CN1499651A - 白光发光二极管的制造方法及其发光装置 - Google Patents
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Abstract
一种白光发光二极管的制造方法及其发光装置，其利用一共振腔结构，来控制白光LED的色度，使得色度的控制较为容易及准确，而能有效降低不良率及产生自然白光，并有助于发光效率的提升；该装置，可包括一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极、及一p型金属电极等构成。
Description
技术领域：
本发明为一种白光发光二极管的制造方法及其发光装置，尤指一种适用于白光LED(light-emitting diode)，且以氮化镓基(GaN-based)III-V族为材料的发光装置；主要是利用一共振腔(Resonant Cavity)结构，来控制白光LED的色度，使得色度的控制较为容易和准确，而能有效降低不良率及产生自然白光，并有助于发光效率(Luminous Efficiency)的提升。
本发明方法，是在一基板(substrate)上成长二层多量子井(Multi-QuantumWell，简称MQW)的活性层(Active layer)，且两活性层之间具有n-GaN系磊晶沉积层，最上层的MQW活性层上成长有p-型布拉格反射镜(Distributed BraggReflector，简称DBR)，p-型DBR上成长有p-GaN系磊晶沉积层，n型金属电极(n-typemetal contact)可设置在n-GaN层的露出面上，p型金属电极(p-type metalcontact)可设置在p-GaN层上，基板底部并设有一金属反射层(metal Reflector)，而构成一发光装置。
根据本发明方法，本发明装置的共振腔结构，可由基板、缓冲层(buffer layer)、第二MQW活性层、n-GaN系磊晶沉积层、第一MQW活性层、p-型DBR等依次磊晶成长而成，且基板底部镀有金属反射层。
背景技术：
有关现有白光LED的技术手段、构成、功效、及特性，列举如下：
首先，现有白光LED的发光装置及显示装置，是利用一可发蓝光的发光组件，配合一可发黄光的光致发光萤光体所构成；其中，该发光组件可为氮化铟镓(InGaN)，而该发光萤光体可为钇铝石榴石萤光粉(yttrium aluminum garnet，即YAG)，且经由发光组件发出波长(λ)约为470nm的蓝光，再激发YAG萤光粉发出波长(λ)约为550nm的黄光，并透过封装体的光色混合作用而产生白光，在图16所示的色品图(Chromaticity diagram)中，混合后颜色的坐标位子点a(470nm)与点a’(550nm)所连成的线段L1上，且依据光色混合的杠杆定律而定；因此，现有发光及显示装置在实用上，仍有以下不理想之处：
(1)、色度(Chromaticity)控制不容易：前述的现有装置以YAG萤光粉的添加量来控制色度(Chromaticity)，属于LED封装时的后制程控制，实际的实施上，YAG萤光粉的添加量并不好控制；因此，色度不易准确，有可能增加不良率之缺陷。
(2)、产生非自然白光：如图16的线段L1所示，前述的现有装置混合后所产生的白光，并不如真实的太阳光(非自然白光)，色彩饱和度较低；因此，在光学侦检器、摄影机、相机、扫瞄器等仪器的感测下，所得的物体色彩会产生误差(偏蓝色或偏绿色)。
(3)、发光效率较低：由于YAG萤光粉会有吸光现象，因此，前述的现有装置在发光效率上仍有待改进。
再者，另有一白色LED及中间色LED的现有装置，是于ZnSe单晶基板上形成CdZnSe薄膜，通电后使该薄膜发出蓝光，同时部份蓝光将照射于该基板上而发出黄光，蓝光与黄光混合后即产生白光；因此，此现有装置，其发光效率(约8 lm/W)及寿命(约8000hr)也不尽理想，因此，在实用上仍需再给予突破。
基于上述原因，本发明者认为：若能以具有共振腔的磊晶结构来控制白光LED的色度，实务上应较为容易及准确，这样，不仅能有效降低不良率及产生自然白光，且可获得较高的发光效率，而制成优异的白光LED，以符合时代所需。
发明内容：
本发明的主要目的，即在于提供一种白光发光二极管的制造方法及其发光装置，且该方法及装置明显具备下列优点、特征及目的：
1、本发明是以磊晶结构来控制发光的色度，相对于现有的添加YAG萤光粉的后制程控制式，其色度控制较为容易及准确；
2、本发明因色度控制较为准确，因此可有效降低不良率；
3、本发明因产品良率的提升，因此成本较低；
4、本发明可产生自然白光；
5、本发明因具有共振腔，因此可增益发光效率。
本发明所采取的技术方案为：
一种白光LED的制造方法，其可包含以下的步骤：
(a)在基板上成长第二MQW活性层的步骤，即在蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)基板的上表面形成一缓冲层后，再成长第二MQW活性层，且第二MQW活性层产生光的波长(λ)可在550nm至650nm之间；
(b)在第一活性层上成长n-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤(a)，在第二MQW活性层上形成一层n-GaN系磊晶沉积层；
(c)在n-GaN层上成长第一MQW活性层的步骤，接着步骤(b)，在n-GaN系磊晶沉积层上形成第一MQW活性层，且第一MQW活性层产生光的波长(λ)可在450nm至510nm之间；
(d)在第一活性层上成长p-型DBR的步骤，接着步骤(c)，在第一MQW活性层上形成一p-型布拉格反射镜(DBR)；
(e)在p-型DBR上成长p-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤(d)，在p-型DBR上形成一层p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且以蚀刻法将部份n-GaN层表面、部份第一活性层、部份p-型DBR、及部份p-GaN层移除，使n-GaN层具有一露出面，且可在露出面上设置一n型金属电极，并在p-GaN层上设置一p型金属电极；
