CN101075649A - 制造发光二极管的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造发光二极管的方法，包含：在一半导体衬底上依序形成一高选择比层以及一发光结构。之后，在发光结构上依序形成一p型欧姆接触层以及一金属层在p型欧姆接触层上。接着，将半导体衬底以及高选择比层移除。然后，在发光结构相对于该金属层的面形成一n型接触电极与一透明导电层。

Description

制造发光二极管的方法

技术领域

本发明是有关于一种制造发光二极管的方法，特别是有关于一种将吸光的衬底层移除及透明导电层形成在n型导通的半导体层以增加发光面积。

背景技术

发光二极管的发光机制拥有许多的特顶，使得在现今的工业以及日常生活中可以普遍的见到其应用。例如，只需要小面积的照明时，发光二极管不但可以提供小面积的照明，而且其电源消耗远较传统的白炽灯泡或是日光灯来的低。另外，发光二极管的发射光线的频谱远较传统的照明设备为窄，因而可以发射某些特定波段的光线。日常见到的发光二极管就有红色，黄色，绿色，蓝绿色，蓝色等各种颜色。不同颜色的发光二极管可以作为不同状态的指示灯。

现有的发光二极管，如图1所示，是在一基板10上形成一发光结构20，包含一在基板10上的n-型导通的半导体层22，一在n-型导通的半导体层22上的有源层24，一在有源层24上的p-型导通的半导体层26。在衬底10的下方有一n电极23，而在p-型导通的半导体层26上有一p电极27以及可选择性的在p-型导通的半导体层26上有一透明导电层28。

如果大部分的电流从p电极27直接往p-型导通的半导体层26通过，则在有源层24上会只有少部分的面积会有机会产生电子电动对的结合而发光。透明导电层28的主要目的，就是希望p型电极27的电流会先均匀地在透明导电层28上面扩散。然后，电流才均匀地向下流向p-型导通的半导体层26。在发光二极管中，增加电流向p-型导通的半导体层26的面积可以增加发光二极管的发光面积。透明导电层28，主要会使用的材料是铟锡氧化物。然而，铟锡氧化物与p型导通的半导体层26之间并不易形成欧姆接触，这会造成电流从透明导电层26流向p型导通的半导体层26的阻碍。故发光二极管制造不易，产品的良率低。

一种解决的方式，就是寻找与p型导通的半导体层之间呈欧姆接触的透明导电的材质。然而，目前的透明导电的材质均为与n型导通的半导体层之间呈欧姆接触，不易找到与p型导通的半导体层之间呈欧姆接触这样的透明导电的材质。

因此，亟需一种方式制造发光二极管可以解决上述问题以增加发光二极管的发光面积。

发明内容

鉴于上述的发明背景中，传统的发光二极管所产生的诸多问题与缺点，本发明主要的目的在于提供一种发光二极管的制造方式，其中以铟锡氧化物为材质的透明导电层形成在n型导通的半导体层端，而在p型导通的半导体层端形成适当的金属欧姆接触层与金属衬底。在本发明中光线是透过n型导通的半导体层发射出去，正好搭配与n型导通的半导体层之间呈欧姆接触的透明导电材质。

本发明的另一目的为增加发光二极管的发光面积，因为透明导电材质与n型导通的半导体层之间呈现欧姆接触，电流会均匀分布在透明导电层以及n型导通的半导体层。

本发明的又一目的为使用剥离法移除半导体衬底。剥离法可以让相异的两层材质之间成为剥离。

本发明的再一目的在于使用金属衬底可以将发射到p型导通半导体层反射回n型导通的半导体层，亦可作为p电极，以及促进发光二极管的散热。

根据以上所述的目的，本发明提供了一种制造发光二极管的方法，包含在一半导体衬底上形成一高选择比层。然后，在高选择比层上形成一发光结构，其中该发光结构包含一n-型导电的半导体层在高选择比层上以及一p-型导电的半导体层在该n-型导电的半导体层上。之后，在发光结构上依序形成一p型欧姆接触层以及一金属层在p型欧姆接触层上。接着，将半导体衬底以及高选择比层移除。然后，紧邻在n-型导电的半导体层旁形成一n型接触电极与一透明导电层。

本发明亦提供了一种制造发光二极管的方法，包含在一三五族化合物半导体衬底上形成一剥离层。然后，在剥离层上依序形成一n型导电的半导体层，在n型导电的半导体层上形成一有源层，在有源层上形成一p型导电的半导体层。之后，在p型导电的半导体层上形成一p型金属接触层，并且进行退火工艺使得前述p型金属接触层成为一p型欧姆接触层。接着，在p型欧姆接触层上形成一金属层。然后，切穿前述三五族化合物半导体衬底直到剥离层，并且以剥离法移除剥离层以及半导体衬底。再者，紧邻在前述n型导电的半导体层旁形成n型接触电极以及透明导电层，如铟锡氧化物层。

