TW544948B - Light emitting diode and its manufacturing method - Google Patents

Description

544948 五、發明說明（1) 發明領域 本發明係關於一種發光二極體及其製造方法，尤指一種 包括透明視窗層與透明導電膜之發光二極體及其製造方 法0 發明背.景 ； 發光二 有壽命長 震及辨識 指示燈、 普遍的產 術界及產 究開發。 發光 液相嘉晶 蠢晶成長 氣相蠢晶 MOVPE)製 板，大多 已在早晶 膜，如珅 坤化I呂鎵 元、四元 真空蒸鍍 二極體為目前最受矚目的光電元件之一，由於具 、省電、體積小、驅動電壓低、反應速率快、而ί 能力高等優點，已廣泛應用於戶外顯示幕、汽車 煞車燈及交通號誌等用途，成為日常生活中十分 品。因此，為提高產品效能並降低製造成本，學 業界莫不投入大量資源積極從事製程及材料的研 二極體之製 成長法（L i q 法（Μ ο 1 e c u 1 法（M e t a 1 0 成單晶片或 為二元的I I 基板上成長 化鎵（GaAs) (A 1 G a A s )、 蠢晶片。中 、晶粒切割 程一般可分為上、中、下游。上游以 u i d Phase Epitaxy，LPE)、分子束 ar Beam Epitaxy. MBE)或有機金屬 rganic Vapor Phase Epitaxy ， 蠢晶片。早晶片為蠢晶成長用的基 I - V族化合物半導體材料；磊晶片為 多層不同厚度之多元材料的單晶薄 、填化鎵（GaP)、鱗坤化鎵（GaAsP)、 磷化鋁鎵銦（AlGalnP)等二元、三 游製程則經由光罩、乾或溼式蝕刻、 等程序製成晶粒。下游為封裝，將晶

第4頁 544948 五、發明說明（2) ^ 粒黏著在導線架，再封裝成燈泡型（L am p )、數字顯示型 (Digit Display)、點矩陣型（Dot Matrix)或表面黏著型 (Surface Mount)等成品。 由於上游製程中常以砷化鎵或磷化鎵為基板，將發光 材料蟲晶於其上。然而，砷化鎵會吸收雙異質接面結構產 生的可見光，致使發光效率遽降；而磷化鎵容易吸收黃綠 光的波長’限制發光二極體的應用範圍。根據發光二極體 之原理，其外部量子效率（h e X t)受到L E D内部量子效率 (hint)與LED發光效率（hoptical)之影響；即 hext^hinthoptical。其中，發光效率又受到（l)LED本身 材，之吸收a )，（ 2 ) F r e s n e 1損失)與（3 )全反射臨界 角（7 c r )之影響；艮〆/。p t i c a 1二% %广r。於此些影響因 素中’ 來自於LED因發光介質之折射係數〜3. 4)與 #氣之折射係數=1)差異太大，導致=1. 84(by 二4/[2 + (〜卜 /刃咖）+ (>?叫 /凡，，）]。若LED 上 能有一透明材料其折射係數介於空氣與LED之折射係數 間’其對^之提昇有大大之幫助。目前LED上塗上樹脂 (η = 1 · 5 ) ’亦可增加穿透率1 6 . 2 %。然而樹脂並不能解決 LED i晶基板吸光之問題，若將led貼合至此類折射係數之 透光基板’ 一方面可提高々印，另一方面亦可搭配磊晶吸 之移除，而後再將反射鏡鍍於移除基板之表面，可 將LE D發射之光反射回透光基板，此一做法將可大幅提昇 L E D發光效率。 才艮據中華民國專利第4 6 6，7 8 4號及第4 7 4，0 3 4號中揭露