(f)在基板底部镀上金属反射层的步骤，接着步骤(e)，在基板的底部以电镀或溅镀的方式设有一金属反射层；这样，就构成了一具有共振腔的发光装置，并可经由后续的设置、接线、及封装，而制成一白光LED。
其中，如上所述的方法可在步骤(e)与步骤(f)之间，进一步包含步骤(g)；且该步骤(g)，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，即接着步骤(e)，可在蚀刻后剩余的p-GaN层上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层，而作为窗口层。
其中，该方法可在步骤(f)之后，进一步包含步骤(h)；且该步骤(h)，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，即接续步骤(f)，可在金属氧化层的裸露表面给予表面处理，而具有粗糙表面或压花纹路。
其中，该方法可在步骤(f)之后，进一步包含步骤(g)；且该步骤(g)，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，接续步骤(e)，可在蚀刻后剩余的p-GaN层上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层，而作为窗口层。
其中，该方法可在步骤(g)之后，进一步包含步骤(h)；且该步骤(h)，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，即接着步骤(g)，可在金属氧化层的裸露表面给予表面处理，而具有粗糙表面或压花纹路。
一种白光LED的发光装置，包括一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极、及一p型金属电极等构成；其中：
该共振腔结构，由基板、缓冲层、第二MQW活性层、n-GaN系磊晶沉积层、第一MQW活性层、p-型布拉格反射镜(DBR)等依次磊晶成长而成，基板可为蓝宝石(sapphire)材质且底部镀有金属反射层；
该接触层，为p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且成长在p-型DBR上；
该n型金属电极，设置在n-GaN层的露出面上；
该p型金属电极，设置在p-GaN层上；
且通电后，第一MQW活性层为由电产生光的第一光产生层，波长(λ)可在450nm至510nm之间，而第二MQW活性层为由光产生光的第二光产生层，波长(λ)可在550nm至650nm之间；
这样，就构成了一具有共振腔的LED发光装置，且其混光过程由共振腔所完成。
其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)等材质。
其中，该接触层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
其中，该p-型DBR的反射率，可在50％至80％之间；且该金属反射层的反射率，可在90％以上。
其中，该发光装置，进一步包括一金属氧化层；且该金属氧化层，为成长在接触层上，并具有可见光透光性范围约在400至700nm。
一种白光LED的发光装置，由一磊晶结构所构成，包括：
一LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN为先成长在基板上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN为成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm；
一InGaN/GaN的2nd-MQW层；
一n-GaN的半导体层，厚度可在2至6μm；
一InGaN/GaN的1st-MQW层；
一p-AlGaN/GaN的DBR；
一p+-GaN-based的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm；
且该基板，可为蓝宝石(sapphire)材质，先以300至500μm的厚度进行磊晶，磊晶完成后，再由底部研磨成50至300μm的厚度，并于底部以电镀或溅镀的方式，镀上厚度为50至10μm材质为Ag/Al的金属反射层。
其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)等材质；该金属反射层，进一步可为Ag材质，或任何金属材质。
其中，该p+-GaN的半导体层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一ZnO、或ZnO掺杂Al的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一InxZn1-xO、或SnxZn1-xO、或InxSnyZn1-x-yO的金属氧化层，厚度可在50至50μm，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一折射率至少在1.5的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一n型传导或p型传导的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一掺杂有稀土元素(rareearth-doped)的金属氧化层。
一种白光LED的制造方法，可包含以下的步骤：
(a)在基板上成长一n-型DBR的步骤，在蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)基板的上表面形成一缓冲层后，再成长一n-型布拉格反射镜(DBR)；
(b)在n-型DBR上成长第二MQW活性层的步骤，接着步骤(a)，在n-型DBR上形成一层第二MQW活性层，且第二MQW活性层产生光的波长(λ)可在550nm至650nm之间；
(c)在第二活性层上成长n-GaN系的磊晶沉积层的步骤，接着步骤(b)，在第二MQW活性层上形成一n-GaN系磊晶沉积层；
(d)在n-GaN层上成长第一MQW活性层的步骤，接着步骤(c)，在n-GaN系磊晶沉积层上形成一第一MQW活性层，且第一MQW活性层产生光的波长(λ)可在450nm至510nm之间；
