TWI234297B - Light emitting diode and method of the same - Google Patents
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Description
1234297 五、發明說明（1) 一、【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種發光二極體及其製造方法。 一、【先别技術】 高亮度發光二極體使用的砷化鎵（GaAs )或藍寶石 (sapphire)基板，由於散熱不佳，不適合在高功率使 用。利用晶片接合（wafer bonding )技術，將砷化鎵或 藍寶石基板上的發光結構與矽基板接合。再將砷化鎵或藍 寶石基板去除，則發光二極體的基板為矽基板，而解決散 熱不佳的問題。
Horng 等人於Appl· Phys· Lett. Vol. 75，No. 20， 3054(1999)發表名稱為「AlGalnP light-emitting diodes with mirror substrates fabricated by wafer bonding」之文獻。Horng等人揭示一種利用晶片融合技術 以形成鏡面基板（Mirror-Substrate ; MS)磷化鋁鎵銦/金 屬/ 一氧化石夕/石夕的發光二極體。其使用AuBe/Au作為黏著 材料藉以接合矽基板與發光二極體磊晶層。
Chang等人的專利US6,287,882，名稱為「Light emitting diode with a metal-coated reflective permanent substrate and method for manufacturing the same」。Chang等人揭示一種利用晶片融合技術以形 成磷化鋁鎵銦/金屬/矽的發光二極體。其使用金屬作為黏
4EPITAXY04003TW.ptd 第7頁 1234297 五、發明說明（2) 著材料藉以接合矽基板與發光二極體磊晶層。 三、【發明内容】 本發明之主要目的即在提供一種發光二極體及其製造 方法。本發明之發光二極體可與基座絕緣，且適用高驅動 電流。 本發明提供一種發光二極體及其製作方法。此發光二 極體包含一發光結構、一矽基板及一接合層。發光結構包 含二層半導體層，二層半導體層為不同摻雜型。發光結構 通入一電流時發光。矽基板包含二個區域，二個區域為不 同掺雜型。接合層供接合發光結構與矽基板，使最近之半 導體層與區域為不同摻雜型。本發明+，加於發光結構之 的二個區域而言為反向偏壓，而達絕緣之效 果。此外矽基板的二個區域還可有齊納二 diode )防靜電之功效。 $ Uener 前述之摻雜型包含p型與n型。石夕基板 之一可以擴散達成摻雜。矽基板可 / 一個&域 η型摻雜 - P型捧雜石夕基板，亦可為-部分：雜二：雜成η型的 矽基板。 層，接觸 及一反射 二層構可=以㈣4
4EPITAXY04003TW.ptd 第8頁 1234297
1234297 五、發明說明（4) 前述摻雜型可包含p型與n型。 含擴散摻雜珍基板，以形成至少：個區 j之步驟可包 板之步驟可包含將一p型摻雜矽基板之一— 。提供矽基 亦可包含將一 η型掺㈣基板之一部分摻雜:广型雜成η型， 刖述提供發光結構之步驟可包含下列步 基板上形成二層半導體層。形成—第一 飽於一暫時 接觸二層半導體層之一。提 $接觸金屬層， 列步驟。形成一介電層，接觸第—歐姆接觸 i包含下 一反射層，接觸介電層並供接觸接合層。 蜀層。形成 前述形成發光二極體之方法，可更包含下 除暫時基板。形成一第二歐姆接觸金屬層，接t驟。去 體層之一。形成一第一焊墊，接觸介電層。形半導 塾’接觸弟二歐姆接觸金屬層。此時介電層係一、弟一：tp 介電層。於形成第一焊墊之步驟前，可更4含去透明導電 導體層之一部分，以暴露介電層。 3 除二層半 如述形成發光二極體之方法中，二層半導^ 可選自鋁鎵銦磷化物（AlGalnP)與鋁銦鎵氮化a物層之材質 (AlInGaN)組成之族群。接合層之材質可選自6 金、鉛-錫合金與銦組成之族群。 I〜锡合 實施方式 四