附图说明

图1显示传统的发光二极管结构；

图2显示本发明的形成发光二极管各步骤的流程图；

图3A-图3G显示依照本发明的方式制造发光二极管的各步骤阶段的结构示意图；以及

图4显示切割后的单一发光二极管结构。

符号说明：

10  衬底

20  发光结构

22  n型导电半导体层

23  n型接触电极

24  有源层

26  p型导电半导体层

27  p型接触电极

28  铟锡氧化物

110  衬底

112  高选择比层

114  切穿孔

120  发光结构

122  n型导电半导体层

124  有源层

126  p型导电半导体层

128  铟锡氧化物层

130  p型欧姆接触层

131  n型接触电极

132  金属层

具体实施方式

本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述的实施例外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行，且本发明的范围不受限定，其以之后的申请专利范围为准。

再者，为提供更清楚的描述及更易理解本发明，图标内各部分并没有依照其相对尺寸绘图，某些尺寸与其它相关尺度相比已经被夸张；不相关的细节部分也未完全绘出，以求图标的简洁。

本发明主要将透明导电层形成在n型导电的半导体层上，两者之间即为欧姆接触。这种方式会使得发光二极管的光线会从n型导电的半导体层上发射。因此，需要将半导体衬底移除，移除的方式会以剥离法较佳。另外，在p型导电的半导体层一端形成金属衬底。金属衬底可以作为p电极以及促进发光二极管的散热等功能。

本发明因此提供一种制造发光二极管的方法，包含在一半导体衬底上形成一高选择比层。然后，在高选择比层上形成一发光结构，其中的发光结构包含一n-型导电的半导体层在高选择比层上以及一p-型导电的半导体层在该n-型导电的半导体层上。之后，在发光结构上依序形成一p型欧姆接触层以及一金属层在p型欧姆接触层上。接着，将半导体衬底以及高选择比层移除。然后，紧邻在n-型导电的半导体层旁形成一n型接触电极与一透明导电层，其中的透明导电层为铟锡氧化物。

前述半导体衬底为三五族化合物半导体衬底，在本发明中可为GaAs，而前述的高选择比层可为AlAs或是AlGaAs形成p型欧姆接触层的步骤包含，在p型导电的半导体层上形成一p型金属接触层，以及进行退火工艺使得前述p型金属接触层成为p型欧姆接触层。另外，移除半导体衬底以及高选择比层的步骤可包含切穿前述三五族化合物半导体衬底直到高选择比层，以及以氢氟酸剥离高选择比层以及半导体衬底。然而，上述移除半导体衬底以及高选择比层的步骤亦可以不包含切穿前述三五族化合物半导体衬底的步骤，直接以氢氟酸剥离高选择比层以及半导体衬底。两种步骤的选择主要取决于移除衬底的效率何者较佳。

本发明的实施例可参照图2的流程图。首先，提供一半导体衬底，半导体衬底可选择GaAs半导体化合物。然后，在半导体衬底上形成一高选择比层。高选择比层主要是提供后面的剥离工艺中的剥离(lift-off)层。之后，在高选择比层上形成发光二极管的发光结构，其中的发光结构包含n型导电的半导体层，有源层，以及p型导电的半导体层。其中上述的有源层可为双异质接面结构(double hetero-junction structure)，单一量子井结构(single quantum well structure)，或是多重量子井结构(multiple quantum well structure)。接着，在发光结构上形成一p型欧姆接触层。这里的欧姆接触层不需要考虑是否透光，因为光线将会从另外一端发射出去。一般形成欧姆接触层的方式包含金属沉积以及退火等过程。之后，在p型欧姆接触层上形成一金属层。这层金属层提供了几个功能，一个是作为发光二极管的金属基板，另一个是作为p电极。接着，将高选择比层以及三五族化合物半导体衬底移除，移除的方式是以剥离法较佳。高选择比层的材质是AlAs，使用氢氟酸作为移除的蚀刻剂。然后，在紧邻在发光结构的n型导电层旁形成n型接触电极与透明导电层。一般透明导电层可使用铟锡氧化物。

在图2中形成发光二极管各步骤阶段的结构示意图是显示在图3A-图3G中。再者，图3A-图3G所示为晶圆阶段的工艺，形成的发光二极管晶粒需要被切割。

如图3A所示，在一半导体基板110上形成一高选择比层112。半导体衬底110主要是以三五族化合物为主，例如，GaAs，GaSb，InP，或是GaP等的半导体化合物。会考虑上述材料的主要原因是因为这些材料在产业界的应用上是十分成熟的。另外，亦可以考虑二六族的半导体化合物，或者是可以考虑使用四族的本征半导体材料或是四族的半导体化合物作为衬底，只要其晶格常数与上面的高选择比层112的晶格常数可以匹配。

