倒置型发光二极管制造技术

本发明专利技术利用氮化铟镓发光二极管透明基材的特性，将氮化铟镓发光二极管倒置在导电基材上，以提高其发光效率。本发明专利技术不需制作传统光输出层，有效地将电流分散于整个晶粒，以提高发光亮度。由于本发明专利技术有效地增加发光面积，因此缩小晶粒大小即获得与现有技术相同的亮度，如此单位面积内可生产更多产品，因而大大地降低制作成本。本发明专利技术发光二极管结构只需打一条线于其上，与现有发光二极管封装制作工艺相互匹配，可降低成本。（*该技术在2020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发光二极管，特别涉及一种倒置型发光二极管。一般，III-V族氮化物材料为所有III-V族材料中具有最高的直接禁带的是，其发光波长范围涵盖自紫外光区至黄光区，非常适合制作短波长高功率的发光元件。虽然过去数十年间，研究人员尝试将氮化物系列材料制成为商品化产品，然而，由于下列的技术无法突破，一直无法实现1.缺乏一个合适的基材，可供成长晶格匹配的氮化物材料。2.成长“氮化铟镓”(InGaN)，尤其是成长高铟含量的氮化铟镓的技术极为困难。3.高p型载流子浓度的“氮化镓”(GaN)不易成长；以及4.在元件结构上不易形成良好的电极，因此，元件的电性不佳。直到1993年年底，日本“日亚化学”(Nichia Chemical Industries Ltd.，Japan)宣布成功地作出第一个以氮化镓系列为材料的蓝色发光二极管；之后，又成功地发展出高亮度绿色发光二极管。目前，世界上有许多的研究单位也投入相当庞大的资源。然而，成功者也仅限于少数两三家厂商。因此可知，上述技术难点仍是极待突破的重点。日亚化学的蓝色发光二极管结构如附图说明图1所示。在“蓝宝石基材”(sapphiresubstrate)依序成长氮化镓“核化层”(nucleation layer)、n型氮化镓“缓冲层”(buffer layer)、n型氮化铝镓“束缚层”(cladding layer)、未掺杂质的氮化铟镓“量子井发光层”(quantum well light emitting layer)、p型氮化铝镓束缚层、p型氮化镓“接触层”(contact layer)。再依序镀上镍/金“光输出电极”(light transmitting electrode)及p型镍/金电极。而由于蓝宝石基材为绝缘材料，因此，必须在发光二极管晶粒的部分区域蚀刻至n型氮化镓束缚层处，并在其上形成一n型钛/铝电极，才能完成整个元件。此一现有技术具有以下几项缺点(一)由于p型氮化镓接触层的载流子浓度，一般经过“热处理”(thermalannealing)以后，大都小于1×1018cm-3，其电阻系数的最佳值约只有1Ωcm左右。由于导电性不佳，因此，从p型电极流下的电流无法有效地分布于整个晶粒，而形成“电流拥塞”(current crowding)现象，因而影响发光效率。参考现有技术如图1所示，便是利用一极薄的镍/金属，厚度约只有数百个“埃”()当作“电流分散层”(current spreading layer)，以便在整个晶粒处有效地分散电流。然而，此一镍/金属的穿透率”(transmission)大都小于50％；因此，大部分来自于发光层所发出的光，都被此一电流分散层所吸收，使得其发光效率降低。(二)由于p及n型电极在同一面上，为了提供封装所需的打线垫(bonding pad)一般的直径需大于100μm以上。而发光二极管的亮度与发光面积与电流密度(current density)有直接关系，电流密度较低的可得较佳的可靠性(reliability)。以绝缘蓝宝石为基材的氮化铟镓发光二极管，一般的晶粒大小为350×350μm，高亮度磷化铝镓铟发光二极管的晶粒大小介于225×225μm至300×300μm之间。其原因便在于氮化铟镓发光二极管晶粒，有部分区域需作为n型打线垫使用。以一片2＂晶片而言如果良率为100°。，所产出的氮化铟镓发光二极管晶粒只有约16500颗，相对的磷化铝镓铟发光二极管产出量介于22500到40000颗之间。如果能缩小晶粒尺寸其单位产出量将高出许多，相对地可以降低制作成本。(三)前述的现有氮化铟镓发光二极管由于使用绝缘基材，p及n型电极必须制作在同一面上，封装时，须同时于其上打两条金线，不仅打线的成本较高，封装的成本也高。本专利技术的目的在于提供一种倒置型发光二极管，以解决上述问题。本专利技术的目的是这样实现的，即提供一种倒置型发光二极管，包括第一导电型基材，具有第一面，以及被局部蚀刻的第二面；第一电极，形成于前述的基材第一面；第一型金属层，形成于前述的基材第二面的未蚀刻区域；第一焊锡层，形成在前述的第一型金属层上面，提供连接于第一型欧姆层之用；电性绝缘层，形成于前述的基材第二面的局部蚀刻区域；金属层，形成在前述的电性绝缘层上；第二电极，形成在前述的金属层上第一局部区域；及第二焊锡层，形成在前进的金属层上第二局部区域，提供连接于第二型半导体材料之用。