CN1281263A - 可提高发光亮度的发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种可提高发光亮度的发光二极管及其制作方法,尤指一种适用在以砷化镓为基板的直接能带间隙型态合金三五化合物的LED,其主要是利用晶片粘合技术及化学蚀刻或机械抛光方式在完成LED磊晶层粘合于一导电基板后,即可剥离移除砷化镓基板,并以此导电基板来取代砷化镓基板的功能,如此当发光二极管的PN结四方发射光源时,其射向导电基板的光源将通过一粘合反射层的反射作用而可再发射至发光二极管磊晶层其它区域以透射出去。
Description
本发明涉及发光二极管及其制作方法，特别是涉及一种可提高发光亮度的发光二极管及其制作方法。
发光二极管(LED；Light-Emitting Diode)由于具备有寿命长、体积小、发热量低、耗电量小、反应速度快及单色光发光的特性及优点，所以自1960年起发展至今，不管在电脑外设、时钟显示器、仪器仪表上、或在通讯业、资讯业及消费类电子产品上被大量使用。尤其是近几年来，由于高亮度发光二极管技术的开发，LED的应用已从室内走向户外，如户外广告显示板、交通信号灯、道路信息显示幕(VMS)等都得以应用。但LED应用在户外时，必须具有高亮度。对此世界各国都在LED材料上研究，寻找高亮度发光二极管的新材料，如台湾专利公告第291610号“高亮度发光二极管及其制作方法”、第232753号“高亮度发光二极管的制作”、第275970号“增进亮度、方向性的发光二极管”等。
发光二极管(LED)，尤其是可见光发光二极管，其结构型态可因其选用材质能带间隙及欲发射可见光颜色的不同，而有基本不同材质的基板，如图1及图2所示。其中图1中常用在LED磊晶层14，为直接能带间隙型态的合金三五化合物(direct-bandgap LEDs；GaAs1-yPy；0＜y＜0．45；以发射红光为主)，其构造主要是在一非透明的砷化镓基板(GaAs)12上形成一具有一PN结的LED磊晶层14，并在LED磊晶层14与砷化镓基板12的两对侧溅镀或蒸镀有一背面电极16或正面电极18，而两电极16、18在通电后即可让LED磊晶层14上的PN结自然向四面八方发射光源(如虚线箭头所示的侧面光r1及正面光L1)。这种结构的发光二极管因砷化镓基板12会大量吸收射向其位置的入射光线(a1)，会将造成较高的LED发射光线的亮度损耗(据研究指出，该种亮度损耗将占据其总发射能量的一半)。虽然，目前业界亦有为降低基板的吸光作用而在其基板上添加一些杂质的作法，如添加铝材质的DBR等结构，希望可增加砷化镓基板的反射率及降低其光源吸收量，但实际上其所能改善及增加的亮度并不明显，效果非常有限。
如图2所示，常用在LED磊晶层24为间接能带间隙型态的合金三五化合物(indirect-bandgap LEDs；GaAs1-yPy；0．45＜y；以发射黄光、橙光、绿光为主)，其构造主要是在一半透明的磷化镓基板(GaP)22上形成一具有一PN结的LED磊晶层24，并在LED磊晶层24与磷化镓基板22的两对侧溅镀或蒸镀有一背面电极26或正面电极28，同样可在两电极26、28在通电后而自然向四面八方发射光线(如虚线箭头所示的r2，其正面光将被正面电极28所阻隔)。此以磷化镓为基板的LED构造与砷化镓为基板的不同处在于其磷化镓为一半透明材质，吸收入射光线(a2)的情形已相对大幅降低，再由其背面电极26的反射作用，可将入射光源反射至LED透明磊晶层24中发射出去，故可相对提高其LED发射亮度。但此种LED构造由于只适用于间接能带间隙型态的半导体元件，在制作程序上较为麻烦，必须掺杂一些杂质以混入再结合中心，以方便其由晶格作用或其它散色中心来转换能量，不仅烦琐，且造成成本提高。另外由于每个LED设计发射的波长或颜色不同，故虽然此结构可提供较高亮度的LED发光二极管，但并无法推广至所有LED晶体上使用。
因此，需设计出一种可适用在直接能带间隙型态LED磊晶层上使用的基板，其不仅不会吸收LED所发射出的光线亮度，又可将此光线再反射回去来加强其整体的发光亮度。
本发明的目的在于提供一种可提高发光亮度的发光二极管及其制作方法，它可有效提高其发射光线亮度。