(e)在第一MQW活性层成长一p-型DBR的步骤，接着步骤(d)，在第一MQW活性层上形成一p-型布拉格反射镜(DBR)；
(f)在p-型DBR上成长p-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤(e)，在p-型DBR上形成一层p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且以蚀刻法将部份n-GaN层表面、部份第一活性层、部份p-型DBR、及部份p-GaN层移除，使n-GaN层具有一露出面，且可在露出面上设置一n型金属电极，并在p-GaN层上设置一p型金属电极；由此，构成一具有共振腔的发光装置，并可经由后续的设置、接线、及封装，而制成一白光LED。
其中，该方法可在步骤(f)之后，进一步包含步骤(g)；且该步骤(g)，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，接续步骤(e)，可在蚀刻后剩余的p-GaN层上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层，而作为窗口层。
其中，该方法可在步骤(g)之后，进一步包含步骤(h)；且该步骤(h)，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，即接着步骤(g)，可在金属氧化层的裸露表面给予表面处理，而具有粗糙表面或压花纹路。
一种白光LED的发光装置，包括一基板、一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极、及一p型金属电极等构成；其中：
该基板，可为蓝宝石材质，并可成长一缓冲层；
该共振腔结构，成长于缓冲层31上，由n-型布拉格反射镜(DBR)、第二MQW活性层、n-GaN系磊晶沉积层、第一MQW活性层、p-型布拉格反射镜(DBR)等依序磊晶成长而成；
该接触层，为p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且成长在p-型DBR上；
该n型金属电极，设置在n-GaN层的露出面上；
该p型金属电极，设置在p-GaN层上；
且通电后，第一MQW活性层为由电产生光的第一光产生层，波长(λ)可在450nm至510nm之间，而第二MQW活性层为由光产生光的第二光产生层，波长(λ)可在550nm至650nm之间；
这样，构成一具有共振腔的LED发光装置，且其混光过程由共振腔所完成。
其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)等材质。
其中，该接触层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
其中，该n-型DBR及p-型DBR的反射率，低于90％以下。
其中，该发光装置，进一步包括一金属氧化层；且该金属氧化层系为成长在接触层上，并具有可见光透光性范围约在400至700nm。
一种白光LED的发光装置，由一磊晶结构所构成，包括：
一LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN先成长在基板上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm；
一n-AlGaN/GaN的DBR；
一InGaN/GaN的2nd-MQW层；
一n-GaN的半导体层，厚度可在2至6μm；
一InGaN/GaN的1st-MQW层；
一p-AlGaN/GaN的DBR；
一p+-GaN-based的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm；
且该基板，可为蓝宝石(sapphire)材质，厚度可在300至500μm。
其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)等材质。
其中，该p+-GaN的半导体层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一ZnO、或ZnO掺杂Al的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一InxZn1-xO、或SnxZn1-xO、或InxSnyZn1-x-yO的金属氧化层，厚度可在50至50μm，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一折射率至少在1.5的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一n型传导或p型传导的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一掺杂有稀土元素(rareearth-doped)的金属氧化层。
本发明所具有的有益效果为：
1、本发明是以磊晶结构来控制发光的色度，相对于现有的添加YAG萤光粉的后制程控制式，其色度控制较为容易及准确；
2、本发明因色度控制较为准确，因此可有效降低不良率；
3、本发明因产品良率的提升，因此成本较低；
4、本发明可产生自然白光；
5、本发明因具有共振腔，因此可增益发光效率。
本发明的特征、技术手段、具体功能、以及具体的实施例，下面以图式、图号详细说明如后：
附图说明：
图1为本发明方法较佳实施例的步骤示意图；
图2为本发明装置较佳实施例的结构示意图；
图3及图3A为图2磊晶结构的一特例；
图4为本发明所对应的色品图实例；
图5为本发明方法第二实施例的步骤示意图；
图6为本发明装置第二实施例的结构示意图；
图7为图5磊晶结构的一特例；
图8为本发明方法第三实施例的步骤示意图；
图9为本发明方法第四实施例的步骤示意图；
图10为本发明装置第四实施例的结构示意图；
图11及图11A为图10磊晶结构的一特例；
图12为本发明方法第五实施例的步骤示意图；
图13为本发明装置第五实施例的结构示意图；
图14为图13磊晶结构的一特例；
图15为本发明方法第六实施例的步骤示意图；
图16为现有的所对应的色品图实例。