544948 五、發明說明（3) 了璘化鋁鎵銦及砷化鋁鎵L E D的製造方法，其係將玻璃等 透明基板與發光磊晶層直接加熱加壓貼合，或以旋塗式玻 璃、聚亞醯胺、矽樹脂等接著劑與發光磊晶層黏合，再除 去珅化鎵基板，藉此提高其發光效率。根據本發明者對晶 片貝占合之實際研究經驗，此等方法由於需高溫環境或接著 劑，尤其是利用接合劑之製作過程中，接合劑之接合面容 _·易產生氣泡，因此接合效果不良；而另外若以熱壓貼合方 式將該透明基板與發光磊晶層直接貼合，則由於黏合溫度 較高，貼合成功率不高，且易影響LED特性；另此二種方 法皆會產生電流分佈不均之現象，除非與透明基板貼合之 LED最頂層之第二彼覆層很厚，或防止第二披覆層氧化之 磷化鎵厚度大於3 mm，然此卻增加磊晶成本。本發明針對 此些缺點提供另一較佳之發光二極體結構及其製造方法。 發明概述 本發明之主要目的在提供一種發光二極體，其具有高 發光效率及降低電阻、增加電流分佈之優點。 本發明之另一目的在提供一種製造發光二極體之方 法，其經由適當透光基板與L E D結構設計配合晶片貼合技 術，可製造具有高透光效率及電流分佈均句之發光二極 本發明之發光二極體主要包括一透明視窗層；一發光 二極體磊晶片，至少包括一活性發光層，並定義其具有一 正面及一背面；及一透明導電膜，形成於透明視窗層及發

第6頁 544948 五、發^明說明（4) · 光二極體蠢晶片之正面之間。 . 本發明製造發光二極體之方法主要包括提供一透明視. 窗層及一發光二極體磊晶片，發光二極體磊晶片至少包括 一活性發光層，並定義其具有一正面及一背面；再形成一 透明導電膜於透明視窗層及發光二極體磊晶片之正面之 間。當進行晶片對熱壓貼合時，利用該透明導電膜之原子“ 在視窗層與磊晶片間呈現很好的互相擴散作用，使晶片對胃 貼合之製作良率大幅提高。 上述之透明視窗層之材質可為玻璃、藍寶石、氧化 鋁、硒化鋅、硫化鋅、硒化鋅硫、碳化矽、填化鎵、磷砷 化鎵或其他適當材質。 上述之透明導電膜之材質可為金屬氧化物，例如含有 氧4匕銦錫、氧化銦、氧化錫或氧化鋅之物質，亦可為氮化 物或氟化物。透明導電膜可先形成於透明視窗層及/或發 光二極體磊晶片，再以熱壓貼合方式將透明視窗層與發光 二極體磊晶片接合，由於此透明導電膜易於與LED之歐姆 接觸層形成無位障之歐姆接觸，因此於製程上亦可當作電 極之電流分佈層。 上述之發光二極體磊晶片之活性發光層之材質並無特 別ί1艮制，可為磷化鋁鎵銦、砷化鋁鎵、氮化鎵等。而活性 發光層於背面及正面尚可分別形成一第一坡覆層及一第二 彼覆層。此外，活性發光層與透明導電膜之間尚可包括一 歐姆接觸層與防止第二披覆層氧化之氧化阻隔層。第一披 覆層、第二彼覆層、氧化阻隔層及歐姆接觸層之材質並無

第7頁 544948 五、發明說明（5) 特另U限制，端視活性發光層之材質而定。 上述之發光二極體磊晶片之背面尚可包括一鏡面反射 層及/或一散熱基座；發光二極體磊晶片可以經由晶粒翻 轉之封裝技術與散熱基座接合。 圖式簡單說明 第一圖係本發明包括透明導電膜之發光二極體之剖面圖； 第二圖係第一圖實施例將p型電極製作於歐姆接觸層，更 包括鏡面反射層之構造剖面圖； 第三圖係第一圖實施例將p型電極製作於氧化阻隔層，更 包括鏡面反射層之構造剖面圖； 第四圖係第二圖實施例更包括散熱基座之構造剖面圖； 第五及六圖係第二、三圖實施例之製造過程； 第七及八圖係第二、三圖實施例之製造過程中，形成透明 導電膜之其他方法。 圖號說明 透明視窗層1 0 透明導電膜2 0 P型歐姆接觸層30 發光二極體磊晶片40 氧化阻隔層41 第二彼覆層42 活性發光層4 3 第一彼覆層4 4 正電極51 負電極52

