CN101635324A

CN101635324A - 发光元件及其制造方法

Info

Publication number: CN101635324A
Application number: CN200810134353A
Authority: CN
Inventors: 许嘉良
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2028-07-24
Also published as: CN101635324B

Abstract

本发明公开了一种发光元件及其制造方法。一种发光元件，至少包含基板，其中基板的上表面具有离子注入层；硅薄膜，位于离子注入层上；以及发光叠层，位于硅薄膜上。一种发光元件制造方法，其步骤包含提供基板，在此基板上表面形成离子注入层；提供发光叠层，在此发光叠层下表面形成硅薄膜；以阳极键合技术接合此发光叠层与此基板。

Description

发光元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光元件，特别是涉及发光二极管基板上表面具有离子注入层的发光二极管。

背景技术

发光二极管(light-emitting diode，LED)的发光原理是利用电子在n型半导体与p型半导体间移动的能量差，以光的形式将能量释放，这样的发光原理有别于白炽灯发热的发光原理，因此发光二极管被称为冷光源。此外，发光二极管具有高耐久性、寿命长、轻巧、耗电量低等优点，因此现今的照明市场对于发光二极管寄予厚望，将其视为新一代的照明工具。

已知的发光二极管结构于基板上形成半导体外延结构，其中半导体外延结构的外延品质对于发光二极管的内部发光效率有决定性的影响；然而于形成外延结构过程中，基板的晶格常数(lattice constant)是否能与形成外延结构的材料匹配是影响外延品质的主要因素，也因此发光二极管的基板材料选用上，受到很多的限制。

然而，为了增加发光二极管光摘出效率与散热效果，发光二极管置换基板的技术也陆续出现，图1A至图1G为已知置换发光二极管基板技术流程示意图，首先如图1A所示提供生长基板10，并如图1B所示提供外延结构12；接着如图1C所示提供基板14，并且于基板14上形成粘接层16，如图1D所示；之后，反转图1B所示的结构，将外延结构12通过粘接层16压合固定于基板14上，如图1E所示，其中粘接层16选自聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)与过氟环丁烷(PFCB)所构成材料族群中的至少一种材料或金属材料。随后，再如图1F所示，移除生长基板10，以得到如图1G所示的已知发光二极管结构100。

发明内容

本发明的主要目的在于提供发光元件，其中基板上具有离子注入层，以改变基板表面的折射率，使外延结构与基板间的折射率呈现渐进式分布，以减少全反射(Total Internal Reflection，TIR)。

本发明的另一目的在于提供发光二极管制造方法，利用阳极接合(AnodicBonding)的方法接合外延结构与基极。

底下通过具体实施例配合所附的附图详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1A至图1G为已知发光二极管的制造流程结构示意图。

图2A至图2H为本发明实施例的制造流程结构示意图。

图3A至图3E为本发明另一实施例的制造流程结构示意图。

附图标记说明

10～生长基板 12～发光叠层

120～第一导电型半导体层 122～发光层

124～第二导电型半导体层 14～第二基板

16～粘结层 18～第一电极

20～第二电极 30～第一基板

32～发光叠层 320～第一导电型半导体层

322～发光层 324～第二导电型半导体层

34～硅薄膜 36～第二基板

38～离子注入层 40～氧化层

41～粘结层 42～第一电极

44～第二电极 50～离子注入层

52～氧化层 53～粘结层

200～发光二极管芯片 300～发光二极管芯片

具体实施方式

以下配合附图说明本发明的实施例。

图2A至图2H为本发明实施例的制造流程示意图；首先，如图2A所示，提供第一基板30，再如图2B所示，以有机金属化学气相沉积法(Metal OrganicChemical Vapor Deposition，MOCVD)形成发光叠层32，其中发光叠层32由上而下至少包含第一导电型半导体层320、发光层322，以及第二导电型半导体层324，并且发光叠层32的材料可以是砷化铝镓(GaAlAs)、磷化铝铟镓(AlGaInP)、磷化镓(GaP)或氮化镓(GaN)系列的半导体材料，而第一基板30的材料则选自于与发光叠层32材料的晶格常数相匹配的材料，诸如蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)或砷化镓(GaAs)等；本实施例以氮化镓系列材料发光叠层以及材料为碳化硅的第一基板为例进行说明。