具体实施例：下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明
请参阅图1至3所示，在较佳实施例中，本发明装置，包括一内层固定座10、一LED灯串组20、一对主线30，31、及一外层固定体40等构成；其中，内层固定座10、LED灯串组20、对主线30，31、及外层固定体40等组成的立体示意，具体如图1所示；LED灯串组20与内层固定座10的细部立体分解，具体如图2所示；LED灯串组20设置于内层固定座10上的部份立体示意，具体如图3所示：
参阅图1至3所示，在较佳实施例中，本发明方法可包含以下的步骤：
步骤1，为在基板上成长第二MQW活性层的步骤，即在基板10的上表面10a形成一缓冲层11后，再成长第二MQW活性层12，且第二MQW活性层12产生光的波长(λ)可在550nm至650nm之间，基板10可为蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)等材质；
步骤2，为在第一活性层上成长n-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤1，在第二MQW活性层12上形成一层n-GaN系磊晶沉积层13；
步骤3，为在n-GaN层上成长第一MQW活性层的步骤，接着步骤2，在n-GaN系磊晶沉积层13上形成一第一MQW活性层14，且第一MQW活性层14产生光的波长(λ)可在450nm至510nm之间；
步骤4，为在第一活性层上成长p-型DBR的步骤，接着步骤3，在第一MQW活性层14上形成一p-型布拉格反射镜(DBR)15；
步骤5，为在p-型DBR上成长p-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤4，在p-型布拉格反射镜(DBR)15上形成一层p-GaN系(p-GaN-based，例如：p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN)的磊晶沉积层16，且以蚀刻法(Etching)将部份n-GaN层13表面、部份第一活性层14、部份p-型布拉格反射镜15、及部份p-GaN层16移除，使n-GaN层13具有一露出面13a，且可在露出面13a上设置一n型金属电极17，并在p-GaN层16上设置一p型金属电极18；
步骤6，为在基板底部镀上金属反射层的步骤，接着步骤5，在基板10的底部以电镀或溅镀(sputtering)的方式设有一金属反射层19；
这样，就构成了一白光LED的发光装置，且具有一共振腔结构，可用来控制发光的色度及增益发光效率，并具有降低不良率及产生自然白光等特性，远较现有装置更为优良。
如图2所示，在较佳实施例中，本发明装置包括一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极17、及一p型金属电极18等构成；其中：
该共振腔结构，由基板10、缓冲层11、第二MQW活性层12、n-GaN系磊晶沉积层13、第一MQW活性层14、p-型布拉格反射镜(DBR)15等依序磊晶成长而成，基板10可为蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)等材质且底部镀有金属反射层19，p-型布拉格反射镜(DBR)15的反射率(Reflective Index)可在50％至80％之间，而金属反射层19的反射率可在90％以上；
该接触层，为p-GaN系(p-GaN-based，例如：p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN)的磊晶沉积层16，且成长在p-型布拉格反射镜(DBR)15上；
该n型金属电极17，设置在n-GaN层13的露出面13a上；
该p型金属电极18，设置在p-GaN层16上；
且通电后，第一MQW活性层14为由电产生光的第一光产生层(light generatinglayer)，波长(λ)可在450nm至510nm之间，而第二MQW活性层12为由光产生光的第二光产生层，波长(λ)可在550nm至650nm之间；
这样，就构成了一具有共振腔的LED发光装置，且其混光过程由共振腔所完成。
如图3及图3 A所示，为本发明装置磊晶结构的特例，其中：
第一层111，可为LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN为先成长在基板101上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN为成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm；
第二层121，可为InGaN/GaN的2nd-MQW；
第三层131，可为n-GaN的半导体层，厚度可在2至6μm；
第四层141，可为InGaN/GaN的1st-MQW；
第五层151，可为p-AlGaN/GaN的DBR；
第六层161，可为p+-GaN-based的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm；
且磊晶结构系成长在基板101上，该基板101，可为蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)的基板，制造上，一般基板101是先以300至500μm的厚度进行磊晶，待磊晶完成后，再由基板101的底部研磨成50至300μm的厚度，并于底部以电镀或溅镀的方式镀上金属反射层191；该金属反射层191，可为Ag/Al材质(即先镀上银，再于镀上铝，使银不致外露)，或为Ag材质，或任何金属材质，厚度可在50至10μm。
此间应说明的是：前述的发光装置，经由晶粒加工后可设置在脚架(图未出示)上，且接线后可由树脂灌膜封装，而制成一完整的LED，由于此为现有技术，容不再赘述。
参阅图4所示，在本发明的共振腔中，若第一MQW活性层14所产生光的波长(λ)约为480nm，而第二MQW活性层12所产生光的波长(λ)约为580nm，则在如图所示的色品图中，连接坐标点b(480nm)与点b’(580nm)，即可连成一通过白光区W的线段L2；因此，由p-型DBR15所逸出的光可为自然白光，且共振腔将有助于发光效率的提升。