高选择比层112的材料较佳的选择会是AlAs。因为AlAs这种材料对于发光二极管的发光结构具有很高的蚀刻选择比。AlAs的形成方式可以使用化学气相磊晶法(CVD；Chemical Vapor Deposition)，例如有机金属化学气相磊晶法(MOCVD；Metal Organic CVD)，等离子体增益化学气相磊晶法(PECVD；Plasma Enhanced CVD)，或是分子束磊晶(MBE；MolecularBeam Epitaxy)等均可。高选择比层112的厚度约为20-2000埃。

如图3B所示，在高选择比层112上形成一发光结构120，在本实施例中以双异质结构作为说明，但是亦可以为均匀的pn接面(homogeneous pnjunction)，单一量子井结构(single quantum well)，多重量子井结构等。发光结构120为发光二极管发光的部分。发光结构120包含一n型导电的半导体层122，一有源层124，以及一p型导电的半导体层126。另外，亦可以包含其它功能的半导体层，例如缓冲层，光学取出层，电流扩散层，电流阻挡层，或是其它可能的非半导体层等。这些额外的层并不会影响到本发明的特征，可以在适当的地方增加。

之后，如图3C所示，在发光结构120上形成一p型金属欧姆接触层130。在本发明中，金属欧姆接触层130的材质可为AuBe，AuZn，PdBe，NiBe，NiZn，PdZn，或是AuZn，或是上述的材料与Pt或是Au的多层结构。p型金属欧姆接触层130形成的方式主要包含镀膜以及退火等两个步骤。镀膜的方式可以使用蒸镀(thermal evaporation)，溅镀(sputtering)，或是电子束蒸镀(E-beam evaporation)，形成之后的金属层需要经过退火才会与p型半导体层之间形成欧姆接触。金属欧姆接触层130的厚度约为50-20,000埃。这里使用金属欧姆接触层130有几项优点。一个是提供良好的欧姆接触。另外是提供发光二极管一个好的反射面，可以让朝向p型半导体层发射的光线经由反射而朝向n型半导体层出去。

如图3D所示，在金属欧姆接触层130上形成一金属层132。这层金属层132有几个功能，一个是作为发光二极管的基板，另一个是作为p电极。因为在本发明中原先的半导体基板110会被移除，所以最后的发光二极管会使用这层金属层132作为基板。再者，金属基板有许多的好处，如散热佳，提供绝佳的反射效果。而金属层132作为p电极还有其它的好处，例如，电流可以均匀的扩散且流向发光二极管的结构以增加发光面积。金属层132的形成方式可以有多样化的选择，可以使用电镀方式(plating)，印刷(printing)，涂布(spin coating)，喷涂(spray)。在本实施例中，金属层132的材质可为金，银，铜，镍金，或是银胶(silver epoxy)或是焊接贴(solder paste)等。金属层132的厚度约为10-200微米。

然后，如图3E所示，将半导体衬底110切穿。这里我们选择使用切穿衬底110的方式可以提供大片晶圆面积时较佳的蚀刻效果。由于之后的工艺是针对半导体衬底110，高选择比层112，以及p型导电的半导体层122，因此将图标上下翻转俾使利于解说本发明。将半导体衬底110切穿到暴露出高选择比层112层的方式有许多种，可以使用干式蚀刻或是湿式蚀刻，或是以激光束切穿半导体层均可。

接着，如图3F所示，以剥离法将半导体衬底110与高选择比层112移除。在本实施例中，使用氢氟酸蚀刻高选择比层112的蚀刻速率会比蚀刻半导体衬底110以及p型导电的半导体层122的蚀刻速率高，大约大于108。也就是说，当高选择比层112被完全蚀刻之后，半导体衬底110以及发光结构120仍然保持着，而半导体衬底110就会像是被剥离开，与发光二极管完全脱离。另外，蚀刻之后的p型导电的半导体层122的表面具有良好的晶格表面，可以再继续磊晶其它的层。在本实施例中，将发光二极管的半导体衬底110浸置在氢氟酸溶液中，使得高选择比层112会接触到氢氟酸溶液。当高选择比层112被蚀刻之后，半导体衬底110就会留在氢氟酸溶液中。

如图3G所示，在n型导电的半导体层122上分别形成n电极131以及透明导电层128。在本实施例中，透明导电层128为铟锡氧化物层128，然而，亦可为锌锡氧化物(IZO；Indium Zinc Oxide)，或是其它透明金属层。由于铟锡氧化物或是锌锡氧化物是与n型导电的半导体层122呈欧姆接触，电流由n电极131会均匀的分布在铟锡氧化物层128上，然后均匀的向下流向n型导电的半导体层122。

