200826314 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種固態發光元件及其製造方法，特 別是指一種垂直導通式發光二極體及其製造方法。 【先前技術】 發光二極體依施加電能後電流擴散的方式做區分，可 分成將電流視為「水平擴散」的水平導通式發光二極體， 以及電流視為「垂直注入」的垂直導通式發光二極體二種 〇 參閱圖1，就目前的垂直導通式發光二極體1來說，其 結構包含一塊板狀的基材n、一塊與該基材U接合（ bounding)並可以光電效應產生光的量子單元12,及一片 與該量子單元12形成歐姆接觸的電極13。 該基材11是以可導電的金屬或是合金為材料構成，並 與該量子單元12形成歐姆接觸以作為電極使用，而可配合 該片電極13配合共同對該量子單元12提供電能使其以光 電效應發光。 該量子單元12具有一層以透明並可供電流橫向擴散流 通的材料形成且與該基材Η接合的電流擴散層121、一層 連接在該電流擴散層121上的第二型批覆層122 (即p-type cladding layer)、一層與第二型披覆層m相間隔並該電極 連接的弟一型批覆層123 (即n-type cladding layer )，及一 層夾設在該第一、二型批覆層123、122之間的活性層i24 (active layer)，該第一、二型批覆層123、122相對該活性 200826314 層124形成量子能障而可當電流通過時以光電效應產生光 子。 當自該電極13以及作為另一電極使用之基材11配合施 加電能時’電流經過該電流擴散層121橫向擴散後垂直流 通過該第一、二型批覆層123、122與活性層124，而以光 電效應產生光子，進而使該垂直導通式發光二極體1向外 發光。 此外’為了提昇垂直導通式發光二極體1的整體發光 冗度，會例如在量子單元12中形成可增加光取出率（light extraction efficiency)的視窗層（wind〇w layer)，或是於基 材11上設計增加可反射光的反射層（反射鏡）等結構，由 於此等結構多半已為業界所周知，故在此不再多加詳細贅 述。（圖中未示出此等結構） 整體說來，目前的垂直導通式發光二極體i，由於該量 子早70 12產生的光自該第一型批覆層123頂面向外射出時 ^ 口為。卩分光行進角度的限制而再全反射回元件内部， 所以會造成内熱，而導致元件壽命減少，另外，也會呈現 出發光亮度不夠的缺點。 雖然，已有多篇技術文獻提出例如粗化該光欲行進射 出的表面，進而提昇光向外發散的比率，以提昇發光亮度 並同日寸減夕產生全内反射的光的比率，以減少内熱的產 生；但是，此等粗化方式雖然確實可以提昇内部產生的光 向外發散的比率，但是穿出頂面的光卻仍是成多方向的不 見則仃進’因此就元件而言’發光亮度雖然有所提昇，但 200826314 是發光亮度不夠均勻、發光不夠集中的缺點卻仍然存在。 因此，目前的垂直導通式發光二極體1仍有待改善。 【發明内容】 因此，本發明之目的，即在提供一種發光均勻且集中 的垂直導通式發光二極體。 此外，本發明之另一目的，即在提供一種發光均勻且 集中之垂直導通式發光二極體的製造方法。 於是，本發明高亮度發光二極體，包含一塊板狀基材 、一層量子單元，及一片電極。 該塊板狀基材是可導電。 