TW579607B - AlGaInN-based LED having thick epitaxial layer for improved light extraction - Google Patents

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579607 Α： Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) 技術領域 本發明通常是關於發光二極體，比較特別地是鋁-鎵· 銦-氮化物式發光二極體。 背景技藝 發光二極體（LEDs)是一為人所熟知的固態裝置，其可 以在一特定的光譜範圍中產生一峰波長的光。一般lEDs 是被用作照明器、指示器和顯示器。鋁·鎵·銦·氮化物式 發光二極體在可見光光譜中之藍光與綠光範圍内可以發出 一峰波長的光，且其照明強度大於其他傳統的LeDs。因 為匕優異的發光性，該鋁-鎵-銦·氮化物sLEDs在最近幾 年吸引許多注意。 先前技勢之鋁-鎵-銦-氮化物式LEDs的實施例概要地 如第1圖的說明。該链-鎵·銦-氮化物式發光二極體1 〇包括 一個監寶石（Al2〇3)基材12和一多層的外延結構14。該多 層的外延結構包括一上面的鋁_鎵_銦·氮化物區域16、一 個作用區18和一個比較低的鋁-鎵_銦_氮化物區域2〇。該 硐AlGalnN"在此處是指由一組包括鋁、鎵、銦、氮中一 個或多個元素所組成的材料。該上面的鋁·鎵-銦-氮化物 區域和下面的鋁-鎵-銦-氮化物區域是由多數的鋁·鎵-銦_ 氮化物外延層所形成。該上面的鋁·鎵_銦·氤化物區域是 由P·型鋁-鎵-銦-氮化物外延層所形成，同時下面的鋁_鎵_ 銦-氮化物區域是由η-型及[或]未滲雜之鋁_鎵_銦_氮化物 外延層所形成。作用區18包括一或多層形成一般所謂的量 子井之銦-鎵·氮化物。該上面的鋁_鎵_銦—氮化物區域一般 - -----II--I I I I * — — — — — — — ^ ·1111111· f請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁)

579607 A7 五、發明說明（2 ) 厚度疋小於0·：)微米，同時該下面的鋁_鎵_銦_氮化物區域 大約是2到3微米。該作用區一般是小於0.2微米。因此， 該多層的外延結構大約是3 ·7微米。 一歐姆卜接點22被連接到上面的AlGalnN區域16， 同^姆接點24被連接到下面的AlGalnN區域20的 上表面。該些歐姆接點提供與該多層的外延結構14之作用 區18的^電。位於該上面的AiGaInN區域的上表面且與 δ玄姆ρ·接點通電的是一半透明金屬層26。該半透明金屬 層26可以由氧化鎳和金來形成。半透明金屬層26的功能是 作為一電流分配器，以將電流配送通過該作用區的區域。 位於藍寶石基材12與該傳導性結構之間是一個緩衝層28。 該緩衝層是作為一轉移層，以確保在該藍寶石基材上之下 面的鋁-鎵-銦_氮化物區域可以適當的成長。該緩衝層是 由AlGalnN式材料做成。 在發光操作期間，施一電壓至該些歐姆接點22和24， 以使違LED 1 〇作前向偏壓。該LED的前向偏壓條件可使電 洞由該上面的AlGalnN區域16射進該作用區18。此外， 該前向偏壓條件也可使電$由該下面的AWalnN區域2〇 射進5玄作用區1 8 ^在該作用區之量子井中，該些射入的電 洞和電子再結合其結果會發光。該所產生的光是由所有的 方向發射出來，如在該作用區中的箭頭所示。一些所發出 的光通過該半透明金屬層而由該LED的上面逸出該LED， 而被視為是輸出的光。有一些光也射進該基材12與逸出該 裝置的側邊。不過，在由該藍寶石基材的上表面或由覆蓋 適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 N --------^---------^ I. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 579607 A： B7____ 五、發明說明（3 ) 該LED之封裝環氧樹脂層（未顯示）的下表面反射後，許多 發出的光必須由該多層的外延結構14逸出，並由該LED的 側邊射出。