第8頁 544948 五、韻^明說明（6) 鏡面反射層6 0 導線接著劑7 1 散熱基座7 〇 珅化鎵基板8 0 較佳具體實施例之詳細說明 為具體說明本發明發光二極體之結構及製造方法’請 參ίΐ列實施例。，本發明之發光二極體並不限以該方- 法’本發明之靶圍應以申請專利範圍為準，而不限於 下列實施例。 請參考第一圖本發明發光二極體結構之第一實施例， 圖中發光二極體依序包括玻璃材質之透明視窗層10 ，氧化 銦錫（ΙΤΟ)材質之透明導電膜20，ρ型歐姆接觸層3〇 ，口型 歐姆接觸層3 0之部份區域形成發光二極體磊晶片4 〇，其他 區域則形成正電極51。發光二極體磊晶片4〇主要包括益摻 質磷化鋁鎵銦材質之活性發光層43，並定義活性發光層43 具有一正面及一背面，其正面與透明導電膜2〇之間形成ρ 型碟化鋁鎵銦材質之第二披覆層4 2與阻隔此層氧化之氧化-阻隔層磷化鎵4 1，背面則形成η型磷化鋁鎵銦材質之第一 披覆層44，第一披覆層44之部份區域形成負電極52。 本發明之透明導電膜2 0並不限於氧化銦錫材質，只要 在可見光範圍内（波長380-760 nm)具有80%以上的透光 率，比電阻率低於1 X 1 0 - 3 W · c m之薄膜材料皆可；其可為< 氧化物、氮化物或氟化物。氧化物例如在氧化銦中摻雜錫 (In203 含量約 90-95%，Sn02 含量約 10-5%，可以in203:Sn 表示，簡稱為ITO)，在Sn02中摻雜Sb、F，或在ZnO中摻雜

第9頁 544948 五、發明說明（7)

In 、Ga(簡稱為GZO)或A1 (簡稱為AZO)等。本實施例使用之 氧4匕銦錫，除了透明度高，尤其在可見光中央區域，亦即 人目艮最敏感區域的透光率高之外，其電阻率亦相對較低， 約為1 . 5 5 X 1 0 - 4 W · c m。此外，氧化銦錫對玻璃基板的附 著力強，在光電產品的製程及應用上具有適當的耐藥品 性，對強酸、強鹼抵抗力佳，及電與化學的穩定性佳等優 點。 本發明之活性發光層之材質並無特別限制，本實施例 之活性發光層4 2為無摻質磷化鋁鎵銦（A 1 G a I η P )，可表示 為（AlxGal-x)ylnl-yP，其中〇$x$l ，〇$y$l ，較佳為〇 S x S 0. 5，Ο . 3 S y S Ο . 7。亦可使用砷化鋁鎵，則正電極 形成於P型砷化鋁鎵材質之第二披覆層，而負電極形成於η 型坤化鋁鎵材質之第一彼覆層。磷化鋁鎵銦適合於高亮度 紅、橘、黃及黃綠光L E D，商業上以Μ Ο V Ρ Ε 蠢晶法進行量 產，元件使用雙異質接面（DH)及量子井（QW)構造。由於磷 化銘鎵銦紅光L E D在高溫與高溼環境下，其壽命較長，未 來有逐漸取代砷化鋁鎵紅光LED的趨勢。 第二圖係本發明發光二極體結構之第二實施例，其與 第^一實施例不同之處在於：將第一圖中裸露之第一披覆層 44覆上鏡面反射層60 ;其目的係使產生的光皆朝正向射 出，使發光效率發揮到最大。 第三圖係本發明發光二極體結構之第三實施例，其與 第二實施例不同之處在於：將第二圖中p-型電極製作於歐 姆接觸層30，改為製作於氧化阻隔層磷化鎵41 ，覆上鏡面

