CN105514225A - 具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法，该方法包括首先，准备一表面具有图形化结构的基板；此外，粗化图形化结构的表面；再者，形成一第一半导体层于具有图形化结构的基板的表面；接续，形成发光结构层于第一半导体层上；接着，形成第二半导体层于发光结构层上，第二半导体层电性与第一半导体层电性相反；之后，形成第一与第二接触电极于第一与第二半导体层上；最后，形成子基座于第一与第二接触电极上，并将基板移除，藉以制备具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管；藉此，本发明有效提升薄膜式覆晶发光二极管的发光效率。

Description

具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明有关于一种具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法，尤其是指一种以粗化程序形成一具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法。
背景技术
发光二极管(lightemittingdiode，简称LED)与传统白炽光源比较，具有省电、体积小、低电压驱动、不含汞、无热辐射、操作反应速度快，以及寿命长等优点，发光二极管是次世代节能照明的最佳光源，已经广泛应用在家庭用品指示灯、液晶显示器的背光源、图文显示屏或汽车第三刹车灯等照明领域，其中包括谐振腔发光二极管(resonant-cavitylightemittingdiode，简称RCLED)、垂直腔激光二极体(vertical-cavitysurface-emittingdiode，简称VCSEL)，以及边射型激光(edgeemittinglaser)的半导体发光装置皆属当前可用的有效发光元件；然而，发光二极管的发光效率仍是目前急需解决的重要问题之一，因此，目前有许多增进发光二极管发光效率的方法一一被提出。
在过往的专利中，如中国台湾专利公告第I422068号的“粗化方法及具粗化表面的发光二极管制备方法”，其中制备具粗化表面的发光二极管的方法步骤首先提供一磊晶元件，其包括：一基板；一磊晶结构层，位于基板上，其中磊晶结构层包括一第一电性半导体层、一活性层及一第二电性半导体层，活性层位于第一电性半导体层与第二电性半导体层之间，而第一电性半导体层位于活性层与基板之间；以及一第一电极层，与第一电性半导体层电行导通；接着，使用能量密度为1000mJ/cm2以下的准分子激光，蚀刻第二电性半导体层的表面，以形成一包含复数个第一突起物的第一粗化表面；此外，对第一粗化表面进行一湿蚀刻步骤，以于第一突起物上形成复数个第二突起物；最后，形成一第二电极层于第二电性半导体层上；此发明具有提高发光二极管出光面的光析出效率，以及降低元件的操作电压等优势；然而，以此种制程方法制造的发光二极管，其制程步骤不仅复杂，而且使用不易控制的湿蚀刻步骤进行第二突起物的粗化成形，将不易控制第二突起物的尺寸而容易造成结构的不均匀，且此发明于薄膜堆叠与元件成形后再进行粗化程序，以容易影响下方已经制作好的结构，进而影响发光二极管的电性行为，造成发光二极管的发光效率不佳；因此，如何有效通过简单的制程步骤达到均匀的发光二极管结构并提升发光二极管的发光效率，仍是现今发光二极管的技术开发业者或研究人员需持续努力克服与解决的重要课题。
发明内容
发明人即是鉴于上述的传统的发光二极管存在因不优化的粗化步骤所造成结构不均匀或性能损耗等诸多缺失，于是通过其丰富的专业知识及多年的实务经验所辅佐，而加以改善，并据此研创出本发明。
本发明主要目的为提供一种具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法，尤其是指一种以粗化程序形成一粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法，通过蚀刻制程达到薄膜式覆晶发光二极管的出光面的粗化，有效提升薄膜式覆晶发光二极管的发光效率。
为了达到上述实施目的，本发明人提出一种具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，至少包括有下列步骤：首先，准备一表面具有图形化结构的基板(substrate)；此外，粗化图形化结构的表面；再者，形成一第一半导体层于具有图形化结构的基板的表面；接续，形成一发光结构层于第一半导体层上；接着，形成一第二半导体层于发光结构层上，且第二半导体层的电性与第一半导体层的电性相反；之后，形成一第一接触电极与一第二接触电极于第一半导体层与第二半导体层上；最后，形成一子基座(sub-mount)于第一接触电极与第二接触电极上，并将基板移除，藉以制备一具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管。
如上所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，其中粗化第一突起物的表面以蚀刻制程实施。
如上所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，其中蚀刻制程为准分子激光、干式蚀刻或湿式蚀刻等其中的一种制程。
如上所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，其中第一突起物为一锥状体。
