TW202036939A - 發光二極體及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體，包括磊晶疊層、第一、第二反射層、電流傳導層、及第一、第二電極。磊晶疊層包括第一型、第二型半導體層及主動層。第一、第二反射層分別設置於磊晶疊層的兩側，且第一反射層與第二反射層其中之一上形成有一主要出光面，其光穿透率大於 0%且小於或等於10%。電流傳導層與第二型半導體層接觸。第一電極與第一型半導體層電性連接。第二電極藉由電流傳導層與第二型半導體層電性連接。電流傳導層與第二型半導體層接觸範圍界定為一出光範圍。出光範圍與第一反射層及第二反射層重疊，且不與第一電極與第二電極重疊。另，一種發光二極體的製造方法亦被提出。

Description

發光二極體及其製造方法

本發明是有關於一種發光二極體及其製造方法，且特別是有關於一種共振腔發光二極體(Resonant Cavity Light Emitting Diode, RCLED)及其製造方法。

5G時代的來臨帶來了高資料傳輸量的應用需求，並帶動資料中心周邊相關建設，其中光纖通訊收發模組是資料中心的關鍵零組件。由於光纖收光面積小，若光源發光角度過大，使得光纖無法有效地收光，因此需要能夠發出高指向性光源來當作光纖通訊收發模組的光源。在現行光纖通訊收發模組中，雷射因具有高指向性而被當作光纖通訊收發模組的光源，但其造價昂貴，導致光纖通訊收發模組的製造成本居高不下。因此，如何製造一個低成本且具有高指向性的發光元件是本領域的技術人員亟待解決的問題之一。

本發明提供一種發光二極體，其具有高指向性，且適於作為具指向性光源或光纖通訊收發模組的光源。

本發明提供一種發光二極體的製造方法，用以製造上述的發光二極體。

在本發明的一實施例中提供一種發光二極體，包括磊晶疊層、第一反射層、第二反射層、電流傳導層、第一電極以及第二電極。磊晶疊層包括第一型半導體層、主動層，第二型半導體層。主動層位於第一型半導體層及第二型半導體層之間，且第一型半導體層與第二型半導體層電性相反。磊晶疊層具有鄰近第一型半導體的第一側與鄰近第二型半導體層的第二側。第一反射層設置於磊晶疊層的第一側。第二反射層設置於磊晶疊層的第二側。第一反射層與第二反射層的其中之一上形成有一主要出光面，其光穿透率大於 0%小於或等於10%。電流傳導層與第二型半導體層接觸。第一電極，與第一型半導體層電性連接。第二電極藉由電流傳導層與第二型半導體層電性連接，其中電流傳導層與第二型半導體層接觸範圍界定為一出光範圍。出光範圍與第一反射層及第二反射層重疊，且不與第一電極與第二電極重疊。

在本發明的一實施例中，上述的磊晶疊層具有平台部與相較平台部凹陷的凹陷部。局部的第一型半導體層、主動層及第二型半導體層界定出平台部，且另一局部的第一型半導體層界定出凹陷部。第一電極重疊於凹陷部，且第二電極重疊於平台部。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極與第二反射層之間設有第一間隔。第二電極與第二反射層之間設有一第二間隔。

在本發明的一實施例中，上述的發光二極體包括基板。磊晶疊層、第二反射層、電流傳導層、第一電極及第二電極位於基板的一側，而第一反射層位於基板的另一側。

在本發明的一實施例中，上述的發光二極體包括導電基板。磊晶疊層、第二反射層、電流傳導層、第一電極位於導電基板的一側，而第二電極位於導電基板的另一側。第二電極藉由電流傳導層及導電基板與第二型半導體層電性連接。

在本發明的一實施例中，上述的第二反射層具有多個第一貫通孔，這些第一貫通孔的至少一部分重疊於第二型半導體層。

在本發明的一實施例中，上述的第二反射層具有多個第一貫通孔，這些第一貫通孔不重疊於第二型半導體層。

在本發明的一實施例中，上述的發光二極體包括電流阻擋層。電流阻擋層設置於磊晶疊層與電流傳導層之間，電流阻擋層具有至少一第二貫通孔，至少一第二貫通孔暴露出局部的磊晶疊層，且電流傳導層藉由至少一第二貫通孔與第二型半導體層接觸。

在本發明的一實施例中，上述的第一反射層的反射率高於第二反射層的反射率。

在本發明的一實施例中，上述的第二反射層的反射率高於第一反射層的反射率。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極與第二電極的至少其中之一包括一焊部及由焊部延伸出的至少一指部。

本發明提供一種發光二極體的製造方法，包括以下步驟。在基板上形成磊晶疊層，磊晶疊層包括第一型半導體層、主動層，第二型半導體層。主動層位於第一型半導體層及第二型半導體層之間，且第一型半導體層與第二型半導體層電性相反，其中磊晶疊層具有鄰近第一型半導體的第一側與鄰近第二型半導體層的第二側。形成一電流傳導層於磊晶疊層上，並使電流傳導層與磊晶疊層的第二型半導體層接觸。分別形成一第一反射層與一第二反射層於磊晶疊層的第一側及第二側，其中第一反射層第二反射層的其中之一上形成有一主要出光面，其光穿透率大於0%，且小於或等於10%，其中電流傳導層與第二型半導體層接觸的接觸範圍界定為一出光範圍，出光範圍與第一反射層及第二反射層重疊。分別形成第一電極及第二電極以分別與第一型半導體層及第二型半導體層電性連接，第二電極藉由電流傳導層與第二型半導體層電性連接，其中出光範圍不與第一電極與第二電極重疊。