第10頁 544948 五、發明說明（8) · 反射層6 0 ;其目的係使產生的光皆朝正向射出，使發光效\ 率發揮到最大。 _ 第四圖係本發明發光二極體結構之第四實施例，其與 第二、三實施例不同之處在於：接引導線同時，將散熱基 座7 0以導線接著劑71接合於電極51，52 ;藉此可解決LED 的散熱問題，延長其使用壽命。 丫 第五及六圖係本發明製造上述發光二極體第四實施例 之方法。首先，在砷化鎵基板8 0上依序磊晶形成第一彼覆‘ 層44，活性發光層43，第二披覆層42，氧化阻隔層41及歐 姆接觸層30 ;另外在玻璃基板10上濺鍍上I TO透明導電膜 20 ，如第五圖所示。將透明導電膜20熱壓貼合至歐姆接觸 層3 0後，除去砷化鎵基板8 0，如第六圖所示。接著蝕刻去 除部份第一披覆層44、活性發光層43、第二坡覆層42，及 氧4匕阻隔層41 ，並於歐姆接觸層30及第一披覆層44分別鍍 上正、負電極51 ，52，再於第一披覆層44表面鍍上鏡面反 射層6 0，如第二圖所示。最後，藉由翻轉晶粒之封裝技術 於電極5 1，5 2接上導線（未示於圖），並以導線接著劑7 1黏 合散熱基座70 ，完成如第四圖所示之發光二極體。 第七圖係於上述製造過程中，先將透明導電膜20’磊 晶形成於P型歐姆層3 0上，再與玻璃基板接合。第八圖則 先將透明導電膜2 0，2 0 ’分別鍍在玻璃基板1 0 ，及磊晶形 φ 成於p型歐姆層30上，再將透明導電膜20，20’接合。 本發明以透明導電膜，如氧化銦錫（I TO )，取代習知 的旋塗式玻璃、聚亞醯胺及矽樹脂，使玻璃等透明基板容

第11頁 544948 五、發明說明（9) 易與發光磊晶層接 高發光效率的目的 明導電膜，其斷面 較大的發光二極體 上先鍍上二氧化矽 導電膜的附著力。 本實施例使用 製程，利用電衆中 極表面，使乾材的 特點在於：在適當 出同一組成的薄膜 氣體，可以製作靶 革巴材輸入電流及減； 厚；較其他製程利 不受重力影響，靶 附著強度是一般蒸 高能量，在成膜面 膜，同時此高能量 膜；此外，乾材的 發明使用之方法， 鍍、熱壓貼合等技 合，而無需砷化鎵等吸光基板，達到提 。此外，由於電流流經歐姆接觸層及透 積增加致使電阻降低，對於電流量需求 來說相當重要。此外，亦可於玻璃基板 ，再鑛上氧化銦錫薄膜，藉此增加透明 之濺 的陽 物質 的設 :利 材物 射時 於生 材與 鍍膜 會繼 使基 壽命 可經 術完 鍍法 離子 飛出 定條 用放 質與 間可 產大 基板 的1 0 續表 板只 長， 由一 成， 是目 加速 而沉 件下 電氣 氣體 以控 面積 位置 倍以 面擴 要較 可長 般半 因此 前透明 衝向作 積在基 可將多 氛中加 分子的 制，容 的均一 可自由 上，且 散而得 低的溫 時間自 導體的 無須更 導電 為被 板上 元複 入氧 混合 易得 薄膜 安排 由於 到硬 度即 動化 蠢晶 改既 薄膜 濺鑛 形成 雜的 或其 物或 到高 :濺 :基 濺射 且緻 可得 連續 、蒸 有製 最常 材的 薄膜 靶材 他的 化合 精度 射粒 板與 粒子 密的 到結 生產 鍍、 程。 用的 負電 。其 製作 活性 物； 的膜 子幾 膜的 帶有 薄 晶 。本 濺

第12頁 544948 圖式簡單說明 圖式簡單說明 第一圖係本發明包括透明導電膜之發光二極體之剖面圖； 第二圖係第一圖實施例將p型電極製作於歐姆接觸層，更 包括鏡面反射層之構造剖面圖； 第三圖係第一圖實施例將p型電極製作於氧化阻隔層，更 包括鏡面反射層之構造剖面圖； 第四圖係第二圖實施例更包括散熱基座之構造剖面圖； 第五及六圖係第二、三圖實施例之製造過程；

