CN1755951A - 发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管及其制作方法。此发光二极管包括一发光结构、一硅基板及一接合层。发光结构包括二层半导体层，二层半导体层为不同掺杂类型。发光结构通入一电流时发光。硅基板包括二个区域，二个区域为不同掺杂类型。接合层供接合发光结构与硅基板，使最近的半导体层与区域为不同掺杂类型。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术
高亮度发光二极管使用的砷化镓(GaAs)或蓝宝石(sapphire)基板，由于散热不佳，不适合在高功率使用。利用芯片接合(wafer bonding)技术，将砷化镓或蓝宝石基板上的发光结构与硅基板接合。再将砷化镓或蓝宝石基板去除，则发光二极管的基板为硅基板，而解决散热不佳的问题。
Horng等人于Appl.Phys.Lett.Vol.75，No.20，3054(1999)发表名称为“AlGaInP light-emitting diodes with mirror substrates fabricated by waferbonding”的文献。Horng等人揭示一种利用芯片融合技术以形成镜面基板(Mirror-Substrate；MS)磷化铝镓铟/金属/二氧化硅/硅的发光二极管。其使用AuBe/Au作为粘着材料藉以接合硅基板与发光二极管外延层。
Chang等人的专利US6,287,882，名称为“Light emitting diode with ametal-coated reflective permanent substrate and method for manufacturing thesame”。Chang等人揭示一种利用芯片融合技术以形成磷化铝镓铟/金属/硅的发光二极管。其使用金属作为粘着材料藉以接合硅基板与发光二极管外延层。
发明内容
本发明的主要目的即在提供一种发光二极管及其制造方法。本发明的发光二极管可与基座绝缘，且适用高驱动电流。
本发明提供一种发光二极管及其制作方法。此发光二极管包括一发光结构、一硅基板及一接合层。发光结构包括二层半导体层，二层半导体层为不同掺杂类型。发光结构通入一电流时发光。硅基板包括二个区域，二个区域为不同掺杂类型。接合层供接合发光结构与硅基板，使最近的半导体层与区域为不同掺杂类型。本发明中，加于发光结构的偏压对硅基板的二个区域而言为反向偏压，而达绝缘的效果。此外硅基板的二个区域还可有齐纳二极管(Zener diode)防静电的功效。
前述的掺杂类型包括p型与n型。硅基板的至少二个区域之一可以扩散达成掺杂。硅基板可为一部分掺杂成n型的一p型掺杂硅基板，亦可为一部分掺杂成p型的一n型掺杂硅基板。
前述发光结构可还包括一第一欧姆接触金属层，接触二层半导体层之一。发光结构还可包括一介电层及一反射层，介电层接触第一欧姆接触金属层，反射层接触介电层并供接触接合层。
前述发光二极管可还包括一第二欧姆接触金属层、一第一焊垫(bondingpad)及一第二焊垫。第二欧姆接触金属层接触二层半导体层之一。第一焊垫接触介电层。第二焊垫接触第二欧姆接触金属层。此时介电层为一透明导电介电层。
前述发光二极管中，二层半导体层的材料可选自铝镓铟磷化物(AlGaInP)与铝铟镓氮化物(AlInGaN)组成的族群。接合层的材料可选自金-锡合金、铅-锡合金与铟组成的族群。
本发明还提供一种形成一发光二极管的方法，包括下列步骤。提供一发光结构，发光结构包括二层半导体层，二层半导体层为不同掺杂类型，发光结构通入一电流时发光。提供一硅基板，硅基板包括二个区域，二个区域为不同掺杂类型。以及利用一接合层接合发光结构与硅基板，使最近的半导体层与区域为不同掺杂类型。本发明中，加于发光结构的偏压对硅基板的二个区域而言为反向偏压，而达绝缘的效果。此外硅基板的二个区域还可有齐纳二极管防静电的功效。
