发光二极管及其制造方法技术

本发明专利技术是采用一种不吸光的透明黏接层，来黏结具有吸光基板（ＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＳｕｂｓｔｒａｔｅ，ＡＳ）的发光二极管磊芯片及透明基板（ＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔＳｕｂｓｔｒａｔｅ，ＴＳ）。接着将吸光的基板除去，形成具有透明基板的发光二极管；由于采用透明基板不会吸光，因此可大幅提高发光二极管的发光效率；同时由信道连接欧姆接点与钉线电极层，在固定电流下可降低电压及提高电流分布，以提升发光二极管的发光效益。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种发光二极管(Light Emitting Diode；LED)芯片结构及其制造方法，特别是一种有关磷化铝镓铟(AlGaInP)发光二极管的结构及其制造方法。接着利用改变活性层5的组成，便可以改变发光二极管发光波长，使其产生从650nm红色至555nm纯绿色的波长。但此一传统的发光二极管有一缺点，就是活性层产生的光，往下入射至砷化镓基板3时，由于砷化镓基板3的能隙较小，因此入射至砷化镓基板3的光将会被吸收掉，而无法产生高效率的发光二极管。为了避免基板3的吸光，传统上有一些文献揭露出LED的技术，然而这些技术都有其缺点以及限制。例如Sugawara等人发表于[Appl.Phys Lett.Vol.61，1775-1777(1992)]便揭示了一种利用加入一层分散布拉格反射层(Distributed BraggReflector；DBR)于砷化镓基板上，以反射入射向砷化镓基板的光，并减少砷化镓基板吸收，然而由于DBR反射层祗对于较接近垂直入射于砷化镓基板的光能有效的反射，因此效果并不大。Kish等人发表于[Appl.Phys Lett.Vol.64，No.21，2839，(1994)之文献，名称为“Very high-efficiency semiconductorwafer-bonded transparent-substrate(AlxGa1-x)0.5In0.5P/GaP”，揭示一种黏接晶圆(Wafer bonding)的透明式基板(Transparent-Substrate；TS)(AlxGa1-x)0.5In0.5P/GaP发光二极管。这种TSAlGaInP LED是利用气相磊晶法(VPE)而形成厚度相当厚(约50μm)的P型磷化镓(GaP)窗户(Window)层，然后再以已知的化学蚀刻法，选择性地移除N型砷化镓(GaAs)基板。接着将此曝露出的N型(AlxGa1-x)0.5In0.5P下包覆层，黏接至厚度约为8-10mil的n型磷化镓基板上。由于此晶圆黏接(Wafer Bonding)是将二种III-V族化合物半导体直接黏接在一起，因此要在较高温度下，加热加压一段时间才能完成。就发光亮度而言，以这种方式所制得的TSAlGaInP LED，比传统吸收式基板(Absorbing-Substrate；AS)AlGaInP LED其亮度大两倍以上。然而，这种TS AlGaInP LED的缺点就是制造过程太过繁杂，且通常会在接合界面具有一非欧姆接点的高电阻特性，因此，无法获得高生产良率且难以降低制造成本。另一种传统技术，例如Horng等人发表于[Appl.Phys.Lett.Vol.75，No.20，3054(1999)文献，名称为“AlGaInP light-emittingdiodes with mirror substrates fabricated by wafer bonding”]。Horng等人揭示一种利用芯片融合技术以形成镜面基板(Mirror-Substrate；MS)磷化铝镓铟/金属/二氧化硅/硅LED。其使用AuBe/Au作为黏着材料以接合硅基板与LED磊晶层。然而，在20mA操作电流下，这种MS AlGaInP LED的发光强度仅约为90mcd，仍然比TS AlGaInP LED的发光强度少至少百分之四十，所以其发光强度无法令人满意。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，提供一种，其提供一简单的LED芯片黏结结构，可在较低的温度下进行芯片黏结，减少V族元素在黏结过程中挥发的问题。