這些發射的光可由示範的通道3〇來說明。該led 的光總輸出包括該由該多層的外延結構14側邊逸出的光的 部分’以及由該上表面與該基材所逸出的部分。 紹·鎵-銦·氮化物式發光二極體，如該發光二極體1〇 ’的光線摘取會受存在於該AlGalnN外延層之中或其周圍 的各種寄生光學損失機制的限制。這些機制包括半透明金 屬的層26的吸收，以及包含該LED之該外延部分的許多層 ’諸如該緩衝層28、該作用區18和該重鎂滲雜氮化鎵接點 層16 ’中的吸收。因為在該多層的外延結構14(n==2 4)與 該藍寶石基材（η=1.77)或該封裝的環氧樹脂層（n=1 >5)之間 的折射率差距，在該作用區18中所產生之光大約只有約 25%是射進這些首先接點之介面的該環氧樹脂或該基材。 剩下部分的光被限制在位於該晶片和基材上面，而由該封 裝環氧樹脂層所形成的波導中。這些被限制的光必須旅行 一段該晶片的長度的距離，以從該LED側邊逸出。此距離 需要通過在該LED結構中各種的損失機制，而增加吸收的 可能性。因此，許多這些被限制的光最後會遺失，而降低 該LED的總發光量。因此，需要一可以降低所發的光在各 種損失機制中遺失的量之AlGalnN式LED結構，藉此而增 加裝置的總輸出。 發明之概要說明 個發光一極體（L E D)和一個利用一可增加該穿置 --------t---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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光擷取效率之厚多層外延結構來製造該裝置的方法。該 led是一鋁鎵-銦-氮化物（A1GaInN)sLED。該厚多層外 延結構藉由增加所發的光通過該厚多層外延結構的側邊而 逸出該裝置的量增加，而增加該裝置的光擷取效率。 該LED包括一個基材、一個緩衝層和厚的多層外延結 構。該基材是由藍寶石做成。因為只要該基材或任一在該 基材的上面生長層的折射率小於該多層A!GaInN外延結構 的折射率（η〜2.4) ’則增加外延厚度可以明顯的改善光擷 取，其他基材也可以被使用。為了這技術的目的，如果所 使用之基材或在該基材的上面生長層的折射率小於2」， 可預期的不同的基材也可以明顯的改善光擷取。該基材也 可一支撐氧化鋅'二氧化矽或其它的介電材料層以提供在 成長時特別的特性。在該較佳的實施例中，該基材的上表 面是具有特定結構的，以任意排列撞擊在該具有特定結構 的表面的光。舉例來說，該表面可以利用相當粗的磨砂礫 機械地研磨該表面，而形成具有特定的結構。該緩衝層藉 由在該基材的表面上外延生長一層鋁_鎵_銦-氮化物式材 料而形成。该緩衝層被視為是一個過渡層以確保該多層外 延結構在該基材上的適當生長。 該分層外延結構包括一個上面的A|GalnN區域、一 作用區域和一個下面的A1GaInN區域。該上面的A1GalnN 區域包括AIGalnN的多數外延層。該上面的AiGaInN是用 Ργ類型AlGalnN外延層做成的，同時該下面的AiGaInN區 域是由η·類型A1GalnN外延層與未滲雜的外延層所做

本紙張尺度_標準（CNS)A4規格⑵_〇_ χ 297公釐）

-----------♦·,------訂 f請先閱讀背面之注意事項再填窵本頁) ;線· 579607 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 R7 五、發明說明（5 ) 。該未滲雜的外延層可能是A1GaInN4其他的AlGaInN式 材料層。該作用區包括至少一形成量子井的AIGaInN發光 層。對可見光光譜LED而言，該發光層一般是由InGaNm 組成。該多層的外延結構比傳統的多層外延結構厚。該多 層外延結構的厚度大約是4微米或更厚。在一實施例中， 該多層外延結構的厚度大約是7微米。在另一實施例中， 該多層外延結構的厚度大約是丨5微米。不過，該多層外延 結構的厚度可大於15微米。 