前述掺杂类型可包括p型与n型。提供硅基板的步骤可包括扩散掺杂硅基板，以形成至少二个区域之一。提供硅基板的步骤可包括将一p型掺杂硅基板的一部分掺杂成n型，亦可包括将一n型掺杂硅基板的一部分掺杂成p型。
前述提供发光结构的步骤可包括下列步骤。于一暂时基板上形成二层半导体层。形成一第一欧姆接触金属层，接触二层半导体层之一。提供发光结构的步骤可还包括下列步骤。形成一介电层，接触第一欧姆接触金属层。形成一反射层，接触介电层并供接触接合层。
前述形成发光二极管的方法，可还包括下列步骤。去除暂时基板。形成一第二欧姆接触金属层，接触二层半导体层之一。形成一第一焊垫，接触介电层。形成一第二焊垫，接触第二欧姆接触金属层。此时介电层为一透明导电介电层。于形成第一焊垫的步骤前，可还包括去除二层半导体层的一部分，以暴露介电层。
前述形成发光二极管的方法中，二层半导体层的材料可选自铝镓铟磷化物(AlGaInP)与铝铟镓氮化物(AlInGaN)组成的族群。接合层的材料可选自金-锡合金、铅-锡合金与铟组成的族群。
附图说明
图1为本发明发光二极管第一实施例与基座结合的剖面图；
图2为本发明发光二极管第二实施例与基座结合的剖面图；
图3a-3b为本发明方法第一与第二实施例中提供发光结构的流程剖面图；
图4为本发明方法第一实施例中提供硅基板步骤的剖面图；
图5a-5b为本发明方法第一实施例中接合及之后步骤的流程剖面图；
图6为本发明方法第二实施例中提供硅基板步骤的剖面图；以及
图7a-7b为本发明方法第二实施例中接合及之后步骤的流程剖面图。
简单符号说明
100 发光二极管第一实施例 102 发光结构
104，204，404，604 硅基板 106，506 接合层
108，308 半导体层 110，310 半导体层
112，312 第一欧姆接触金属层 114，314 介电层
116，316 反射层 118，218，418，618 区域
120，220，420，620 区域 122，522 第二焊垫
124，524 第一焊垫 132 基座
134，534 第二欧姆接触金属层 200 发光二极管第二实施例
226，626 区域 328 暂时基板
具体实施方式
图1为本发明发光二极管第一实施例100与基座132结合的剖面图。此发光二极管100包括一发光结构102、一硅基板104及一接合层106。发光结构102包括半导体层108、110。半导体层108、110为不同掺杂类型。发光结构102通入一电流时发光。硅基板104包括二个区域118、120。二个区域118、120为不同掺杂类型。接合层106供接合发光结构102与硅基板104，使最靠近的半导体层110与区域120为不同掺杂类型。
前述的掺杂类型包括p型与n型。此实施例100中，半导体层108为n型，半导体层110为p型。硅基板104则为一部分以扩散方式掺杂成n型的一p型掺杂硅基板，亦即区域120为n型，区域118为p型。如此则加于发光结构102的偏压对硅基板104的二个区域120、118而言为反向偏压，而可与基座132绝缘。此外硅基板104的二个区域120、118还可有齐纳二极管防静电的功效。虽硅基板104以扩散方式达成掺杂，然不限于此方式。此外，半导体层108亦可为p型，半导体层110亦可为n型，则硅基板104亦可为一部分掺杂成p型的一n型掺杂硅基板。
发光结构102还包括一第一欧姆接触金属层112，接触二层半导体层之一，亦即半导体层110。发光结构102还包括一介电层114及一反射层116。介电层114接触第一欧姆接触金属层112，反射层116接触介电层114并供接触接合层106。反射层116可反射半导体层108、110发出的光，有助提高发光二极管100的发光效率。反射层116的材料可为金(Au)、银(Ag)或铝(Al)。