如上所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，其中锥状体为圆锥体、三角锥体或四角锥体等其中的一种态样。
如上所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，其中基板选自蓝宝石(Sapphire，Al2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、氧化锌(ZnO)，以及具有六方体系(Hexagonal)结晶材料所构成的群组。
如上所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，其中发光结构层具有多重量子阱(MultiQuantumWell，简称MWQ)结构，且多重量子阱结构包含有复数个彼此交替堆叠的阱层及阻障层，每两阻障层间具有一阱层。
此外，本发明另提供一种具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管，以上述实施例的方法制备而成，具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管至少包括有一子基座、一第一接触电极、一第二接触电极、一第二半导体层、一发光结构层，以及一第一半导体层；第一接触电极配置于子基座上；第二接触电极相对应第一接触电极配置于子基座上；第二半导体层形成于第二接触电极上；发光结构层形成于第二半导体层上；第一半导体层相对应形成于第一接触电极与发光结构层上，其中第一半导体层远离发光结构层的表面形成有复数个粗化的图形化结构。
如上所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管，其中图形化结构为圆锥体、三角锥体或四角锥体等其中的一种态样。
如上所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管，其中图形化结构彼此间具有间隙。
藉此，本发明的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法使用蚀刻制程在基板上形成具有双重锥状体的粗化表面，不仅可使薄膜式覆晶发光二极管的发光结构层发射的光线具有更高的出光效率，亦是一种制程简单的薄膜式覆晶发光二极管制造方法；此外，本发明的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法使用准分子激光制程在图形化基板上进行第二次粗化程序，有效解决湿式蚀刻造成结构尺寸不均匀的缺点，达到薄膜式覆晶发光二极管出光效率的提升；最后，本发明的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法先于基板上形成图形化基板，再于图形化基板上进行粗化程序，有别于传统发光二极管在薄膜沉积与元件形成后才进行粗化动作，可有效防止薄膜与元件因后续粗化程序所造成的伤害，确实保护发光二极管的电性行为，有效提高发光二极管的发光效率。
附图说明
图1为本发明具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法其一较佳实施例的步骤流程图；
图2为本发明具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法其一较佳实施例的图形化结构的基板剖面示意图；
图3为本发明具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法其一较佳实施例的薄膜堆叠剖面示意图；
图4为本发明具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法其一较佳实施例的电极成形示意图；
图5为本发明具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法其一较佳实施例的子基座成形与基板移除示意图；
图6为本发明具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法其二较佳实施例的粗化结构间隙示意图。
附图标记说明：
1：基板；
11：图形化结构；
2：第一半导体层；
3：发光结构层；
31：阱层；
32：阻障层；
4：第二半导体层；
5：第一接触电极；
6：第二接触电极；
7：子基座；
S1：步骤一；
S2：步骤二；
S3：步骤三；
S4：步骤四；
S5：步骤五；
S6：步骤六；
S7：步骤七。
具体实施方式
本发明的目的及其结构设计功能上的优点，将依据以下图面所示的较佳实施例予以说明，使审查员能对本发明有更深入且具体的了解。
首先，在以下实施例的描述中，应当理解当指出一层(或膜)或一结构配置在另一个基板、另一层(或膜)、或另一结构“上”或“下”时，其可“直接”位于其他基板、层(或膜)、或另一结构，亦或者两者间具有一个以上的中间层以“间接”方式配置，审查委员可参照附图说明每一层所在位置。
首先，如图1-图3所示，为本发明具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法其一较佳实施例的步骤流程图、图形化结构的基板剖面示意图，以及薄膜堆叠剖面示意图，其中本发明的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法的步骤包括有：