該多層外延結構所增加的厚度准許被限制在由該基材 上表面與覆蓋在該LED上之封裝環氧樹脂層所形成的該波 導裡面的光，可以由該多層外延結構的側邊逸出該Led， 同時有小量的反射。特別地，該多層外延結構所增加的厚 度准許更大量所發出的光由該多層外延結構的側邊逸出， 並且由該基材的上表面或該封裝環氧樹脂層的下表面有一 單反射。該被限制的光的反射次數的降低會降低存在於該 AIGaInN外延層裡面或其周圍之附屬光學損失機制的吸收 量。這個降低效應會使該LED的總光輸出量增加。 圖式的概要說明 第1圖是一個先前技藝之鋁-鎵-銦-氮化物式LED的示 意圖。 第2圖是一個依據本發明具有厚多層外延結構之紹-鎵 -銦·氮化物式LED的示意圖。 第3圖是以數值光線-執跡模式計算所得之操取效率對 外延厚度的圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A：

579607 五、發明說明（6 ) 第4圖是具有厚度分別為3 2與i 8微米之不同厚㈣ 金半透明上面金屬化多層外延結構之3〇〇χ4〇〇微米：的紹_ 鎵-銦-氮化物式LED的相對擷取效率。在這些情況中，所 有的AlGalnN界面是不具有特定結構的表面。 第5圖是使用一 300x400微来：：且在八1(^11^/基材界面 具有特定結構之AlGalnN式LED的模式化相對擷取效率。 第6圖疋對一具有厚度為7微米之該多層外延結構的下 面的AlGalnN區域的該鋁·鎵-銦·氮化物式LED進行光總輸 出的測量。 第7圖是依據本發明製造第2圖所示之該AlGalnN式 LED的方法的流程圖。 第8圖疋一具有本發明之厚多層外延結構的垂直射出 AlGalnN式LED的示意圖。 詳細說明 關於第2圖，顯示一個依據本發明之鋁·鎵_銦-氮化物 (AlGalnN)式發光二極體（LED)。該AlGalnN式LED包括一 個基材34和一多層外延結構36。當與傳統的AlGalnN式發 光二極體，如第1圖所示之該LED 10的該多層外延結構14 相較，該AlGalnN式LED32的該多層外延結構36實質上是 較厚的。該多層外延結構增加的厚度，會增加由一作用區 38所產生且由該多層外延結構的側邊而逸出該LED32之光 線的量。如此，該多層外延結構可以容易的增加由該LED 所發出的光，其將詳述於下。 該多層外延結構36包括一個上面的AlGalnN區域40、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------：—.----------訂---------線— iti先閱讀背面之;it事項再填寫本頁> 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 10 579607 A7 五、發明說明（7 ) 一作用區域38和一個下面的AlGalnN區域42。該上面和下 面的AlGalnN區域包括含有多數的AIGalnN外延層。該上 面的AlGalnN是用ρ·型AlGalnN外延層做成的，同時該下 面的AlGalnN區域是由η-型AlGalnN外延層與未滲雜的外 延層所做成的。具有該n-型AlGalnN外延層之該下面的 AlGalnN區域的部分被訂為44。具有該未滲雜的外延層之 該下面的AlGalnN區域的部分被訂為46。該未滲雜的外延 層可能是AlGalnN或其他的AlGalnN式材料層。該作用區 包括至少一形成量子井的AlGalnN發光層。對可見光的發 生而言，該發光層一般是由銦-鎵·氮化物（InGaN)所組成 。該多層外延結構的厚度大約是4微米或更厚。在一實施 例中，該多層外延結構的厚度大約是7微米。在另一實施 例中，該多層外延結構的厚度大約是丨5微米。不過，該多 層外延結構的厚度可大於1 5微米。 第3圖是以數值光線-軌跡模式計算所得之擷取效率對 外延厚度的圖。因為諸多問題，例如因應變所產生的裂紋 ，在其頂上可以生長厚的AlGalnN結構之高品質作用區中 並不是很明顯的。對於緩衝層和下面的八1<33丨111^層組成物 和/夢雜（重的或輕的、n-型或型、或未渗雜）的一定選擇 ，具有高品質的作用區是可以達成的且可以發現其可增加 ϊ子效率。