发光二极管与其制造方法技术

本发明专利技术提供一种发光二极管元件及其制造方法。该ＬＥＤ具有一基材，一反射结构形成于基材之上，与一ＬＥＤ结构形成于反射结构之上。此反射结构由非金属材料所组成。在一实施例中，反射结构由交替的、具有不同折射率的非金属材料所阻成。在另一实施例中，反射结构由交替的高孔隙度硅层与低孔隙度硅层所组成。在又一实施例中，反射结构由二氧化硅所组成，其可使用较少层的反射层。反射结构可以直接形成于与ＬＥＤ结构相同的基材上，或者是分别形成反射结构与ＬＥＤ结构，之后再将反射结构接合至ＬＥＤ结构。本发明专利技术可以很好的解决现有技术中存在的问题，提高ＬＥＤ结构的发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体元件，且特别涉及一种结晶态III-V族的发光二极管。
技术介绍
一般而言，发光二极管(LED)结构具有一发光层位于下层与上层之间， 其中上层与下层具有相对的导电类型而形成p-n结。电子-空穴对在p-n结的 耗尽区(depletionregion)再结合而放射出电磁波(例如光)。此电磁波可能在可 见光范围，也可能在非可见光范围。使用具有不同能阶差(bandgap)的材料可 产生不同的LED颜色。此外，若LED发射的电磁波在非可见光范围时，可 将非可见光引导至磷光体透镜(phosphor lens)或是类似的材料。当非可见光被 磷光体吸收时，磷光体就会放射出可见光。一般发光层的两侧皆会放射出光。然而，实际的应用经常只需要光从单 一侧出来，且因为两侧皆会放光，将导致部分的光能损失。为了增加从LED 元件的单侧中放射的光量，因此于基材与LED结构之间形成反射层。此反 射层包含一金属反射材料，其能将从LED结构向下方基材发射的光反射， 使发射光向上反射回LED元件的发光面，从而增加LED的发光效率。虽然反射金属层能够胜任某些使用长波长光的应用，但对于短波长光的 反射能力(reflectivility)却不够，导致使用金属反射层的LED结构的发光效率 低于所需，因此，业界亟需一种具有较高发光效率的LED元件。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种发光二极管(LED) 元件，包括 一基材； 一非金属反射层位于该基材的表面上；以及一发光二 极管(LED)结构形成于该非金属反射层之上。本专利技术另提供一种发光二极管(LED)元件，包括 一基材； 一反射结构 位于该基材的第一侧，其中该反射结构包括至少一第一材料与一第二材料，其中该第一材料与该第二材料具有不同的折射率且为非金属；以及一发光二 极管(LED)结构形成于该反射结构之上。本专利技术又提供一种发光二极管(LED)元件的制造方法，包括提供一第 一基材；形成一反射结构于该第一基材之上，其中该反射结构为一非金属结 构；以及形成一发光二极管(LED)结构位于该反射结构之上。本专利技术可以很好的解决现有技术中存在的问题，提高LED结构的发光 效率。为让本专利技术的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举 出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。附图说明图1 图2为一系列剖面图，用以说明本专利技术一实施例的发光二极管的工 艺步骤。图3~图5为一系列剖面图，用以说明本专利技术另一实施例的发光二极管的 工艺步骤。图6~图8为一系列剖面图，用以说明本专利技术又一实施例的发光二极管的 工艺步骤。上述附图中的附图标记说明如下100 LED元件102 ~基材104 ~非金属反射层110~第一非金属层112~第二非金属层202 LED结构210 下方LED层212 发光层214 ~上方LED层300 LED元件302 ~基材404 非金属反射层406 ~晶种层 410-高孔隙度硅层 412-低孔隙度硅层 502 LED结构 600 LED元件 602 ~第一基材 604 ~第二基材 606 ~ LED结构 608 ~金属层 610 ~非金属反射器 612 ~散热孔具体实施例方式本专利技术的较佳实施例详述如下。然而，本领域普通技术人员应可知本发 明所提供的许多专利技术概念，其可以最广的变化据以实施，此外，本文所述的 特殊实施例仅用于举例说明，并非用以限定本专利技术所保护的范围。