CN111293202A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管及其制造方法，包括磊晶叠层、第一、第二反射层、电流传导层、及第一、第二电极。磊晶叠层包括第一型、第二型半导体层及主动层。第一、第二反射层分别设置于磊晶叠层的两侧，且第一反射层与第二反射层其中之一上形成有主要出光面，其光穿透率大于0％且小于或等于10％。电流传导层与第二型半导体层接触。第一电极与第一型半导体层电性连接。第二电极通过电流传导层与第二型半导体层电性连接。电流传导层与第二型半导体层接触范围界定为出光范围。出光范围与第一反射层及第二反射层重叠，且不与第一电极与第二电极重叠。另，一种发光二极管的制造方法也被提出。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，尤其涉及一种共振腔发光二极管(Resonant Cavity Light Emitting Diode,RCLED)及其制造方法。
背景技术
5G时代的来临带来了高数据传输量的应用需求，并带动数据中心周边相关建设，其中光纤通讯收发模块是数据中心的关键零组件。由于光纤收光面积小，若光源发光角度过大，使得光纤无法有效地收光，因此需要能够发出高指向性光源来当作光纤通讯收发模块的光源。在现行光纤通讯收发模块中，激光因具有高指向性而被当作光纤通讯收发模块的光源，但其造价昂贵，导致光纤通讯收发模块的制造成本居高不下。因此，如何制造一个低成本且具有高指向性的发光元件是本领域的技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明提供一种发光二极管，其具有高指向性，且适于作为具指向性光源或光纤通讯收发模块的光源。
本发明提供一种发光二极管的制造方法，用以制造上述的发光二极管。
在本发明的一实施例中提供一种发光二极管，包括磊晶叠层、第一反射层、第二反射层、电流传导层、第一电极以及第二电极。磊晶叠层包括第一型半导体层、主动层，第二型半导体层。主动层位于第一型半导体层及第二型半导体层之间，且第一型半导体层与第二型半导体层电性相反。磊晶叠层具有邻近第一型半导体的第一侧与邻近第二型半导体层的第二侧。第一反射层设置于磊晶叠层的第一侧。第二反射层设置于磊晶叠层的第二侧。第一反射层与第二反射层的其中之一上形成有一主要出光面，其光穿透率大于0％小于或等于10％。电流传导层与第二型半导体层接触。第一电极，与第一型半导体层电性连接。第二电极通过电流传导层与第二型半导体层电性连接，其中电流传导层与第二型半导体层接触范围界定为出光范围。出光范围与第一反射层及第二反射层重叠，且不与第一电极与第二电极重叠。
在本发明的一实施例中，上述的磊晶叠层具有平台部与相较平台部凹陷的凹陷部。局部的第一型半导体层、主动层及第二型半导体层界定出平台部，且另一局部的第一型半导体层界定出凹陷部。第一电极重叠于凹陷部，且第二电极重叠于平台部。
在本发明的一实施例中，上述的第一电极与第二反射层之间设有第一间隔。第二电极与第二反射层之间设有第二间隔。
在本发明的一实施例中，上述的发光二极管包括基板。磊晶叠层、第二反射层、电流传导层、第一电极及第二电极位于基板的一侧，而第一反射层位于基板的另一侧。
在本发明的一实施例中，上述的发光二极管包括导电基板。磊晶叠层、第二反射层、电流传导层、第一电极位于导电基板的一侧，而第二电极位于导电基板的另一侧。第二电极通过电流传导层及导电基板与第二型半导体层电性连接。
在本发明的一实施例中，上述的第二反射层具有多个第一贯通孔，这些第一贯通孔的至少一部分重叠于第二型半导体层。
在本发明的一实施例中，上述的第二反射层具有多个第一贯通孔，这些第一贯通孔不重叠于第二型半导体层。
在本发明的一实施例中，上述的发光二极管包括电流阻挡层。电流阻挡层设置于磊晶叠层与电流传导层之间，电流阻挡层具有至少一第二贯通孔，至少一第二贯通孔暴露出局部的磊晶叠层，且电流传导层通过至少一第二贯通孔与第二型半导体层接触。
在本发明的一实施例中，上述的第一反射层的反射率高于第二反射层的反射率。
在本发明的一实施例中，上述的第二反射层的反射率高于第一反射层的反射率。
在本发明的一实施例中，上述的第一电极与第二电极的至少其中之一包括一焊部及由焊部延伸出的至少一指部。