在本發明的一實施例中，在上述分別形成第一電極及第二電極以分別與第一型半導體層及第二型半導體層電性連接的步驟中，第一電極與第二電極皆形成於磊晶疊層的第二側。

在本發明的一實施例中，在上述分別形成第一電極及第二電極以分別與第一型半導體層及第二型半導體層電性連接的步驟中，第一電極與第二電極分別形成於磊晶疊層的第一側及第二側。

在本發明的一實施例中，在上述在基板上形成磊晶疊層的步驟中，更包括：對磊晶疊層進行一蝕刻製程，以界定出平台部及凹陷部，局部的第一型半導體層、主動層及第二型半導體層界定出平台部，且另一局部的第一型半導體層界定出凹陷部。

基於上述，在本發明實施例發光二極體中，電流傳導層與第二型半導體層接觸範圍界定為一出光範圍，且第一、第二反射層與此出光範圍重疊。並且，第一、第二反射層的其中之一上形成有一主要出光面，其光穿透率大於0%且小於或等於10%，因此，由主動層發出的光束一部分會穿透第一反射層(或第二反射層)，並且光束的一部分會在第一、第二反射層之間進行一至多次反射而產生類似雷射共振腔的效果，而穿透第一反射層(或第二反射層)。出光範圍不與第一、第二電極重疊，發光二極體的發光角度可被大幅地縮小，因此發光二極體可具有高指向性，其適於當作光纖通訊收發模組的光源。此外，本發明的一實施例提到了一種製造發光二極體的製造方法，用以製造上述的發光二極體，相較於製造雷射來說其製造成本較低。

圖1A是本發明的一實施例的發光二極體的上視示意圖。圖1B及圖1C分別是圖1A中剖面A-A’、B-B’的剖面示意圖。為求圖式清楚，圖1A省略示出第二反射層16。

請參照圖1A至圖1C，在本實施例中，發光二極體1包括基板10、磊晶疊層12、第一反射層14、第二反射層16、電流傳導層18、第一電極20、第二電極22及電流阻擋層24。於以下段落中會詳細說明上述各元件及各元件之間的配置關係。

基板10例如是適於成長磊晶疊層12的基板，亦可被稱為成長基板。基板10具有相對的第一、第二表面S1、S2，其例如是藍寶石（Sapphire）基板、氮化鎵（Gallium Nitride, GaN）基板、砷化鎵（Gallium Arsenide, GaAs）基板或其他適合成長磊晶疊層12的基板，本發明並不以此為限。於一些實施例中，基板10的第一表面S1例如設有未刻意摻雜的半導體層，其作為成核層（Nucleation layer）或緩衝層（Buffer Layer），且其材質例如是砷化鎵（GaAs）、磷化鎵（GaP）、磷化鋁銦鎵(AlInGaP)、氮化鎵（GaN）或氮化鋁（AlN），但不以此為限。在另一些實施例中，基板10也可以不設有未刻意摻雜的半導體層，但不以此為限。於本實施例中，基板10為圖案化基板，其第一表面S1上例如設有週期性圖案（未示出），且例如是圖案化藍寶石基板。

磊晶疊層12設置於基板10的第一表面S1上，且其包括第一型半導體層26、主動層28以及第二型半導體層30。主動層28位於第一型半導體層26與第二型半導體層30之間。第一型半導體層26與基板10的第一表面S1接觸。詳細來說，磊晶疊層12包括平台部Mesa及相較平台部Mesa凹陷的凹陷部CP。局部的第一型半導體層26、主動層28以及第二型半導體層30界定出平台部Mesa。另一局部的第一型半導體層26界定出凹陷部CP。磊晶疊層12具有鄰近第一型半導體層26的第一側SD1與鄰近第二型半導體層30的第二側SD2。

第一型、第二型半導體層26、30彼此互為電性相反。詳言之，第一型、第二型半導體層26、30例如是本質半導體（Intrinsic semiconductor）中分別摻雜有N型、P型摻質，而分別作為N型、P型摻雜半導體層，其中第一型、第二型半導體層26、30與主動層28所使用的本質半導體的材料可為氮化鎵（GaN）、氮化銦鎵（InGaN）、磷化鎵（GaP）、磷化鋁銦鎵（AlInGaP）或氮化鋁鎵（AlGaN），但不以此為限。主動層28的結構例如是由多層井層（Well Layer）與多層阻障層（Barrier Layer）所交替堆疊而構成的多重量子井層（Multiple Quantum Well, MQW）或單一量子井層 (Single Quantum Well, SQW)，但不以此為限。