藉由AlGaN層或AlGalnN式超晶格體的使用使 應變也能被控制，以平衡在該外延結構中之抗張與壓縮力 ，同日寸會降低該作用區的内量子效率之缺陷形成降到最小。 藉由僅增加如第2圖所示之該下面的AiGalnN區域42 本紙張尺度綱中關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐一 ^--------^---------Μ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 579607 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 五、發明說明（8 的厚度，即可以增加該多層的外延結構的厚度。不過，其 他的幾何形狀也是可能的。舉例來說，該多層的外延結構 增加之厚度可以藉由僅增加該上面的AlGaInN區域4〇的厚 度來完成。另一方面，該多層的外延結構增加之厚度可以 增加該上面的AlGalnN區域40與該下面的A1GaInN區域42 的厚度來完成。位於該多層外延結構36與該基材34之間是 一個緩衝層48。該緩衝層是作為一轉移層，以確保在下面 的鋁-鎵-銦-氮化物區域42與該基材上之間可以適當的黏 合。該緩衝層是由AlGalnN式材料做成，該基材較好是由 藍寶石（ΑΙΑ3)做成。因為只要該基材或任一在該基材的 上面生長層的折射率小於該多層AlGaInN外延結構的折射 率（η〜2.4)，則增加外延厚度可以明顯的改善光擷取，其 他基材也可以被使用。為了這技術的目的，如果所使用之 基材或在该基材的上面生長層的折射率小於2 · 1，可預期 的不同的基材也可以明顯的改善光擷取。該基材也可一支 撐氧化鋅、二氧化矽或其它的介電材料層以提供在成長時 特別的特性。在該較佳的實施例中，該基材的上表面是具 有特定結構的，以任意排列由該作用區38所發射且撞擊在 該具有特定結構的表面的入射光。該具有特定結構的藍寶 石基材增加入射光由該多層外延結構側邊逸出該LED的可 能性。該具有特定結構的藍寶石基材允許與在不具特定結 構的基材上的生長相較，具有明顯降低裂縫之可能性的厚 AlGalnN外延層（>7微米）的生長。 該LED包括供應該lED電力之一歐姆p•接點5〇和一歐 ------y--,----· l·------訂---------線--Aw. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

579607 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明（9 姆η·接點52。該歐姆p-接點50被連接到該多層外延結構36 之該上面的AlGalnN區域40，同時一歐姆n-接點52被連接 到該下面的AlGalnN區域46的η-型AlGalnN外延層44。該 下面的AlGalnN區域46未滲雜或ρ·型，在該結構中是可以 選擇的。沈積在該上面的AlGalnN區域上並且電氣連接至 該歐姆p-是一半透明金屬層54。該半透明金屬層26的功能 是作為一電流分配器，以將電流配送通過該作用區38的區 域。該半透明金屬層54可以由氧化鎳和金來形成。在一個 實施例中，該半透明的金屬層的形成首先是在沈積之前或 沈積期間將一層氧化的鎳沈積以形成一層氧化鎳。然後將 一層金沈積在該氧化鎳層之上，並使該二層退火。這個方 法使可允許該將被形成的半透明層，是使用一薄層的金而 非傳統的半透明金屬層。在此較佳實施例中，被用來形成 該半透明金屬層54的該金層的厚度大約是50埃（A)。在比 車父中’被用來形成傳統的半透明金屬層的該金層的厚度大 約是50埃11 3埃。另一個在該氧化鎳之後沈積該金的方法 ’該二材料可以使用反應濺鍍或反應蒸發技術而被共同沈 積。

