改良式发光二极管结构制造技术

本发明专利技术提供一种发光元件、一晶圆用于制作该发光元件及该发光元件的制造方法。该元件及晶圆包括一具第一导电型材料的第一层、一主动层及一具第二导电型材料的第二层。该主动层位在该第一层上方，该主动层产生光。该第二层位在该主动层上方，该第二层具有一第一表面相邻接触该主动层及一第二表面具有一表面包含散射照在该第二表面的光的特征。一透明导电材料层相邻该第二表面且被一第一介电层覆盖，该第一介电层对于该主动层产生的光具有穿透性。一具有大于百分之九十的反射率的镜面层沉积于该第一介电层上方。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术关于一 种发光元件及其制造方法，特别是有关于一种发光二极管及其制造 方法。
技术介绍
发光二极管是一种将电能转换成光的重要固态元件。这些元件的改良使得可用在 取代现行白炽灯及荧光灯源的照明装置设计。发光二极管具有足够长的寿命时间，且在某 些例子具有足够高的电转化成光的效率。发光二极管成本及转换效率是决定此新技术取代现行光源及被利用在高功率应 用的重要因素。由于个别的发光二极管受限于数瓦，许多高功率应用需要多个发光二极管 以达到需要的功率级。此外，发光二极管产生相当窄频谱的光。因此，在应用上若需要一特 定颜色的一光源，组合发光于不同光学谱带的多个发光二极管。因此，许多以发光二极管为 主的光源的成本为个别发光二极管成本的许多倍。在将发光二极管晶粒(die)放置在终端产品的印刷电路板等之前，封装发光二极 管晶粒的需要增加了发光二极管的成本。以打线方式连接晶粒于下方电路载体的传统封装 的成本占最终发光二极管成本的一相当部分。因此，“覆晶(flip-chip)”封装已经发展出 来，其中发光二极管晶粒改成提供发光二极管电力的焊垫位于晶粒发光表面的相对面。这 些焊垫建构成使得该晶粒可直接焊接于一印刷电路板上对应的一对焊垫。不幸的是，用在 增加发光二极管转换效率的技术不易实现在覆晶结构。个别发光二极管的转换效率对于解决高功率发光二极管光源的成本是一项重要 因素。在发光二极管内未转成光的电能转成热能使得发光二极管温度升高。散热限制发光 二极管操做的功率范围。此外，发光二极管必须装置在具有提供散热的结构，更增加这些光 源的成本。因此，假使一发光二极管转换效率可以提高，由单一发光二极管所提供的最大量 光也可增加，并降低一给定光源所需的发光二极管数目。此外，发光二极管操做的成本亦反 比于转换效率。因此，已有许多直接改善发光二极管转换效率的做法。发光二极管产生的光谱通常与该发光二极管的制造材料有关。发光二极管通常包 含一半导体主动层夹持于附加层之间。一发光二极管可视为具有三层，该主动层夹持在其 他两层间。这些层典型地沉积在例如蓝宝石的一基板上。须注意的是，这些层的每一层典 型上包含若干子层。材料的改良已改善在主动层内产生光的效率。然而，在主动层内产生的光的相当 部分被损失掉。大部分的光被用于建构发光二极管的各层吸收而损失掉。此光损失模式因 大量的光被捕捉于发光二极管结构内而加剧。主动层产生的光在出光前必须通过顶层或是 基板。由于主动层发出所有方向的光，从主动区域出来的光射向介于发光二极管外层的边 界且光是以相对于该边界法线方向从零度至九十度的角度入射。光以大于临界角的角度射 向该边界则光于该边界产生全反射。此光改变方向朝向另一外部边界且同样地反射回到发 光二极管内。因此，光被捕捉于发光二极管内直到光射向发光二极管端部或被发光二极管中的材料吸收。常见以蓝宝石为基板的氮化镓基发光二极管例子中，由主动层发射出的光，其中接近百分之七十被捕捉于蓝宝石基板与氮化镓外表面之间。有一些技术已经描述增进发光二极管的光萃取，进而可增进这些元件的光转换效 率。其中一种技术是发光二极管的一外表面从一平滑表面转换成一粗糙表面。另一表面反 射回来的一些光回到该粗糙表面的一位置使光于临界角以内，因此光可以逃脱而不是又再 一次反射。