本发明的目的是这样实现的：一种可提高发光亮度的发光二极管，包含有：一具有一PN结的发光二极管磊晶层；一粘合反射层，连设在该发光二极管磊晶层的底层，可将来自发光二极管磊晶层的入射光进行反射作用再透射出该发光二极管磊晶层；一具高导电性质的导电基板，形成在该粘合反射层底层；一形成在该导电基板底层的背面电极；及一形成在该发光二极管磊晶层顶层的正面电极，可与该背面电极间产生电流通路。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现：
本发明的可提高发光亮度的发光二极管，其中该发光二极管磊晶层可为一直接能带间隙型态的合金三五化合物。
本发明的可提高发光亮度的发光二极管，其中该正面电极可以是由一透明材质制成的透明电极，可使来自发光二极管磊晶层的发射光线透射出去。
本发明的可提高发光亮度的发光二极管，其中该正面电极可以是由一透明材质制成的透明电极，可使来自发光二极管磊晶层的发射光线透射出去，并且其中该透明电极可选择氧化锌、氧化铟、氧化锡、及氧化铟锡的其中之一制成。
本发明的可提高发光亮度的发光二极管，其中该发光二极管磊晶层及正面电极之间可还存在有一砷化镓基板。
本发明的可提高发光亮度的发光二极管，其中该发光二极管磊晶层及正面电极之间可还存在有一砷化镓基板，并且其中该砷化镓基板及正面电极的面积小于该发光二极管磊晶层。
本发明的可提高发光亮度的发光二极管，其中该粘合反射层包括有一粘合层及一反射层，通过晶片粘合方式致使两者相互贴合。
本发明的可提高发光亮度的发光二极管，其中该粘合反射层包括有一粘合层及一反射层，通过晶片粘合方式致使两者相互贴合，并且其中该粘合层与反射层为具导电特性的不同材质制成。
本发明的可提高发光亮度的发光二极管，其中该粘合反射层包括有一粘合层及一反射层，通过晶片粘合方式致使两者相互贴合，并且其中该粘合层与反射层为具导电特性的相同材质制成。
本发明的可提高发光亮度的发光二极管，其中该导电基板亦可与该背面电极合而为一。
一种可提高发光亮度的发光二极管的制作方法，包括有下列步骤：(1)在一砷化镓基板上形成一具有一PN结的发光二极管磊晶层；(2)在发光二极管磊晶层未与该砷化镓基板连接界面的顶层形成一具导电性的反射层；(3)在一导电基板上形成一具导电性的粘合层，且置放该粘合层与发光二极管磊晶层上的反射层隔空相对；(4)利用晶片粘合技术致使发光二极管磊晶层上的反射层及导电基板上的粘合层相互贴合；(5)选择移除大部分的砷化镓基板；及(6)在导电基板的底层及所剩余的砷化镓基板上分别镀上一电极。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现：
本发明的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其中形成的发光二极管磊晶层为一直接能带间隙型态的合金三五化合物。
本发明的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其中选择移除砷化镓基板的步骤以化学蚀刻方式进行。
本发明的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其中选择移除砷化镓基板的步骤以机械抛光方式进行。
本发明的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其中第(6)步骤中亦可只在砷化镓基板上镀上一电极，而导电电极充当另一电极。
一种可提高发光亮度发光二极管的制作方法，包括有下列步骤：(1)在一砷化镓基板上形成一具有一PN结的发光二极管磊晶层；(2)在发光二极管磊晶层未与该砷化镓基板连接界面的顶层形成一具导电性的反射层；(3)在一导电基板上形成一具导电性的粘合层，且置放该粘合层与发光二极管磊晶层上的反射层隔空相对；(4)利用晶月粘合技术致使发光二极管磊晶层上的反射层及导电基板上的粘合层相互贴合；(5)移除剥离该砷化镓基板；及(6)在导电基板的底层及发光二极管磊晶层上分别镀上一电极。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现：
本发明的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其中形成的发光二极管磊晶层为一直接能带间隙型态的合金三五化合物。