本专利技术提供一种LED元件与其制造方法。本专利技术显示工艺较佳实施例 的中间过程，此处须注意的是，此处显示本专利技术所需的工艺步骤，也可以进 行其他工艺。本专利技术的各种附图与显示的实施例中，类似的元件使用类似的 元件符号。图1与图2显示本专利技术的一实施例，其显示形成具有非金属反射层的发 光二极管(LED)的各种中间工艺步骤。请参见图1， LED元件IOO具有基材 102与形成于其上的非金属反射层104。基材102较佳为块状半导体基材， 可掺杂或未掺杂，且较佳具有(lll)的表面晶向。此处须注意的是，虽然本发 明的实施例使用块状的硅基材，但也可以使用其他基材。例如，绝缘层上覆 硅(SOI)基材、蓝宝石基材(sapphire)、碳化硅(SiC)基材或其他类似的基材。 此外，虽然基材较佳具有(lll)的表面晶向，但也可以使用其他晶向的基材， 例如(100)和(110)表面晶向。非金属反射层104包括多对彼此交替排列且具有不同的折射率 (refractive indice)的非金属材料层。举例而言，图1显示第一非金属层110形6成于基材102之上，以及第二非金属层112形成于第一金属层110之上，其 中第一金属层IIO与第二金属层112由具有不同折射率(refractive indices)的 不同材料所组成。非金属反射层104较佳具有至少三对第一非金属层110与 第二非金属层112，但更佳为约5对至20对。每一层的较佳厚度取决于欲反射光的波长与材料的折射率(refractive index)。在一实施例中，各层的厚度遵守下列式子。nidi = md2 = X/4其中m为第一非金属层110的折射率；Ch为第一非金属层110的厚度； n2为第二非金属层112的折射率； d2为第二非金属层112的厚度；以及 入为欲反射的光的波长。在一实施例中，交替的第一非金属层110和第二非金属层112由交替的 硅(Si)和碳化硅(SiC)组成。对于波长460 nm ~ 480nm的光，硅层的折射率 (refractive index)为约4.1，而碳化硅层的折射率(refractive index)约2.7。由交 替的高折射率材料与低折射率材料组成的非金属反射层104提供一高度反射 结构。硅层与碳化硅层可以利用任何合适的方法制备而得，包括外延工艺， 例如分子束外延法(molecular-beam epitaxy, MBE)、化学气相沉积法(chemical vapor deposition, CVD)、 氧4七物气相夕卜延》去(hydride vapor phase epitaxy, HVPE)、液相外延法(liquid phase epitaxy, LPE)或其他类似的方法。第一非金属层110与第二非金属层112可视需要地掺杂掺质，以提供导 电的非金属反射层。当制备垂直式LED元件时，需要能够导电的非金属反 射层，以沿着基材102的底部形成与LED结构底层的电性接触。在一实施 例中，其中第一非金属层110和第二非金属层112包括交替的硅和碳化硅。 且假设LED结构上方为p型(p-up)，其中硅层可以掺杂n型掺质，例如磷或 砷，通过注入或原位掺杂(in situ)进行掺杂，掺杂后的浓度为约1016~1021 atoms/cm3，且碳化硅层可以掺杂n型掺杂物，例如磷或砷，通过注入或原位 掺杂(insitu)进行掺杂，掺杂后的浓度为约1016~1021 atoms/cm3。在另一实施例中，第一非金属层110与第二非金属层112可以由交替的 硅和硅化锗(SixG"x)所组成，其中x大于约0.5。在此实施例中，对于波长460nm 480nm的光，硅层的折射率为约4.1，而硅化锗(SixGel-x)层的折射 率为约4.2。在此实施例中，硅层与硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管元件，包括：　一基材；　一非金属反射层位于该基材的表面上；以及　一发光二极管结构形成于该非金属反射层之上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈鼎元，邱文智，余振华，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[]