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1234297 五、發明說明（5) 圖1為本發明發光二極體第一實施例1 0 0與基座1 3 2結 合之剖面圖。此發光二極體丨〇 〇包含一發光結構〗〇 2、一矽 基板104及一接合層。發光結構ι〇2包含半導體層1〇8、 Π0。半導體層108、110為不同摻雜型。發光結構1〇2通入 一電流時發光。矽基板1 〇 4包含二個區域丨1 8、1 2 0。二個 區域1 1 8、1 2 0為不同摻雜型。接合層丨〇 6供接合發光結構 102與石夕基板1〇4，使最靠近之半導體層n〇與區域12〇為不 同摻雜型。 鈾述之摻雜型包含p型與n型。此實施例丨〇 〇中，半導 ，層108為η型，半導體層11〇為p型。矽基板1〇4則為一部 刀以擴散方式摻雜成n型的一 p型摻雜石夕基板，亦即區域 1^ 0為η型，區域11 8為ρ型。如此則加於發光結構丨〇 2之偏 壓對矽基板104的二個區域12〇、118而言為反向偏壓，而 可與基座1 3 2絕緣。此外矽基板丨〇 4的二個區域丨2 〇、丨丨8還 可有齊納二極體防靜電之功效。雖矽基板丨〇4以擴散方式 達成摻雜，然不限於此方式。此外，半導體層1〇8亦可為p 型，半導體層110亦可為n型，則矽基板1〇4亦可為一部分 摻雜成p型的一 n型摻雜矽基板。 發光結構1 0 2更包含一第一歐姆接觸金屬層丨丨2，接觸 ^層半導體層之-，亦即半導體層UG。發光結構m還包 =一介電層114及一反射層116。介電層114接觸第一歐姆 接觸金屬層112，反射層116接觸介電層114並供接觸接合 1234297 五、發明說明（6) 層106。反射層116可反射半導體層1〇8、11〇發出的光，有 助提高發光二極體1 00的發光效率。反射層11 6之材質可為 金（Au )、銀（Ag )或鋁（A1 )。 發光二極體實施例1 0 0更包含一第二歐姆接觸金屬層 134、一第一焊墊124及一第二焊墊122。第二歐姆接觸金 屬層134接觸二層半導體層之一，亦即半導體層丨〇8。第一 焊墊124接觸介電層114。第二焊墊122接觸第二歐姆接觸 金屬層1 3 4。此實施例1 〇 〇中，介電層丨丨4係一透明導電介 電層’其材負可為銦錫氧化物（IndiUm Tin Oxide， I TO )或其他透明導電之介質。 發光二極體實施例1〇〇中，二層半導體層1〇8、11〇之 材質可選自銘鎵銦磷化物（AlGalnP )與鋁銦鎵氮化物 (A1 InGaN )組成之族群。接合層丨〇6之材質可選自金—錫 合金、船-錫合金與銦組成之族群。 圖2為本發明發光二極體第二實施例2 〇 〇與基座丨3 2結 合之剖面圖。實施例2 0 〇與實施例丨〇 〇相仿，只是矽基板 204與石夕基板104不同。實施例2〇〇的半導體層1〇8仍為η 型，半導體層1 10仍為ρ型。此時矽基板2〇4係一η型摻雜矽 基板’一部分擴散摻雜成ρ型，再一部分擴散摻雜成^型。 亦即區域218為η型，區域220為ρ型，區域226為η型，而同 樣達成絕緣之效果。雖矽基板2 〇 4係以擴散方式達成摻
4EPITAXY04003TW.ptd 第12頁 1234297 、發明說明（7) ' " " --------- 雜，然不限於此方式。此外，半導體層丨〇8亦可為p型， 導體層110亦可為n型；則矽基板2 0 4亦可為_p型摻雜矽美 板，一部分擴散摻雜成η型，再一部分擴散摻雜成^型。^ 即區域218可為ρ型，區域220可為]1型，區域226可為ρ型。 以下參照圖3 a - 3 b、圖4與圖5 a - 5 b，說明本發明形成 發光二極體之方法的第一實施例。圖3a — 3b為提供發光結 構之流程剖面圖。如圖3 a所示，首先於一暫時基板3 2 8上 幵成一層半‘體層308、310。並形成一第一歐姆接觸金屬 層:Π2，接觸二層半導體層之一，即半導體層31〇。如圖扑 所示，接著形成一介電層314，接觸第一歐姆接觸金屬層 3 1 2。形成一反射層3 1 6接觸介電層314，屆時並供接觸接 合層506 (如圖5a所示）。二層半導體層3〇8、310為不同 摻雜型。此發光結構通入一電流時發光。反射層3丨6可反 射半導體層308、310發出的光，有助提高發光二極體的發 光效率。反射層316之材質可為金（Au)、銀（Ag)或銘 (A 1 )。
圖4為方法第一實施例中提供矽基板4 〇 4之剖面圖。 前述之摻雜型包含p型與n型。此方法第一實施例中，半導 體層308為η型，半導體層31〇為ρ型。則此實施例提供矽基 板404之步驟係將一ρ型摻雜矽基板之一部分擴散摻雜成η 型。則矽基板404包含二個區域418、420，區域420為η 型’區域4 1 8為ρ型。如此則加於發光結構之偏壓對矽基板