其余光被反射回来朝向平滑表面，并且回到该粗糙表面的一新位置及一角度范 围，因此，一部分的光也逃脱，且以此类推。典型覆晶发光二极管，是从发光二极管的底表面发光，例如，经由发光二极管层沉 积于其上的基板出光。提供一粗糙表面于基板/空气边界对于降低夹持于空气及蓝宝石间 的高折射系数氮化镓层内的光捕捉不是有效的。因此，该粗糙表面通常提供在发光二极管 的顶表面，除非是藉成长氮化镓在一表面图案化蓝宝石基板上以形成该粗糙表面在该氮化 镓底表面。然而，在覆晶设计中，发光二极管的顶表面必须是一反射器。为将该粗糙表面转 换成一反射器，一金属层例如银被施予在该表面。不幸地，此一层由于下方粗糙层造成的表 面等离子效应使得其反射率远小于百分之百。为避开此问题，现有技术的元件利用移除该基板以曝露出外延成长的氮化镓的底 层。首先，发光二极管被焊接到一新基板，该蓝宝石基板被移除，然后该底表面被粗糙化。然 而，此技术有其自身问题。首先，该基板移除工艺不像其他制造发光二极管工艺一样已经发 展得相当良好。第二，该工艺包含一些额外步骤使得发光二极管成本增加。最后，若在任何 期间内，发光二极管晶圆(wafer)没有基板，该晶圆会极度易脆而受到损坏。
技术实现思路
本专利技术包含一种发光元件、一晶圆用于制作该发光元件及该发光元件的制造方 法。该元件及晶圆包括一具第一导电型材料的第一层、一主动层，及一具第二导电型材料 的第二层。该主动层位在该第一层上方，当空穴与电子于该主动层中复合时，该主动层产生 光。该第二层位在该主动层上方，该第二层具有一第一表面相邻接触该主动层及一第二表 面具有一表面包含散射照在该第二表面的光的特征。一透明导电材料层相邻该第二表面且 被一第一介电层覆盖，该第一介电层是对于该主动层产生的光具有穿透性。一具有大于百 分之九十的反射率的镜面层(mirror layer)沉积于该第一介电层上方。本专利技术中一态样， 该镜面层通过一导电路径连接至该第一层及该第二层其中一者且一接触层位在该镜面层 上方，该接触层通过一导电路径连接至该第一层及该第二层其中另一者。本专利技术中另一态 样，该镜面层及该接触层连接至在该元件顶表面上的焊垫，用于连接该元件至一印刷电路 板或其类似者。附图说明图1是根据本专利技术一实施例的一发光二极管剖面图。图2是根据本专利技术另一实施例的一发光二极管剖面图。图3是根据本专利技术另一实施例的一发光二极管剖面图。图4是图3中发光二极管40沿线4-4的断面俯视图。图5至图10是根据本专利技术一实施例的发光二极管工艺不同阶段对应的一晶圆80的部分剖面图。图11是显示通过切割晶圆以分割成两晶粒的该晶圆区域。图12是根据本专利技术一实施例的晶圆200。图13是根据本专利技术另 一实施例的一晶圆部分剖面图。图14是根据本专利技术另一实施例的一发光二极管剖面图。具体实施例方式本专利技术提供优点的方式可通过参考图1更易于了解。图1是根据本专利技术一实施例 的一发光二极管的剖面图。发光二极管20是由在一蓝宝石基板21上外延成长若干层氮化 镓家族材料层而建构出来。为简化以下的讨论，这些层归成三层。一 N型层22、一主动层 23及一 P型层24。然而，需了解这些层的每一层可包含若干子层彼此有不同的组成。除此 之外，须注意到图中这些层并未按照真实比例绘制。当来自相邻层的空穴(hole)及电子于主动层23内复合时，主动层23产生光。主 动层23可由藉氮化镓层隔开的多层氮化镓铟所构成。该主动区域的详细构造为熟知的技 术，因此在此不再赘述。使P型层24的上表面粗糙化可在P型层24沉积完成后通过一适当刻蚀程序达成 或者可在成长期间最后部分通过适当地改变晶体成长条件达成。粗糙化该P型层的方法亦 为已知技术，因此在此不多作讨论。在基板21上具有层22-24的晶圆其层24已经粗糙化， 可由不同半导体制造厂提供。一透明导电层25沉积于P型层24粗糙表面上。铟锡氧化物(ITO)可用以建构层 25。