图4是显示切割之后的发光二极管的晶粒。

由于现今的透明导电材质是与n型导通的半导体层之间呈欧姆接触，本发明将铟锡氧化物或是锌锡氧化物的透明导电材质形成在n型导通的半导体层上，可以改善发光二极管的诸多问题以及改善发光二极管的效率。由于光线是从n型导通的半导体层发射出去，正好搭配与n型导通的半导体层之间呈欧姆接触的透明导电材质。而发光二极管的有效发光面积亦得以增加，因为透明导电材质与n型导通的半导体层之间呈现欧姆接触，电流会均匀分布在透明导电层以及n型导通的半导体层。另外，在p型导通的半导体层端形成适当的金属欧姆接触层与金属衬底。使用金属衬底可以将发射到p型导通半导体层反射回n型导通的半导体层。而且，金属衬底亦可作为p电极，以及促进发光二极管的散热。再者，利用剥离法移除半导体衬底，可以让相异的两层材质之间剥离开。

对熟悉此领域技艺者，本发明虽以一较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神。在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改与类似的安排，均应包含在申请专利范围内，这样的范围应该与覆盖在所有修改与类似结构的最宽广的诠释一致。因此，阐明如上的本发明一较佳实例，可用来鉴别不脱离本发明的精神与范围内所作的各种改变。

Claims (17)

1.一种制造发光二极管的方法，包含：

提供一半导体衬底；

形成一高选择比层在该半导体衬底上；

形成一发光结构在该高选择比层上，其中该发光结构包含一n-型导电的半导体层在该高选择比层上以及一p-型导电的半导体层在该n-型导电的半导体层上；

形成一p型欧姆接触层在该发光结构上；

形成一金属层在该p型欧姆接触层上；

移除该半导体衬底以及该高选择比层；

形成一n型接触电极且紧邻在该n-型导电的半导体层；以及

形成一透明导电层且紧邻在该n-型导电的半导体层。

2.如权利要求1所述的制造发光二极管的方法，其中上述的半导体衬底为三五族化合物半导体衬底。

3.如权利要求2所述的制造发光二极管的方法，其中上述的三五族化合物半导体衬底为GaAs。

4.如权利要求3所述的制造发光二极管的方法，其中上述的高选择比层为AlAs。

5.如权利要求2所述的制造发光二极管的方法，其中上述的三五族化合物半导体衬底为GaSb，InP，或GaP之一。

6.如权利要求5所述的制造发光二极管的方法，其中上述的高选择比层为AlAs，AlGaAs之一。

7.如权利要求1所述的制造发光二极管的方法，其中上述的形成该p型欧姆接触层的步骤包含：

形成一p型金属接触层在该p型导电的半导体层上；以及

进行退火工艺使得该p型金属接触层成为该p型欧姆接触层。

8.如权利要求2所述的制造发光二极管的方法，其中上述的移除该该半导体衬底以及该高选择比层的步骤包含：

切穿该三五族化合物半导体衬底直到该高选择比层；以及

以氢氟酸剥离该高选择比层以及该半导体衬底。

9.如权利要求1所述的制造发光二极管的方法，其中上述的透明导电层为铟锡氧化物。

10.如权利要求1所述的制造发光二极管的方法，其中上述的发光结构包含一有源层位于该n-型导电的半导体层与该p-型导电的半导体层之间。

11.一种制造发光二极管的方法，包含：

提供一三五族化合物半导体衬底；

形成一剥离层在该三五族化合物半导体衬底上；

形成一n型导电的半导体层在该剥离层上；

形成一有源层在该n型导电的半导体层上；

形成一p型导电的半导体层在该有源层上；

形成一p型金属接触层在该p型导电的半导体层上；

进行退火工艺使得该p型金属接触层成为p型欧姆接触层；

形成一金属层在该p型欧姆接触层上；

切穿该三五族化合物半导体衬底直到该剥离层；

以剥离法移除该剥离层以及该半导体衬底；

形成n型接触电极紧邻在该n型导电的半导体层；以及

形成铟锡氧化物层紧邻在该n型导电的半导体层。

12.如权利要求11所述的制造发光二极管的方法，其中上述的三五族化合物半导体衬底为GaAs。

13.如权利要求12所述的制造发光二极管的方法，其中上述的剥离层为AlAs。

14.如权利要求12所述的制造发光二极管的方法，其中上述的三五族化合物半导体衬底为GaSb，InP，或GaP之一。

15.如权利要求14所述的制造发光二极管的方法，其中上述的剥离层为AlAs，AlGaAa之一。

16.如权利要求11所述的制造发光二极管的方法，其中上述的剥离法是使用氢氟酸作为移除该剥离层以及该半导体衬底的溶液。

17.如权利要求11所述的制造发光二极管的方法，其中上述的发光结构包含一有源层位于该n-型导电的半导体层与该p-型导电的半导体层之间。

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