且由于没有基板吸光的缺点，因此可大幅提升LED的发光效率。本专利技术的制程简单，且可以采用玻璃等低成本之透明基板，因此可获得高良率与低成本之量产结果。本专利技术由信道连接可以得到较佳的光电特性，在相同定电流下，有较小的电压，以及较佳的电流分布。在相同电压下，可以得到较佳发光强度。本专利技术的发光二极管是采用一软质的透明黏接层，来接合发光二极管与一透明基板，因此，即便发光二极管磊芯片表面不平整，也可以利用黏接层将其紧密地接合在一起。综上所述，本专利技术提供一种发光二极管结构，其结构包括一具有一发光层的多层磊晶结构，由一黏接层与一透明基板相结合。此二极管的发光层可为同质结构(Homostructure)、单异质结构(Single heterostructure，SH)、双异质结构(Doubleheterostructure，DH)或多重量子井结构(Multi quantum wells，MQWs)。发光二极管结构亦包括第一欧姆接点金属电极层和第二欧姆接点金属电极层。第一欧姆接点金属电极层由信道与第一金属钉线电极层连接，第二金属钉线电极层在第二欧姆接点金属电极层上方，使得第一金属钉线电极层与第二金属钉线电极层在相对于透明基板是位于同一侧。此外，本专利技术更提供一种发光二极管的制造方法。首先，在发光二极管磊晶层上形成第一欧姆接点金属电极层。接着，由一透明黏接层，如BCB(B-staged bisbenzocyclobutene；BCB)树脂，本专利技术所使用的黏接层的材质并不限于BCB树脂，其它具有类似性质可形成透明状态之黏着物质，如环氧树脂(Epoxy)，均适用于本专利技术。将发光二极管磊晶层、第一欧姆接点金属电极层与透明基板相结合，并把发光二极管基板移除至导电型蚀刻终止层。其次，分两部分蚀刻，以便能与第一欧姆接点金属电极层相通。第一部份，大面积蚀刻宽约3～6mils，蚀刻至第一导电型磊晶层。第二部分，蚀刻宽约1～3mils的通道，并蚀刻至第一欧姆接点金属电极层。接下来，形成第一金属钉线电极层，让第一金属钉线电极层和第一欧姆接点金属电极层相通。最后再形成第二欧姆接点金属电极层和第二金属钉线电极层。因此，第一金属钉线电极层与第二金属钉线电极层在相对于透明基板，是位于同一侧。本专利技术的一项优点，为本专利技术提供一简单的LED芯片黏结结构，可在较低的温度下进行芯片黏结，减少V族元素在黏结过程中挥发的问题。且由于没有基板吸光的缺点，因此可大幅提升LED的发光效率。本专利技术的另一项优点，为制程简单，且可以采用玻璃等低成本的透明基板，因此可获得高良率与低成本的量产结果。本专利技术的再一项优点，为由信道连接可以得到较佳的光电特性，在相同定电流下，有较小的电压，以及较佳的电流分布。在相同电压下，可以得到较佳发光强度。本专利技术的再一项优点，为本专利技术的发光二极管是采用一软质的透明黏接层，来接合发光二极管与一透明基板，因此，即便发光二极管磊芯片表面不平整，也可以利用黏接层将其紧密地接合在一起。图4至图5是绘示本专利技术的另一较佳实施例发光二极管的结构示意图；以及图6是绘示传统的发光二极管结构示意图。首先请先参照附图说明图1，本专利技术发光二极管的磊晶结构包括依序堆栈的N型砷化镓(GaAs)基板26、蚀刻终止层(Etching StopLayer)24、N型磷化铝镓铟(AlXGa1-X)0.5In0.5P的下包覆(Cladding)层22与磷化铝镓铟(AlXGa1-X)0.5In0.5P的活性层(ActiveLayer)20，P型磷化铝镓铟(AlXGa1-X)0.5In0.5P的上包覆层18以及P型欧姆接点磊晶层(Ohmic Contact Epitax本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管，其特征在于，包含： 一多层磷化铝镓铟磊晶层结构，该磊晶层结构包含一上包覆层，一活性层，以及一下包覆层； 一欧姆接点磊晶层形成于该上包覆层上； 一第一欧姆接点金属电极层形成于该第一欧姆接点磊晶层上； 一透明黏接层； 一透明基板以该透明黏接层黏合于该第一欧姆接点金属电极层上； 一第二欧姆接点金属电极层形成于该下包覆层上； 一第一金属钉线电极层形成于该第一欧姆接点磊晶层上； 一第二金属钉线电极层形成于该第二欧姆接点金属电极层上；以及 一电极信道，用以电气连接该第一金属钉线电极层与该第一欧姆接点金属电极层； 其中，相对于该透明基板，该第一金属钉线电极层与该第二金属钉线电极层是位于同一侧。