参阅图5至7所示，在第二实施例中，本发明方法可包含以下的步骤：
步骤1至步骤5，为与较佳实施例相同；
步骤6’，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层(metal oxide layer)的步骤，接着步骤5，可在蚀刻后剩余的p-GaN层16上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层20，而作为窗口层；
步骤7，为在基板底部镀上金属反射层的步骤，接着步骤6’，在基板10的底部镀上一金属反射层19。
如图6所示，在第二实施例中，本发明装置可在较佳实施例的结构上，进一步包括一金属氧化层20；其中，该金属氧化层20，可为具有较佳的可见光透光性范围(transparency in visible range)的金属氧化层，例如：范围约在400至700nm。
如图7所示，为本发明装置磊晶结构的特例，其中：
第一层111、第二层121、第三层131、第四层141、第五层151、第六层161、基板101、及金属反射层191等，与较佳实施例相同；
第七层201，系可为ZnO材质的金属氧化层，或ZnO掺杂Al的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
其中仍需要说明的是：该金属氧化层20，进一步可为InxZn1-xO、或SnxZn1-xO、或InxSnyZn1-x-yO等材质所构成的金属氧化层，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1；或可为折射率(refractive index)至少在1.5的金属氧化层；或可为n型传导(n-type conduction)或p型传导(p-type conduction)的金属氧化层；或可为掺杂有稀土元素(rare earth-doped)的金属氧化层；以上皆可认为是依本发明的较佳实施范例所推广，并依据本发明的精神延伸的适用，因此仍应包括在本案的专利范围内。
参阅图8所示，在第三实施例中，本发明方法可在第二实施例的步骤中，进一步包含步骤8，且该步骤8，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，接着步骤7，可在金属氧化层20的裸露表面(即金属氧化层20表面不含与p型金属电极18接触的部份)，进一步给予表面处理，而具有粗糙表面(Rough Surface)21或压花纹路，以增益光的逃脱放出。
此间需要说明的是：在第二实施例中，本发明方法的步骤6’及步骤7，进一步可对调顺序；而在第三实施例中，本发明方法的步骤7，进一步亦可与步骤6’对调顺序；且都是本发明方法可行的方式。
本发明的共振腔结构另有一作法，以实例配合附图说明如下：
参阅图9至11所示，在第四实施例中，本发明方法可包含以下的步骤：
步骤1a，为在基板上成长一n-型DBR的步骤，即在基板30的上表面30a形成一缓冲层31后，再成长一n-型布拉格反射镜(DBR)32，基板10可为蓝宝石、或碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)等材质；
步骤2a，为在n-型DBR上成长第二MQW活性层的步骤，接着步骤1a，在n-型布拉格反射镜(DBR)32上形成一层第二MQW活性层33，且第二MQW活性层33产生光的波长(λ)可在550nm至650nm之间；
步骤3a，为在第二活性层上成长n-GaN系的磊晶沉积层的步骤，接着步骤2a，在第二MQW活性层33上形成一n-GaN系磊晶沉积层34；
步骤4a，为在n-GaN层上成长第一MQW活性层的步骤，接着步骤3a，在n-GaN系磊晶沉积层34上形成一第一MQW活性层35，且第一MQW活性层35产生光的波长(λ)可在450nm至510nm之间；
步骤5a，为在第一MQW活性层上成长p-型DBR的步骤，接着步骤4a，在第一MQW活性层35上形成一p-型布拉格反射镜(DBR)36；
步骤6a，为在p-型DBR上成长p-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤5a，在p-型布拉格反射镜(DBR)36上形成一层p-GaN系(p-GaN-based，例如：p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN)的磊晶沉积层37，且以蚀刻法将部份n-GaN层34表面、部份第一活性层35、部份p-型布拉格反射镜36、及部份p-GaN层37移除，使n-GaN层34具有一露出面34a，且可在露出面34a上设置一n型金属电极38，并在p-GaN层37上设置一p型金属电极39；
这样，就构成了一白光LED的发光装置，且具有一共振腔结构，可用来控制发光的色度及增益发光效率，并具有降低不良率及产生自然白光等特性，较现有装置更为优异。
如图10所示，在第四实施例中，本发明装置包括一基板30、一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极38、及一p型金属电极39等构成；其中：
该基板30，可为蓝宝石、或碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)等材质，并可成长一缓冲层31；
该共振腔结构，成长于缓冲层31上，由n-型布拉格反射镜(DBR)32、第二MQW活性层33、n-GaN系磊晶沉积层34、第一MQW活性层35、p-型布拉格反射镜(DBR)36等依序磊晶成长而成，且n-型布拉格反射镜(DBR)32及p-型布拉格反射镜(DBR)36的反射率(Reflective Index)低于90％以下；
该接触层，为p-GaN系(p-GaN-based，例如：p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN)的磊晶沉积层37，且成长在p-型布拉格反射镜(DBR)36上；
该n型金属电极38，设置在n-GaN层34的露出面34a上；
该p型金属电极39，设置在p-GaN层37上；