該链-鎵-銦-氮化物式LED 32的發光運作是與如第1圖 之該AlGalnN式LED 10的傳統鋁-鎵-銦-氮化物式LED_ 同。為了要活化該LED 32，被施加在該歐姆的接點5〇和52 的電壓可以前向偏壓該LED。該LED的前向偏壓條件會引 起電洞將會由該上面的AlGalnN區域40射進該作用區38。 此外’該前向偏壓條件會引起電子由該下面的AIGaInN 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A找格（210 X 297公爱)----- ^--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 579607 A； B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（10) 域42之該n-型AlGalnN外延層44射進該作用區38。在該 作用區38的量子井中，該些被射入的電洞和電子再結合而 發光。該所產生的光由所有的方向發射出來，如該作用區 域中的箭頭所示。該所發的光有一些是經該半透明層54逸 出泫LED而成為輸出的光，同時有一些發出的光經該基材 34而由該LED的側邊逸出。在由該基材34的上表面或由覆 盍該LED之封裝環氧樹脂層（未顯示）反射之後，所發的光 部分由該多層外延結構36的側邊而逸出該leD，所發的光 線如實施例的路徑56、58和60所示。該LEd的光總輸出量 包括由該LED側邊逸出之所發的光的部分，以及由該頂層 與該基材逸出的部分。 與傳統AlGalnN式LEDs類似，在該多層的外延結構 (η=2·4)和基材34(藍寶石η=1·77)或該封裝層（ΐ·5)之折射率 差允許在該作用區3 8中所產生的光只有大約2 5 %在首先碰 到介面之後會逸出進入該環氧樹脂或該基材。剩下部分的 光被限制在位於該晶片和基材上面，而由該封裝環氧樹脂 層所形成的波導中。這些被限制的光會碰到各種會降低該 些光的量之損失機制，而使光線從該多層的外延結構的側 邊逸出。這些機制包括半透明金屬的層54的吸收，以及包 含忒LED之該外延部分的許多層，諸如該緩衝層48 '該作 用區38和該重鎂滲雜氮化鎵接點層16，中的吸收。每通過 該損失機制一次，吸收的可能性就會增加。 §玄多層外延結構36所增加的厚度允許在所形成之波導 中之被限制的光由該該多層外延結構的側邊逸出該LED32 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） * i · ^ “ . I · l·---1! I ----11 i ^ 1 i請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 579607

五、發明說明（11) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

’且有少數通過該損失機制。特別地，該多層外延結構所 增加的厚度允許較多的發光量由該基材的上表面或由該封 裝環氧樹脂層的下表面以一次反射，而由該多層外延結構 的側邊逸出’如第2圖中之光線56、58和6〇所示。這些光 線在此處被稱為”首先通過”的被擷取光。結果該所增加的 首先通過的被擷取光的量會增加該LED的光線輸出。 由該AlGalnN式LEDs之光線擷取的光軌跡模式確定經 由增加該多層外延結構所厚度，可改善首先通過光線擷取 。第4圖顯示具有厚度分別為3.2與1.8微米多層外延結構 之300x400微米2紹-鎵-銦·氮化物式LED的相對擷取效率。 在一情況中，是使用厚度為113入之金層形成一典型的半 透明金屬層。此一半透明金屬層26如第1圖所示。在第二 情況中，是使用厚度較小為50A之金層形成該半透明金屬 層。此一半透明金屬層54如第2圖所示。將該厚的金和薄 的AlGalnN的情況中，意即一鋁-鎵·銦-氮化物式LED包括 使用厚度度為113A之厚金層，且厚度為3·2微米之傳統的 多層外延結構，所得數據經過規一化。需注意，在兩種情 況中，該增加之多層外延結構厚度會較一典型的多層外延 結構更明顯改善擷取效率。在這些情況中，因為該多層外 延結構厚度增加，而使擷取效率改善約25·30%。 甚至在一有粗链或具有特定結構之Ai(}ainN/藍寶石界 面裝置的情況中，增加多層外延結構厚度也會對光線擷取 效率有所改善。