第一反射層14例如是具有反射功能的材料層，其光反射率大於98%。第一反射層14例如是包括分散式布拉格反射器（Distribute Bragg Reflector, DBR）、金屬層或兩者堆疊的組合，其中分散式布拉格反射器為多個具有高、低折射率層以週期性排列堆疊而成的一光學疊層。金屬層的材料是具有反射功能之金屬材料層，例如是金、鎳、鉻、鈦、鋁、銀、銅、錫、金鈹合金（Au/Be）、金鍺合金（Au/Ge）、金錫合金 (Au/Sn)、錫銀銅合金 (Sn/Ag/Cu) 、鋁銅合金 (Al/Cu)、或上述材料任意的組合，所述任意的組合包括形成堆疊層、形成合金層或形成部分堆疊層及部分合金層，但不以此為限。金屬層可以是導電路徑的一部分，或是電性浮置(electrically floating)。第一反射層14設置於鄰近磊晶疊層12的第一型半導體層26的第一側SD1，且與基板10的第二表面S2接觸。

第二反射層16上形成有一主要出光面，第二反射層16例如是具有部分反射及部分穿透功能的材料層，其光反射率大於等於90%，而光穿透率大於0且小於或等於10%。第二反射層16例如是包括分散式布拉格反射器、金屬層或兩者堆疊的組合，其中分散式布拉格反射器為多個具有高、低折射率層以週期性排列堆疊而成的一光學疊層。金屬層的材料是具有反射功能之金屬材料層，例如是金、鎳、鉻、鈦、鋁、銀、銅、錫、金鈹合金（Au/Be）、金鍺合金（Au/Ge）、金錫合金 (Au/Sn)、錫銀銅合金 (Sn/Ag/Cu) 、鋁銅合金 (Al/Cu)、或上述材料任意的組合，所述任意的組合包括形成堆疊層、形成合金層或形成部分堆疊層及部分合金層，但不以此為限。金屬層可以是導電路徑的一部分，或是電性浮置(electrically floating)。第二反射層16設置於鄰近磊晶疊層12的第二型半導體層30的第二側SD2，且與電流阻擋層24、電流傳導層18接觸。第二反射層16具有多個第一貫通孔H1，其例如是兩個，這些第一貫通孔H1中的一者重疊於第二型半導體層30，這些第一貫通孔H1中的另一者重疊於第一型半導體層30但不重疊於第二型半導體層30。

於本實施例中，第一反射層14與第二反射層16略有不同，其差異在於：第二反射層16上形成有一主要出光面，因此第一反射層14相較於第二反射層16具有較高的反射率，且第一反射層14其可將大部分光束反射，而第二反射層16除了能夠反射部分光束外，仍可使部分光束從主要出光面穿透。在材料上的差異在於：第一反射層14內所使用的分散式布拉格反射器的高、低折射率層數量較多，而第二反射層16內所使用的分散式布拉格反射器的高、低折射率層數量較少。另外，第一反射層14的材料也可以在分散式布拉格反射器上堆疊一金屬層，或是單純使用金屬層，而第二反射層16具有主要出光面，其材料是以分散式布拉格反射器為主，但不以此為限。本發明以下其他實施例中，當主要出光面形成在第一反射層14上時，則第二反射層16相較於第一反射層14具有較高的反射率，其中第二反射層16可將大部分光束反射，而第一反射層14除了能夠反射部分光束外，仍可使部分光束從主要出光面穿透，反之亦然，而材料的使用，反之亦然。也就是說，當第一反射層14和第二反射層16其中之一的外表面作為一主要出光面時，其可以讓部分的光束穿透，而第一反射層14和第二反射層16其中之另一則是將大部分光束反射回主動層。

電流傳導層18（或稱歐姆接觸層）例如是可與第二型半導體層30界面形成歐姆接觸的材料層，其材料例如是氧化銦錫（Indium Tin Oxide, ITO）、鎳金合金（Ni/Au）、金鈹合金（Au/Be）、金鍺合金（Au/Ge）或其他適合金屬或合金，本發明並不以此為限。電流傳導層18設置於平台部Mesa的第二型半導體層30以及電流阻擋層24上，且與第二型半導體層30及電流阻擋層24接觸。

第一、第二電極20、22的材料例如是金屬材料，其選用的種類例如是鉻（Cr）、鋁（Al）、鈦（Ti）、鎳（Ni）、鉑（Pt）、金（Au）、鋁銅合金（Al/Cu）、金錫合金（Au/Sn）、錫銀銅合金（Sn/Ag/Cu）或其組合，但不以此為限。第一電極20設置於凹陷部CP的第一型半導體層26上，且與第一型半導體層26接觸而與其電性連接。第二電極22設置於平台部Mesa的第二型半導體層30上，且藉由電流傳導層18與第二型半導體層30電性連接。第一電極20重疊於凹陷部CP，且第二電極22重疊於平台部Mesa。第一電極20與第二反射層16間設有第一間隔D1，第二電極22與第二反射層16間設有第二間隔D2。當第一、第二電極20、22經由打線製程與外部電源連接時，由於上述間隔D1、D2的設計，可避免打線製程破壞第二反射層16。