本专利技术还提供一种制造倒置型发光二极管的方法，包括选择一导电型半导体材料作为基材，具有第一面，以及第二面；局部蚀刻前述基材的第二面；制作第一电极，形成于前述的基材第一面；制作第一型金属层，形成于前述的基材第二面的未蚀刻区域；制作第一焊锡层，形成在前述的第一型金属层上面，供连接于第一型欧姆层；制作电性绝缘层，形成于前述的基材第二面的局部蚀刻区域；制作金属层，形成在前述的电性绝缘层上；制作第二电极，形成于前述的金属层上第一局部区域；以及制作第二焊锡层，形成在前述的金属层上第二局部区域，供连接于第二型半导体材料。也就是说，本专利技术是利用一导电型半导体材料做为导电基材，将具有绝缘且透明基材的氮化铟镓发光二极管晶粒倒置于其上。在氮化铟镓发光二极管与导电半导体基材介面整面镀上欧姆接触层及反射层。如此，发光层所发出的光可以均匀地分散于整个晶粒，并且可以由反射层将光线有效地引出晶粒，以达到提高发光功效的目的。此外，氮化铟镓发光二极管晶粒与导电型半导体基材同一电性的电极，可通过与导电型半导体基材之间的导通，在其下方形成电极。如此可有效地缩小此一电极所占的面积，达到缩小晶粒尺寸的目的。最后在导电型半导体基材上形成另一电极，便完成本专利技术的发光二极管元件。下面结合附图，详细说明本专利技术的实施例，其中图1为现有的氮化铟镓发光二极管晶粒结构示意图；图2A为本专利技术倒置型氮化铟镓发光二极管晶粒上段结构示意图；图2B为本专利技术的倒置型氮化铟镓发光二极管晶粒下段结构示意图；图3为本专利技术的倒置型氮化铟镓发光二极管晶粒示意图。本专利技术的倒置型氮化铟镓发光二极管，先依据现有的制作工艺制作氮化铟镓发光二极管晶粒的局部结构，如图2A所示，在未蚀刻区镀上整面p型欧姆层，在蚀刻区镀上n型欧姆层。其次，制作硅晶片基座，如图2B所示，以一n型硅晶片为基座材料，底面制作一n型电极。n型硅晶片的大部分区域以蚀刻方式蚀刻约1～3μm之间，然后覆盖一绝缘型氧化硅或氮化硅。再于其上制作一金属层，供后续制作的p型电极与氮化铟镓发光二极管的p型欧姆接触层导通用。在n型硅晶片的未蚀刻的平面上，形成一层n型硅基材的欧姆接触层。最后，将图2A的氮化铟镓发光二极管晶粒倒置于图2B的基座上完成本专利技术的倒置型氮化铟镓发光二极管，如图3所示。n型硅基材与氮化铟镓发光二极管之间是通过金属贴合(metal bonding)的方式，如以金-锡焊垫层(Au-Sn solder layer)加以贴合连接完成。本专利技术的氮化铟镓发光二极管结构有下列几项优点(一)具有极佳的光粹取效率(light extraction efficiency)及电流分散(current spreading)效应。本专利技术的倒置型氮化铟镓发光二极管，是成长在透明的蓝宝石基材上。将其倒置在硅基材上时，自发光层放出的光线，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倒置型发光二极管，包括： 第一导电型基材，具有第一面，以及被局部蚀刻的第二面； 第一电极，形成于前述的基材第一面； 第一型金属层，形成于前述的基材第二面的未蚀刻区域； 第一焊锡层，形成在前述的第一型金属层上面，提供连接于第一型欧姆层之用； 电性绝缘层，形成于前述的基材第二面的局部蚀刻区域； 金属层，形成在前述的电性绝缘层上； 第二电极，形成在前述的金属层上第一局部区域；以及 第二焊锡层，形成在前述的金属层上第二局部区域，供连接于第二型半导体体材料。

【技术特征摘要】
1.一种倒置型发光二极管，包括第一导电型基材，具有第一面，以及被局部蚀刻的第二面；第一电极，形成于前述的基材第一面；第一型金属层，形成于前述的基材第二面的未蚀刻区域；第一焊锡层，形成在前述的第一型金属层上面，提供连接于第一型欧姆层之用；电性绝缘层，形成于前述的基材第二面的局部蚀刻区域；金属层，形成在前述的电性绝缘层上；第二电极，形成在前述的金属层上第一局部区域；以及第二焊锡层，形成在前述的金属层上第二局部区域，供连接于第二型半导体材料。2.如权利要求1所述的一种倒置型发光二极管，其中所述的第一导电型基材是指硅、砷化镓、磷化镓或是碳化硅。3.如权利要求1所述的一种倒置型发光二极管，其中所述的焊锡层是指金锡合金或是铟金属。4.如权利要求1所述的一种倒置型发光二极管，还包括第一型欧姆接触层，形成在前述的第一焊锡层上；接触层，形成在前述的第二焊锡层上；第一束缚层，形成在前述的接触层上；发光层，形成在前述的第一束缚层上；第二束缚层，形成在前述的发光层上；缓冲层，形成在前述的第二束缚层与前述的第一型欧姆接触层；核化层，形成在前述的缓冲层上；以及透明绝缘层，形成在前述的核化层上。5.一种制造倒置型发光二极管的方法，包括选择一导电型半导体材料作为基材，具有第一面，以及第二面；局部蚀刻前述基材的第二面；制作第一电极，形成于前述的基材第一面；制作第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秉杰，周铭俊，谭昌琳，章绢明，刘家呈，
申请(专利权)人：晶元光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]