第5圖顯示與第4圖中所使用的裝置，但具 有該AlGalnN/藍寶石界面之該些裝置的相對光線擷取效率 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） S-----------------^ (請先閱讀背面之注意事項再填窵本頁) 15 579607 Α7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 。該具有特定結構之AlGalnN/藍寶石界面會任意排列在該 AlGalnN/'藍寶石界面上的光，相對於該零階反射而士大約 有+/-11°的標準偏差。在這些情況中，因為該多層外延結 構厚度增加，而使擷取效率改善約22-27%。需注音，节 具有特定結構之AlGalnN/藍寶石界面（比較第5圖與第4圖） 可以增加該總擷取效率。 該較厚的多層外延結構36的使用可以進一步改呈談 AlGalnN式LED 32的效能，其包括可能降低在該作用區％ 中之應變和缺陷密度’改善内部的量子效率，同時可能改 善晶圓特性的均勻性。由研究數據顯示，一個較厚的下面 AlGalnN區域，舉例來說7微米，對該些裝置的效能的增 加是超過該些擷取效率因素的貢獻。由此可知具有較厚之 下的AlGalnN區域，意即大於3微米之該LED可以改善其 量子效率。第6圖顯示將該下面的A1GalnN區域增加至7微 米時由該AlGalnN式LED所測得的光輸出數據。該線顯示 使用薄外延結構（小於4微米）之傳統的AlGalnN式LED的性 能表現。該所增加的相對内部量子效率為1 5-4〇%。此一 增加量比光線擷取改善還多。 一種用於製造依據本發明所示之AlGalnN LED的方法 將參考第7圖而說明於下。在步驟62中，提供一基材。該 基材較佳是用藍寶石做成。因為只要該基材或任一在該基 材的上面生長層的折射率小於該多層AlGalnN外延結構的 折射率（η〜2.4)，則增加外延厚度可以明顯的改善光擷取 ，其他基材也可以被使用。為了這技術的目的，如果所使 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） 16 ： . · --------訂---------線 (請先閱讀背面之;±意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 579607 A7 ______ B7 五、發明說明（13) 用之基材或在該基材的上面生長層的折射率小於2.1，可 預期的不同的基材也可以明顯的改善光擷取。該基材也可 一支樓氧化鋅、二氧化矽或其它的介電材料層以提供在成 長時特別的特性。接著，在步驊64中，該基材的上表面可 能是具有特定結構的。該特定結構可以藉由任意的技術來 完成。舉例來說，該表面可以利用相當粗的磨砂礫機械地 研磨該表面，而形成具有特定的結構。在此方法中，該藍 寶石晶圓可被安裝在一固定在一砂輪之上的金屬橡皮圓盤 上。然後使用研磨砂粒來粗化該藍寶石，以獲得所想要的 固疋結構。可以使用粒徑小於1微米的研磨砂粒。所得的 基材可以使彳里擊在該基材的上表面的光線無規化。該基材 可以使用濕式或乾式蝕刻技術來進行圖式化。另一使該 AlGalnN層具有特定結構的步驟以提供於該先前的生長步 驟中。在該技藝中，可藉由數種已知的方法而使該層具有 特定結構，並且作為在後續生長中之該LED結構的生長表 面。在步驟66中，有一緩衝層被沈積在該基材上面。該緩 衝層是以AlGalnN式材料做成。 然後在步驟68中將一多層外延結構形成於該緩衝層之 上。在一貫她例中，該多層外延結構之該些外延層可以是 使用一有機金屬汽相取向附生（〇MvpE)技術來生長。在 另一貫施例中，該外延結構可以使用氫化汽相取向附生 (HVPE)技術來生長。該HVPE生長技術具有比〇MVPE更 高的生產率（增加生長速率），而且有益於在該生長的結構 中使用該厚的外延結構等優點。該多層外延結構的厚度大 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公复"7 --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 17 579607 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A： B7 五、發明說明（14) 約是4微米或更厚。