且通电后，第一MQW活性层35为由电产生光的第一光产生层(light generatinglayer)，波长(λ)可在450nm至510nm之间，而第二MQW活性层33为由光产生光的第二光产生层，波长(λ)可在550nm至650nm之间；
这样，就构成了一具有共振腔的LED发光装置，且其混光过程由共振腔所完成。
如图11及11A所示，为本发明装置磊晶结构的特例，其中：
第一层311，可为LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN为先成长在基板301上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN为成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm；
第二层321，可为n-AlGaN/GaN的DBR；
第三层331，可为InGaN/GaN的2nd-MQW；
第四层341，可为n-GaN的半导体层，厚度可在2至6μm；
第五层351，可为InGaN/GaN的1st-MQW；
第六层361，可为p-AlGaN/GaN的DBR；
第七层371，可为p+-GaN-based的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm；
且磊晶结构系成长在基板301上，该基板301，可为蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)的基板，厚度可在300至500μm。
参阅图12至图14所示，在第五实施例中，本发明方法可在第四实施例的步骤中，进一步包含步骤7a，且该步骤7a，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，接着步骤6a，可在蚀刻后剩余的p-GaN层37上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层40，而作为窗口层。
如图13所示，在第五实施例中，本发明装置可在第四实施例的结构上，进一步包括一金属氧化层40；其中，该金属氧化层40，可为具有较佳的可见光透光性范围的金属氧化层，例如：范围约在400至700nm者。
如图14所示，为本发明装置磊晶结构的特例，其中：
第一层311、第二层321、第三层331、第四层341、第五层351、第六层361、第七层371、及基板301等，与第四实施例相同；
第八层401，可为ZnO材质的金属氧化层，或ZnO掺杂Al的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
此间还需要说明的是：该金属氧化层20，进一步可为InxZn1-xO、或SnxZn1-xO、或InxSnyZn1-x-yO等材质所构成的金属氧化层，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1；或可为折射率(refractive index)至少在1.5的金属氧化层；或可为n型传导(n-type conduction)或p型传导(p-type conduction)的金属氧化层；或可为掺杂有稀土元素(rare earth-doped)的金属氧化层；以上皆可认为是依本发明的较佳实施范例所推广，并依据本发明的精神延伸的适用，故仍应包括在本案的发明范围内。
参阅图15所示，在第六实施例中，本发明方法可在第五实施例的步骤中，进一步包含步骤8a，且该步骤8a，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，接着步骤7a，可在金属氧化层40的裸露表面即金属氧化层40表面不含与p型金属电极39接触的部份，进一步给予表面处理，而具有粗糙表面41或压花纹路，以增加光的逃脱放出。
此间需要说明的是：本发明的磊晶结构，可由溅镀自我组织(self-texturingby sputtering)法所形成，或可由物理气相沉积(physical vapor deposition)法所形成，或可由离子电镀(ion plating)法所形成，或可由脉冲雷射蒸镀(pulsedlaser evaporation)法所形成，或可由化学气相沉积(chemical vapor deposition)法所形成，或可由分子束磊晶成长(molecular beam epitaxy)法所形成。
Claims (34)
1.一种白光LED的制造方法，其可包含以下的步骤：
(a)在基板上成长第二MQW活性层的步骤，即在蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)基板的上表面形成一缓冲层后，再成长第二MQW活性层，且第二MQW活性层产生光的波长(λ)可在550nm至650nm之间；
(b)在第一活性层上成长n-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤(a)，在第二MQW活性层上形成一层n-GaN系磊晶沉积层；
(c)在n-GaN层上成长第一MQW活性层的步骤，接着步骤(b)，在n-GaN系磊晶沉积层上形成第一MQW活性层，且第一MQW活性层产生光的波长(λ)可在450nm至510nm之间；
(d)在第一活性层上成长p-型DBR的步骤，接着步骤(c)，在第一MQW活性层上形成一p-型布拉格反射镜(DBR)；
(e)在p-型DBR上成长p-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤(d)，在p-型DBR上形成一层p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且以蚀刻法将部份n-GaN层表面、部份第一活性层、部份p-型DBR、及部份p-GaN层移除，使n-GaN层具有一露出面，且可在露出面上设置一n型金属电极，并在p-GaN层上设置一p型金属电极；
(f)在基板底部镀上金属反射层的步骤，接着步骤(e)，在基板的底部以电镀或溅镀的方式设有一金属反射层；这样，就构成了一具有共振腔的发光装置，并可经由后续的设置、接线、及封装，而制成一白光LED。
