光二极体元件的制作。在上述元件的制造过程中，上布拉格反射镜层是要镀在出光区域以便和下布拉格反射镜层形成有效的共振腔，同时，需确保电流可由外部电路注入元件上的金属接触电极，但由于离子蚀刻后已在元件出光区域和N型电极接触区间造成一显着的高低落差，这高低差会增加以微影技术在出光区域上精确定义布拉格反射镜层的困难度，其结果是产生对位误差使部分绝缘性材料镀于金属电极而增加串联电阻，此外共振腔发光二极体的出光效率也会因出光区域未镀到上布拉格反射镜层而变差。
发明内容
本发明的目的即在提供共振腔发光二极体的制造方法，它可以在无须微影对准步骤之下简化上布拉格反射镜层制造程序。为达成上述发明目的的共振腔发光二极体的制造方法，是利用改变共振腔发光二极体制造程序的方式。在P、N型欧姆电极制作完成后，依序进行基板磨薄及晶粒切割等制程步骤，随后将这些晶粒固定于封装座上并完成打线键合，此时可直接将上布拉格反射镜层形成于晶粒表面，而无须进行出光区域微影对准步骤，最后再进行封装制程的模造或封盖的步骤，即完成整个共振腔发光二极体的制造。依据本发明方法制造的520nm发光波长共振腔发光二极体，其发光功率及发光频谱如图I所示。该实验结果显示，在不影响元件发光特性下，本发明具有简化共振腔发光二极体制造步骤的优点。本发明的一种共振腔发光二极体的制造方法，该方法包含下列步骤(a)于磊晶基板上形成主动区，该主动区具有N型披覆层、P型披覆层及形成于该N型、P型披覆层之间的发光层，由上而下依序为向上磊晶成长该N型披覆层、发光层及该P 型披覆层，以形成该主动区；(b)于该P型披覆层及该N型披覆层的部分区域，分别对应形成与该P型披覆层电性相连结的P型欧姆电极，及与该N型披覆层电性相连结的N型欧姆电极；(C)于该磊晶基板背面磨薄并切割成为晶粒；(d)将该些晶粒固定于封装座上，并用导线将该些晶粒的N型欧姆电极与P型欧姆电极，分别连结于封装座上相对应的电极，成为共振腔发光二极体半成品；(e)于该共振腔发光二极体半成品的晶粒表面形成一上布拉格反射镜层；以及(f)对成品完成封装程序。其中，该主动区更具有下布拉格反射镜层。该磊晶基板内排列，由上而下依序为向上磊晶成长该下布拉格反射镜层、N型披覆层、发光层及该P型披覆层，形成该主动区。该步骤(c)更包含(Cl)于该磊晶基板背面磨薄，并于背面形成下金属反射镜层，接着切割成为晶粒。其中，该下金属反射镜层的材料系为银、铝等材料。该嘉晶基板为憐化钢基板、神化嫁基板或监宝石基板。该步骤(b)更包含以下步骤(bl)将该P型披覆层、该发光层及该N型披覆层的一侧蚀刻移除，令该N型披覆层部分区域裸露；以及(b2)于该P型披覆层部分区域，形成该P型欧姆电极，并在该N型批覆层部分裸露的区域形成该N型欧姆电极。其中，该封装座系为导线架、金属基板、低温共烧陶瓷基板或同轴式封装平台(ΤΟ-header)。该上布拉格反射镜层的介电质材料组，为二种分别具有不同折射率的介电质镀膜而成，且该较远离该发光区的介电层的折射率是大于相对靠近该发光区的介电层的折射率。其中，该上布拉格反射镜层的介电层，至少是由氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氟化镁(MgF2)、氯化钾(KCl)、娃(Si)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钛(TiO2)、氧化铪(HfO2)及氧化错(ZrO2)所组成的群体组成。其中，该封装程序依封装座的型式而调整，为模造或封盖。本发明的功效在于提供一种无须微影对准步骤便可形成上布拉格反射镜层的共振腔发光二极体制造方法，其不但不影响共振腔发光二极体的出光效率，而且具有简化制程、降低生产成本的优点。
图IA为本发明的共振腔发光二极体的制造方法，所制造520nm发光波长的InGaN共振腔发光二极体。图IB为本发明的共振腔发光二极体的制造方法，所制造520nm发光波长的InGaN共振腔发光二极体，其量测所得的发光强度与发光频谱。图IC为本发明的共振腔发光二极体的制造方法的示意图。图2为本发明的共振腔发光二极体的制造方法的第一较佳实施例流程图。图3为本发明的共振腔发光二极体的制造方法的结构图，说明实施图2的制造方法时，实施步骤211后其相对应产物态样。图4为本发明的共振腔发光二极体的制造方法的结构图，说明实施图2的制造方法时，实施步骤212后其相对应产物态样。图5为本发明的共振腔发光二极体的制造方法的结构图，说明实施图2的制造方法时，实施步骤213后其相对应产物态样。图6为本发明的共振腔发光二极体的制造方法的结构图，说明实施图2的制造方法时，实施步骤214后其相对应产物态样。