层25扮演着一电流散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种元件包括：一第一层包含一第一导电型材料；一主动层位于所述第一层上方，当空穴与电子于所述主动层中复合时，所述主动层产生光；一第二层包含一第二导电型材料，所述第二层具有一第一表面位于所述主动层上方及相对于所述第一表面的一第二表面包含散射照在所述第二表面的光的特征；一透明导电材料层位在所述第二表面上方；一第一介电层对于所述主动层产生的光具有穿透性，所述第一介电层位在所述透明导电材料层上方且具有一第一介电表面接触所述透明导电材料层及一第二介电表面相对于所述第一介电表面，所述第二介电表面相对于所述第一介电表面较为平滑；及一镜面层位于所述第一介电层上方。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-12-6 11/952,048一种元件包括一第一层包含一第一导电型材料；一主动层位于所述第一层上方，当空穴与电子于所述主动层中复合时，所述主动层产生光；一第二层包含一第二导电型材料，所述第二层具有一第一表面位于所述主动层上方及相对于所述第一表面的一第二表面包含散射照在所述第二表面的光的特征；一透明导电材料层位在所述第二表面上方；一第一介电层对于所述主动层产生的光具有穿透性，所述第一介电层位在所述透明导电材料层上方且具有一第一介电表面接触所述透明导电材料层及一第二介电表面相对于所述第一介电表面，所述第二介电表面相对于所述第一介电表面较为平滑；及一镜面层位于所述第一介电层上方。2.如权利要求1所述的元件，进一步包含一第二介电层位于所述镜面层上方，所述镜 面层被所述第一介电层及所述第二介电层包覆。3.如权利要求1所述的元件，其中所述镜面层具有大于百分之九十的反射率。4.如权利要求3所述的元件，其中所述镜面层包含一金属。5.如权利要求1所述的元件，其中所述第一介电层包含旋涂式玻璃。6.如权利要求1所述的元件，其中所述镜面层包含银。7.如权利要求1所述的元件，其中所述透明导电材料层包含铟锡氧化物。8.如权利要求1所述的元件，其中所述第一层、所述第二层及所述主动层包含氮化镓 家族材料。9.如权利要求1所述的元件，其中所述镜面层通过一导电路径连接至所述第一层及所述第二层其中一者。10.如权利要求9所述的元件，进一步包含一接触层位于所述镜面层上方，所述接触层 通过一导电路径连接至所述第一层及所述第二层其中另一者。11.如权利要求10所述的元件，其中连接至所述第一层及所述第二层其中另一者的所 述导电路径通过所述镜面层中的一开口。12.如权利要求10所述的元件，其中所述元件包含一顶表面及一底表面，所述主动层 产生的光从所述底表面发出，且其中所述顶表面包括一第一导电结构电连接至所述镜面 层。13.如权利要求12所述的元件，其中所述顶表面包括一第二导电结构电连接至所述接触层。14.如权利要求12所述的元件，其中所述镜面层及所述接触层被一第二介电层隔开。15.如权利要求14所述的元件，其中所述接触层位于于一第三介电层下方，所述第三 介电层具有包含所述顶表面的一表面。16.如权利要求13所述的元件，其中所述第一及所述第二导电结构具有共平面的外表 面焊接于一外部元件。17.如权利要求13所述的元件，进一步包含一热传导结构于所述顶表面上方，所述热 传导结构具有一外表面与所述第一及所述第二电传导结构共平面。18.一种发光元件的制造方法，包括提供具有一顶表面及一底表面的一晶圆，所述晶圆包含 一第一层包含一第一导电型材料；一主动层位于所述第一层上方，当空穴与电子于所述主动层中复合时，所述主动层产 生光；...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛伦汉司南，史蒂芬D蓝斯特，
申请(专利权)人：普瑞光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]