4EPITAXY04003TW.ptd 第13頁 1234297 ——________ 五、發明說明（8) 404的二個區域420、418而言為反向偏壓，則屆時可與基 座絕緣。此外矽基板404的二個區域42〇、41 8還可有齊納 一極體防靜電之功效。雖矽基板4〇 4以擴散方式達成摻 雜，然不限於此方式。此外，半導體層3〇8亦可為p型，半 導體層310亦可為n型，則提供矽基板4〇4之步驟可為將 型摻雜矽基板之一部分擴散摻雜成p型。 圖5 a - 5 b為本發明方法第一實施例中接合及之後步驟 之流程剖面圖。如圖5a所示，利用一接合層5 〇 6接合發光 結構與矽基板404，使最近之半導體層310與區域420為不 · 同捧雜型。如圖5b所示，接著去除暫時基板328。去除二 層半導體層308與310之一部分，以暴露介電層314。形成 一第二歐姆接觸金屬層534，接觸二層半導體層之一，即 半導體層308。形成一第一焊塾524，接觸介電層314。形 成一第二焊墊5 22，接觸第二歐姆接觸金屬層534。此實施 例中，介電層3 1 4係一透明導電介電層，其材質可為銦錫 氧化物（Indium Tin Oxide，I TO )或其他透明導電之介 質。
此方法第一實施例中，二層半導體層3 〇 8、3丨〇之材質 可選自銘鎵銦填化物（A 1 Ga I nP )與鋁銦鎵氮化物 (AlInGaN)組成之族群。接合層5〇β之材質可選自金一錫 合金、鉛-錫合金與銦組成之族群。
4EPITAXY04003TW.ptd 第14頁 1234297 五、發明說明（9) · " ·~ 本發明方法第二實施例可參考圖3a — 3b、圖6與圖7a-7 b。方法第二實施例與第一實施例相仿，只是提供石夕基板 之步驟不同。方法第二實施例中，半導體層3〇8仍為， 半導體層31 0仍為p型。然如圖6所示，提供矽基板6〇4之步 驟係將一 η型摻雜矽基板，一部分擴散摻雜成p型，再一 ^ 分擴散摻雜成η型。亦即區域6 1 8為η型，區域6 2 〇為p型， 區域62 6為η型，而同樣達成絕緣之效果。雖此實施例係以 擴散方式達成摻雜，然不限於此方式。此外，半 308亦可為ρ型，半導體層31()亦可為η型；則提 ^ 诚fi20可A ^政 成Ρ型。亦即區域618可為Ρ型，區 域620可為η型，區域626可為ρ型。 上述說明並非對本發明範疇的限 各種改變與均等性的容姚比 制 上边况明以及 護的範鳴内 的女排皆於本發明申請專利範圍意欲保
1234297 圖式簡單說明 五、【圖式簡單說明】 圖1為本發明發光二極體第一實施例與基座結合之剖 面圖； 圖2為本發明發光二極體第二實施例與基座結合之剖 面圖； 圖3a-3b為本發明方法第一與第二實施例中提供發光 結構之流程剖面圖； 圖4為本發明方法第一實施例中提供矽基板步驟之剖 面圖；
圖5a-5b為本發明方法第一實施例中接合及之後步驟 之流程剖面圖； 圖6為本發明方法第二實施例中提供矽基板步驟之剖 面圖；以及 圖7a-7b為本發明方法第二實施例中接合及之後步驟 之流程剖面圖。 圖式元件符號說明 1 00發光二極體第一實施例 1 02發光結構 104, 204, 404, 604 矽基板 106, 506 接合層 108, 308半導體層 110, 310半導體層 112，312第一歐姆接觸金屬層1丨4, 314介電層 116, 316 反射層 118, 218, 418, 618 區域 120, 220, 420, 620 區域 122, 522 第二焊墊 124, 524第一焊墊 132基座
1234297 圖式簡單說明 1 34, 5 34第二歐姆接觸金屬層2 0 0發光二極體第二實施例 226, 6 26區域 3 28暫時基板 ί
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Claims (1)