本发明的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其中移除剥离砷化镓基板的步骤以化学蚀刻方式进行。
本发明的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其中移除剥离砷化镓基板的步骤以机械抛光方式进行。
本发明的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其中镀在发光二极管磊晶层上的电极可为一透明电极。
本发明的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其中该透明电极可利用蒸镀或溅镀方式进行。
本发明的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其中该透明电极可选择氧化锌、氧化铟、氧化锡、及氧化铟锡的其中之一制成。
本发明的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其中第(6)步骤中亦可只在砷化镓基板上镀上一电极，面导电电极充当另一电极。
本发明由于利用晶片(芯片)粘合技术及化学蚀刻或机械抛光方式剥离移除砷化镓基板，并以一反射率良好的导电基板来取代砷化镓基板，如此即可将其LED磊晶层发射的光线反射再发射出去，以有效提高其发射光线亮度。
由于可利用一导电基板以取代原先砷化镓基板的作用，因此能适应市场需求而选择适当的材质为导电基板，提高其市场竞争力。
由于可利用一导电基板以取代原先砷化镓基板的作用，不管是为散热作用、导电作用、或反射作用皆可选择相较砷化镓基板或磷化镓基板性能更好的材质制作。
下面结合附图及较佳实施例，详细说明依据本发明提出的一种可提高发光亮度的发光二极管及其制作方法的具体结构和步骤。
图1是现有的以GaAs为基板的LED构造剖视图；
图2是现有的以GaP为基板的LED构造剖视图；
图3是本发明一较佳实施例的制程步骤构造剖视图一；
图4是本发明一较佳实施例的制程步骤构造剖视图二；
图5是本发明一较佳实施例的制程步骤构造剖视图三；
图6是本发明一较佳实施例的制程步骤构造剖视图四；
图7是本发明一较佳实施例的制程步骤构造剖视图五；
图8是本发明一较佳实施例的制程步骤构造剖视图六；
图9是本发明发光二极管一较佳实施例的构造剖视图及其发光路径示意图；
图10是本发明发光二极管另一实施例的构造剖视图及其发光路径示意图。
本发明是一种适用在以砷化镓为基板的直接能带间隙型态合金三五化合物的发光二极管，其主要利用一适当导电基板来取代先前的砷化镓基板，由此可降低发光二极管因砷化镓基板吸收的大量发射光源，并大幅提高发光二极管所发射出的光源亮度。
首先，请参阅图3至图8，其为本发明一较佳实施例的各制程步骤构造剖视图；本发明由于主要是适用在一种直接能带间隙型态LED磊晶层的合金三五化合物(direct-bandgap LEDs；GaAs1-yPy；0＜y＜0．45；以发射红光为主)，故其基板是以一砷化镓基板(GaAs)为主，而主要步骤包括有：
步骤1：在一砷化镓基板(GaAs)32上形成一具有一PN结(或NP结，如图中括号所示)的LED磊晶层34，如图3所示；
步骤2：在LED磊晶层34未与砷化镓基板32连接界面的顶层利用光学镀膜或金属镀膜等方式形成一具导电性的反射层36，如图4所示；
步骤3：另在一具有高导电性质的导电基板42上形成一具有导电性的粘合层44，且将步骤2形成的LED磊晶层34等元件整个构造予以180度翻转，而形成导电基板42的粘合层44与LED磊晶层34上的反射层36隔空相对，如图5所示；
步骤4：利用晶片粘合技术致使LED磊晶层34上的反射层36及导电基板42上的粘合层44相互贴合，如图6所示；
步骤5：以化学蚀刻或机械抛光方式选择磨光或移除大部分的砷化镓基板32体积，而预留的剩余部分主要是为了可作为一欧姆接触层，以方便下一步骤的电极连接，故其剩余部分大小几乎与预做电极的大小相当，如图7所示；及
步骤6：在导电基板42的底层及所剩余的砷化镓基板32上分别以溅镀或蒸镀方式镀上一相对应的背面电极46、正面电极48，如图8所示。
当然，由于砷化镓基板32为一非透明材质，故其正面电极48亦可选择非透明的材质制成，即使为非透明的电极亦不会对事后的光源发射亮度有所影响。又，就导电基板42上的粘合层44或LED磊晶层34上的反射层36而言，由于皆是选择具导电性的材质制成，故其材质上可选择为同一或不同，若为同一材质则可在粘合后形成一粘合反射层40，若为不同材质制成，则反射层36还需考虑到其反射光源的好坏特性。