接着，如图2C所示，利用等离子体辅助化学气相沉积(Plasma-enhancedChemical Vapor Deposition，PECVD)形成硅薄膜34于发光叠层32上，其中此硅薄膜32又以非晶硅(amorphous silicon)为佳，其厚度约为200nm。

再如图2D所示，提供第二基板36，其中第二基板36的材料可以是蓝宝石(sapphire)或氧化锌(ZnO)等氧化物，在本实施例中以蓝宝石基板为例进行说明，利用离子注入技术(ion implantation)将钠离子由第二基板36上表面向第二基板36内部进行注入，以形成离子注入层38，其中于此离子注入层38中钠离子与蓝宝石基板中的氧离子结合以形成氧化钠分子(Na_xO)。

随后，如图2E所示，翻转图2C的结构，并将图2C的结构置于离子注入层38上，使硅薄膜34与离子注入层38相接触，并且于离子注入层38与硅薄膜34之间提供电压，其中，在此步骤中电压大小约为500至1200伏特，并且硅薄膜34的电位高于离子注入层38的电位，由于电位高低的差异，使得离子注入层38中氧化钠分子的氧离子朝向硅薄膜34移动，并且于离子注入层38与硅薄膜34的接面与硅薄膜34形成氧化层40(Oxide layer)，通过硅薄膜34与氧化层40所构成的粘结层41以接合发光叠层32与第二基板36；于本实施例中，氧化层40的材料为二氧化硅(SiO₂)。

接着，如图2F所示，移除第一基板30；并且如图2G所示，利用光刻蚀刻技术蚀刻部分的发光叠层32，直至第一导电型半导体层320裸露为止；最后，如图2H所示，分别于裸露的第一导电型半导体层320与第二导电型半导体层324上分别形成第一电极42与第二电极44，以获得发光二极管芯片200。

此外，形成离子注入层38的步骤中，可以将第二基板36置于具有氧气的环境中对进行，以提高氧化钠分子于离子注入层38的浓度，其中优选实施例将第二基板36置于氧气充足的环境进行形成离子注入层38的步骤；不仅如此，在形成离子注入层38后，更可将第二基板36置于具有氧气的环境以热驱使(thermal driving)的方法，使氧离子进入离子注入层38中，使离子注入层38中形成更多的氧化钠分子，其中上述热驱使的步骤的优选实施例将第二基板36置于氧气充足的环境进行。

于本实施例中，发光叠层32的折射率约为3.4，蓝宝石第二基板36的折射率约为1.78，而经过钠离子注入的离子注入层38其折射率介于发光叠层32与蓝宝石第二基板36之间，约为1.8至2.0，因此光线由发光叠层32发出后，经过离子注入层38到蓝宝石第二基板36后才离开发光二极管芯片200，其光线路径的折射率为由大到小的渐进式改变，由此可以减少光线的全反射(Total Internal Reflection，TIR)，以提高发光二极管芯片200的光摘出效率。

图3A至图3E为本发明的另一实施例的制造流程结构示意图；如图3A所示，提供第二基板36，并且利用离子注入技术于第二基板36的表面形成图形化离子注入层50，此图形化离子注入层50可以是规则或不规则排列的图形，其中所谓“规则排列离子注入层”是指离子注入层50在第二基板36表面的任一方向上显现出可辨识的重复性特征，其中所谓规则可为定周期、变周期、准周期(quasiperodicity)、或其组合；相较于此，所谓“不规则排列离子注入层”是指离子注入层50在第二基板36表面，其在表面的任一方向上无法显现出可辨识的重复性特征。此外，在此实施例中，离子注入层50覆盖第二基板36上表面面积的比率约为15％至85％，优选者为30％至60％；此外，此离子注入步骤中，离子源为钠离子，并且于图形化离子注入层50中形成氧化钠分子(Na_xO)。

随后，如图3B所示，翻转图2C的结构，使硅薄膜34与图形化离子注入层50以及第二基板36相接触，并且提供电压于图形化离子注入层50、第二基板36与硅薄膜34之间，其中，在此步骤中电压大小约为500～1200V，并且硅薄膜34的电位高于图形化离子注入层50的电位，由于电位高低的差异，使得图形化离子注入层50氧化钠分子的氧离子朝向硅薄膜34移动，并且于图形化离子注入层50与硅薄膜34的接面形成氧化层52(Oxide layer)，通过上述氧化层52与硅薄膜34形成粘结层53，以接合发光叠层32与第二基板36，在本实施例中，氧化层52的材料为二氧化硅(SiO₂)。

接着，如图3C所示，移除第一基板30；并且如图3D所示，利用光刻蚀刻技术蚀刻部分发光叠层32的表面直至第一导电型半导体层320裸露为止。

最后，再如图3E所示，分别形成第一电极42与第二电极44于第一导电型半导体层320以及第二导电型半导体层324上，并且使第一电极42与第二电极44分别与第一导电型半导体层320以及第二导电型半导体层324产生电性连接，以取得发光二极管芯片300。

于上述实施例中，第二基板36的材料为蓝宝石，其折射率约为1.78，而蓝宝石第二基板36表面经过钠离子注入后所形成的图形化离子注入层50的折射率约为1.8～2.0，两者折射率的差异可减少发光叠层32所发出的光线于发光二极管芯片300中的全反射机会，由此进一步地提高光摘出的效率。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的等同变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims

1.一种发光元件制造方法，至少包含：

提供第一基板；

形成发光叠层于该第一基板上；

形成硅薄膜于该发光叠层上；

提供第二基板，设置于该硅薄膜上，其中还包含于该第二基板上形成离子注入层的步骤；

提供电位差以形成氧化层于该硅薄膜与该离子注入层间；以及

移除该第一基板。

2.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该硅薄膜的材料为非晶硅。

3.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该第二基板的材料为氧化物。

4.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该形成离子注入层的步骤是进行图形化注入的步骤。

5.如权利要求4所述的发光元件制造方法，其中该图形化离子注入层是规则或不规则图案。

6.如权利要求4所述的发光元件制造方法，其中该图形化离子注入层占该第二基板面积的比例为15％至85％，优选的比例为30％至60％。

7.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该离子注入层所注入的离子为钠离子。

8.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该离子注入的步骤是于具有氧气环境进行。

9.如权利要求1所述的发光元件制造方法，还包含于具有氧气的环境加热该离子注入层的步骤。

10.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中所提供的电位差为500伏特至1200伏特。

11.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该氧化层的材料为二氧化硅。

12.一种发光元件，至少包含：

基板，其中该基板表面具有离子注入层；

发光叠层，位于该离子注入层上；以及

粘结层连接该基板与该发光叠层，其中该粘结层至少包含硅薄膜，且该硅薄膜位于该离子注入层与该发光叠层之间。

13.如权利要求12所述的发光元件，其中该粘结层为多层结构，且包含氧化层位于该离子注入层与该硅薄膜之间。

14.如权利要求13所述的发光元件，其中该氧化层的材料为二氧化硅。

15.如权利要求12所述的发光元件，其中该基板材料为氧化物。

16.如权利要求12所述的发光元件，其中该硅薄膜的材料为非晶硅。

17.如权利要求12所述的发光元件，其中该离子注入层所注入的离子为钠离子。

18.如权利要求12所述的发光元件，其中该离子注入层为图形化的离子注入层。

19.如权利要求18所述的发光元件，其中该图形化离子注入层是规则或不规则的图案。

20.如权利要求18所述的发光元件，其中该图形化离子注入层占该基板面积的比例为15％至85％，优选的比例为30％至60％。