CN1317774C - 发光二极管组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光二极管组件及其制造方法，系先于一基板表面形成具有斜面之氮化镓混成厚膜，利用氮化镓磊晶的特性自然形成磊晶斜面，再于氮化镓混成厚膜上成长发光二极管结构以形成发光二极管组件，可有效简化其制造过程；本发明系应用氮化镓之厚膜磊晶特性来制作各种具多边斜面与不同结构的发光二极管组件晶粒，由于晶粒出光的表面积增大，而且多边斜面减少内部全反射的机率，此发光二极管组件较习知氮化镓发光二极管组件具有较佳发光效率。

Description

发光二极管组件及其制造方法

技术领域

本发明是关于一种发光二极管组件及其制造方法，特别是关于一种可降低制造难度与成本之发光二极管组件及其制造方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的发光原理是利用半导体固有特性，不同于白炽灯发热的发光原理，所以发光二极管被称为冷光源(cold light)。发光二极管具有高耐久性、寿命长、轻巧、耗电量低等优点，且不含水银等有害物质，因此现今之照明市场对于发光二极管照明寄予极大厚望。

一般来说，发光二极管常由磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)等III-V族混晶化合物经磊晶而成。由于发光二极管的折射率大于外部的折射率，而且公知的发光二极管主要为四方形对称之立方体。因此，发光二极管所产生的光线到达二极管晶粒和空气的界面时，大于临界角之光将产生全反射回到二极管晶粒内部；而此四方形对称之二极管晶粒之四个界面互相平行，使得内部大于临界角的光线只能一直在内部全反射，导致发光二极管对外部的发光效率远低于内部的量子效率。所以改变发光二极管的晶粒形状即成为可有效提升发光效率的方法。

发明内容

为改进公知的制造过程缺点，本发明目的是提供一种发光二极管组件及其制造方法，系先于一基板表面形成具有斜面之氮化镓混成厚膜，利用氮化镓磊晶的特性自然形成磊晶斜面，再于氮化镓混成厚膜上成长发光二极管结构，进而将其制作形成发光二极管晶粒。如此，无须机械加工即可制作具有斜面的发光二极管结构。

经由上述方法所形成之发光二极管组件，系由表面具有氮化镓厚膜的基板和建立于氮化镓混成厚膜表面的二极管结构所组成。其中，基板表面的氮化镓混成厚膜之侧面与基板系基于氮化镓的结晶特性自然形成一个角度。氮化镓混成厚膜系混合数种III-V族化合物所形成，如氮化铝铟镓(Al_XGa_(1-X-Y)In_YN)厚膜，0≤X，Y＜1，0≤X+Y＜1。建立于氮化镓混成厚膜表面的二极管结构，系由n型氮化镓系列III-V族化合物及p型氮化镓系列III-V族化合物所组成，其中，n型氮化镓系列III-V族化合物和p型氮化镓系列III-V族化合物系各与低电阻欧姆接触电极电性连接，以提供一顺向偏压。此二极管结构于n型氮化镓系列III-V族化合物和p型氮化镓系列III-V族化合物之间更包含一活性层(active layer)以作为发光区。

另根据本发明之制作方法，即可将n型氮化镓系列III-V族化合物层、活性层和p型氮化镓系列III-V族化合物层之低电阻欧姆接触电极分别制作于发光二极管组件之上下两侧，如此，可缩小所需组件之体积，增加发光效率和良好率。

为使对本发明的目的、构造特征及其功能有进一步的了解，兹配合图标表面的二极管结构，系由n型氮化镓系列III-V族化合物及p型氮化镓系列III-V族化合物所组成，其中，n型氮化镓系列III-V族化合物和p型氮化镓系列III-V族化合物，其与低电阻欧姆接触电极电性连接，以提供一顺向偏压。此二极管结构于n型氮化镓系列III-V族化合物和p型氮化镓系列III-V族化合物之间更包含一活性层以作为发光区。

另根据本发明之制作方法，即可将n型氮化镓系列III-V族化合物层、活性层和p型氮化镓系列III-V族化合物层之低电阻欧姆接触电极分别制作于发光二极管组件之上下两侧，如此，可缩小所需组件之体积，增加发光效率和良好率。

为使对本发明的目的、构造特征及其功能有进一步的了解，兹配合图标详细说明如下：

附图说明

图1为本发明之制作流程图；

图2为本发明之第一实施例的示意图；

图3为本发明之第二实施例的示意图；

图4为本发明之第三实施例的示意图。

图中：

100-基板

110-具有斜面之氮化铝镓铟厚膜

120-接触层

130-n型氮化镓系列III-V族化合物层

131-n型低电阻欧姆接触电极

140-p型氮化镓系列III-V族化合物层

141-p型低电阻欧姆接触电极

150-活性层

200-n型透明导电基板

210-具有斜面之氮化铝镓铟厚膜

220-透明接触层

230-n型氮化镓系列III-V族化合物层

231-n型低电阻欧姆接触电极

240-p型氮化镓系列III-V族化合物层

241-p型低电阻欧姆接触电极

250-活性层

260-反射层金属电极

310-具有斜面之氮化铝镓铟厚膜

320-透明接触层

330-n型氮化镓系列III-V族化合物层

331-n型低电阻欧姆接触电极

340-p型氮化镓系列III-V族化合物层

341-p型低电阻欧姆接触电极

350-活性层

具体实施方式

本发明所揭露之发光二极管组件及其制造方法，系应用氮化镓之磊晶生长特性来制作发光二极管组件，依此可发展出各种多边斜面与不同结构的发光二极管组件，制作具有较佳发光效率的发光二极管组件。