发光二极管实施例100还包括一第二欧姆接触金属层134、一第一焊垫124及一第二焊垫122。第二欧姆接触金属层134接触二层半导体层之一，亦即半导体层108。第一焊垫124接触介电层114。第二焊垫122接触第二欧姆接触金属层134。此实施例100中，介电层114为一透明导电介电层，其材料可为铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)或其它透明导电的介质。
发光二极管实施例100中，二层半导体层108、110的材料可选自铝镓铟磷化物(AlGaInP)与铝铟镓氮化物(AlInGaN)组成的族群。接合层106的材料可选自金-锡合金、铅-锡合金与铟组成的族群。
图2为本发明发光二极管第二实施例200与基座132结合的剖面图。实施例200与实施例100相仿，只是硅基板204与硅基板104不同。实施例200的半导体层108仍为n型，半导体层110仍为p型。此时硅基板204为一n型掺杂硅基板，一部分扩散掺杂成p型，再一部分扩散掺杂成n型。亦即区域218为n型，区域220为p型，区域226为n型，而同样达成绝缘的效果。虽硅基板204以扩散方式达成掺杂，然不限于此方式。此外，半导体层108亦可为p型，半导体层110亦可为n型；则硅基板204亦可为一p型掺杂硅基板，一部分扩散掺杂成n型，再一部分扩散掺杂成p型。亦即区域218可为p型，区域220可为n型，区域226可为p型。
以下参照图3a-3b、图4与图5a-5b，说明本发明形成发光二极管的方法的第一实施例。图3a-3b为提供发光结构的流程剖面图。如图3a所示，首先于一暂时基板328上形成二层半导体层308、310。并形成一第一欧姆接触金属层312，接触二层半导体层之一，即半导体层310。如图3b所示，接着形成一介电层314，接触第一欧姆接触金属层312。形成一反射层316接触介电层314，届时并供接触接合层506(如图5a所示)。二层半导体层308、310为不同掺杂类型。此发光结构通入一电流时发光。反射层316可反射半导体层308、310发出的光，有助提高发光二极管的发光效率。反射层316的材料可为金(Au)、银(Ag)或铝(Al)。
图4为方法第一实施例中提供硅基板404的剖面图。
前述的掺杂类型包括p型与n型。此方法第一实施例中，半导体层308为n型，半导体层310为p型。则此实施例提供硅基板404的步骤将一p型掺杂硅基板的一部分扩散掺杂成n型。则硅基板404包括二个区域418、420，区域420为n型，区域418为p型。如此则加于发光结构的偏压对硅基板404的二个区域420、418而言为反向偏压，则届时可与基座绝缘。此外硅基板404的二个区域420、418还可有齐纳二极管防静电的功效。虽硅基板404以扩散方式达成掺杂，然不限于此方式。此外，半导体层308亦可为p型，半导体层310亦可为n型，则提供硅基板404的步骤可为将一n型掺杂硅基板的一部分扩散掺杂成p型。
图5a-5b为本发明方法第一实施例中接合及之后步骤的流程剖面图。如图5a所示，利用一接合层506接合发光结构与硅基板404，使最近的半导体层310与区域420为不同掺杂类型。如图5b所示，接着去除暂时基板328。去除二层半导体层308与310的一部分，以暴露介电层314。形成一第二欧姆接触金属层534，接触二层半导体层之一，即半导体层308。形成一第一焊垫524，接触介电层314。形成一第二焊垫522，接触第二欧姆接触金属层534。此实施例中，介电层314为一透明导电介电层，其材料可为铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)或其它透明导电的介质。
此方法第一实施例中，二层半导体层308、310的材料可选自铝镓铟磷化物(AlGaInP)与铝铟镓氮化物(AlInGaN)组成的族群。接合层506的材料可选自金-锡合金、铅-锡合金与铟组成的族群。