2.如权利要求1的白光LED的制造方法，其中，该方法可在步骤(e)与步骤(f)之间，进一步包含步骤(g)；且该步骤(g)，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，即接着步骤(e)，可在蚀刻后剩余的p-GaN层上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层，而作为窗口层。
3.如权利要求2的白光LED的制造方法，其中，该方法可在步骤(f)之后，进一步包含步骤(h)；且该步骤(h)，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，即接续步骤(f)，可在金属氧化层的裸露表面给予表面处理，而具有粗糙表面或压花纹路。
4.如权利要求1的白光LED的制造方法，其中，该方法可在步骤(f)之后，进一步包含步骤(g)；且该步骤(g)，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，接续步骤(e)，可在蚀刻后剩余的p-GaN层上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层，而作为窗口层。
5.如权利要求4的白光LED的制造方法，其中，该方法可在步骤(g)之后，进一步包含步骤(h)；且该步骤(h)，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，即接着步骤(g)，可在金属氧化层的裸露表面给予表面处理，而具有粗糙表面或压花纹路。
6.一种白光LED的发光装置，包括一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极、及一p型金属电极等构成；其中：
该共振腔结构，由基板、缓冲层、第二MQW活性层、n-GaN系磊晶沉积层、第一MQW活性层、p-型布拉格反射镜(DBR)等依次磊晶成长而成，基板可为蓝宝石(sapphire)材质且底部镀有金属反射层；
该接触层，为p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且成长在p-型DBR上；
该n型金属电极，设置在n-GaN层的露出面上；
该p型金属电极，设置在p-GaN层上；
且通电后，第一MQW活性层为由电产生光的第一光产生层，波长(λ)可在450nm至510nm之间，而第二MQW活性层为由光产生光的第二光产生层，波长(λ)可在550nm至650nm之间；
这样，就构成了一具有共振腔的LED发光装置，且其混光过程由共振腔所完成。
7.如权利要求6的白光LED的发光装置，其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)等材质。
8.如权利要求6的白光LED的发光装置，其中，该接触层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
9.如权利要求6的白光LED的发光装置，其中，该p-型DBR的反射率，可在50％至80％之间；且该金属反射层的反射率，可在90％以上。
10.如权利要求6的白光LED的发光装置，其中，该发光装置，进一步包括一金属氧化层；且该金属氧化层，为成长在接触层上，并具有可见光透光性范围约在400至700nm。
11.一种白光LED的发光装置，由一磊晶结构所构成，包括：
一LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN为先成长在基板上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN为成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm；
一InGaN/GaN的2nd-MQW层；
一n-GaN的半导体层，厚度可在2至6μm；
一InGaN/GaN的1st-MQW层；
一p-AlGaN/GaN的DBR；
一p+-GaN-based的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm；
且该基板，可为蓝宝石(sapphire)材质，先以300至500μm的厚度进行磊晶，磊晶完成后，再由底部研磨成50至300μm的厚度，并于底部以电镀或溅镀的方式，镀上厚度为50至10μm材质为Ag/Al的金属反射层。
12.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)等材质；该金属反射层，进一步可为Ag材质，或任何金属材质。
13.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
14.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一ZnO、或ZnO掺杂Al的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
15.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一InxZn1-xO、或SnxZn1-xO、或InxSnyZn1-x-yO的金属氧化层，厚度可在50至50μm，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1。
16.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一折射率至少在1.5的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
17.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一n型传导或p型传导的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
18.如权利要求11的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一掺杂有稀土元素(rare earth-doped)的金属氧化层。
19.一种白光LED的制造方法，可包含以下的步骤：