图7为本发明的共振腔发光二极体的制造方法结构图，说明实施图2的制造方法时，实施步骤215后其相对应产物态样。图8为本发明的共振腔发光二极体的制造方法的结构图，说明实施图2的制造方法时，实施步骤216后其相对应产物态样。图9为本发明的共振腔发光二极体的制造方法的第二较佳实施例流程图。图10为本发明的共振腔发光二极体的制造方法的结构图，说明实施图9的制造方法时，实施步骤221后其相对应产物态样。图11为本发明的共振腔发光二极体的制造方法的结构图，说明实施图9的制造方法时，实施步骤223后其相对应产物态样。附图标记说明210、于磊晶基板上依序磊晶成长N型披覆层、发光层及P型披覆层，以共同形成主动区；211、于磊晶基板上依序磊晶成长下布拉格反射镜层、N型披覆层、发光层及P型披覆层，以共同形成主动区；212、分别于N、P型披覆层之部分区域形成N、P型欧姆电极；213、于嘉晶基板背面磨薄并切割成为晶粒；214、将晶粒固定于封装座上，于封装座的P电极与N电极分别利用导线连结于晶粒的P型欧姆电极与N型欧姆电极；215、于封装半成品表面形成上布拉格反射镜层；216、完成共振腔发光二极体封装制程；221、于磊晶基板上依序磊晶成长有N型披覆层、发光层及P型披覆层，以共同形成主动区；
223、于磊晶基板背面磨薄，并于背面形成下反射金属镜面及切割晶粒；30、嘉晶基板；31、下布拉格反射镜层；32、N型披覆层；33、发光层；34、P型披覆层；
3、主动区；3’、主动区；41、N型欧姆电极；42、P型欧姆电极；5、晶粒；5’、晶粒；61、封装座；6、共振腔发光二极体封装的半成品；71、上布拉格反射镜层；72、低折射率介电层材料；73、高折射率介电层材料；81、模造或封盖；111、下金属反射镜层；
具体实施例方式有关于本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中，将可清楚明白。本发明一种共振腔发光二极体的制造方法的第一较佳实施例，是可以简化上布拉格反射镜层制造程序，在无须对准步骤即可将上布拉格反射镜层形成于发光二极体的出光区域，而制造出高出光效率的共振腔发光二极体。参考图2，进行步骤211于以磊晶基板30上依序磊晶成长下布拉格反射镜层31、N型披覆层32、发光层33及P型披覆层34，以共同形成主动区3，如图3所示。该磊晶基板30是选用砷化镓基板，而例如磷化铟基板，蓝宝石基板也可视情况选择使用。接着进行步骤212，先将该P型披覆层34与发光层33及该N型披覆层31的一侧蚀刻移除，使得该N型披覆层31部分区域裸露，并在该N型披覆层31部分裸露区域形成N型欧姆电极41 ;然后在P型披覆层34部分区域形成P型欧姆电极42，如图4所示。然后进行步骤213,磨薄嘉晶基板30背面并切割成为晶粒5,如图5所不。参考图6，以步骤214将切割好的晶粒5固定于封装座61，并利用导线将晶粒的N型欧姆电极41与P型欧姆电极42分别连结于封装座61，形成共振腔发光二极体封装的半成品6，如图6所示。该封装座61可选用导线架、金属基板、低温共烧陶瓷基板及同轴式封装平台(TO-header)。然后进行步骤215，于共振腔发光二极体封装的半成品6上，选择两种不同折射率的介电层材料组72与73，以物理蒸镀或溅镀方式交互形成多重层状结构的上布拉格反射镜层71于封装的半成品6的表面，如图7所示。该介电质材料组可适当选择氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氟化镁(MgF2)、氯化钾(KCl)等低折射率介电层材料72，与硅(Si)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钛(TiO2)、氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)等高折射率介电层材料73相互配对。最后进行步骤216，将表面已形成上布拉格反射镜层71的半成品6完成共振腔发光二极体的封装制程，如图8所示。依封装座61的型式选择适当之模造或封盖81配合。而，本发明一种共振腔发光二极体的制造方法的第二较佳实施例，是与该第一较佳实施例相似，其不同处仅在下反射镜材料与形成过程而已，今仅就本第二较佳实施例中 形成下反射镜的步骤221与步骤223详加说明。参阅图9,进行步骤221于以嘉晶基板30上依序以嘉晶成长N型披覆层32、发光层33及P型披覆层34，以共同形成主动区3’，如图10所示。