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管，其特征在于，包含一多层磷化铝镓铟磊晶层结构，该磊晶层结构包含一上包覆层，一活性层，以及一下包覆层；一欧姆接点磊晶层形成于该上包覆层上；一第一欧姆接点金属电极层形成于该第一欧姆接点磊晶层上；一透明黏接层；一透明基板以该透明黏接层黏合于该第一欧姆接点金属电极层上；一第二欧姆接点金属电极层形成于该下包覆层上；一第一金属钉线电极层形成于该第一欧姆接点磊晶层上；一第二金属钉线电极层形成于该第二欧姆接点金属电极层上；以及一电极信道，用以电气连接该第一金属钉线电极层与该第一欧姆接点金属电极层；其中，相对于该透明基板，该第一金属钉线电极层与该第二金属钉线电极层是位于同一侧。2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，其中该多层磷化铝镓铟磊晶层结构是为磷化铝镓铟的同质结构、单异质结构、双异质结构或量子井结构当中一种。3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，其中该透明基板是选自复晶基板或非晶系基板，例如蓝宝石、玻璃、磷化镓、磷砷化镓、硒化锌、硫化锌、硒化锌硫或碳化硅等当中一种。4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，其中该软质的透明黏接层的材质包括BCB与树脂环氧树脂。5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，其中该信道与该第一金属钉线电极层是为同一物质。6.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，至少包括提供一基板；形成一蚀刻终止层；形成一多层磷化铝镓铟磊晶层结构在该基板上，该磊晶层结构包含一下包覆层，一活性层，一上包覆层；形成一欧姆接点磊晶层于该上包覆层上；形成一第一欧姆接点金属电极层于该欧姆接点磊晶层上；提供一透明基板；涂布一软质的透明黏接层于该透明基板上，用以黏合该透明基板与该第一欧姆接点金属电极层；去除该基板与该终止蚀刻层；去除部份的该多层磷化铝镓铟磊晶层结构与该欧姆接点磊晶层，直到该欧姆接点磊晶层的部分深度，并使得该欧姆接点磊晶层暴露出来，且在该欧姆接点磊晶层上形成一信道，该信道使得该第一欧姆接点金属电极层暴露出来；形成一第一金属钉线电极层于暴露出的该欧姆接点磊晶层上与该信道内，该信道用以电气连接该第一欧姆接点金属电极层；形成一第二欧姆接点金属电极层于该下包覆层上；以及形成一第二金属钉线电极层于该第二欧姆接点金属电极层上；其中该第一和该第二金属钉线电极层，在相对于该透明基板为同一侧。7.如权利要求6所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，其中该多层磷化铝镓铟结构是选自磷化铝镓铟的同质结构、单异质结构、双异质结构或量子井结构的中一种。8.如权利要求6所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，其中该透明基板是选自复晶基板或非晶系基板，例如蓝宝石、玻璃、磷化镓、磷砷化镓、硒化锌、硫化锌、硒化锌硫或碳化硅等当中一种。9.如权利要求6所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，其中该透明黏接层的材质包括BCB树脂与环氧树脂。10.如权利要求6所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，其中该透明黏接层接合该透明基板与该发光二极管磊晶层表面的步骤，至少包括下列方式第一阶段在60℃～100℃范围内加压及加热而成，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：林锦源，杨光能，
申请(专利权)人：国联光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]