該層量子單元與該塊基板接合並可以光電效應產生光 ，具有相間隔的一層第一型披覆層與一層第二型披覆層， 及一層形成在該第一、二型披覆層之間的活性層，該第一 一型彼覆層相對該活性層形成量子能障，該第一型披覆層 G括層與该活性層連接的姓刻停止部，及一層具有多數 根自该蝕刻停止部一體凸伸出且高度介於次微米尺度之光 修正柱的柱叢部，該柱叢部的多數根光修正柱與周遭介質 =折射係數差使該量子單元產生的光在行進間發生散射的 機率增加，進而實質正向向外行進。 3該片電極與該量子單元相毆姆接觸，且可與該基板共 同對該1子單元提供電能使該量子單元發光。 再者，垂直導通式發光二極體的製造方法，包含以下 步驟。 百先在一塊磊晶基板上形成一層量子單元，該量子單 200826314 元依序具有一層第一型批覆層、一層活性層，及一層第二 型批覆層，且該第一'二型批覆層相對該活性層成量子能 障而以光電效應產生光。 同時，可備製一塊可導電的基材。 然後將形成有量子單元的磊晶基板以該量子單元與備 製的該基材彼此加壓接合後；移除該磊晶基板。 再自移除磊晶基板後的半成品所裸露出的頂面向下蝕 刻，而使該第一型批覆層留存之結構成一層與該活性層連 接的蝕刻停止部，及一層包括多數根一體自該蝕刻停止部 頂面延伸出且高度屬於次微米尺度之光修正柱的柱叢部。 最後，移除該柱叢部預定區塊中的多數根光修正柱， 並在该區塊中以導電材料形成一片電極，完成該垂直導通 式發光二極體的製作。 本發明的功效在於深蝕刻第一型披覆層以形成出多數 根n度屬次微米尺度之光修正柱，藉由此等光修正柱與周 遭介質的相配合可增加光行進時產生散射的次數以改變光 的仃進方向，使凡件產生向外發散行進的光的行進方向被 改變而實質正向向上行進，進而使元件的發光集中且均勻 〇 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說 200826314 明内容中’類似的元件是以相同的編號來表示。 ▲參閱圖2、圖3，本發明垂直導通式發光二極體2之一 較佳實施例，是包含有-塊矩形板狀的基材3、-層接合（ bonding)在5亥基材3上的量子單元4,及一片與該量子單 元4形成歐姆接觸的電極5。 該塊基材3主要是以可導電的金屬或是合金為材料構 成’並與該量子單& 4形成歐姆接觸以作為電極使用，以 同時配合該片電極5共同對該量子單元4提供電能使其以 光電效應發光。 〜，曰〜』守电且1导熱的材料構成的 土&層31，及一層以可導電且可導熱並具有高折射係數的 材料構成而與該基底層31連接的反射層32，該基底層Η 又包括-層中央層體311，及分別形成在該中央層體3ιι相 反兩界面上的複數堆覆膜體312，該反射層32則由至少一 層反射膜體321堆疊組成；較佳地，該中央層體3ιι是選自 石夕、銅、銘、碳、鑽石、氮化銘、氮化鎮等材料盆中之一 所構成，該堆覆膜體312、反射膜體321則是分別選自例如 :二、翻、鈦、錄、銅、辞、鎮、銘、銀、金，及,或此 ’ i屬所組成的合金為材料所構成，ϋ由此等不同厚度、 疋素種類所形成的多數金屬及/或合金膜體而可㈣^單 凡4穩固地接合，並可導電、導熱，以及反射該量子單元4 =且朝向絲材3方向行進料，以增加該垂直導通式 ::二極…上的整體發光率。在本例中，則是以銅為 材料構成中央層體311，再依序以路、始、金為材料在其上 200826314 界面上形成厚度分別是40〇A、40〇A、20000人的三層堆覆 膜體312，以及依序以鉻、鎳、金為材料在下界面形成厚度 分別是30〇Α、ΙΟΟΟΟΑ、5〇A的三層堆覆膜體312，構成該 層基底層31 ’並依序以絡、銘、始、欽、金/錫、金為材料 ，在該基底層31上形成厚度分別是100A、2000A、2000A 、600人、20000A、ΙΟΟΑ的六層反射膜體321構成該層反射 層32，進而組成該塊基材3為例說明。 