为更详细说明本发明的制作流程，现参考图1，其为本发明之制作流程图。其步骤包含有：首先，提供一基板(步骤410)；然后，于基板表面形成用以提供选择性磊晶生长之图样(pattern)，其图样之面积稍大于所须组件之大小(步骤420)；以磊晶生长法于基板表面之图样形成具有斜面之氮化铝镓铟厚膜(步骤430)，利用氮化镓磊晶的特性自然形成斜面；然后，于氮化铝镓铟厚膜上形成具有n型氮化镓系列III-V族化合物层和p型氮化镓系列III-V族化合物层之发光二极管结构(步骤440)；最后，使p型低电阻欧姆接触电极形成于p型氮化镓系列III-V族化合物层之表面，n型低电阻欧姆接触电极形成于n型氮化镓系列III-V族化合物层之表面，完成发光二极管的晶粒制作(步骤450)。其中，发光二极管结构更包含一活性层以作为发光区；n型氮化镓系列III-V族化合物层和p型氮化镓系列III-V族化合物层之表面系各与低电阻欧姆接触电极电性连接，以提供一顺向偏压。同时，本发明更包含利用镭射等方法去除基板的步骤，可简化晶粒切割的步骤，以增加良率和降低生产成本。

本发明之发光二极管组件可包含多种结构，参考图2，其为本发明之第一实施例的示意图；其包含有：一基板100；一具有斜面之氮化铝镓铟厚膜110，系磊晶形成于基板100表面；一发光二极管结构，系由n型氮化镓系列III-V族化合物层130、活性层150和p型氮化镓系列III-V族化合物层组成140，于p型氮化镓系列III-V族化合物层140之表面系具有透明接触层120(transparent contact layer，TCL)和p型低电阻欧姆接触电极141之组合，n型氮化镓系列III-V族化合物层之表面具有n型低电阻欧姆接触电极131，n型氮化镓系列III-V族化合物层130、活性层150和p型氮化镓系列III-V族化合物层140系依序形成于具有斜面之氮化铝镓铟厚膜110表面。

本发明亦可使用透明导电基板来制作发光二极管组件，即可将n型氮化镓系列III-V族化合物层、活性层和p型氮化镓系列III-V族化合物层之低电阻欧姆接触电极分别制作于发光二极管组件之上下两侧，如此，可缩小所需组件之体积，增加发光效率和良好率。参考图3，其为本发明之第二实施例的示意图；其包含有：一n型透明导电基板200，其表面具有透明接触层220和n型低电阻欧姆接触电极231之组合；一具有斜面之氮化铝镓铟厚膜210，系磊晶形成于n型透明导电基板200之另一表面；一发光二极管结构，系由n型氮化镓系列III-V族化合物层230、活性层250和p型氮化镓系列III-V族化合物层240组成，p型氮化镓系列III-V族化合物层240之表面系具有p型低电阻欧姆接触电极241和反射层金属电极260之组合。

另外，本发明的另一种结构是将基板去除，以简化发光二极管晶粒切割的步骤，增加良好率并降低生产成本。参考图4，其为本发明之第三实施例的示意图；其包含有：一具有斜面之氮化铝镓铟厚膜310；一发光二极管结构，系由n型氮化镓系列III-V族化合物层330、活性层350和p型氮化镓系列III-V族化合物层340组成，n型氮化镓系列III-V族化合物层330表面具有n型低电阻欧姆接触电极331，p型氮化镓系列III-V族化合物层340之表面系具有p型低电阻欧姆接触电极341和透明接触层320之组合。去除基板的方法可为雷射剥离、干式蚀刻或湿式蚀刻等方法。