步骤一S1：准备一表面具有图形化结构11的基板1；此外，基板1选自蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、氧化锌(ZnO)，以及具有六方体系结晶材料所构成的群组中的一种材料而形成，而在本发明其一较佳实施例中，基板1由蓝宝石材料所构成；再者，基板1上图形化结构11可搭配黄光微影制程与蚀刻制程完成，以获得尺寸均匀的图形化基板，其中图形化结构11为一锥状体，而锥状体为圆锥体、三角锥体或四角锥体等其中的一种态样；
步骤二S2：粗化图形化结构11的表面；此外，粗化图形化结构11的表面以蚀刻制程实施，而蚀刻制程为准分子激光、干式蚀刻或湿式蚀刻等其中的一种制程，在本发明其一较佳实施例中，以准分子激光进行图形化结构11的表面粗化，准分子激光包括有KrF准分子激光、KrCl准分子激光、ArF准分子激光、XeCl准分子激光或XeF准分子激光等其中的一种准分子激光，以在图形化结构11的表面进行粗化程序；然而必须注意的是，上述准分子激光的种类是为说明方便起见，而非以本发明所举为限，且本领域技术人员当知道不同的准分子激光种类在图形化结构11的表面进行粗化动作，有效形成图形化结构11表面的粗化，并不会影响本发明的实际实施；
步骤三S3：形成一第一半导体层2于具有图形化结构11的基板的表面；在本发明其一较佳实施例中，第一半导体层2为一n型半导体层，主要以有机金属化学气相沉积法(Metal-OrganicChemicalVapourDeposition，简称MOCVD)披覆于图形化结构11的粗化表面上；
步骤四S4：形成一发光结构层3于第一半导体层2上；在本发明其一较佳实施例中，发光结构层3为具有多重量子阱结构的态样，且多重量子阱结构包含有复数个彼此交替堆叠的阱层31及阻障层32，而每两阻障层32间具有一阱层31，而发光结构层3亦是使用有机金属化学气相沉积法(MOCVD)形成于第一半导体层2上；
步骤五S5：形成一第二半导体层4于发光结构层3上，且第二半导体层4的电性与第一半导体层2的电性相反；在本发明其一较佳实施例中，第二半导体层4的电性为与第一半导体层2的n型半导体层电性相反的p型半导体层，主要亦是以有机金属化学气相沉积法(MOCVD)形成于发光结构层3上；
步骤六S6：形成一第一接触电极5与一第二接触电极6于第一半导体层2与第二半导体层4上；如图4所示，为本发明具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法其一较佳实施例的电极成形示意图，其中在第一接触电极5与第二接触电极6成形前，先以微影制程与蚀刻制程去除第二半导体层4与发光结构层3的部分区域，以使第一半导体层2裸露，再各自于第一半导体层2与第二半导体层4上以欧姆接触的方式形成第一接触电极5与第二接触电极6；在本发明其一较佳实施例中，接触第一半导体层2的n型半导体层的第一接触电极5为一n型电极，而接触第二半导体层4的p型半导体层的第二接触电极6为一p型电极；以及
步骤七S7：形成一子基座7于第一接触电极5与第二接触电极6上，并将基板1移除，藉以制备一具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管；请一并参阅第五图所示，为本发明具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法其一较佳实施例的第一子基座成形与基板移除示意图，其中可使用一激光剥离(laserlift-off，简称LLO)技术将蓝宝石材料所构成的基板1移除，而激光剥离(LLO)的制程方法已为本领域技术人员众所皆知的知识，且并非本发明的重点，因此，不在本发明中加以赘述；此外，在具有同一高度平面的第一接触电极5与第二接触电极6上形成透明的子基座7，为覆晶发光二极管的主要技术特征。
再者，本发明另提供一种本发明具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管，以上述实施例的方法制备而成，如图5所示，具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管至少包括有：
一子基座7；
一第一接触电极5，配置于子基座7上；
一第二接触电极6，相对应第一接触电极5配置于子基座7上；
一第二半导体层4，形成于第二接触电极6上；此外，在本发明其一较佳实施例中，第二半导体层4与第二接触电极6以欧姆接触的方式做电性连结；再者，在本发明其一较佳实施例中，第二半导体层4为一p型半导体层，则第二接触电极6为一p型电极；
一发光结构层3，形成于第二半导体层4上，其中发光结构层3为具有多重量子阱结构的态样，且多重量子阱结构包含有复数个彼此交替堆叠的阱层31及阻障层32，而每两阻障层32间具有一阱层31；
一第一半导体层2，相对应形成于第一接触电极5与发光结构层3上，其中第一半导体层2远离发光结构层3的表面形成有复数个粗化的图形化结构；此外，在本发明其一较佳实施例中，第一半导体层2的电性为与第二半导体层4的电性相反的n型半导体层，而以欧姆接触方式与第一半导体层2电性连接的第一接触电极5为一n型电极；再者，在第一半导体层2远离发光结构层3的表面，亦即本发明具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管的出光面所形成的粗化的图形化结构以准分子激光、干式蚀刻或湿式蚀刻等双重蚀刻制程完成，可使具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管具有更高的发光效率。