該層量子單元4具有一層以透明且可供電流橫向擴散 流通的材料（例如銦錫氧化物）形成而與該基材3之反射 層3 2相接觸地接合的電流擴散層41、一層連接在該電流擴 散層41上的第二型批覆層42 (即p-type cladding layer)、 一層與該第二型披覆層42相間隔並該電極5連接的第一型 批覆層43 (即n-type cladding layer )、一層夹設在該第一、 二型批覆層43、42之間的活性層44，及一層形成在該第一 、二型披覆層43、42與活性層44側周面以限制光漏射的 遮覆膜45，該第一、二型披覆層43、42相對該活性層44 $成里子爿b卩早而可當電流通過時以光電效應產生光子，該 遮覆膜45是以氧化石夕（SiCV)為材料，厚度在^⑼入〜 10000A以防止側周面的漏光，進而增加元件整體的向外發 光效率。 該第一型批覆層43包括一層與該活性層44連接的蝕 亥Ητ止u卩431，及一層具有多數根自該餘刻停止部43丨一體 向上凸伸且咼度介於次微米尺度（約在1〇〇〇人〜2〇〇〇〇人）之 光修正柱432的柱叢部433，該柱叢部433是經由深蝕刻所 10 200826314 成型（製造方法請容後再續），而藉由該多數根光修 正柱432與周遭介質（此時是空氣）的折射係數差形 成類似於波導共振腔腔體與路徑的效果，使該量子單元4 以光電效應產生並對應穿出第一型披覆層43頂面的光發生 散射的機率增加，進而實質向上正向行進，以提昇元件的 發光亮度。 該片電極5設置在該第一型彼覆層43的蝕刻停止部 431上並與该第一型批覆層43相歐姆接觸，是由鉑、金、 鉻、鋁、鈦、鎳等金屬元素所成的金屬及/或合金膜體堆疊 構成，且厚度在1〇A至30000a之間，而可與該基材3共同 配合對該量子單元4提供電能；在此，是以鉻、鉑、金三 種金屬材料，由下至上依序以4〇〇人、4〇〇人、2〇〇〇〇A的厚 度开^成的二層金屬膜體51堆疊構成為例說明。 當自電極5與基材3施加電能時，電流經過該電流擴 散層41橫向分散流通後垂直流通過該第一、二型披覆層 、42與活性層44而以光電效應產生光；產生的光，部分朝 向該基材3方向行進，而被該基材3的反射層32反射而朝 向電極5方向行進；部分向該量子單元4側周面方向行進 的光，則由遮覆膜36限制而不向外洩漏，進而可在元件内 部經過多數次内反射與折射後朝向電極5方向行進；部分 直接朝向該電極5方向行進的光，以及被反射、折射而朝 向該電極5方向行進的光，則藉由該多數根光修正柱432 與周遭空氣介質形成類似於波導共振腔腔體與路徑的效果 ，使此等光遵循光的反射折射原理而在此腔體與路徑中不 11 200826314 斷地修正改婉 么 改、交入射角與反射角，而以增加散射次數的 ，、仓 jrr * 貫質向上正向射出，以提昇發光二極體的發光亮度 〇 同時’光在元件内部行進及經過多次反射、折射行進 而轉化成的内熱，則經過該基材3的反射層32、基底層31 直接傳導散逸至外界，而以高散熱效率進而提高電子電洞 的、、、°合效率，提昇整體的發光效率。 上述本發明的垂直導通式發光二極體的較佳實施例， 在經過以下的製造方法的說明後，當可更加清楚的明白。 