(a)在基板上成长一n-型DBR的步骤，在蓝宝石(sapphire)、或碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)基板的上表面形成一缓冲层后，再成长一n-型布拉格反射镜(DBR)；
(b)在n-型DBR上成长第二MQW活性层的步骤，接着步骤(a)，在n-型DBR上形成一层第二MQW活性层，且第二MQW活性层产生光的波长(λ)可在550nm至650nm之间；
(c)在第二活性层上成长n-GaN系的磊晶沉积层的步骤，接着步骤(b)，在第二MQW活性层上形成一n-GaN系磊晶沉积层；
(d)在n-GaN层上成长第一MQW活性层的步骤，接着步骤(c)，在n-GaN系磊晶沉积层上形成一第一MQW活性层，且第一MQW活性层产生光的波长(λ)可在450nm至510nm之间；
(e)在第一MQW活性层成长一p-型DBR的步骤，接着步骤(d)，在第一MQW活性层上形成一p-型布拉格反射镜(DBR)；
(f)在p-型DBR上成长p-GaN系磊晶沉积层的步骤，接着步骤(e)，在p-型DBR上形成一层p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且以蚀刻法将部份n-GaN层表面、部份第一活性层、部份p-型DBR、及部份p-GaN层移除，使n-GaN层具有一露出面，且可在露出面上设置一n型金属电极，并在p-GaN层上设置一p型金属电极；由此，构成一具有共振腔的发光装置，并可经由后续的设置、接线、及封装，而制成一白光LED。
20.如权利要求19的白光LED的制造方法，其中，该方法可在步骤(f)之后，进一步包含步骤(g)；且该步骤(g)，为在p-GaN层上磊晶沉积金属氧化层的步骤，接续步骤(e)，可在蚀刻后剩余的p-GaN层上，以磊晶的方式成长一适当厚度且可透光的金属氧化层，而作为窗口层。
21.如权利要求19的白光LED的制造方法，其中，该方法可在步骤(g)之后，进一步包含步骤(h)；且该步骤(h)，为在金属氧化层上给予表面处理的步骤，即接着步骤(g)，可在金属氧化层的裸露表面给予表面处理，而具有粗糙表面或压花纹路。
22.一种白光LED的发光装置，包括一基板、一共振腔结构、一接触层、一n型金属电极、及一p型金属电极等构成；其中：
该基板，可为蓝宝石材质，并可成长一缓冲层；
该共振腔结构，成长于缓冲层31上，由n-型布拉格反射镜(DBR)、第二MQW活性层、n-GaN系磊晶沉积层、第一MQW活性层、p-型布拉格反射镜(DBR)等依序磊晶成长而成；
该接触层，为p-GaN系(p-GaN-based)的磊晶沉积层，且成长在p-型DBR上；
该n型金属电极，设置在n-GaN层的露出面上；
该p型金属电极，设置在p-GaN层上；
且通电后，第一MQW活性层为由电产生光的第一光产生层，波长(λ)可在450nm至510nm之间，而第二MQW活性层为由光产生光的第二光产生层，波长(λ)可在550nm至650nm之间；
这样，构成一具有共振腔的LED发光装置，且其混光过程由共振腔所完成。
23.如权利要求22的白光LED的发光装置，其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)等材质。
24.如权利要求22的白光LED的发光装置，其中，该接触层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
25.如权利要求22的白光LED的发光装置，其中，该n-型DBR及p-型DBR的反射率，低于90％以下。
26.如权利要求22的白光LED的发光装置，其中，该发光装置，进一步包括一金属氧化层；且该金属氧化层系为成长在接触层上，并具有可见光透光性范围约在400至700nm。
27.一种白光LED的发光装置，由一磊晶结构所构成，包括：
一LT-GaN/HT-GaN的缓冲层，LT-GaN先成长在基板上的低温缓冲层，厚度可在30至500，HT-GaN成长在LT-GaN上的高温缓冲层，厚度可在0.5至6μm；
一n-AlGaN/GaN的DBR；
一InGaN/GaN的2nd-MQW层；
一n-GaN的半导体层，厚度可在2至6μm；
一InGaN/GaN的1st-MQW层；
一p-AlGaN/GaN的DBR；
一p+-GaN-based的半导体层，厚度可在0.2至0.5μm；
且该基板，可为蓝宝石(sapphire)材质，厚度可在300至500μm。
28.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该基板，进一步可为碳化硅(SiC)、或硅(Si)、或氮化镓(GaN)等材质。
29.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层，进一步可为p-InGaN、或p-AlInGaN的磊晶沉积层。
30.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一ZnO、或ZnO掺杂Al的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
31.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一InxZn1-xO、或SnxZn1-xO、或InxSnyZn1-x-yO的金属氧化层，厚度可在50至50μm，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1。
32.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一折射率至少在1.5的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
33.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一n型传导或p型传导的金属氧化层，厚度可在50至50μm。
34.如权利要求27的白光LED的发光装置，其中，该p+-GaN的半导体层上，进一步可成长有一掺杂有稀土元素(rare earth-doped)的金属氧化层。
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