本发明提供一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤。在基板上形成磊晶叠层，磊晶叠层包括第一型半导体层、主动层，第二型半导体层。主动层位于第一型半导体层及第二型半导体层之间，且第一型半导体层与第二型半导体层电性相反，其中磊晶叠层具有邻近第一型半导体的第一侧与邻近第二型半导体层的第二侧。形成电流传导层于磊晶叠层上，并使电流传导层与磊晶叠层的第二型半导体层接触。分别形成第一反射层与第二反射层于磊晶叠层的第一侧及第二侧，其中第一反射层第二反射层的其中之一上形成有主要出光面，其光穿透率大于0％，且小于或等于10％，其中电流传导层与第二型半导体层接触的接触范围界定为出光范围，出光范围与第一反射层及第二反射层重叠。分别形成第一电极及第二电极以分别与第一型半导体层及第二型半导体层电性连接，第二电极通过电流传导层与第二型半导体层电性连接，其中出光范围不与第一电极与第二电极重叠。
在本发明的一实施例中，在上述分别形成第一电极及第二电极以分别与第一型半导体层及第二型半导体层电性连接的步骤中，第一电极与第二电极皆形成于磊晶叠层的第二侧。
在本发明的一实施例中，在上述分别形成第一电极及第二电极以分别与第一型半导体层及第二型半导体层电性连接的步骤中，第一电极与第二电极分别形成于磊晶叠层的第一侧及第二侧。
在本发明的一实施例中，在上述在基板上形成磊晶叠层的步骤中，还包括：对磊晶叠层进行蚀刻制程，以界定出平台部及凹陷部，局部的第一型半导体层、主动层及第二型半导体层界定出平台部，且另一局部的第一型半导体层界定出凹陷部。
基于上述，在本发明实施例发光二极管中，电流传导层与第二型半导体层接触范围界定为一出光范围，且第一、第二反射层与此出光范围重叠。并且，第一、第二反射层的其中之一上形成有主要出光面，其光穿透率大于0％且小于或等于10％，因此，由主动层发出的光束一部分会穿透第一反射层(或第二反射层)，并且光束的一部分会在第一、第二反射层之间进行一至多次反射而产生类似激光共振腔的效果，而穿透第一反射层(或第二反射层)。出光范围不与第一、第二电极重叠，发光二极管的发光角度可被大幅地缩小，因此发光二极管可具有高指向性，其适于当作光纤通讯收发模块的光源。此外，本发明的一实施例提到了一种制造发光二极管的制造方法，用以制造上述的发光二极管，相较于制造激光来说其制造成本较低。
附图说明
图1A是本发明的一实施例的发光二极管的上视示意图；
图1B及图1C分别是图1A中剖面A-A’、B-B’的剖面示意图；
图2是本发明的另一实施例的发光二极管的上视示意图及剖面示意图；
图3至图5分别为本发明不同实施例的发光二极管的剖面示意图；
图6A至图6H为制造图1A至图1C的发光二极管的制造流程图；
图7A至图7M为制造图2的发光二极管的制造流程图。
附图标记说明：
1、1a～1d：发光二极管； 10、10a：基板；
12：磊晶叠层； 14、14a、14c：第一反射层；
14S1：第一反射层的顶面； 16aS1：第二反射层的顶面；
16、16a、16d：第二反射层； 18：电流传导层；
20：第一电极； 22：第二电极；
24：电流阻挡层； 24S：电流阻挡层的侧面；
26：第一型半导体层； 26S1：第一型半导体层的侧面；
26S2：第一型半导体层的底面； 28：主动层；
30：第二型半导体层； 32：第一焊部；
34：第一指部； 36：第二焊部；
38：第二指部； 40：接合层；
A-A’、B-B’、C-C’：剖面；
B1、B1’、B1”、B2、B2’、B2”：光束；
CR：接触范围； CP、CPb、CPd：凹陷部；
D1：第一间隔； D2：第二间隔；
E1、E2：边缘； ER：出光范围；
H1：第一贯通孔； H2：第二贯通孔；
M：金属； Mesa、Mesab、Mesad：平台部；
RR：共振区； S1、S1a：第一表面；
S2、S2a：第二表面； SD1：第一侧；
SD2：第二侧； X：电子电洞结合区。
具体实施方式
图1A是本发明的一实施例的发光二极管的上视示意图。图1B及图1C 分别是图1A中剖面A-A’、B-B’的剖面示意图。为求附图清楚，图1A省略示出第二反射层16。
请参照图1A至图1C，在本实施例中，发光二极管1包括基板10、磊晶叠层12、第一反射层14、第二反射层16、电流传导层18、第一电极20、第二电极22及电流阻挡层24。于以下段落中会详细说明上述各元件及各元件之间的配置关系。
基板10例如是适于成长磊晶叠层12的基板，也可被称为成长基板。基板10具有相对的第一、第二表面S1、S2，其例如是蓝宝石(Sapphire)基板、氮化镓(Gallium Nitride,GaN)基板、砷化镓(Gallium Arsenide,GaAs)基板或其他适合成长磊晶叠层12的基板，本发明并不以此为限。于一些实施例中，基板10的第一表面S1例如设有未刻意掺杂的半导体层，其作为成核层 (Nucleation layer)或缓冲层(Buffer Layer)，且其材质例如是砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铝铟镓(AlInGaP)、氮化镓(GaN)或氮化铝(AlN)，但不以此为限。在另一些实施例中，基板10也可以不设有未刻意掺杂的半导体层，但不以此为限。于本实施例中，基板10为图案化基板，其第一表面 S1上例如设有周期性图案(未示出)，且例如是图案化蓝宝石基板。