再者，请参阅图9，其为本发明以上述制作方法所制成的发光二极管构造剖视图及其发光路径示意图；如图所示，本发明发光二极管的主要结构包括一具有一PN结(或NP结)的发光二极管(LED)磊晶层34，并在其底层粘合有一由粘合层及反射层组合而成的粘合反射层40及导电基板42，以有利于对LED磊晶层34PN结发射的光源(如虚线箭头所示；a4)进行反射，再透射出该LED磊晶层34。在导电基板42底层设有一背面电极46，且在LED磊晶层34顶层上依序设有一砷化镓基板32及正面电极48，砷化镓基板32及正面电极48为了让正面光(L4)可顺利透光以增加其发光亮度，故其面积小于该LED磊晶层34较佳，防止对发射光源的遮挡；但是有时为制造上方便的考虑，也可选择将正面电极48与LED磊晶层34作用面积相同，此时只利用其大部分的侧面光(r4)及反射光(a4)。而在此架构下，由LED磊晶层34PN结向四面八方发射的发射光源(如虚线箭头所示)若射向其粘合反射层40(a4)，将受到粘合反射层40的反射作用再反射至LED透明磊晶层34中透射出去，故可相对提高LED发射亮度，如同以磷化镓为基板的构造一样，但却可发射出红光光源。
图10为本发明发光二极管另一实施例的构造剖视图及其发光路径示意图；为了让本发明发光二极管的透光亮度更高，在上述制作方法的步骤5中可利用化学蚀刻或机械抛光方式将整个砷化镓基板32剥离移除，之后再在LED磊晶层34上溅镀或蒸镀一可选择自氧化锌、氧化铟、氧化锡或氧化铟锡的透明电极50，如此即使射向透明电极50的发射正面光(L5)及侧面光(r5)皆可轻易透射出去，再加上反射光源(a5)的反射作用，无形之中又提高该发光二极管的光源亮度，当然有时为了其它因素，还是适用在非透明的电极。另外，由于导电基板42本身即为一导电材质制成，所以其亦可充当一背面电极46使用。另外，由于可选择不同材质的导电基板以取代原先砷化镓基板，不管是对于散热作用、导电作用或反射作用，皆可更具有弹性及效果，如此以增加其市场竞争力。
综上所述，本发明是有关在一种可提高发光亮度的发光二极管及其制作方法，尤指一种适用在以砷化镓为基板的直接能带间隙型态合金三五化合物的发光二极管，利用一适当导电基板来取代先前的砷化镓基板，由此可降低发光二极管因砷化镓基板吸收的发射光源量，并大幅提高发光二极管发射出的光源亮度。
本发明所公开的所有特征及／或所公开的任何方法或过程的所有步骤均可以任何方式组合，只要至少某些特征和／或步骤能够相互包容即可。
以上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，例如可在磊晶层与粘合反射层之间添加一些杂质层，如磷铟铝镓层等，或在其它薄膜层上增加其它如SiC AIN SiO2、InGaN、SnO2、AlInGaP层等。
Claims (23)
1、一种可提高发光亮度的发光二极管，其特征在于包含有：
一具有一PN结的发光二极管磊晶层；
一粘合反射层，连设在该发光二极管磊晶层的底层，可将来自发光二板管磊晶层的入射光进行反射作用再透射出该发光二极管磊晶层；
一具高导电性质的导电基板，形成在该粘合反射层底层；
一形成在该导电基板底层的背面电极；及
一形成在该发光二极管磊晶层顶层的正面电极，可与该背面电极间产生电流通路。
2、如权利要求1所述的可提高发光亮度的发光二极管，其特征在于：其中该发光二极管磊晶层为一直接能带间隙型态的合金三五化合物。
3、如权利要求1所述的可提高发光亮度的发光二极管，其特征在于：其中该正面电极是由一透明材质制成的透明电极，可使来自发光二极管磊晶层的发射光线透射出去。
4、如权利要求3所述的可提高发光亮度的发光二极管，其特征在于：其中该透明电极可选择氧化锌、氧化铟、氧化锡、及氧化铟锡的其中之一制成。
5、如权利要求1所述的可提高发光亮度的发光二极管，其特征在于：其中该发光二极管磊晶层及正面电极之间还存在有一砷化镓基板。
6、如权利要求5所述的可提高发光亮度的发光二极管，其特征在于：其中该砷化镓基板及正面电极的面积小于该发光二极管磊晶层。
7、如权利要求1所述的可提高发光亮度的发光二极管，其特征在于：其中该粘合反射层包括有一粘合层及一反射层，通过晶片粘合方式致使两者相互贴合。