本发明方法第二实施例可参考图3a-3b、图6与图7a-7b。方法第二实施例与第一实施例相仿，只是提供硅基板的步骤不同。方法第二实施例中，半导体层308仍为n型，半导体层310仍为p型。然如图6所示，提供硅基板604的步骤将一n型掺杂硅基板，一部分扩散掺杂成p型，再一部分扩散掺杂成n型。亦即区域618为n型，区域620为p型，区域626为n型，而同样达成绝缘的效果。虽此实施例以扩散方式达成掺杂，然不限于此方式。此外，半导体层308亦可为p型，半导体层310亦可为n型；则提供硅基板604的步骤可为将一p型掺杂硅基板，一部分扩散掺杂成n型，再一部分扩散掺杂成p型。亦即区域618可为p型，区域620可为n型，区域626可为p型。
上述说明并非对本发明范畴的限制，且上述说明以及各种改变与均等性的安排皆于本发明权利要求意欲保护的范畴内。
Claims (17)
1.一种发光二极管，包括：
一发光结构，包括二层半导体层，该二层半导体层为不同掺杂类型，该发光结构通入一电流时发光；
一硅基板，包括二个区域，该二个区域为不同掺杂类型；以及
一接合层，供接合该发光结构与该硅基板，使最近的该半导体层与该区域为不同掺杂类型。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其中该掺杂类型包括p型与n型。
3.如权利要求2所述的发光二极管，其中该硅基板选自一部分掺杂成n型的一p型掺杂硅基板及一部分掺杂成p型的一n型掺杂硅基板所组成的群组。
4.如权利要求2所述的发光二极管，其中该发光结构还包括：
一第一欧姆接触金属层，接触该二层半导体层之一；
一介电层，接触该第一欧姆接触金属层；以及
一反射层，接触该介电层并供接触该接合层。
5.如权利要求4所述的发光二极管，还包括：
一第二欧姆接触金属层，接触该二层半导体层之一；
一第一焊垫，接触该介电层；以及
一第二焊垫，接触该第二欧姆接触金属层；
其中该介电层为一透明导电介电层。
6.如权利要求2所述的发光二极管，其中该二层半导体层的材料选自铝镓铟磷化物(AlGaInP)与铝铟镓氮化物(AlInGaN)组成的族群。
7.如权利要求2所述的发光二极管，其中该接合层的材料选自金-锡合金、铅-锡合金与铟组成的族群。
8.一种形成一发光二极管的方法，包括：
提供一发光结构，该发光结构包括二层半导体层，该二层半导体层为不同掺杂类型，该发光结构通入一电流时发光；
提供一硅基板，该硅基板包括二个区域，该二个区域为不同掺杂类型；以及
利用一接合层接合该发光结构与该硅基板，使最近的该半导体层与该区域为不同掺杂类型。
9.如权利要求8所述的方法，其中该掺杂类型包括p型与n型。
10.如权利要求9所述的方法，其中该提供该硅基板的步骤包括：
扩散掺杂该硅基板，以形成至少该二个区域之一。
11.如权利要求9所述的方法，其中该提供该硅基板的步骤包括：
将一p型掺杂硅基板的一部分掺杂成n型。
12.如权利要求9所述的方法，其中该提供该硅基板的步骤包括：
将一n型掺杂硅基板的一部分掺杂成p型。
13.如权利要求9所述的方法，其中该提供该发光结构的步骤包括：
于一暂时基板上形成该二层半导体层；
形成一第一欧姆接触金属层，接触该二层半导体层之一；
形成一介电层，接触该第一欧姆接触金属层；以及
形成一反射层，接触该介电层并供接触该接合层。
14.如权利要求13所述的方法，还包括：
去除该暂时基板；
形成一第二欧姆接触金属层，接触该二层半导体层之一；
形成一第一焊垫，接触该介电层；以及
形成一第二焊垫，接触该第二欧姆接触金属层；
其中该介电层为一透明导电介电层。
15.如权利要求14所述的方法，于形成该第一焊垫的步骤前，还包括：
去除该二层半导体层的一部分，以暴露该介电层。
16.如权利要求9所述的方法，其中该二层半导体层的材料选自铝镓铟磷化物(AlGaInP)与铝铟镓氮化物(AlInGaN)组成的族群。
17.如权利要求9所述的方法，其中该接合层的材料选自金-锡合金、铅-锡合金与铟组成的族群。
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