此外，如图6所示，为本发明具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法其二较佳实施例的粗化结构间隙示意图，其中于两两具粗化结构12的图形化结构11间存在有一相同长度的间隙，亦可用以提高本发明的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管的发光效率。
由上述的实施说明可知，本发明具粗化表面的薄膜式发光二极管及其制造方法与现有技术相较之下，本发明具有以下优点：
1.本发明的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法使用蚀刻制程在基板上形成具有双重锥状体的粗化表面，不仅可使薄膜式覆晶发光二极管的发光结构层发射的光线具有更高的出光效率，亦是一种制程简单的薄膜式覆晶发光二极管制造方法。
2.本发明的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法使用准分子激光制程在图形化基板上进行第二次粗化程序，有效解决湿式蚀刻造成结构尺寸不均匀的缺点，达到薄膜式覆晶发光二极管出光效率的提升。
3.本发明的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法先于基板上形成图形化基板，再于图形化基板上进行粗化程序，有别于传统发光二极管在薄膜沉积与元件形成后才进行粗化动作，可有效防止薄膜与元件因后续粗化程序所造成的伤害，确实保护发光二极管的电性行为，有效提高发光二极管的发光效率。
综上所述，本发明具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管及其制造方法，的确能通过上述所揭露的实施例，达到所预期的使用功效。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，其特征在于，包括：
步骤一：准备一表面具有图形化结构的基板；
步骤二：粗化所述图形化结构的表面；
步骤三：形成一第一半导体层于所述具有图形化结构的基板的表面；
步骤四：形成一发光结构层于所述第一半导体层上；
步骤五：形成一第二半导体层于所述发光结构层上，且所述第二半导体层的电性与所述第一半导体层的电性相反；
步骤六：形成一第一接触电极与一第二接触电极于所述第一半导体层与所述第二半导体层上；以及
步骤七：形成一子基座于所述第一接触电极与所述第二接触电极上，并将所述基板移除，藉以制备一具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管。
2.根据权利要求1所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，其特征在于，所述步骤二的粗化程序以蚀刻制程实施。
3.根据权利要求2所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，其特征在于，所述蚀刻制程为准分子激光、干式蚀刻或湿式蚀刻其中之一。
4.根据权利要求1所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，其特征在于，所述图形化结构为一锥状体。
5.根据权利要求4所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，其特征在于，所述锥状体为圆锥体、三角锥体或四角锥体其中之一。
6.根据权利要求1所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，其特征在于，所述基板选自蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氧化锌，以及具有六方体系结晶材料所构成的群组。
7.根据权利要求1所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管制造方法，其特征在于，所述发光结构层具有多重量子阱结构，且所述多重量子阱结构包含有复数个彼此交替堆叠的阱层及阻障层，每两所述阻障层间具有一所述阱层。
8.一种具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管，其特征在于，至少包括有：
一子基座；
一第一接触电极，配置于所述子基座上；
一第二接触电极，相对应所述第一接触电极配置于所述子基座上；
一第二半导体层，形成于所述第二接触电极上；
一发光结构层，形成于所述第二半导体层上；以及
一第一半导体层，相对应形成于所述第一接触电极与所述发光结构层上，其中所述第一半导体层远离所述发光结构层的表面形成有复数个粗化的图形化结构。
9.根据权利要求8所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管，其特征在于，所述图形化结构为圆锥体、三角锥体或四角锥体其中之一。
10.根据权利要求8所述的具粗化表面的薄膜式覆晶发光二极管，其特征在于，所述图形化结构彼此间具有间隙。
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