參閱圖4,上述的垂直導通式發光二極體的製作，是先 進:步·驟61，選用晶格常數與氮化錁系半導體材料相匹配 、寶石材料作為蠢晶用的蠢晶基板，依序向上蟲晶成長 該層第一型批覆層43 (即n型披覆層）、活性層料，及第 、型批覆層42 (即ρ型披覆層），接著在不大於δχ1〇·3Τοιτ 的f空環境壓力下，且在預定含氧比例的氣氛中，利用例 如裔錄或濺鑛或是準分子雷射鍍膜等方式以錮錫氧化物為 材料在第二型披覆層42上形成該層電流擴散層41，且在形 成忒層包流擴散層41之後，隨即在真空環境壓力下，且在 =自由惰性氣體之組合的氣氛中，以高溫進行該層電流擴 表面晶粒的改f ;然後，接著以例如蒸鑛或舰方 /从氧化矽為材料形成該層遮覆膜45，完成該量子單元4 的製備。 配合參閱圖5,而在進行步驟61的同時，可以同步進 行步驟62備製該塊可導電的基材3;此步驟⑽是依序先進 12 200826314 行次步驟71，選擇銅作為該層中央層體311，然後進行次步 驟72，分別選擇鉻、鉑、金為材料在該層中央層體311的 上界面上以蒸鍍或是濺鍍方式形成厚度分別是4〇〇人、$⑻A 、20000A的三層堆覆膜體312，以及鉻、鎳、金為材料在 该層中央層體311的下界面，同樣以蒸鐘或是賤鑛方式形成 厚度分別是300A、10000A、50A的三層堆覆膜體312，構 成該基底層31，接著再進行次步驟73，依序以鉻、鋁、鉑 、鈦、金/錫、金為材料，在該層基底層31上以蒸鍍或是濺 鍍方式形成厚度分別是10〇Α、2〇〇〇λ、2〇〇〇A、6㈨A、 20000A、ΙΟΟΑ的六層反射膜體321構成該層反射層後 ，進行次步驟74,在選自鈍性氣體之組合的氣氛9中，以 100°C〜80(TC的溫度作用〇·5〜80分鐘，使該等堆覆膜體扣 、反謙則構成材料進行融合，完成該塊基材 製備。 爹閱圖4 ’然後進行步驟63，將該步驟61製得之成品 ’以量子單元4的電流擴散層41，與該步驟⑽備製的基： 3的反射層3 2相接觸地彼此加壓接合。 。在此要另外加以說明的是，為了讓該基材3與該量子 單元4接合的更加翻，在備製基材3的過程中，也可以 將構成該反射層321的某些層反射膜體32ι形成在1旦 單元4的電流擴散層41上，再加壓接合兩者，由於Ιί以 蒸鍵、濺鏟或是其他鍍覆膜體的方式，堆疊的對象變化、 種類方式眾多，在此不一一舉例說明詳述。 接著繼續進行㈣64 ’將該㈣63製得之成品的蟲晶 13 200826314 基板移除，而將該量子 出來；此步驟實施的方二 型披覆層43底面裸露 蝕列，ί 、式可以抓用化學蝕刻、濕蝕刻、乾 姓刻，甚至是機械研磨 ，石θ其也 專在此疋採用化學蝕刻方式移除 :!板，避免破壞該第-型披覆層43的結構。 Α板後=驟65，自該步驟64製得之成品移除該蟲晶 刻’而使該第-型批覆"留存之 432的柱叢部433。 .4% /. ί 配合參閱圖6，此步驟65是先進行次步驟81，先在移 除蟲晶基板後的該第一型披覆層43表面，以氧化物為材料 形=一層_保護層；接著以次步驟82自該㈣保護層向 下木餘W 冰度需達到自該第一型披覆層“表面起向下 ι〇〇〇Α~2〇〇〇入，而成型出該層钱刻停止部431，及該層包括 多數根光修正柱432的柱叢部433。 曰較佳地，進行次步驟81形成蝕刻保護層的氧化物可以 疋例如二氧化矽、氧化鈦、氧化鎳，及銦錫氧化物等，用 以作為後績進行深蝕刻時2的保護層；次步驟82則可應用 例如離子飿刻技W、感應竊合式電漿技術或感應離子技術 的乾蝕刻方式，並通入氮氣（N2)、氨氣（CH4)、氬氣“r )、氯氣（ci2)、氯化硼（BCl3)、氟化碳（CF4)、氟化硫（ SF6)等氣體及/或上述依不同比例之混合氣體為蝕刻氣體進 订’·或採用濕蝕刻方式以氫氯酸（HC1 )、硝酸（hn〇3 )、 氫氧化鉀（KOH)、氳氧化鈉（NaOH)、硫酸（h2S04)、磷 酸（H3P〇4)及/或上述依不同比例之混合溶液進行。 