於本發明的實施例中，第一、第二電極20、22中的至少其中之一包括焊部及由焊部延伸出的至少一指部。請參照圖1A及圖1B，於本實施例中，第一電極20包括第一焊部32及由第一焊部32延伸出的至少一第一指部34。第二電極22亦包括第二焊部36與由第二焊部36延伸出的至少一第二指部38。於本實施例中，第一、第二指部34、38的數量例如皆是兩個，但不以此為限。這些第一指部34往發光二極體1的一邊緣E1延伸，而這些第二指部38往發光二極體1的另一邊緣E2延伸，其中邊緣E1、E1彼此相對。請參照圖1B，第二焊部36與第二型半導體層30接觸，且此兩者之間的界面形成蕭特基接觸(Schottky contact)，因此電流(或電子流)有極小的機率由此兩者之間的界面流動。這些第二指部38則與電流傳導層18接觸。並且，電流傳導層18與第二型半導體層30接觸，此兩者之間的界面亦為歐姆接觸(Ohmic contact)，因此電流(或電子流)大部分會流經上述界面。此外，應注意的是，於本實施例中，第一、第二電極皆具有焊部與指部的設計，但於其他的實施例中，亦可以是第一、第二電極的其中之一具有焊部與指部的設計，而另一者則無，本發明並不以此為限。

電流阻擋層24例如是具有高阻值的材料層，而可使電流較不容易通過其所在的位置。於本實施例中，電流阻擋層24的材料可例如是介電材料，其例如是氧化矽（SiO_x ）、氮化矽（SiN_x ）、氧化鈦（TiO_x ）、分散式布拉格反射器（即由高、低折射率層以週期性排列堆疊而成的光學疊層）。但不以此為限。請參照圖1B，電流阻擋層24例如是圖案化電流阻擋層，其具有至少一第二貫通孔H2，至少一第二貫通孔H2暴露出局部的磊晶疊層12。於本實施例中，第二貫通孔H2的數量例如是三個，但不以此為限，其中圖1B中位於左邊兩個的第二貫通孔H2暴露出局部的第二型半導體層30，而圖1B中位於右邊的第二貫通孔H2則暴露出局部的第一型半導體層26。第二電極22的第二焊部36延伸入最左邊的第二貫通孔H2與第二型半導體層30接觸，電流傳導層18則延伸入中間的第二貫通孔H2以與第二型半導體層30接觸，第一電極20的第一焊部32則延伸入最右邊的第二貫通孔H2以與第一型半導體層26接觸。

請再參照圖1A至圖1C，上述的發光二極體1的態樣是水平式發光二極體，即第一、第二電極20、22皆位於磊晶疊層12的第二側SD2，因此電流的傳遞路徑是大致上以水平地方式在第一、第二電極20、22流動。

於以下的段落中會詳細地說明發光二極體1的光學效果。

請參照圖1A至圖1C，在本實施例的發光二極體1中，由於第二電極22藉由電流傳導層18與第二型半導體層30電性連接，且因電流傳導層18與第二型半導體層30兩者之間的接觸的界面為歐姆接觸，因此大部分的電流(或電子流)會經過電流傳導層18與第二型半導體層30的接觸範圍CR，接著傳遞至與上述接觸範圍CR重疊的部分主動層28，電洞與電子於此部分的主動層28結合發光，此部分的主動層28所在的區域亦被稱為電子電洞結合區X(如圖1B、圖1C所示)，電子電洞結合區X的範圍會略稍大於發光範圍ER。因此，電流傳導層18與第二型半導體層30接觸範圍亦被界定為發光二極體1的一出光範圍ER，出光範圍ER的形狀例如是圓形、圓弧形或其他任意形狀，本發明並不以此為限。並且，出光範圍ER重疊於第一、第二反射層14、16但不與第一、第二電極20、22重疊。此外，於其他未示出的實施例中，出光範圍ER例如亦可為多個，且兩相鄰的岀光範圍ER具有一間距。

為求清楚繪示，發光二極體1的光學行為僅繪示於圖1C中，而圖1B省略繪示。由此電子電洞結合區X所發出的光束的初始出射方向有兩種，一種是直接往第二反射層16發出的光束標示為B1，另一種是直接往第一反射層14發出的光束標示為B2。於以下的段落中會依據不同的光束B1、B2來討論光學行為。

承上述，由於出光範圍ER重疊於第一、第二反射層14、16，光束B1會往上傳遞至第二反射層16，光束B1的一部分B1’被第二反射層16反射並傳遞至第一反射層14，光束B1的另一部分B1’’則穿透第二反射層16以出射於發光二極體1。接著光束B1’再被具有高反射率的第一反射層14反射回第二反射層16，光束B1’的一部分(未示出)被第二反射層16反射回第一反射層14並再次進行上述的光學行為，而光束B1’’的一部分B1’’’穿透第二反射層16以出射於發光二極體1。

類似地，光束B2往下傳遞至第一反射層14而被具有高反射率的第一反射層14反射至第二反射層16，並且光束B2的一部分B2’被第二反射層16反射回第一反射層14，光束B2的另一部分B2’’則穿透第二反射層16以出射於發光二極體1，後續的光學行為與上述類似，於此不再贅述。

上述光束會在第一、第二反射層14、16之間產生類似雷射共振腔的效果，第一、第二反射層14、16之間亦可被稱為共振區RR。此外，亦有部分由電子電洞結合區X斜向射出的光束(未示出)，在第一、第二反射層14、16、第一電極20、第二電極22間進行一至多次的全反射後，亦可能會在出光範圍ER出光。