例如，該多層外延結構的厚度可以是 大約7微米。不過，該多層外延結構的厚度可以是大約i 5 微米或更厚。 該多層外延結構的形成，包括在該緩衝層上生成數層 AlGalnN式材料之外延層，以實質上形成該多層外延結構 的該下面的AlGalnN區域、作用區和上面AlGalnN區域。 在一實施例中，該下面的AlGalnN區域大部分是由GaN外 延層所構成。在另外的一個實施例中，該下面的AlGalnN 區域是以AlGalnN材料與其它的AlGalnN式材料所做成。 較佳地，該多層外延結構的該下面的AlGalnN區域的厚度 大約是大於3微米。例如，該下面的AlGalnN區域的厚度 是大約7微米。然後進行其它的步驟以完成該AlGalnN式 LED，諸如形成該LED的歐姆接點。同時該上述的程序流 程，可使在該基材介面上之該AlGalnN多層外延結構具有 特定的結構，它也可能較好是使該AlGalnN多層外延結構 具有特定的結構而改善光擷取。這可以在該頂端的表面接 點形成之前或之後來進行。 雖然所說明的AlGalnN式LED32可以作為經由該半透 明金屬層54而發出該表面光的裝置，該LED也可以利用一 高反射的金屬化，取代該半透明金屬層而形成一反轉的裝 置。在此一反轉的LED中，該表面光是經由該透明的基材 發射出來。 另一較佳實施例是使用一厚的AlGalnN多層外延結 構之AlGalnN式LED是一具有垂直射出結構，其如第8圖 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 卜！！ —t.i-----—訂·---------線丨 4 (請先¾讀背面之注意事項再填寫本頁) 18 579607 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 五、發明說明（I5) 所示。這個LED結構70在作用區76的每一邊上分別使用n-型和p-型AlGalnN層72和74，使得該n-型和型層與導電 基材78是電氣連通的。該導電基材78可能是以不透明的材 料，諸如矽（Si)所組成。該基材可以藉由將多 層外延結構80，包括該最初的生長基材（未顯示）經由該金 屬介面層82而鍵結在該導電基材而形成的。該金屬介面可 以經由該歐姆接點84和86，而提供該基材與該AlGalnN之 間的電氣連接，同時提供該基材與該AlGalnN多層外延結 構之間的黏附。在鍵結之後，該最初的生長基材可以經由 已知技藝中任一技術來去除，諸如雷射剝除，或經由選擇 性的蝕刻在該AlGalnN多層外延結構和該最初的生長基材 之間的犧牲層而被移除。 在該最初的生長基材被移除之後，該AlGaInN多層外 延結構80之該暴露表面88可以被圖式化，而且該歐姆接點 84被形成以完成該垂直的射出裝置7〇。如前面此技術的說 明，增加AlGalnN外延層的厚度，可以藉由降低光線被限 制在該AlGalnN/環氧基樹脂界面和A1GaInN/金屬層界面所 伴卩近的損失’而增加擷取效率。該AiGainN外延結構的厚 度大約是4微米或更厚。例如，該多層外延結構的厚度可 能是大約7微米。不過，該多層外延結構的厚度可能是大 約15微米或更厚。 ^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

579607 A7 _B7_ 五、發明說明（l6) 元件標號對照 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 10…鋁-鎵-銦-氮化物式發光 44···有η-型GaN區域的部分 二極體 46…有未滲雜層的部分 12…藍寶石基材 48…緩衝層 14…多層外延結構 50…歐姆p-接點 16···上面的GaN區域 52…歐姆η-接點 18···作用區 54···半透明金屬層 20···下面的GaN區域 56…光線示例 22···歐姆p-接點 5 8…光線示例 24···歐姆η-接點 60…光線示例 