磊晶叠层12设置于基板10的第一表面S1上，且其包括第一型半导体层 26、主动层28以及第二型半导体层30。主动层28位于第一型半导体层26 与第二型半导体层30之间。第一型半导体层26与基板10的第一表面S1接触。详细来说，磊晶叠层12包括平台部Mesa及相较平台部Mesa凹陷的凹陷部CP。局部的第一型半导体层26、主动层28以及第二型半导体层30界定出平台部Mesa。另一局部的第一型半导体层26界定出凹陷部CP。磊晶叠层12具有邻近第一型半导体层26的第一侧SD1与邻近第二型半导体层30 的第二侧SD2。
第一型、第二型半导体层26、30彼此互为电性相反。详言之，第一型、第二型半导体层26、30例如是本质半导体(Intrinsic semiconductor)中分别掺杂有N型、P型掺质，而分别作为N型、P型掺杂半导体层，其中第一型、第二型半导体层26、30与主动层28所使用的本质半导体的材料可为氮化镓 (GaN)、氮化铟镓(InGaN)、磷化镓(GaP)、磷化铝铟镓(AlInGaP) 或氮化铝镓(AlGaN)，但不以此为限。主动层28的结构例如是由多层井层 (WellLayer)与多层阻障层(Barrier Layer)所交替堆叠而构成的多重量子井层(MultipleQuantum Well,MQW)或单一量子井层(Single Quantum Well, SQW)，但不以此为限。
第一反射层14例如是具有反射功能的材料层，其光反射率大于98％。第一反射层14例如是包括分散式布拉格反射器(Distribute Bragg Reflector, DBR)、金属层或两者堆叠的组合，其中分散式布拉格反射器为多个具有高、低折射率层以周期性排列堆叠而成的光学叠层。金属层的材料是具有反射功能的金属材料层，例如是金、镍、铬、钛、铝、银、铜、锡、金铍合金(Au/Be)、金锗合金(Au/Ge)、金锡合金(Au/Sn)、锡银铜合金(Sn/Ag/Cu)、铝铜合金(Al/Cu)、或上述材料任意的组合，所述任意的组合包括形成堆叠层、形成合金层或形成部分堆叠层及部分合金层，但不以此为限。金属层可以是导电路径的一部分，或是电性浮置(electrically floating)。第一反射层14设置于邻近磊晶叠层12的第一型半导体层26的第一侧SD1，且与基板10的第二表面 S2接触。
第二反射层16上形成有主要出光面，第二反射层16例如是具有部分反射及部分穿透功能的材料层，其光反射率大于等于90％，而光穿透率大于0 且小于或等于10％。第二反射层16例如是包括分散式布拉格反射器、金属层或两者堆叠的组合，其中分散式布拉格反射器为多个具有高、低折射率层以周期性排列堆叠而成的光学叠层。金属层的材料是具有反射功能的金属材料层，例如是金、镍、铬、钛、铝、银、铜、锡、金铍合金(Au/Be)、金锗合金(Au/Ge)、金锡合金(Au/Sn)、锡银铜合金(Sn/Ag/Cu)、铝铜合金(Al/Cu)、或上述材料任意的组合，所述任意的组合包括形成堆叠层、形成合金层或形成部分堆叠层及部分合金层，但不以此为限。金属层可以是导电路径的一部分，或是电性浮置(electrically floating)。第二反射层16设置于邻近磊晶叠层 12的第二型半导体层30的第二侧SD2，且与电流阻挡层24、电流传导层18 接触。第二反射层16具有多个第一贯通孔H1，其例如是两个，这些第一贯通孔H1中的一者重叠于第二型半导体层30，这些第一贯通孔H1中的另一者重叠于第一型半导体层30但不重叠于第二型半导体层30。
于本实施例中，第一反射层14与第二反射层16略有不同，其差异在于：第二反射层16上形成有主要出光面，因此第一反射层14相较于第二反射层 16具有较高的反射率，且第一反射层14其可将大部分光束反射，而第二反射层16除了能够反射部分光束外，仍可使部分光束从主要出光面穿透。在材料上的差异在于：第一反射层14内所使用的分散式布拉格反射器的高、低折射率层数量较多，而第二反射层16内所使用的分散式布拉格反射器的高、低折射率层数量较少。另外，第一反射层14的材料也可以在分散式布拉格反射器上堆叠金属层，或是单纯使用金属层，而第二反射层16具有主要出光面，其材料是以分散式布拉格反射器为主，但不以此为限。本发明以下其他实施例中，当主要出光面形成在第一反射层14上时，则第二反射层16相较于第一反射层14具有较高的反射率，其中第二反射层16可将大部分光束反射，而第一反射层14除了能够反射部分光束外，仍可使部分光束从主要出光面穿透，反之也然，而材料的使用，反之也然。也就是说，当第一反射层14和第二反射层16其中之一的外表面作为主要出光面时，其可以让部分的光束穿透，而第一反射层14和第二反射层16其中之另一则是将大部分光束反射回主动层。
电流传导层18(或称欧姆接触层)例如是可与第二型半导体层30界面形成欧姆接触的材料层，其材料例如是氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)、镍金合金(Ni/Au)、金铍合金(Au/Be)、金锗合金(Au/Ge)或其他适合金属或合金，本发明并不以此为限。电流传导层18设置于平台部Mesa的第二型半导体层30以及电流阻挡层24上，且与第二型半导体层30及电流阻挡层24接触。
第一、第二电极20、22的材料例如是金属材料，其选用的种类例如是铬 (Cr)、铝(Al)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、金(Au)、铝铜合金 (Al/Cu)、金锡合金(Au/Sn)、锡银铜合金(Sn/Ag/Cu)或其组合，但不以此为限。第一电极20设置于凹陷部CP的第一型半导体层26上，且与第一型半导体层26接触而与其电性连接。第二电极22设置于平台部Mesa的第二型半导体层30上，且通过电流传导层18与第二型半导体层30电性连接。第一电极20重叠于凹陷部CP，且第二电极22重叠于平台部Mesa。第一电极20与第二反射层16间设有第一间隔D1，第二电极22与第二反射层16间设有第二间隔D2。当第一、第二电极20、22经由打线制程与外部电源连接时，由于上述间隔D1、D2的设计，可避免打线制程破坏第二反射层16。
于本发明的实施例中，第一、第二电极20、22中的至少其中之一包括焊部及由焊部延伸出的至少一指部。请参照图1A及图1B，于本实施例中，第一电极20包括第一焊部32及由第一焊部32延伸出的至少一第一指部34。第二电极22也包括第二焊部36与由第二焊部36延伸出的至少一第二指部 38。于本实施例中，第一、第二指部34、38的数量例如皆是两个，但不以此为限。这些第一指部34往发光二极管1的边缘E1延伸，而这些第二指部38 往发光二极管1的另一边缘E2延伸，其中边缘E1、E1彼此相对。请参照图 1B，第二焊部36与第二型半导体层30接触，且此两者之间的界面形成萧特基接触(Schottky contact)，因此电流(或电子流)有极小的机率由此两者之间的界面流动。这些第二指部38则与电流传导层18接触。并且，电流传导层18 与第二型半导体层30接触，此两者之间的界面也为欧姆接触(Ohmiccontact)，因此电流(或电子流)大部分会流经上述界面。此外，应注意的是，于本实施例中，第一、第二电极皆具有焊部与指部的设计，但于其他的实施例中，也可以是第一、第二电极的其中之一具有焊部与指部的设计，而另一者则无，本发明并不以此为限。
电流阻挡层24例如是具有高阻值的材料层，而可使电流较不容易通过其所在的位置。于本实施例中，电流阻挡层24的材料可例如是介电材料，其例如是氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氧化钛(TiOx)、分散式布拉格反射器(即由高、低折射率层以周期性排列堆叠而成的光学叠层)。但不以此为限。请参照图1B，电流阻挡层24例如是图案化电流阻挡层，其具有至少一第二贯通孔H2，至少一第二贯通孔H2暴露出局部的磊晶叠层12。于本实施例中，第二贯通孔H2的数量例如是三个，但不以此为限，其中图1B中位于左边两个的第二贯通孔H2暴露出局部的第二型半导体层30，而图1B中位于右边的第二贯通孔H2则暴露出局部的第一型半导体层26。第二电极22的第二焊部36延伸入最左边的第二贯通孔H2与第二型半导体层30接触，电流传导层18则延伸入中间的第二贯通孔H2以与第二型半导体层30接触，第一电极20的第一焊部32则延伸入最右边的第二贯通孔H2以与第一型半导体层26接触。
请再参照图1A至图1C，上述的发光二极管1的态样是水平式发光二极管，即第一、第二电极20、22皆位于磊晶叠层12的第二侧SD2，因此电流的传递路径是大致上以水平地方式在第一、第二电极20、22流动。
于以下的段落中会详细地说明发光二极管1的光学效果。
请参照图1A至图1C，在本实施例的发光二极管1中，由于第二电极22 通过电流传导层18与第二型半导体层30电性连接，且因电流传导层18与第二型半导体层30两者之间的接触的界面为欧姆接触，因此大部分的电流(或电子流)会经过电流传导层18与第二型半导体层30的接触范围CR，接着传递至与上述接触范围CR重叠的部分主动层28，电洞与电子于此部分的主动层28结合发光，此部分的主动层28所在的区域也被称为电子电洞结合区X(如图1B、图1C所示)，电子电洞结合区X的范围会略稍大于发光范围ER。因此，电流传导层18与第二型半导体层30接触范围也被界定为发光二极管1 的出光范围ER，出光范围ER的形状例如是圆形、圆弧形或其他任意形状，本发明并不以此为限。并且，出光范围ER重叠于第一、第二反射层14、16 但不与第一、第二电极20、22重叠。此外，于其他未示出的实施例中，出光范围ER例如也可为多个，且两相邻的岀光范围ER具有间距。
为求清楚示出，发光二极管1的光学行为仅示出于图1C中，而图1B省略示出。由此电子电洞结合区X所发出的光束的初始出射方向有两种，一种是直接往第二反射层16发出的光束标示为B1，另一种是直接往第一反射层 14发出的光束标示为B2。于以下的段落中会依据不同的光束B1、B2来讨论光学行为。
承上述，由于出光范围ER重叠于第一、第二反射层14、16，光束B1 会往上传递至第二反射层16，光束B1的一部分B1’被第二反射层16反射并传递至第一反射层14，光束B1的另一部分B1”则穿透第二反射层16以出射于发光二极管1。接着光束B1’再被具有高反射率的第一反射层14反射回第二反射层16，光束B1’的一部分(未示出)被第二反射层16反射回第一反射层 14并再次进行上述的光学行为，而光束B1”的一部分B1”’穿透第二反射层 16以出射于发光二极管1。
类似地，光束B2往下传递至第一反射层14而被具有高反射率的第一反射层14反射至第二反射层16，并且光束B2的一部分B2’被第二反射层16 反射回第一反射层14，光束B2的另一部分B2”则穿透第二反射层16以出射于发光二极管1，后续的光学行为与上述类似，于此不再赘述。
上述光束会在第一、第二反射层14、16之间产生类似激光共振腔的效果，第一、第二反射层14、16之间也可被称为共振区RR。此外，也有部分由电子电洞结合区X斜向射出的光束(未示出)，在第一、第二反射层14、16、第一电极20、第二电极22间进行一至多次的全反射后，也可能会在出光范围 ER出光。
并且，由于出光范围ER是由电流传导层18与第二型半导体层30所界定的接触范围CR，且出光范围ER不与第一、第二电极20、22重叠，发光二极管1的发光角度可被大幅地缩小，因此本实施例的发光二极管1可具有高指向性，其适于当作光纤通讯收发模块的光源。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的部分内容，省略了相同技术内容的说明，关于相同的元件名称可以参考前述实施例的部分内容，下述实施例不再重复赘述。
图2是本发明的另一实施例的发光二极管的上视示意图及剖面示意图。
请参照图2，图2的发光二极管1a大致上类似于图1A至图1C的发光二极管1，其主要差异在于：发光二极管1a为垂直式发光二极管。详细来说，于发光二极管1a中，基板10a例如是导电基板，且其具有相对的第一、第二表面S1a、S2a其例如是碳化硅基板或硅基板，本发明并不以此为限。第一电极20、第二电极22分别设置于磊晶叠层12的第一、第二侧SD1、SD2。更具体来说，第一电极20覆盖第一型半导体层26的侧表面26S1(lateral surface)、底面26S2(bottom surface)、电流阻挡层24的侧表面24S。第二电极22则设置于基板10a的第二表面S2a。电流阻挡层24具有的第二贯通孔H2的数量例如为一，本发明并不以此为限。
此外，于本实施例中，第二反射层16a相较于第一反射层14a具有高反射率且第二反射层16a可将大部分光束反射，而第一反射层14a除了能够反射部分光束外，仍可使部分光束穿透。在材料上的差异在于：第二反射层16a 内所使用的分散式布拉格反射器的高、低折射率层数量较多，而第二反射层16a内所使用的分散式布拉格反射器的高、低折射率层数量较少，但不以此为限。电流传导层18与第二型半导体层30接触范围也被界定为发光二极管1a 的出光范围ER(CR)，出光范围ER的形状例如是圆形、圆弧形或其他任意形状，且其数量、位置、形状可由制造电流传导层18的制程来定义。于本实施例中，出光范围ER的数量例如为一。于其他未示出的实施例中，出光范围 ER的数量为多个，相邻二出光范围ER具有间距，本发明并不以此为限。并且，出光范围ER重叠于第一、第二反射层14a、16a。
请再参照图2，第一反射层14a具有多个第一贯通孔H1，这些第一贯通孔H1重叠于第一型半导体层26，但不与第二型半导体层30重叠。由另一观点来看，这些第一贯通孔H1重叠于凹陷部CP。此外，发光二极管1a还包括接合层40，其材料例如是导电胶材(由胶材与金属粒子混合的材料，包括但不限于银胶或异方性导电胶)、铬、铝、钛、镍、铂、金、铜铝合金(Cu/Al)、金锡合金(Au/Sn)、锡银铜合金(Sn/Ag/Cu)、锡膏。接合层40设置于第一反射层14a与基板10a之间，且接合层40延伸入第一贯通孔H1并与电流传导层18 接触。导电基板10a的侧表面、接合层40的侧表面、第二反射层16a的侧表面形成实质平的侧表面。
请再参照图2，上述的发光二极管1a的态样是垂直式发光二极管，即第一、第二电极20、22分别位于磊晶叠层12的第一、第二侧SD1、SD2，因此电流的传递路径是大致上以垂直地方式在第一、第二电极20、22流动。
承上述，发光二极管1a的光学行为大致上类似于图1A至图1C的发光二极管1，其主要差异在于：光束(未示出)由主动层28发出后，主要会被具有高反射率的第二反射层16a反射，而部分光束会穿透第一反射层14a且部分光束会被第一反射层14a反射，即光束在第一、第二反射层14a、16a之间进行一至多次反射、透射后，会由靠近第一型半导体层26的第一反射层14a 处出光。相较于图1A至图1C的发光二极管1，光束在第一、第二反射层14、 16之间进行一至多次反射、透射后，会由靠近第二型半导体层30的第二反射层16处出光。
此外，应注意的是，在发光二极管1a中，其所采用的基板10a例如是导电基板。但于其他实施例中，基板10a也可以采用不导电的基板(例如是蓝宝石基板)，并增设导线(未示出)以使其绕过不导电的基板10a以连接接合层40 的侧表面及第二电极22，电流的传递路径仍大致上以垂直地方式在第一、第二电极20、22流动。
图3至图5为本发明不同实施例的发光二极管的剖面示意图。应注意的是，图3至图5大致上与图2的发光二极管1a相同，于图3至图5仅标示出有差异或者是需要说明的部分，其他地方请参照图2的标号。
请参照图3，图3的发光二极管1b大致上类似于图2的发光二极管1a，其主要差异在于：平台部Mesab的范围较大，而凹陷部CPb的范围较小。第二反射层16的多个第一贯通孔H1重叠于平台部Mesab，即，这些第一贯通孔H1重叠于第二型半导体层30。
请参照图4，图4的发光二极管1c大致上类似于图2的发光二极管1a，其主要差异在于：第二电极22c、仅覆盖第一型半导体层26的底面26S2。此外，第一反射层14c覆盖第一型半导体层26的部分底面26S2、侧表面26S1 及电流阻挡层24的侧表面24S。
请参照图5，图5的发光二极管1d大致上类似于图2的发光二极管1a，其主要差异在于：第二电极20d仅覆盖第一型半导体层26的底面26S2。此外，第一反射层14d覆盖第一型半导体层26的部分底面26S2、侧表面26S1 及电流阻挡层24的侧表面24S。并且，平台部Mesad的范围较大，而凹陷部 CPd的范围较小。第二反射层16d的多个第一贯通孔H1重叠于平台部Mesad，即，这些第一贯通孔H1重叠于第二型半导体层30。
于以下的段落中会搭配图6A至图6H及图7A至图7H分别详细地说明图1A至图1C的发光二极管1及图2的发光二极管1a的制造方法。
首先，请参照图6A，提供基板10，并对基板10表面进行清洁的动作。
请参照图6B，于基板10的第一表面S1上形成磊晶叠层12，其中磊晶叠层12包括第一型半导体层26、主动层28、第二型半导体层30。也就是说，于图6B的具体的步骤中是依序形成第一型半导体层26、主动层28、第二型半导体层30于基板10上。成长磊晶叠层12的方式例如是有机金属气相沉积 (Metal Organic Chemical-Vapor Deposition,MOCVD)、物理气相沉积 (Physical Vapor Deposition,PVD)、化学气相沉积(Chemical VaporDeposition, CVD)、溅镀法(sputter deposition method)或其他适合的相关磊晶制程，不以此为限。
请参照图6C，蚀刻磊晶叠层12，以移除部分的第二型半导体层30、部分的主动层28与部分的第一型半导体层26，以暴露出部分的第一型半导体层26，而形成平台部Mesa与凹陷部CP。蚀刻的方式例如是通过干式化学蚀刻、湿式化学蚀刻、物理蚀刻或以上三种的组合蚀刻，本发明并不以此为限。
请参照图6D，形成电流阻挡层24于磊晶叠层12上，其中形成电流阻挡层24的方法为掀离制程(Lift-off Process)。详细来说，先在磊晶叠层12上先涂布一层光阻层(未示出)。接着再对光阻层的局部区域曝光及显影，以移除光阻层的局部区域。接着，再对显影后的光阻层沉积电流阻挡层24，因此显影后的光阻层上及因光阻层被移除而暴露出的局部区域皆沉积有电流阻挡层24。最后再移除光阻层，因此沉积于光阻层上的部分电流阻挡层被随着光阻层的移除也被移除，而形成具有至少一第二贯通孔H2的电流阻挡层24 (或称图案化电流阻挡层)。电流阻挡层24的材料可例如是介电材料，其例如是氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氧化钛(TiOx)、分散式布拉格反射器 (即由高、低折射率层以周期性排列堆叠而成的光学叠层)。请参照图6E，形成电流传导层18于电流阻挡层24及第二型半导体层30上，并使电流传导层18填入这些第二贯通孔H2的一部分以与第二型半导体层30接触，其中电流传导层18与第二型半导体层30接触区域标示为CR，接触区域CR例如是上述实施例所称的出光范围ER。
请参照图6F，形成第一、第二电极20、22于磊晶叠层12上，其中形成第一、第二电极20、22的方式也为掀离制程，流程大致类似上述说明，于此不再赘述。第一电极20的电极材料填入这些第二贯通孔H2的一部分以与第一型半导体层26接触，第二电极22的电极材料则填入这些第二贯通孔H2 的一部分与第二型半导体层30接触。第二电极22也包括第二焊部36与由第二焊部36延伸出的至少一第二指部38。第一焊部36设置在部分电流阻挡层 24及部分第二型半导体层30上，第二指部38与电流传导层18接触。并且，电流传导层18与第二型半导体层30接触，此两者之间的界面也为欧姆接触 (Ohmic contact)，第二电极22通过第二指部38、电流传导层18与第二型半导体层30电性连接。
请参照图6G，形成第二反射层16于磊晶叠层12的第二侧SD2。第二反射层16覆盖(cover)电流阻挡层24、电流传导层18，并且第二反射层16的至少一部分与接触区域CR重叠。形成第二反射层16也为掀离制程，于此不再赘述。第二反射层16具有多个第一贯通孔H1，且与第一、第二电极20、22 之间分别设有第一、第二间隙D1、D2。
请参照图6H，形成第一反射层14于磊晶叠层12的第一侧SD2，且例如是形成于基板10的第二表面S2上。第一反射层14覆盖(cover)电流阻挡层24、电流传导层18，并且第一反射层14的至少一部分与接触区域CR重叠。
至此，图1A至图1C的发光二极管1大致上已制作完成。
接着，介绍图2的发光二极管1a的制造流程。
请参照图7A至图7E，其步骤分别类似于上述的图6A至图6E，于此不再赘述。
请参照图7F，形成第二反射层16a于电流传导层18及电流阻挡层24上，其中第二反射层16a具有多个第一贯通孔H1。形成第二反射层16a的方式例如也为掀离制程，于此不再赘述。
请参照图7G，于第二反射层16a上形成接合层40，其中接合层40材料填入这些第一贯通孔H1的一部分以与电流传导层18接触。
请参照图7H，提供另一基板10a，其中基板10a例如是导电基板，并对基板10a表面进行清洁的动作。
请参照图7I，将接合层40接合至基板10a的上表面上。随着转移制程，上述元件也被转移至基板10a上。
请参照图7J，移除基板10。移除基板10的方式例如是利用物理或化学蚀刻的方式，但不以此为限。基板10也被称暂时基板。于本实施例中，移除基板10的方法包括激光剥离制程(Laser Lift-off Process)。由于在进行激光剥离制程的过程中，激光的高温会使得磊晶叠层12内的金属离子还原成金属 M。因此，在激光剥离制程后可再对磊晶叠层12的表面进行蚀刻制程，例如是湿式化学蚀刻制程以去除金属，例如是镓金属(Gallium)。接着，可再利用物理或化学蚀刻的方式将金属M去除。
请参照图7K，蚀刻局部的第一型半导体层26、主动层28、第二型半导体层30，以暴露出第一型半导体层26及电流阻挡层24两者的侧面26S1、24S1 及第二反射层16a的顶面16aS1。
请参照图7L，形成第二电极22于磊晶叠层12、第二反射层16上，并使其覆盖第一型半导体层26的底面26S2、侧面26S1、电流阻挡层24的侧面 24S。并且，也形成第一电极20于基板10a上。
请参照图7M，形成第一反射层14a于磊晶叠层12的第一侧SD1，使其第一反射层14a覆盖第一型半导体层26的底面26S2及第一电极20，并且第一反射层14的至少一部分与接触区域CR重叠。
至此，图2的发光二极管1a大致上已制作完成。
此外，制造图3至图5的发光二极管1b～1d的方法大致上类似于制造发光二极管1a的方法，其差异在于：在上述制程中，蚀刻出的磊晶叠层的平台部、凹陷部大小不同、或者是、第二电极的覆盖位置不同、第二反射层的第一贯通孔的位置对应到的磊晶叠层的位置不同，本领域的技术人员可依据图 7A至图7H制程稍为调整而制造出图3至图5的发光二极管1b～1d。
综上所述，在本发明实施例发光二极管中，电流传导层与第二型半导体层接触范围界定为出光范围，且第一、第二反射层与此出光范围重叠。并且，第一、第二反射层的其中之一上形成有主要出光面，其光穿透率大于0％且小于或等于10％，因此，由主动层发出的光束一部分会穿透第一反射层(或第二反射层)，并且光束的一部分会在第一、第二反射层之间进行一至多次反射而产生类似激光共振腔的效果，而穿透第一反射层(或第二反射层)。出光范围不与第一、第二电极重叠，发光二极管的发光角度可被大幅地缩小，因此发光二极管可具有高指向性，其适于当作光纤通讯收发模块的光源。此外，本发明的一实施例提到了一种制造发光二极管的制造方法，用以制造上述的发光二极管，相较于制造激光来说其制造成本较低。