並且，由於出光範圍ER是由電流傳導層18與第二型半導體層30所界定的接觸範圍CR，且出光範圍ER不與第一、第二電極20、22重疊，發光二極體1的發光角度可被大幅地縮小，因此本實施例的發光二極體1可具有高指向性，其適於當作光纖通訊收發模組的光源。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的部分內容，省略了相同技術內容的說明，關於相同的元件名稱可以參考前述實施例的部分內容，下述實施例不再重複贅述。

圖2是本發明的另一實施例的發光二極體的上視示意圖及剖面示意圖。

請參照圖2，圖2的發光二極體1a大致上類似於圖1A至圖1C的發光二極體1，其主要差異在於：發光二極體1a為垂直式發光二極體。詳細來說，於發光二極體1a中，基板10a例如是導電基板，且其具有相對的第一、第二表面S1a、S2a其例如是碳化矽基板或矽基板，本發明並不以此為限。第一電極20、第二電極22分別設置於磊晶疊層12的第一、第二側SD1、SD2。更具體來說，第一電極20覆蓋第一型半導體層26的側表面26S1(lateral surface)、底面26S2(bottom surface)、電流阻擋層24的側表面24S。第二電極22則設置於基板10a的第二表面S2a。電流阻擋層24具有的第二貫通孔H2的數量例如為一，本發明並不以此為限。

此外，於本實施例中，第二反射層16a相較於第一反射層14a具有高反射率且第二反射層16a可將大部分光束反射，而第一反射層14a除了能夠反射部分光束外，仍可使部分光束穿透。在材料上的差異在於：第二反射層16a內所使用的分散式布拉格反射器的高、低折射率層數量較多，而第二反射層16a內所使用的分散式布拉格反射器的高、低折射率層數量較少，但不以此為限。電流傳導層18與第二型半導體層30接觸範圍亦被界定為發光二極體1a的一出光範圍ER (CR)，出光範圍ER的形狀例如是圓形、圓弧形或其他任意形狀，且其數量、位置、形狀可由製造電流傳導層18的製程來定義。於本實施例中，出光範圍ER的數量例如為一。於其他未示出的實施例中，出光範圍ER的數量為多個，相鄰二出光範圍ER具有一間距，本發明並不以此為限。並且，出光範圍ER重疊於第一、第二反射層14a、16a。

請再參照圖2，第一反射層14a具有多個第一貫通孔H1，這些第一貫通孔H1重疊於第一型半導體層26，但不與第二型半導體層30重疊。由另一觀點來看，這些第一貫通孔H1係重疊於凹陷部CP。此外，發光二極體1a更包括接合層40，其材料例如是導電膠材(由膠材與金屬粒子混合之材料，包括但不限於銀膠或異方性導電膠)、鉻、鋁、鈦、鎳、鉑、金、銅鋁合金(Cu/Al)、金錫合金(Au/Sn)、錫銀銅合金(Sn/Ag/Cu)、錫膏。接合層40設置於第一反射層14a與基板10a之間，且接合層40延伸入第一貫通孔H1並與電流傳導層18接觸。導電基板10a之側表面、接合層40之側表面、第二反射層16a之側表面形成一實質平的側表面。

請再參照圖2，上述的發光二極體1a的態樣是垂直式發光二極體，即第一、第二電極20、22分別位於磊晶疊層12的第一、第二側SD1、SD2，因此電流的傳遞路徑是大致上以垂直地方式在第一、第二電極20、22流動。

承上述，發光二極體1a的光學行為大致上類似於圖1A至圖1C的發光二極體1，其主要差異在於：光束(未示出)由主動層28發出後，主要會被具有高反射率的第二反射層16a反射，而部分光束會穿透第一反射層14a且部分光束會被第一反射層14a反射，即光束在第一、第二反射層14a、16a之間進行一至多次反射、透射後，會由靠近第一型半導體層26的第一反射層14a處出光。相較於圖1A至圖1C的發光二極體1，光束在第一、第二反射層14、16之間進行一至多次反射、透射後，會由靠近第二型半導體層30的第二反射層16處出光。

此外，應注意的是，在發光二極體1a中，其所採用的基板10a例如是導電基板。但於其他實施例中，基板10a亦可以採用不導電的基板(例如是藍寶石基板)，並增設導線(未示出)以使其繞過不導電的基板10a以連接接合層40的側表面及第二電極22，電流的傳遞路徑仍大致上以垂直地方式在第一、第二電極20、22流動。

圖3至圖5為本發明不同實施例的發光二極體的剖面示意圖。應注意的是，圖3至圖5大致上與圖2的發光二極體1a相同，於圖3至圖5僅標示出有差異或者是需要說明的部分，其他地方請參照圖2的標號。

請參照圖3，圖3的發光二極體1b大致上類似於圖2的發光二極體1a，其主要差異在於：平台部Mesab的範圍較大，而凹陷部CPb的範圍較小。第二反射層16的多個第一貫通孔H1重疊於平台部Mesab，即，這些第一貫通孔H1重疊於第二型半導體層30。