接着如一种共振腔发光二极体的制造方法之一第一较佳实施例进行步骤212，分别完成N型欧姆电极41与P型欧姆电极42。然后进行步骤223，磨薄磊晶基板30背面并在其背面以物理蒸镀或溅镀方式形成金属镜面作为下金属反射镜层111，切割成为晶粒5’，如图11所示。其金属镜面材料可选择如银、铝等金属。后续请参阅图9，本发明之共振腔发光二极体的制造方法之第二较佳实施例步骤，则完全依照第一较佳实施例步骤214至步骤216进行。本发明所提供之共振腔发光二极体的制造方法，与前述引证案及其他习用技术相互比较时，更具有下列之优点I.本发明所提供之共振腔发光二极体的制造方法，该制造方法是利用改变制造程序来制造上布拉格反射镜层，在无须微影对准步骤之下可将上布拉格反射镜层形成于出光区域，其不影响共振腔发光二极体的出光效率并简化共振腔发光二极体的制造方法。惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作之简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖之范围内。
权利要求
1.ー种共振腔发光二极体的制造方法，该方法包含下列步骤 (a)于磊晶基板上形成主动区，该主动区具有N型被覆层、P型披覆层及形成于该N型、P型披覆层之间的发光层，由上而下依序为向上磊晶成长该N型披覆层、发光层及该P型披覆层，以形成该主动区； (b)于该P型被覆层及该N型披覆层的部分区域，分别对应形成与该P型披覆层电性相连结的P型欧姆电极，及与该N型被覆层电性相连结的N型欧姆电极； (c)于该磊晶基板背面磨薄并切割成为晶粒； (d)将该些晶粒固定于封装座上，并用导线将该些晶粒的N型欧姆电极与P型欧姆电极，分别连结于封装座上相对应的电极，成为共振腔发光二极体半成品； (e)于该共振腔发光二极体半成品的晶粒表面形成上布拉格反射镜层；以及 (f)对成品完成封装程序。
2.如权利要求I所述的共振腔发光二极体的制造方法，其特征在于，所述主动区更具有下布拉格反射镜层。
3.如权利要求2所述的共振腔发光二极体的制造方法，其特征在于，所述磊晶基板内排列，由上而下依序为向上磊晶成长该下布拉格反射镜层、N型披覆层、发光层及该P型披覆层，形成该主动区。
4.如权利要求I所述的共振腔发光二极体的制造方法，其特征在于，所述步骤(c)更包含以下步骤 (Cl)于该磊晶基板背面磨薄，并于背面形成下金属反射镜层，接着切割成为晶粒。
5.如权利要求4所述的共振腔发光二极体的制造方法，其特征在干，所述下金属反射镜层的材料为银、铝材料。
6.如权利要求I或2或4所述的共振腔发光二极体的制造方法，其特征在于，所述磊晶基板是为磷化铟基板、神化镓基板或蓝宝石基板。
7.如权利要求I或2或4所述的共振腔发光二极体的制造方法，其特征在于，所述步骤(b)更包含以下步骤 (bl)将该P型披覆层、该发光层及该N型披覆层的一侧蚀刻移除，令该N型披覆层部分区域裸露；以及 (b2)于该P型披覆层部分区域，形成该P型欧姆电极，并在该N型批覆层部分裸露的区域形成该N型欧姆电扱。
8.如权利要求I或2或4所述的共振腔发光二极体的制造方法，其特征在于，所述封装座为导线架、金属基板、低温共烧陶瓷基板或同轴式封装平台TO-header。
9.如权利要求I或2或4所述的共振腔发光二极体的制造方法，其特征在于，所述上布拉格反射镜层的介电质材料组，为ニ种分别具有不同折射率的介电质镀膜而成，且该较远离该发光区的介电层的折射率是大于相对靠近该发光区的介电层的折射率。
10.如权利要求I或2或4所述的共振腔发光二极体的制造方法，其特征在于，所述上布拉格反射镜层的介电层，是由氧化硅SiO2、氧化铝Al2O3、氟化镁MgF2、氯化钾KCl、硅Si、氧化钽Ta2O5、氧化钛TiO2、氧化铪HfO2及氧化锆ZrO2所组成的群体组成。
11.如权利要求I或2或4所述的共振腔发光二极体的制造方法，其特征在于，所述封装程序依封装座的型式而调整，为模造或封盖。
全文摘要
本发明为一种共振腔发光二极体的制造方法，是利用改变共振腔发光二极体的制造程序，其晶粒制程中上布拉格反射镜层的制作是在晶粒固晶、打线键合等封装制程步骤完成后再进行，因此制程上可以解决传统以微影术在出光区域定义上反射镜时易发生的对位误差，进而改善共振腔发光二极体的操作特性。
文档编号H01L33/10GK102664222SQ201210168938
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月28日 优先权日2011年12月9日
发明者徐仲凡, 柯孙坚, 蔡家龙 申请人:中华电信股份有限公司