第七及八圖係第二、三圖實施例之製造過程中，形成透明 導電膜之其他方法。

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Claims (1)

1. 544948 六、申請專利範圍 1.，一種發光二極體，包括： 一透明視窗層； 一發光二極體蠢晶片，至少包括一活性發光層，並定 義其具有一正面及一背面；及 一透明導電膜，形成於該透明視窗層及該發光二極體 蠢晶片之正面之^間。 2 . 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該透明 視窗層之材質係指此材料之折射係數介於LED與空氣之折 射係數間之透光材料，選自玻璃、藍寶石、氧化鋁、硒化 鋅、硫化鋅、硒化鋅硫、碳化矽、填化鎵及填珅化鎵。 3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該透明 導電膜之材質係金屬氧化物。 4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該透明 導電膜之材質係選自含有氧化銦錫、氧化銦、氧化錫或 氧化僻之物質。 5 , 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該發光 二極體磊晶片之該活性發光層於背面尚形成一第一坡覆 層，及該活性發光層於正面尚形成一第二彼覆層。 6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體，其中該第一 披覆層、該活性發光層及該第二彼覆層之材質為磷化鋁鎵 銦。 7. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體，其中該第一 披覆層、該活性發光層及該第二坡覆層之材質為砷化鋁 鎵0

   544948 々、申請專利範圍 8. 士〇申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該發光 二極體磊晶片之該活性發光層與該透明導電膜之間尚包括 一歐姆接觸層。 9 . 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該發光 二極體磊晶片之該活性發光層與該歐姆接觸層之間尚包括 一氡化阻隔層。 10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該發 光二極體磊晶片之背面尚包括一鏡面反射層。 11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該發 光二極體磊晶片之背面尚包括一散熱基座。 12. 如申請專利範圍第1 1項所述之發光二極體，其中該散 熱基座係以導線接著劑與該發光二極體磊晶片接合。 13. 一種製造發光二極體之方法，包括： 提供一透明視窗層； 提供一發光二極體磊晶片，其至少包括一活性發光 層，並定義其具有一正面及一背面；及 形成一透明導電膜於該透明視窗層及該發光二極體磊晶片 之正面之間。 14. 如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中該透明視 窗層之材質係指此材料之折射係數介於L E D與空氣之折射 係數間之透光材料，選自玻璃、藍寶石、氧化紹、砸化 鋅、硫化鋅、砸化鋅硫、碳化矽、磷化鎵及磷砷化鎵。 15. 如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中該透明導電 膜之材質係金屬氧化物。

   544948 六、申請專利範圍 16. 如申請專矛範圍第1 3項所述之方法，其中該透明導電 膜之材質係選自含有氧化鎵銦、氧化銦、氧化錫及氧化鋅 之物質。 17. 如申請專矛範圍第1 3項所述之方法，其中該透明導電 膜係先形成於該透明視窗層上。 18. 如申請專和J範圍第1 3項所述之方法，其中該透明導電 膜係先形成於該發光二極體磊晶片上。 19. 如申請專和J範圍第1 3項所述之方法，其中該透明導電 膜係先分別形成於該透明視窗層及該發光二極體磊晶片

   上。 20. 如申請專和J範圍第1 3項所述之方法，其中該透明導電 膜經由熱壓貼合形成於該透明視窗層與該發光二極體磊晶 片之間。 2 1. 如申請專和J範圍第1 3項所述之方法，其中該發光二極 體磊晶片之該活性發光層於背面尚形成一第一披覆層，及 該活性發光層於正面尚形成一第二披覆層。 22. 如申請專和J範圍第2 1項所述之方法，其中該第一彼覆 層、該活性發光層及該第二彼覆層之材質為磷化鋁鎵銦。 2 3. 如申請專和J範圍第2 1項所述之方法，其中該第一披覆 層、該活性發光層及該第二披覆層之材質為石申化紹鎵。

   2 4. 如申請專和J範圍第1 3項所述之方法，其中該發光二極 體磊晶片之該活性發光層與該透明導電膜之間尚形成一歐 姆接觸層。

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