請參照圖4，圖4的發光二極體1c大致上類似於圖2的發光二極體1a，其主要差異在於：第二電極22c、僅覆蓋第一型半導體層26的底面26S2。此外，第一反射層14c覆蓋第一型半導體層26的部分底面26S2、側表面26S1及電流阻擋層24的側表面24S。

請參照圖5，圖5的發光二極體1d大致上類似於圖2的發光二極體1a，其主要差異在於：第二電極20d僅覆蓋第一型半導體層26的底面26S2。此外，第一反射層14d覆蓋第一型半導體層26的部分底面26S2、側表面26S1及電流阻擋層24的側表面24S。並且，平台部Mesad的範圍較大，而凹陷部CPd的範圍較小。第二反射層16d的多個第一貫通孔H1重疊於平台部Mesad，即，這些第一貫通孔H1重疊於第二型半導體層30

於以下的段落中會搭配圖6A至圖6H及圖7A至圖7H分別詳細地說明圖1A至圖1C的發光二極體1及圖2A至圖2B的發光二極體1a的製造方法。

首先，請參照圖6A，提供基板10，並對基板10表面進行清潔的動作。

請參照圖6B，於基板10的第一表面S1上形成磊晶疊層12，其中磊晶疊層12包括第一型半導體層26、主動層28、第二型半導體層30。也就是說，於圖6B的具體的步驟中是依序形成第一型半導體層26、主動層28、第二型半導體層30於基板10上。成長磊晶疊層12的方式例如是有機金屬氣相沉積（Metal Organic Chemical-Vapor Deposition, MOCVD）、物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition, PVD）、化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition, CVD）、濺鍍法（sputter deposition method）或其他適合的相關磊晶製程，不以此為限。

請參照圖6C，蝕刻磊晶疊層12，以移除部分的第二型半導體層30、部分的主動層28與部分的第一型半導體層26，以暴露出部分的第一型半導體層26，而形成平台部Mesa與凹陷部CP。蝕刻的方式例如是透過乾式化學蝕刻、濕式化學蝕刻、物理蝕刻或以上三種之組合蝕刻，本發明並不以此為限。

請參照圖6D，形成電流阻擋層24於磊晶疊層12上，其中形成電流阻擋層24的方法為掀離製程（Lift-off Process）。詳細來說，先在磊晶疊層12上先塗佈一層光阻層（未示出）。接著再對光阻層的局部區域曝光及顯影，以移除光阻層的局部區域。接著，再對顯影後的光阻層沉積電流阻擋層24，因此顯影後的光阻層上及因光阻層被移除而暴露出的局部區域皆沉積有電流阻擋層24。最後再移除光阻層，因此沉積於光阻層上的部分電流阻擋層被隨著光阻層的移除亦被移除，而形成具有至少一第二貫通孔H2的電流阻擋層24 (或稱圖案化電流阻擋層)。電流阻擋層24的材料可例如是介電材料，其例如是氧化矽（SiO_x ）、氮化矽（SiN_x ）、氧化鈦（TiO_x ）、分散式布拉格反射器（即由高、低折射率層以週期性排列堆疊而成的光學疊層）。

請參照圖6E，形成電流傳導層18於電流阻擋層24及第二型半導體層30上，並使電流傳導層18填入這些第二貫通孔H2的一部分以與第二型半導體層30接觸，其中電流傳導層18與第二型半導體層30接觸區域標示為CR，接觸區域CR例如是上述實施例所稱的出光範圍ER。

請參照圖6F，形成第一、第二電極20、22於磊晶疊層12上，其中形成第一、第二電極20、22的方式亦為掀離製程，流程大致類似上述說明，於此不再贅述。第一電極20的電極材料填入這些第二貫通孔H2的一部分以與第一型半導體層26接觸，第二電極22的電極材料則填入這些第二貫通孔H2的一部分與第二型半導體層30接觸。第二電極22亦包括第二焊部36與由第二焊部36延伸出的至少一第二指部38。第一焊部36設置在部分電流阻擋層24及部分第二型半導體層30上，第二指部38與電流傳導層18接觸。並且，電流傳導層18與第二型半導體層30接觸，此兩者之間的界面亦為歐姆接觸(Ohmic contact)，第二電極22藉由第二指部38、電流傳導層18與第二型半導體層30電性連接。

請參照圖6G，形成第二反射層16於磊晶疊層12的第二側SD2。第二反射層16覆蓋(cover)電流阻擋層24、電流傳導層18，並且第二反射層16的至少一部分與接觸區域CR重疊。形成第二反射層16亦為掀離製程，於此不再贅述。第二反射層16具有多個第一貫通孔H1，且與第一、第二電極20、22之間分別設有第一、第二間隙D1、D2。

請參照圖6H，形成第一反射層14於磊晶疊層12的第一側SD2，且例如是形成於基板10的第二表面S2上。第一反射層14覆蓋(cover)電流阻擋層24、電流傳導層18，並且第一反射層14的至少一部分與接觸區域CR重疊。