14 200826314 參閱圖4,然後再進行步驟66，移除對應形成該電極$ 之區域的祕正柱’並在該區域中依序形成細祕金的金 屬膜體51、2GGA㈣金屬膜體51與細A鉻的金屬膜體 51而堆疊構成該電極5，完成本發明之該垂直導通式發光 二極體2之較佳實施例的製作。 由上述說明可知，本發明主要是提出一種垂直導通式 發光-極體2 ’藉由祕刻形成的多數光修正柱也與周遭 工軋”貝形成類似於波導共振腔腔體與路徑的效果，而可 修正㈣出之光行進的人射角與反射角，增加散射的次數 使光貝貝向上正向行進，進而相對提昇垂直導通式發光 二極體2的發光亮度；此外’並同時藉由構成該基材3之 基底層31、反射層32等結構，而可多次將光内折射、内反 射後導向正向向外發射，以輔助提昇元件的發光效率；再 者在導引光進行多次内折射、内反射所產生的内熱，也 可藉由基# 3而直接傳導散逸料界，進而使元件得以高 散熱的效率提高電子電洞的結合效率，而提昇整體的發光 效率。 再由本發明製造方法的說明中可知，本發明垂直導通 式發光-極體2的光修正柱432，必須是以氧化物，特別是 例如一氧化⑨、氧化鈦、氧化鎳，及銦錫氧化物作為第一 型批覆層43進行祕刻時的保護層，才能在不損傷第一型 批覆：43的結構下深蝕刻至次微米尺度而成型出的結果， 並非疋目A諸多文獻所提出之簡單隨機蝕刻粗化的結果； 另外，再错由完整的基材製作以及與量子單元接合的過程 15 200826314 而可同步解決-般垂直導通式發光二極體1在作動時常 見的散熱以及電流擴散問題’進而有效提昇元件的内 光效率。 综上所述，本發明主要是提出一種具有可以增加光散 射機率之光修正柱432的垂直導通式發光二極體2,以及該 垂直導通式發光二極體2的製造方法，而可確實改善目前 垂直導通式發光二極體丨之發光亮度不夠均句、發光不夠 集中的缺點，達到本發明的創作目的。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 月b以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一剖視示意圖，說明習知的垂直導通式發光二 極體的結構； 圖2是一剖視示意圖，說明本發明垂直導通式發光二 極體之一較佳實施例的結構； 圖3是一局部放大圖，說明圖2垂直導通式發光二極 體之多數光修正柱修正光的行進方向； 圖4是一流程圖，說明圖2垂直導通式發光二極體之 一較佳實施例的製造方法； 圖5是一流程圖，說明圖4之製造方法中，實施步騍 62的次步驟過程；及 圖6是一流程圖，說明圖4之製造方法中，實施步驟 16 200826314 65的次步驟過程。 17 200826314 【主要元件符號說明】 2 垂直導通式發光二 5 電極 極體 51 金屬膜體 3 基材 61 步驟 31 基底層 62 步驟 311 中央層體 63 步驟 312 堆覆膜體 64 步驟 32 反射層 65 步驟 321 反射膜體 66 步驟 4 量子單元 71 次步驟 41 電流擴散層 72 次步驟 42 第二型批覆層 73 次步驟 43 第一型彼覆層 74 次步驟 431 蝕刻停止部 81 次步驟 432 光修正柱 82 次步驟 433 柱叢部 83 次步驟 44 活性層 45 遮覆膜 18