如上所述，本发明用以磊晶成长具有斜面之氮化铝镓铟厚膜的基板，可为蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、氮化铝(AlN)、偏铝酸锂(LiAlO2)和镓酸锂(LiGaO2)基板其中之一。而且，用以磊晶成长具有斜面之氮化铝镓铟厚膜的n型透明导电基板可选自n型氮化镓(n-GaN)、n型氧化锌(n-ZnO)、n型碳化硅(n-SiC)其中之一。而磊晶成长具有斜面之氮化铝镓铟厚膜的方法系为氢化物气相磊晶成长(Hydride Vapor Phase Epitaxy，HVPE)等磊晶方法。其用以提供选择性磊晶成长之图样的内径尺寸系大于150微米；图样之形状可为四边形、六边形和圆形等，以决定磊晶成长所形成的厚膜之自然斜面形状；具有斜面之氮化铝镓铟厚膜之厚度为20微米以上，而由于氮化镓磊晶的特性，其具有斜面之氮化镓混成厚膜的底面与其侧边之斜面会形成一个底角α，α的角度则介于43度至62度(43°≤α≤62°)。以及，p型低电阻欧姆接触电极和n型低电阻欧姆接触电极可为透明之低电阻欧姆接触电极；p型低电阻欧姆接触电极可为p型过渡性氧化物半导体(p-type transitionmetal oxide semiconductor)或p型过渡性氧化物半导体(p-typetransition metal oxide semiconductor)和贵金属的混合材料。上述之发光二极管结构系于n型氮化镓系列III-V族化合物和p型氮化镓系列III-V族化合物之间更包含一活性层以作为发光区；此活性层可为双异质接面构造(double-hetero-structure，DH)、单量子井结构(single-quantumwell，SQW)或多量子井结构(multiple-quantum well，MQW)。

虽然本发明之较佳实施例揭露如上所述，然其并非用以限定本发明，任何熟悉相关技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改变，因此本发明专利保护范围须视本申请权利要求书限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种发光二极管组件制造方法，其步骤包含有：

提供一基板；

于基板表面形成用以提供选择性磊晶生长之一的图样；

以磊晶生长法于该基板表面的该图样形成具有斜面之氮化镓混成厚膜，是利用氮化镓磊晶的特性自然形成斜面，该具有斜面的氮化镓混成厚膜之上表面为平面且上表面积大小适合组件使用；

于该氮化镓混成厚膜上表面形成发光二极管结构，该发光二极管结构系结合n型氮化镓系列III-V族化合物层和p型氮化镓系列III-V族化合物层，该p型氮化镓系列III-V族化合物层系与p型低电阻欧姆接触电极电性连接，该n型氮化镓系列III-V族化合物层系与n型低电阻欧姆接触电极电性连接，以提供顺向偏压。

2.如权利要求1所述之发光二极管组件制造方法，其中该氮化镓混成厚膜是AlxGa_(1-x-y)In_yN厚膜，0≤X，Y＜1，0≤X+Y＜1。

3.如权利要求1所述之发光二极管组件制造方法，其中更包含去除该基板的步骤。

4.如权利要求1所述之发光二极管组件制造方法，其中于该基板表面形成具有斜面之氮化镓混成厚膜的步骤，形成该具有斜面之氮化镓混成厚膜的方法是氢化物气相磊晶成长。

5.如权利要求1所述之发光二极管组件制造方法，其中该具有斜面的氮化镓混成厚膜的厚度为20微米以上。

6.如权利要求1所述之发光二极管组件制造方法，其中该图样为内径尺寸大于150微米之四边形图样、六边形图样和饼图样所组成的族群其中之一。

7.如权利要求1所述之发光二极管组件制造方法，其中该具有斜面的氮化镓混成厚膜的底面与其侧边的斜面形成底角α，该底角α的角度是43°≤α≤62°。

8.一种发光二极管组件，其包含有：

具有斜面的氮化镓混成厚膜，其斜面是依其磊晶特性形成；

发光二极管结构，位于该氮化镓混成厚膜的上表面，由n型氮化镓系列III-V族化合物层和p型氮化镓系列III-V族化合物层组成，该n型氮化镓系列III-V族化合物层是叠合于该具有斜面的氮化镓混成厚膜的表面并与n型低电阻欧姆接触电极电性连接，该p型氮化镓系列III-V族化合物层是与p型低电阻欧姆接触电极电性连接，以提供顺向偏压。

9.如权利要求8所述之发光二极管组件，其中更包含基板，该氮化镓混成厚膜是磊晶形成于该基板。

10.如权利要求8所述之发光二极管组件，其中该氮化镓混成厚膜是AlxGa_(1-x-y)In_yN厚膜，0≤X，Y＜1，0≤X+Y＜l。

11.如权利要求8所述之发光二极管组件，其中该基板是蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓和氮化铝基板其中之一。

12.如权利要求8所述之发光二极管组件，其中该具有斜面之氮化镓混成厚膜之厚度为20微米以上，其底部形状是内径尺寸大于150微米之四边形、六边形和圆形所组成的族群其中之一。

13.如权利要求8所述之发光二极管组件，其中该具有斜面的氮化镓混成厚膜的底面与其侧边的斜面形成底角α，该底角α的角度是43°≤α≤62°。

14.如权利要求8所述之发光二极管组件，其中该n型低电阻欧姆接触电极和该p型低电阻欧姆接触电极是设于该具有斜面的氮化镓混成厚膜的上表面的同侧，该p型低电阻欧姆接触电极是形成于该p型氮化镓系列III-V族化合物层之表面，该n型低电阻欧姆接触电极是形成于该n型氮化镓系列III-V族化合物层之表面。

15.如权利要求8所述之发光二极管组件，其中该发光二极管结构是于n型氮化镓系列III-V族化合物和p型氮化镓系列III-V族化合物之间系包含活性层以作为发光区。

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