至此，圖1A至圖1C的發光二極體1大致上已製作完成。

接著，介紹圖2A及圖2B的發光二極體1a的製造流程。

請參照圖7A至圖7E，其步驟分別類似於上述的圖6A至圖6E，於此不再贅述。

請參照圖7F，形成第二反射層16a於電流傳導層18及電流阻擋層24上，其中第二反射層16a具有多個第一貫通孔H1。形成第二反射層16a的方式例如亦為掀離製程，於此不再贅述。

請參照圖7G，於第二反射層16a上形成接合層40，其中接合層40材料填入這些第一貫通孔H1的一部分以與電流傳導層18接觸。

請參照圖7H，提供另一基板10a，其中基板10a例如是導電基板，並對基板10a表面進行清潔的動作。

請參照圖7I，將接合層40接合至基板10a的上表面上。隨著轉移製程，上述元件亦被轉移至基板10a上。

請參照圖7J，移除基板10。移除基板10的方式例如是利用物理或化學蝕刻的方式，但不以此為限。基板10亦被稱暫時基板。於本實施例中，移除基板10的方法包括雷射剝離製程（Laser Lift-off Process）。由於在進行雷射剝離製程的過程中，雷射的高溫會使得磊晶疊層12內的金屬離子還原成金屬M。因此，在雷射剝離製程後可再對磊晶疊層12的表面進行蝕刻製程，例如是濕式化學蝕刻製程以去除金屬，例如是鎵金屬(Gallium)。接著，可再利用物理或化學蝕刻的方式將金屬M去除。

請參照圖7K，蝕刻局部的第一型半導體層26、主動層28、第二型半導體層30，以暴露出第一型半導體層26及電流阻擋層24兩者的側面26S1、24S1及第二反射層16a的頂面16aS1。

請參照圖7L，形成第二電極22於磊晶疊層12、第二反射層16上，並使其覆蓋第一型半導體層26的底面26S2、側面26S1、電流阻擋層24的側面24S。並且，也形成第一電極20於基板10a上。

請參照圖7M，形成第一反射層14a於磊晶疊層12的第一側SD1，使其第一反射層14a覆蓋第一型半導體層26的底面26S2及第一電極20，並且第一反射層14的至少一部分與接觸區域CR重疊。

至此，圖2的發光二極體1a大致上已製作完成。

此外，製造圖3至圖5的發光二極體1b~1d的方法大致上類似於製造發光二極體1a的方法，其差異在於：在上述製程中，蝕刻出的磊晶疊層的平台部、凹陷部大小不同、或者是、第二電極的覆蓋位置不同、第二反射層的第一貫通孔的位置對應到的磊晶疊層的位置不同，本領域的通常知識者可依據圖7A至圖7H製程稍為調整而製造出圖3至圖5的發光二極體1b~1d。

綜上所述，在本發明實施例發光二極體中，電流傳導層與第二型半導體層接觸範圍界定為一出光範圍，且第一、第二反射層與此出光範圍重疊。並且，第一、第二反射層的其中之一上形成有一主要出光面，其光穿透率大於0%且小於或等於10%，因此，由主動層發出的光束一部分會穿透第一反射層(或第二反射層)，並且光束的一部分會在第一、第二反射層之間進行一至多次反射而產生類似雷射共振腔的效果，而穿透第一反射層(或第二反射層)。出光範圍不與第一、第二電極重疊，發光二極體的發光角度可被大幅地縮小，因此發光二極體可具有高指向性，其適於當作光纖通訊收發模組的光源。此外，本發明的一實施例提到了一種製造發光二極體的製造方法，用以製造上述的發光二極體，相較於製造雷射來說其製造成本較低。

1、1a~1d:發光二極體 10、10a:基板 12:磊晶疊層 14、14a、14c:第一反射層 14S1:第一反射層的頂面 16aS1:第二反射層的頂面 16、16a、16d:第二反射層 18:電流傳導層 20:第一電極 22:第二電極 24:電流阻擋層 24S:電流阻擋層的側面 26:第一型半導體層 26S1:第一型半導體層的側面 26S2:第一型半導體層的底面 28:主動層 30:第二型半導體層 32:第一焊部 34:第一指部 36:第二焊部 38:第二指部 40:接合層 A-A’、B-B’、C-C’:剖面 B1、B1’、B1’’、B2、B2’、B2’’:光束 CR:接觸範圍 CP、CPb、CPd:凹陷部 D1:第一間隔 D2:第二間隔 E1、E2:邊緣 ER:出光範圍 H1:第一貫通孔 H2:第二貫通孔 M:金屬 Mesa、Mesab、Mesad:平台部 RR:共振區 S1、S1a:第一表面 S2、S2a:第二表面 SD1:第一側 SD2:第二側 X:電子電洞結合區

圖1A是本發明的一實施例的發光二極體的上視示意圖。 圖1B及圖1C分別是圖1A中剖面A-A’、B-B’的剖面示意圖。 圖2是本發明的另一實施例的發光二極體的上視示意圖及剖面示意圖。 圖3至圖5分別為本發明不同實施例的發光二極體的剖面示意圖。 圖6A至圖6H為製造圖1A至圖1C的發光二極體的製造流程圖。 圖7A至圖7M為製造圖2的發光二極體的製造流程圖。