1234297 六、申請專利範圍 1. 一種發光二極體，包含： 一發光結構，包含二層半導體層，該二層半導體層為 不同掺雜型（d 〇 p i n g t y p e ) ’該發光結構通入一電流時 發光； 一矽基板，包含二個區域，該二個區域為不同掺雜 型；以及 一接合層（bonding layer )’供接合該發光結構與 該石夕基板，使最近之該半導體層與該區域為不同摻雜型。 2·如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該摻雜 型包含P型與η型。 3.如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中至少該 二個區域之一係以擴散達成摻雜。 4·如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中該矽基 板係一部分摻雜成η型的一ρ型摻雜矽基板。 5 ·如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中該矽基 板係一部分摻雜成ρ型的一 η型摻雜矽基板。 6 ·如申凊專利範圍第2項所述之發光二極體，其中該發光 結構更包含一第一歐姆接觸金屬層，接觸該二層半導體層 之一 〇
1234297 ____ 六、申請專利範圍 7 ·如申請專利範圍第6項所述之發光二極體’其中該發光 結構更包含： 一介電層，接觸該第〆歐姆接觸金屬層，以及 一反射層，接觸該介電層並供接觸該接合層。 8 ·如申請專利範圍第7項所述之發光二極體，更包含： 一第二歐姆接觸金屬層，接觸該二層半導體層之一； 一第一焊墊（bonding Pad)，接觸該介電層；以及 一第二焊墊，接觸該第二歐姆接觸金屬層； 其中該介電層係一透明導電介電層。 9 ·如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中該二層 半導體層之材質係選自鋁鎵銦磷化物（A1 Ga I nP )與紹銦 鎵氮化物（A 1 I n G a N )組成之族群。 I 〇 ·如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中該接合 層之材質係選自金-錫合金、鉛-錫合金與銦組成之族群。 Ο II · 一種形成一發光二極體之方法，包含： 提供一發光結構，該發光結構包含二層半導體層’該 二層半導體層為不同摻雜型，該發光結構通入一電流時發 光； 提供一矽基板，該矽基板包含二個區域，該二個區域
4EPITAXY04003TW.ptcl 第19頁 1234297 六、申請專利範圍 為不同換雜型；以及 利用一接合層接合該發光結構與該矽基板，使最近之 該半導體層與該區域為不同摻雜型。 1 2.如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該摻雜型包 含Ρ型與η型。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該提供該矽 基板之步驟包含： 擴散摻雜該矽基板，以形成至少該二個區域之一。 1 4.如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該提供該矽 基板之步驟包含： 將一 Ρ型摻雜矽基板之〆部分摻雜成η型。 1 5.如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該提供該矽 基板之步驟包含： 將一 η型摻雜矽基板之，部分摻雜成ρ型。 1 6·如申請專利範圍第丨2項所述之方法，其中該提供該發 光結構之步驟包含： 於一暫時基板上形成該>層半導體層；以及 形成一第一歐姆接觸金屬層’接觸該二層半導體層之
1234297 六、申請專利範圍 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項所述之方法，其中該提供該發 光結構之步驟更包含： 形成一介電層，接觸該第一歐姆接觸金屬層；以及 形成一反射層，接觸該介電層並供接觸該接合層。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項所述之方法，更包含： 去除該暫時基板； 形成一第二歐姆接觸金屬層’接觸該二層半導體層之 一； 〇 形成一第一焊墊，接觸該介電層；以及 形成一第二焊墊，接觸該第二歐姆接觸金屬層； 其中該介電層係一透明導電介電層。 1 9 ·如申請專利範圍第1 8項所述之方法，於形成該第一焊 塾之步驟前，更包含： 去除該二層半導體層之/部分，以暴露該介電層。 2 0 ·如申請專利範圍第1 2項所述之方法’其中該二層半導 體層之材質係選自鋁鎵銦填化物（A 1 Ga 1 nP )與鋁銦鎵氮 〇 化物（A 1 I nGaN )組成之族群。 2 1.如申請專利範圍第1 2項所述之方法’其中該接合層之 材質係選自金-錫合金、鉛-錫合金與銦組成之族群。
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