Claims (10)
1.一种发光二极管，包括：
磊晶叠层，包括第一型半导体层、主动层，第二型半导体层，所述主动层位于所述第一型半导体层及所述第二型半导体层之间，且所述第一型半导体层与所述第二型半导体层电性相反，其中所述磊晶叠层具有邻近所述第一型半导体的第一侧与邻近所述第二型半导体层的第二侧；
第一反射层，设置于所述磊晶叠层的所述第一侧；
第二反射层，设置于所述磊晶叠层的所述第二侧，其中所述第一反射层上形成有主要出光面，所述第一反射层的光穿透率大于所述第二反射层的光穿透率；
电流传导层，与所述第二型半导体层接触；
第一电极，与所述第一型半导体层电性连接；以及
第二电极，通过所述电流传导层与所述第二型半导体层电性连接，
其中所述电流传导层与所述第二型半导体层接触范围界定为出光范围，
其中，所述出光范围与所述第一反射层及所述第二反射层重叠，且不与所述第一电极与所述第二电极重叠。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述磊晶叠层具有平台部与相较所述平台部凹陷的凹陷部，局部的所述第一型半导体层、所述主动层及所述第二型半导体层界定出所述平台部，且另一局部的所述第一型半导体层界定出所述凹陷部，
其中，所述第一电极重叠于所述凹陷部，且所述第二电极重叠于所述平台部。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述第一电极与所述第二反射层之间设有第一间隔，所述第二电极与所述第二反射层之间设有第二间隔。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，包括基板，其中所述磊晶叠层、所述第二反射层、所述电流传导层、所述第一电极及所述第二电极位于所述基板的一侧，而所述第一反射层位于所述基板的另一侧。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，包括导电基板，其中所述磊晶叠层、所述第二反射层、所述电流传导层、所述第一电极位于所述导电基板的一侧，而所述第二电极位于所述导电基板的另一侧，其中所述第二电极通过所述电流传导层及所述导电基板与所述第二型半导体层电性连接。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，包括电流阻挡层，设置于所述磊晶叠层与所述电流传导层之间，所述电流阻挡层具有至少一第二贯通孔，所述至少一第二贯通孔暴露出局部的所述磊晶叠层，且所述电流传导层通过所述至少一第二贯通孔与所述第二型半导体层接触。
7.一种发光二极管的制造方法，包括：
形成磊晶叠层，所述磊晶叠层包括第一型半导体层、主动层，第二型半导体层，所述主动层位于所述第一型半导体层及所述第二型半导体层之间，且所述第一型半导体层与所述第二型半导体层电性相反，其中所述磊晶叠层具有邻近所述第一型半导体的第一侧与邻近所述第二型半导体层的第二侧；
形成电流传导层于所述磊晶叠层上，并使所述电流传导层与所述磊晶叠层的所述第二型半导体层接触；
分别形成第一反射层与第二反射层于所述磊晶叠层的所述第一侧及所述第二侧，其中所述第一反射层上形成有主要出光面，所述第一反射层的光穿透率大于所述第二反射层的光穿透率，其中所述电流传导层与所述第二型半导体层接触的接触范围界定为出光范围，所述出光范围与所述第一反射层及所述第二反射层重叠；以及
分别形成第一电极及第二电极以分别与所述第一型半导体层及所述第二型半导体层电性连接，所述第二电极通过所述电流传导层与所述第二型半导体层电性连接，其中所述出光范围不与所述第一电极与所述第二电极重叠。
8.根据权利要求7所述的发光二极管的制造方法，在分别形成所述第一电极及所述第二电极的步骤中，所述第一电极与所述第二电极皆形成于所述磊晶叠层的所述第二侧。
9.根据权利要求7所述的发光二极管的制造方法，在分别形成所述第一电极及所述第二电极的步骤中，所述第一电极与所述第二电极分别形成于所述磊晶叠层的所述第一侧及所述第二侧。
10.根据权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其中形成所述磊晶叠层的步骤还包括：
对所述磊晶叠层进行蚀刻制程，以界定出平台部及凹陷部，局部的所述第一型半导体层、所述主动层及所述第二型半导体层界定出所述平台部，且另一局部的所述第一型半导体层界定出所述凹陷部。
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