26…半透明金屬層 62…提供的基材 28…緩衝層 64…具有特定結構之基材的 3 0…光線示例 上表面 32…鋁-鎵-銦_氮化物式發光 66…在基材上面沈積緩衝層 二極體 68…在緩衝層上面形成多層 34…基材 外延結構 3 6…多層外延結構 70…在ρ-型GaN區域上沈積 38···作用區 氧化鎳 40…上面的GaN區域 72…在氧化鏡層上沈積金層 42…下面的GaN區域 74…退火金與氧化鎳層 *_· I I I I I J I -»- —I — · l· I I I I I I — — — — — — — — — I (請先閱讀背面之注t事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 20

Claims (1)

1. 579607

   公告本 六、申請專利範圍 第089111073號專利再審查案申請專利範圍修正本 修正曰期：92年5月 1· 一種第Π族氮化物發光二極體裝置（32;70)包含： 一個藍寶石基材（34;78)，其具有一上表面；和 一個具有覆於該基材上表面上之一作用區（3 8;76) 的多層外延結構（36;80)，該多層外延結構包括位在該 作用區之上的一個外延層的第一區域（4〇;72)，以及位 在該作用區之下的一個外延層的第二區域（42;74)，該 第一與第二區域的該外延層包括至少一個由鋁、鎵、銦 和氮所選出的元素所組成之多數的外延層，該多層外延 結構的厚度至少是4微米； 其中該基材之上表面被結構化。 2·如申請專利範圍第1項的裝置，其中該多層外延結構 (36;80)的配置會使得該多層外延結構的厚度至少是7微 米。 3 ·如申請專利範圍第1項的裝置，其中該多層外延結構 (36;80)的配置會使得該多層外延結構的厚度至少是15 微米。 4·如申請專利範圍第1、2或3項的裝置，其中該多層外延 結構（36;80)的該第二區域（42;74)的厚度大於3微米。 5. —種製造一個第m族氮化物發光二極體裝置（32;70)的 方法，包含： 提供（62)—個藍賓石基材（34;78)，其具有一上表面 ;和 21 、申請專利範圍 在該基材之上表面上面形成（68)一個厚度至少為4 微米之多層外延結構（36;80)，其包括藉由 AlxInyGai.x_yN材料，於此卜 ogy^i，以及x+y $ 1的沈積層，形成一個外延結構的上面區域（40;72)、 一個作用區（38;76)和一多層外延結構的下面區域 (42’74) ’该作用區是形成於該上面與該下面區域之間 :以及 結構化該基材之上表面。 •如申清專利範圍第5項的方法，其中該形成（68)該多層 外延結構（36;80)包含形成一厚度至少為7微米之一多層 外延結構。 如申叫專利範圍第5項的方法，其中該形成（68)該多層 外延結構（36;80)包含形成一厚度至少為15微米之一多 層外延結構。 8·如申請専利範圍第5、6或7項的方法，其中該形成（68) 該些外延層之該下面區域（42;74)包含形成一厚度至少 為3微米之一多層外延結構。 9·如申請專利範圍第5、6或7項的方法，其中該形成（68) 該些外延層之該下面區域（42;74)包括在以有機汽相磊 晶方法連續生長該作用區域（38;76)與該上面區域 (4〇;72)的該些外延層之前，使用一氫化汽相磊晶生長技 術生長鎵·氮化物外延層。 W如申請專利範圍第5、6或7項的方法，其中該形成多層 外延層結構包含於結構化的藍寶石基材上生長該多層 579607 六、申請專利範圍 外延結構。 u.如申請專利範圍第5、6或7項的方法，其中該結構化該 基材之上表面包含以乾蝕刻方式結構化 12. 如申請專利範圍第8項的方法，^該形成_該此外 延層之該下面區域(42;74)，包括在以有機汽偏晶方法 連續生長該作用區域（38;76)與該上面區域（4〇;72)的該 些外延層之前，使用一氣化汽相蟲晶生長技術生長鎵-氮化物外延層。 13. 如申請專利範圍第8項的方法，其中該形成多層外延層 結構包含於結構化的藍寶石基材上生長該多層外延結 構。 14. 如申請專利㈣第8㈣方法，其中該結構化該基材之 上表面包含以乾蝕刻方式結構化。 23