氮化镓基发光二极管的垂直组件结构及其制造方法技术

本发明专利技术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。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
基于上述缘由，本专利技术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，本专利技术的主要目的，即为提供一种「氮化镓基LED的垂直组件结构及其制造方法」。本专利技术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。本专利技术所具有的有益效果为；1、本专利技术的最终基板并非蓝宝石(sapphire)基板，故，在晶粒制程中，本专利技术较易于切割。2、本专利技术对于后续制程而言，制造难易度较低，亦即，在晶粒制程中，本专利技术无需施以蚀刻法(Etching)。3、本专利技术因无需施以蚀刻法(Etching)，所以有效发光的面积并未减损。4、本专利技术因有效发光面积并未减损，故，在相同的有效发光面积下，本专利技术的晶粒可较习式者小，经济效益更高。5、本专利技术系为垂直组件结构，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、本专利技术的导电基板，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。本专利技术的特征、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。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术方法较佳实施例的步骤示意图；图2及图3为本专利技术方法的实施状态示意图；图4为本专利技术成长多层磊晶结构的示意图；图5为本专利技术结构较佳实施例的剖面图；图6为本专利技术结构第二实施例的剖面图；图7为本专利技术结构第三实施例的剖面图；图8为本专利技术结构第四实施例的剖面图；图9为本专利技术结构第五实施例的剖面图；图10为本专利技术结构第六实施例的剖面图；图11至图14为本专利技术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专利技术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专利技术创意的精华所在。为能进一步了解本专利技术的特征、技术手段以及所达成的具体功能、目的，兹列举本专利技术的较具体实施例，继以图式、图号详细说明如后。请参阅图1至图3所示，本专利技术方法可包含以下的步骤步骤1，系为「成长一缓冲层」本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪详竣，
申请(专利权)人：炬鑫科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]