1:發光二極體

10:基板

12:磊晶疊層

14:第一反射層

16:第二反射層

18:電流傳導層

20:第一電極

22:第二電極

24:電流阻擋層

26:第一型半導體層

28:主動層

30:第二型半導體層

32:第一焊部

36:第二焊部

38:第二指部

40:接合層

A-A’:剖面

CR:接觸範圍

CP:凹陷部

D1:第一間隔

D2:第二間隔

ER:出光範圍

H1:第一貫通孔

H2:第二貫通孔

Mesa:平台部

RR:共振區

S1:第一表面

S2:第二表面

SD1:第一側

SD2:第二側

X:電子電洞結合區

Claims (15)

1. 一種發光二極體，包括： 一磊晶疊層，包括一第一型半導體層、一主動層，一第二型半導體層，該主動層位於該第一型半導體層及該第二型半導體層之間，且該第一型半導體層與該第二型半導體層電性相反，其中該磊晶疊層具有鄰近該第一型半導體的一第一側與鄰近該第二型半導體層的一第二側； 一第一反射層，設置於該磊晶疊層的該第一側； 一第二反射層，設置於該磊晶疊層的該第二側，其中該第一反射層上形成有一主要出光面，該第一反射層的光穿透率大於該第二反射層的光穿透率； 一電流傳導層，與該第二型半導體層接觸； 一第一電極，與該第一型半導體層電性連接；以及 一第二電極，藉由該電流傳導層與該第二型半導體層電性連接， 其中該電流傳導層與該第二型半導體層接觸範圍界定為一出光範圍， 其中，該出光範圍與該第一反射層及該第二反射層重疊，且不與該第一電極與該第二電極重疊。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該磊晶疊層具有一平台部與相較該平台部凹陷的一凹陷部，局部的該第一型半導體層、該主動層及該第二型半導體層界定出該平台部，且另一局部的該第一型半導體層界定出該凹陷部， 其中，該第一電極重疊於該凹陷部，且該第二電極重疊於該平台部。
3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該第一電極與該第二反射層之間設有一第一間隔，該第二電極與該第二反射層之間設有一第二間隔。
4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，包括一基板，其中該磊晶疊層、該第二反射層、該電流傳導層、該第一電極及該第二電極位於該基板的一側，而該第一反射層位於該基板的另一側。
5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，包括一導電基板，其中該磊晶疊層、該第二反射層、該電流傳導層、該第一電極位於該導電基板的一側，而該第二電極位於該導電基板的另一側，其中該第二電極藉由該電流傳導層及該導電基板與該第二型半導體層電性連接。
6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該第二反射層具有多個第一貫通孔，該些第一貫通孔的至少一部分重疊於該第二型半導體層。
7. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該第二反射層具有多個第一貫通孔，該些第一貫通孔不重疊於該第二型半導體層。
8. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，包括一電流阻擋層，設置於該磊晶疊層與該電流傳導層之間，該電流阻擋層具有至少一第二貫通孔，該至少一第二貫通孔暴露出局部的該磊晶疊層，且該電流傳導層藉由該至少一第二貫通孔與該第二型半導體層接觸。
9. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該第一反射層的反射率高於該第二反射層的反射率。
10. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該第二反射層的反射率高於該第一反射層的反射率。
11. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該第一電極與該第二電極的至少其中之一包括一焊部及由該焊部延伸出的至少一指部。
12. 一種發光二極體的製造方法，包括： 形成一磊晶疊層，該磊晶疊層包括一第一型半導體層、一主動層，一第二型半導體層，該主動層位於該第一型半導體層及該第二型半導體層之間，且該第一型半導體層與該第二型半導體層電性相反，其中該磊晶疊層具有鄰近該第一型半導體的一第一側與鄰近該第二型半導體層的一第二側； 形成一電流傳導層於該磊晶疊層上，並使該電流傳導層與該磊晶疊層的該第二型半導體層接觸； 分別形成一第一反射層與一第二反射層於該磊晶疊層的該第一側及該第二側，其中該第一反射層上形成有一主要出光面，該第一反射層的光穿透率大於該第二反射層的光穿透率，其中該電流傳導層與該第二型半導體層接觸的接觸範圍界定為一出光範圍，該出光範圍與該第一反射層及該第二反射層重疊；以及 分別形成一第一電極及一第二電極以分別與該第一型半導體層及該第二型半導體層電性連接，該第二電極藉由該電流傳導層與該第二型半導體層電性連接，其中該出光範圍不與該第一電極與該第二電極重疊。
13. 如申請專利範圍第12項所述的發光二極體的製造方法，在分別形成該第一電極及該第二電極的步驟中，該第一電極與該第二電極皆形成於該磊晶疊層的該第二側。
14. 如申請專利範圍第12項所述的發光二極體的製造方法，在分別形成該第一電極及該第二電極的步驟中，該第一電極與該第二電極分別形成於該磊晶疊層的該第一側及該第二側。
15. 如申請專利範圍第12項所述的發光二極體的製造方法，其中形成該磊晶疊層的步驟更包括： 對該磊晶疊層進行一蝕刻製程，以界定出一平台部及一凹陷部，局部的該第一型半導體層、該主動層及該第二型半導體層界定出該平台部，且另一局部的該第一型半導體層界定出該凹陷部。

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