8、如权利要求7所述的可提高发光亮度的发光二极管，其特征在于：其中该粘合层与反射层为具导电特性的不同材质制成。
9、如权利要求7所述的可提高发光亮度的发光二极管，其特征在于：其中该粘合层与反射层为具导电特性的相同材质制成。
10、如权利要求1所述的可提高发光亮度的发光二极管，其特征在于：其中该导电基板亦可与该背面电极合而为一。
11、一种可提高发光亮度的发光二极管的制作方法，其特征在于包括有下列步骤：
(1)在一砷化镓基板上形成一具有一PN结的发光二极管磊晶层；
(2)在发光二极管磊晶层未与该砷化镓基板连接界面的顶层形成一具导电性的反射层；
(3)在一导电基板上形成一具导电性的粘合层，且置放该粘合层与发光二极管磊晶层上的反射层隔空相对；
(4)利用晶片粘合技术致使发光二极管磊晶层上的反射层及导电基板上的粘合层相互贴合；
(5)选择移除大部分的砷化镓基板；及
(6)在导电基板的底层及所剩余的砷化镓基板上分别镀上一电极。
12、如权利要求11所述的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其特征在于：其中形成的发光二极管磊晶层为一直接能带间隙型态的合金三五化合物。
13、如权利要求11所述的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其特征在于：其中选择移除砷化镓基板的步骤以化学蚀刻方式进行。
14、如权利要求11所述的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其特征在于：其中选择移除砷化镓基板的步骤以机械抛光方式进行。
15、如权利要求11所述的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其特征在于：其中第(6)步骤中亦可只在砷化镓基板上镀上一电极，而导电电极充当另一电极。
16、一种可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其特征在于包括有下列步骤：
(1)在一砷化镓基板上形成一具有一PN结的发光二极管磊晶层；
(2)在发光二极管磊晶层未与该砷化镓基板连接界面的顶层形成一具导电性的反射层；
(3)在一导电基板上形成一具导电性的粘合层，且置放该粘合层与发光二极管磊晶层上的反射层隔空相对；
(4)利用晶月粘合技术致使发光二极管磊晶层上的反射层及导电基板上的粘合层相互贴合；
(5)移除剥离该砷化镓基板；及
(6)在导电基板的底层及发光二极管磊晶层上分别镀上一电极。
17、如权利要求16所述的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其特征在于：其中形成的发光二极管磊晶层为一直接能带间隙型态的合金三五化合物。
18、如权利要求16所述的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其特征在于：其中移除剥离砷化镓基板的步骤以化学蚀刻方式进行。
19、如权利要求16所述的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其特征在于：其中移除剥离砷化镓基板的步骤以机械抛光方式进行。
20、如权利要求16所述的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其特征在于：其中镀在发光二极管磊晶层上的电极可为一透明电极。
21、如权利要求16所述的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其特征在于：其中该透明电极可利用蒸镀或溅镀方式进行。
22、如权利要求16所述的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其特征在于：其中该透明电极可选择氧化锌、氧化铟、氧化锡、及氧化铟锡的其中之一制成。
23、如权利要求16所述的可提高发光亮度发光二极管的制作方法，其特征在于：其中第(6)步骤中亦可只在砷化镓基板上镀上一电极，面导电电极充当另一电极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |