TWI373863B - Method for the production of light-emitting diode - Google Patents

Description

1373863 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關係於發光二極體，其具有半導體，包含—由 鋁一鎵一銦磷化物（（AlxGa丨.x)Yin丨γΡ，其中〇$ 1， 〇<YSl所形成）所形成之發光層’並被結合至一透明基 材，以及，有關於其製造方法。 【先前技術】 在能發出紅色、橘、黃色或黃綠色之可見光之發光二 極體（LED)中，設有由鋁—鎵一銦磷化物 (AlxGa卜^ΟγΙη^γΡ，其中OSXsi，所形成之發光 層的化合物半導體LED已經爲已知。在此類型的LED中 ，被設有由（AlxGai.x)YIni.YP ( 1，〇<γ$ 1)所形 成之發光層的發光件大致被形成在基材材料上，例如砷化 鎵（GaAs)上，其對來自發光層的光並不透光，同時， 機械強度不夠。 因此，近年來，爲了取得更高亮度之可見LED及進 —步加強裝置的機械強度。藉由不使用不透光基材材料， 例如G a A s及隨後加入能透射發射光及機械強度夠的支撐 層，而組態一接面型LED的技術已經加以開發（例如參 考日本專利第3230638號、日本特開平6-302857、日本 公開案2002-246640、日本專利第2588490號及日本公開 2001 -5744 1 ) > 爲了取得高亮度之目的，已經使用了利用裝置的形狀 -4- (2) 1373863 ，來增強光抽取效率的方法。於分別在半導體發光裝置的 - 第一面與背面上形成電極之裝置架構中，藉由利用側面形 . 狀，以形成高亮度的技術已經被揭示（例如日本特開昭 58-34985及美國專利第6229 1 60號）。 雖然接面型LED已經有可能提供高亮度之LED，但 也仍持續追求更高亮度之LED。已經有各種裝置形狀被提 出，以分別具有電極形成在發光二極體的第一面與背面上 φ 。具有兩電極形成在相對於光抽取面的組態之裝置在形狀 上係很複雜，並未相對於側面狀態及電極配置作最佳化處 理。 本發明係有關於一種發光二極體，其在相對於光抽取 面之表面上設有兩電極，並針對以提供高亮度發光二極體 ，其於光抽取上展現高度之效率。 【發明內容】 # 本發明第一態樣提供一種發光二極體，其具有一光抽 取面並包含：一透明基材；一化合物半導體層，黏著至該 透明基材；一發光部’包含在該化合物半導體層內；一發 光層包含在該發光件內並由（AlxGa丨- X)YIn卜YP ( 0$ XS 1 ’ 〇<Υ$1)所形成；一第—電極及—第二電極，由不同 極性所形成並設在該發光二極體與光抽取面相對之表面上 ;及一反射金屬膜’形成在該第一電極上，其中該透明基 材在接近發光層的一側上，具有第一側面實質上垂直於該 發光層的發光面；及在遠離該發光層的一側上，具有一第 -5- (3) 1373863 二側面斜向該發光面，及其中該第一與第二電極分別被安 • 裝在電極終端上。 • 本發明第二態樣提供依據第一態樣的發光二極體，其 中該第二電極係形成在相對於第—電極之—側上之化合物 半導體層的角落之位置。 本發明第三態樣提供依據第二態樣的發光二極體，其 中該第二電極係定位在該第二側面的斜體結構下。 # 本發明第四態樣包含依據第一或第二態樣之發光二極 體，其中該透明基材係由η型GaP所作成。 本發明第五態樣包含依據第一或第二態樣之發光二極 體’其中該透明基材具有（100)或（111)之表面取向。 本發明第六態樣包含依據第一或第二態樣之發光二極 體’其中該透明基材具有範圍由50至300微米的厚度。 本發明第七態樣包含依據第一或第二態樣之發光二極 體’其中該發光部具有範圍由0.5至20微米厚的最外層 本發明第八態樣包含依據第一或第二態樣之發光二極 _ 體’其中該發光部具有由GaP作成之最外層。 本發明第九態樣包含依據第八態樣之發光二極體，其 中該發光部的最外層係由GaxPi-xC 0.5<X<0.7 )作成。 本發明第十態樣包含依據第一或第二態樣之發光二極 體，其中該第二側面與平行於該發光面之一表面形成範圍 由55度至80度的夾角❶ 本發明第十一態樣包含依據第一或第二態樣之發光二 -6- (4) 1373863 極體’其中該第一側面具有範圍由30至1〇〇微米的寬度 • 〇 - 本發明第十二態樣包含依據第一態樣之發光二極體， 其中該第二電極具有一週邊，其係被該半導體層所包圍。 本發明第十三態樣包含依據第一態樣之發光二極體， 其中該第一電極爲一格子狀。 本發明第十四態樣包含依據第一或第二態樣之發光二 Φ 極體’其中該第一電極爲線性電極，具有10微米或更少 之寬度。 本發明第十五態樣包含依據第一或第二態樣之發光二 極體’其中該發光部包含GaP層及第二電極被形成在該 GaP層上。 本發明第十六態樣包含依據第一或第二態樣之發光二 極體，其中該第一電極具有η型極性及第二電極具有p型 極性。 Φ 本發明第十七態樣包含依據第一或第二態樣之發光二 極體’其中該透明基材的第二側面具有粗糙面。 本發明同時也提供第十八態樣之用以製造發光二極體 的方法’包含步驟：形成一發光部，其含有由 (AlxGahxhlm.YP ( OSXg 1，〇<γ$ 1)作成之發光層； 黏著包含有該發光部的一化合物半導體層至一透明基材； 在該化合物半導體相對於一光抽取面之一表面上，形成一 第一電極與一極性與該第一電極不同的第二電極，該表面 係在相對於透明基材的一側上，其中該第二電極係形成在 (5) 1373863 露出相對於第一電極的一側上之 • 由切割法，在該第一電極之表面 . 及在透明基材的側面上，形成一 層之一側上，實際垂直於該發光 發光層之一側上，形成一第二側 〇 本發明第十九態樣包含依據 φ 極體的方法，其中該第二電極係 層曝露至相對於該第一電極之一 本發明第二十態樣包含依據 造發光二極體的方法，其中該第 以形成。 本發明第二^--態樣包含依 製造發光二極體的方法，其中該 〇 # 本發明更提供一種發光二極 七態樣之任一態樣之發光二極體 本發明允許由發光二極體（ 率的增加並可提供高亮度之LED 本發明之上述及其他目的、 習於本技藝者閱讀實施方式參考 【實施方式】 本發明之發光部係爲一化合 化合物半導體層上；及藉 上，形成一反射金屬膜： 第一側面，其在接近發光 層之該發光面及在遠離該 面，其係斜向於該發光面 第十八態樣之製造發光二 被形成在該化合物半導體 側上的角落。 第十八或第十九態樣之製 一側面係由劃線裂片法加 據第十八或第十九態樣之 第一側面係由切割法形成 體，其具有依據第一至第 朝下安裝於其上。 LED )的發光部抽取光效 〇 特徵、特性及優點將爲熟 附圖加以了解。 半導體的堆疊結構，其包 • 8 - (6) (6)1373863 含有由（AlxGa 丨- Χ)γΙη 丨.YP ( OSXS 1，〇<YS 1)作成之發 光層。該發光層可以由η或ρ型之任一導電類型之 (AlxGa 卜 χ)γΙη丨-YP ( OSXS 1，0<Υ$ 1)作成。雖然發光 層可以爲任一結構，即單量子井（SQW )或多量子井（ MQW )，但爲了取得優良單光性之發射光，其較佳爲 MQW。一形成量子井（QW)結構之阻障層與形成一井層 之組成物（AlxGa丨-X)YIn丨-YP ( 0 $ X S 1 ’ 〇<Y g 1 )被決定 使得引入發射光之預期波長之量子位準可以被形成在該井 層中。 爲了最有利於取得高強度的光發射，發光部係爲所謂 之雙異質（DH)結構，其係由發光層與分別安置於發光 層相對側上之多數被覆層，以彼此相對，以在發光部中， 侷限有一載體，其係進行以誘導輻射重組及發光。被覆層 較佳係由一半導體材料所形成，該材料具有較形成發光層 之組成物（八1；<〇31^)¥1111-¥?(〇$乂$1，〇<丫$1)爲寬的 禁帶與折射率。當發光層係由（AluGao.do.sIno.sP所形成 ，以發射波長爲約570nm的黃綠色光，例如，被覆層係 由（Al〇.7Ga〇.3)0.5In〇.5P 所形成（Crystal Growth，221 ( 2000) 652至656頁，由Y. Hosokawa等人所著）。於發 光層與被覆層間，安插有一中間層，其針對於緩慢改變於 這些層間之不連續。於此時，中間層較佳係由半導體層所 形成’該半導體層擁有在發光層與被覆層間之禁帶的中間 寬度。 本發明想出將一透明基材（透明支撐層）黏著至包含 -9- (7) (7)

1373863 該發光層之半導體層。該透明支撐層傍 度以支撐發光部的材料所形成，允許一 其能由發光部發射的光，並顯示光學透 磷化鎵（GaP )、砷化鋁鎵（AlGaAs ) 之ΙΠ-V族化合物半導體結晶；例如石 化鋅（ZnSe)之II-VI族化合物半導體 立方碳化矽（SiC )之第IV族半導體結 透明支撐層。 透明支撐層較佳具有約50微米或 以完成支援該發光部以足夠的機械強度 層較佳具有不超出約3 00微米的厚度， 後執行於其上之機械處理。最好，設有 (AlxGal.x)YIn1 .YP ( 1 > 0<Y ^ 1 化合物半導體LED具有由η型GaP單 層，該單晶具有約5 0微米或更多及約 厚度。 當由磷化鎵（GaP )作成之透明支 結至發光部的最上層時，例如，免除施 時令透明支撐層黏結至其上的功能可以 上層的III-V族化合物半導體材料與蔡 族化合物半導體成份層在晶格常數不同 後，有可能防止發光層在黏結程序中受 供一化合物半導體LED，其能發射具有 明支撐層（透明基材）所黏結的發光部 由擁有足夠機械強 禁帶佔用大寬度， 明度。例如，例如 及氮化錄（GaN) ίί化鋅（ZnS )及硒 結晶：例如六方或 晶係可以用以形成 更大之厚度，以可 。然後，透明支撐 以促成在黏著步驟 由組成物 )作成之發光層之 晶形成之透明支撐 300微米或更少之 撐層係被安置以黏 加至發光之應力同 藉由令發光部的最 i光部之其他III-V 的材料所展現。隨 損，並可穩定地提 預期波長之光。透 的最上層理想上具 -10- (8) (8)1373863 有〇· 5微米或更多的厚度，以能當透明支撐層被黏結至其 上時，足夠地免除施加至發光部的應力。如果最上層有極 端大的厚度，則過量的厚度將會不可避免地於最上層安置 時，由於與發光部的其他元件層間之晶格常數不同數量， 而造成應力施加至發光層上。爲了避免此事故，最上層理 想上爲20微米厚或更少。 尤其，當磷化鎵（GaP)爲了方便傳送自由組成物 (AlxGai-X)YIn|_Yp ( 1 ’ 〇<Υ$ 1)作成之發光層發 射的光外部而選擇透明支撐層時，使用包含鎵（Ga)及磷 (P)作爲元件材料並包含大於P的Ga允許施加強鍵》 最上層特別適用以由非化學計量組成物GaxPu ( 〇.5<X <〇·7 )所形成。 要被黏著在一起之透明支撐層的表面與發光部的最上 層之表面較佳由單晶所形成並給予相同方向。兩表面較佳 具有不變之（100)面或（111)面。爲了使發光部的最上 層具有（100)面或（111)面作爲其表面，當發光部的最 上層係形成在該基材上時，使用具有（100)面或（111) 面作爲其表面即可。當具有（100)面作爲其表面的砷化 鎵（Ga As )單晶被使用作爲基材時，例如，予以形成之 發光部的最上層係被作成以令（100)面作爲其表面。 發光部可以形成在III-V族化合物半導體單晶的任一 基材之表面上，例如砷化鎵（GaAs)、磷化銦（inp)、 或磷化鎵（GaP )或矽（si)的基材。發光部較佳被形成 在DH結構中’其中載體傾向於誘導輻射再組合及發射光 -11 - 1373863 ⑼ 被如上所述地t侷限〃。然後，爲了取得擁有優良單色性 之發射光，發光層較佳形成在SQW結構或MQW結構中 。作爲形成發光部的元件層之方法例，可以引用金屬有機 化學氣相沈積（MOCVD)法、分子束磊晶（MBE)法及 液相磊晶（LPE )法。 於基材與發光部間，內插有一緩衝層與一蝕刻停止層 ，緩衝層係用以減緩於基材材料與發光部之元件層間之晶 格失配及蝕刻停止層係用以選擇性蝕刻。在發光部之元件 層上，可以安置有用以降低歐姆電極之接觸電阻之接觸層 :用以平面地擴散一裝置操作電流至整個發光部之電流擴 散層；用以降低傳送裝置操作電流之區域的電流禁止層； 及一電流限制層。當安裝接觸層、電流擴散層等等時，它 們被包含在發光部中，及透明基材係被黏著至其最上層。 當透明支撐層之表面或予以黏著支撐層之發光部的最 上層具有〇·3ηιη的平坦度或更少作爲均方根（rms)値時 ，特別是，可以完成強的黏著。此等級之平坦表面可以藉 由化學機械研磨（CMP )取得，其使用例如含碳化矽（

SiC)爲主之細粉末或鈽（Ce)細粉。當受到CMP之表面 被進一步以酸溶液或鹼溶液處理時，處理可以藉由進一步 加強表面平坦度及移除於硏磨時黏著至表面之外來物與、污 染物，而取得清潔表面。 透明支撐層或發光部的最上層係在lxl (T2Pa或更低 ，較佳係lxl(T3Pa或更低的壓力下，受到黏著操作。更 明確地說，當硏磨完成之平坦面相互黏著時，可以形成強

-12- ^ S (10) (10)1373863 黏著。於黏著此二表面時，重要的是，使予以黏著之表面 均被以具有5〇eV或更多之能量的原子束或離子束照射， 並後續被活化。於此所用之名詞u活化〃表示建立一清潔 狀態的表面，該狀態係由予以黏著之表面上移除包含氧化 物膜及碳之污染層及雜質層所造成。當此照射作用在發光 部之透明支撐層及元件層之任一的表面上時，這些層被強 力黏著並不會脫落。當在這些表面上進行照射時，它們可 以更強力黏著。 有關於改良導引強黏著之輻射物種，可以引用氫（H )原子、氫分子（H2)及氫離子（質子：H+)。當包含存 在於表面區域中之予以黏著的元素之射束被用以輻射時， 可以形成優良強度的黏著。當具有加入鋅（Zn)之磷化鎵 (GaP )係用以於透明支撐層時，例如，予以黏著之表面 之以包含鎵（Ga)、磷（P)或鋅（Zn)之原子或離子束 照射可以形成強黏著。如果透明支撐層之表面或發光部的 最上層擁有高電阻，然而，具有含離子之束的表面之輻射 將可能電化該表面。因爲當表面之電化造成電拒斥時並不 能形成強黏著，所以1以離子束照射表面的活化較佳被用 以活化優良導電率之表面的目的。 再者，於透明支撐層之表面區或發光部的元件層中， 表面之活化可以藉由使用惰性氣體束加以穩定地完成，例 如氦（He) ' % ( Ne ) ' Μ ( Ar )、或氣（Kr) ’這些 對該層的組成物不會造成永久的改變。於其他可想到的射 束中，氬（Ar)原子（單原子分子）束的使用證明短時間 -13- (11) 1373863 內方便完成表面的活化。氦（He)具有較氬（Ar) 之原子量，因此，對於以He束來黏著表面的活化係 時間而不利。另一方面，使用具有原子量大於氬之氪 )顯示了不便，因爲其似乎會爲震動所損及表面。 以相對及重疊狀態，黏著透明支撐層表面與發光 最上層時，作用以影響予以黏著之表面的機械壓力證 使兩表面強力黏著。更明確地，範圍於5g· cnT2或 及1 00 g · cnT2或更少之壓力係被垂直施加至予以被 之表面。即使透明支撐層及發光部之最上層之任一或 爲彎曲，本方法仍能完成消除彎曲並允許以均勻強度 予以黏著之諸層的功效。 當支撐層及發光部之最上層之任一或兩者被保 1 0 〇 °C或更少，較佳於5 0 °C或更少，最好是室溫時， 支撐層及發光部係以前述較佳程度之真空加以黏著。 黏著被執行於保持於超出500 °C的環境內時，過量溫 不利於熱變性由組成物（AlxGai-xhliM-YP ( 0SXS 1， $1)作成之發光層，並將最後被加入發光部中並隨 礙預期波長之化合物半導體LED發光的穩定產生。 本發明由黏著支撐層至發光層之最上層，而建構 度之化合物半導體LED，藉以使得支撐層假設能機械 發光部並隨後移除用以形成發光部的基材的狀態，藉 強發射光至外部抽取之效率。尤其，當不可避免地吸 組成物（AlxGauhlm-YP ( 0SX各 1，〇<γ$ 1)作成 光層發射之光的不透光材料被利用於基材時，表示如 爲小 浪費 (Kr 部之 明能 更多 黏著 兩者 黏著 持在 透明 如果 度將 0<Y 後阻 高亮 支撐 以加 收自 的發 上所 -14- (12) (12)1373863 述移除基材可以確定穩定生產高亮度的LPD。當由傾向於 吸收自發光層發出之光的材料作成之一層，例如緩衝層被 插入於基材與發光部之間時，此插入層的移除配合基材係 有利於加高LED的亮度。基材可以藉由機械切割、硏磨 、物理乾式或化學濕式蝕刻、或其任意組合加以移除。更 明確地說，藉由表示利用於材料之蝕刻速度差的選擇蝕刻 ，有可能取得單獨基材的選定移除，這完成了以良好生產 力及均勻度。 在本發明中，發光二極體的主光抽取面落在透明基材 側上，及一第一電極及在極性上與第一電極相反的第二電 極係被形成在相對於透明基材的一側上。第一電極與第二 電極係在相對於透明基材的側上連接至電極端（參考第6 圖）。在本發明中，此電極配置係針對於加高亮度。採用 此配置造成將電流饋送予以附著之透明基材的必要性。因 此，有可能可以附著具大高傳輸因素的基材，並允許取得 高亮度。 本發明令透明基材的側面作爲實質垂直於發光層之發 光面之第一側面成爲透明基材的側面，於接近發光層之部 份及發光層與第二側面斜向於遠離開發光層之發光面。斜 向較佳發生在半導體層之內側，如第2圖所示。本發明使 用此結構的原因在於使來自發光層之光朝向透明基材，以 有效地抽取至外部。即，部份之自發光層釋放朝向透明基 材的光係被反射於第一側面並能經由第二側面抽取。再者 ，反射於第二側面之光可以經由第一側面抽取。藉由第一 -15- (13) 1373863 側面與第二側面之協合作用，光抽取之或然率可以增加。 - 再者，本發明使第一電極形成在半導體層的曝露角落 . ’如於第1及2圖所示。第二電極較佳被形成在斜向結構 的下位置，該位置構構成第二側面（位置低於斜向面，以 免電極疊於斜向面上）。本發明藉由令第二電極形成在此 位置’而完成高亮度。藉由採用此結構，有可能加強整個 斜面之光抽取之效率，並實現高亮度。 φ 本發明較佳使得由第二側面與平行於發光面之面間形 之夾角（由第2圖之α表示）落在55度至80度之範圍內 。此範圍之選擇使得有效之反射於發光二極體中之光被抽 取至外部。本發明更好是給第一側面落在範圍30至1〇〇 微米的寬度D (厚度方向）。藉由使得第一側面之寬度落 在此範圍內，有可能允許反射在反射金屬膜上之光被有效 地導引經過第一側面之部份至第二側面，並最後經由主光 抽取面釋放，並加強發光二極體的發光效率。 # 本發明較佳使得第二電極之週邊被形成使得其可以爲 半導體層所包圍。此選擇結構帶來降低操作電壓的作用。 藉由以第一電極在所有側包圍第二電極，有可能使得電流 流動於全向隨後降低操作電壓。 本發明較佳令以線性電極形成之第一電極具有10微 米或更少之寬度。線性電極可以作成形狀，如格狀、網狀 、梳狀等等。此結構的選擇使得高亮度得以完成。藉由窄 化電極的寬度’有可能加入反射金屬膜的開口面積，並實 現高亮度。電極可以由任何已知材料，較佳係由Au-Ge S > -16- (14) 1373863 合金作成。電極材料可以在半導體層黏著之介面中作成光 • 吸收層並避免反射光。 _ 因此，在發光二極體的第一電極側面上，形成一反射 金屬膜，並遠離開η電極。對於反射金屬膜，可用Au、

Pt、Ti、A1等等。反射金屬膜較佳形成在除了電極部外之 整個表面上。或者，可以形成在電極上，以覆蓋第一電極 〇 φ 本發明較佳在含有GaP層的結構中形成發光部並允 許第一電極予以形成在GaP層上。此結構的選擇帶來了 降低操作電壓的作用。藉由使第二電極形成在該GaP層 上，有可能產生理想歐姆接觸與較低之操作電壓。 本發明較佳給第一電極η型極性及第二電極p型極性 。此結構的選擇完成了高亮度的作用。第一電極以ρ型形 成造成了減緩電流擴散及減少亮度。第一電極以η型形成 造成了擴散電流之加強並完成了高亮度。 φ 本發明較佳粗糙化透明基材的斜向面。此結構的選擇 帶來了加強經由該斜向面光抽取的效果。藉由粗糙化該斜 向面，有可能抑制斜向面之全反射並加強光抽取效率。表 面的粗縫化可以藉由以全氫磷酸（perhydrogenated phosphate )(磷酸與過氧化氫之混合物）加上氫氯酸加 以完成。 此本發明之發光二極體係依據以下製程加以製造。 首先，例如在GaAs基材上，形成包含由 (AlxGa丨-Χ)ΥΙη卜YP ( 0SXS 1，〇<Υ$ 1)作成之發光層的

S -17- (15) (15)1373863 發光部。然後，包含該發光部的半導體層係被黏著至透明 基材及GaAs基材被移除。此透明基材側係被作成以作爲 主光抽取面。在相對於主光抽取面的面上，移除基材後， 形成一第一電極與一極性與第一電極不同的第二電極。第 一電極係藉由使得一最後作成電極之金屬膜以氣相沈積黏 著至基材移除後之表面，隨後，使得沈積金屬膜藉由光微 影術進行必要的圖案化，以移除電極外之部件，因而取得 第一電極。第二電極係在曝露相對於第一電極的側上之半 導體層的角落形成。在形成第一電極後，反射金屬膜被形 成在第一電極的第一面側上。反射金屬膜可以覆蓋該第一 電極。再者，藉由切割方法，在透明基材的側面上，在接 近發光層之部份，形成實質垂直於發光層之發光面的第一 側面，及在遠離發光層之部份，形成斜向於發光面的第二 側面。因此，取得發光二極體β 在本發明中，藉由切割法形成第二側帶來了加強生產 良率的效果。雖然第二側面可以藉由例如濕式蝕刻、乾式 蝕刻、劃線及雷射處理等方法之組合取得，但展現高生產 力之切割法被證明了爲最適合之生產方法。 本發明較佳以劃線破裂法或切割法來形成第一側面。 藉由採用前述生產方法，有可能降低生產成本。即，因爲 此方法在晶片分離使免除了提供切割裕度的情形，而能完 成大量之發光二極體的製造，並降低生產成本。後面的方 法帶來了完成高亮度的效果。藉由採用此生產方法，有可 能加經由第一側面而加強光抽取之效率並實現高亮度。 -18- (16) (16)1373863 現在，本發明將藉由參考例子1作詳細說明，例子1 並不用以限制本發明。 例子1 : 第1與2圖顯示在本例子中製造之半導體發光二極體 °第1圖描繪一平面圖及第2圖顯示沿著第1圖之線II-II所取之剖面圖。第3圖爲予以用於半導體發光二極體中 之半導體晶晶晶圓的堆疊結構的剖面圖。 於此例子中製造的半導體發光二極體10係爲設有 AlGalnP發光部12的紅色發光二極體（LED)。 在此例子中，本發明將參考以安置於GaAs基材11 上之磊晶堆疊結構（磊晶圓）黏著至GaP基材135上， 製造發光二極體的情形。 LED10係使用-磊晶圓製造，該磊晶圓設有依序堆疊 在半導體基材11上之多數半導體層13，該半導體基材係 由與（100)面傾15度的一面之摻Si的η型GaAs單晶。 該等堆疊半導體層爲摻Si的n型GaAs之緩衝層13〇、摻 Si 之 η 型（Ali〇.5Ga0.5)0.5In().5P 的接觸層 131、由摻 Si 之 η 型（Al^Gao.Oo.sIno.sP之下被覆層132、由20對之未摻雜

A (A1 〇. 2 G a。. 8) 〇. 51 η。. 5 P 及（A1。. 7 G a 〇. 3) 〇. 51 η。. 5 P 之發光層 1 3 3 的發光層133、由摻Mg之ρ型（AlojGao.Oo.sIiio.sP之上 被覆層與（Alo.sGao.do.sIno.sP構成之中間層134、及摻Mg 之ρ型GaP層1 35。 在本例子中，元件半導體層130至135係被堆疊，以 •19- (17) 1373863 藉由低壓MOCVD法使用三甲基鋁（（CH3)3A1)、三甲基 - 鎵（（CH3)3gO及三甲基銦（（CH3)3In)作爲用於III族 • 元件元素的原料，以在GaAs基材11上形成一磊晶圓。 作爲摻Mg原料，使用二（環戊二烯）鎂。至於摻si原 料’則使用二矽烷（Si2H6)。至於用於V族元素的原料 ’使用磷化氫（PH3)或砷化氫（AsH3) 。GaP層135係 被成長於750°C及其他構成半導體層13的元件半導體層 φ 130至134係成長於730。。。

GaAs緩衝層130具有約2xl018cm·3的載子濃度及約 0.2微米的層厚度。由（Alo sGao. + .sIno.sP構成的接觸層 13 1具有約2xl〇 18cm·3的載子濃度及約1.5微米的層厚度 。該η被覆層132具有8xlOl7cm·3的載子濃度及約1微米 的層厚。未摻雜的發光層133具有0.8微米的厚度。p被 覆層134具有約2xlOwcnT3的載子濃度及1微米的厚度。 GaP層135具有約3xl018cm_3的載子濃度及9微米的層厚 • 度。 P型GaP層1 3 5令其區域從表面硏磨到達約1微米深 度，直到鏡光爲止。藉由鏡面抛光，P型GaP層135的表 面係被作成到達0.18 nm的粗糙度。另一方面，準備予以 施加至P型GaP層135的鏡光面之η型GaP基材14。有 關於所應用的GaP基材14，其被加入Si及Te，以使基材 有約2xl017cnT3的載子濃度。擁有（111)表面取向之單 晶被使用。準備使用之GaP基材14具有5 0mm的直徑及 250微米的厚度》GaP基材14令其表面受到鏡面抛光及 -20- (18) (18)1373863 光製，直到在被黏著至p型GaP層1 35前到達0.1 2 nm之 均方根（rms)値爲止》

GaP基材14與磊晶圓係被帶入一般半導體材料應用 裝置，該裝置內部然後被抽真空至3xl0_5Pa的真空度。 隨後，安裝在裝置中之G a 基材14係在真空中被加熱至 • 、 約 800°C的溫度，並同時，GaP基材 14的表面被以加速 至800eV能量之Ar離子照射，該裝置中由碳質材料作成 之構件係相對於避免爲碳等所污染的目的下而被移除。因 此，一非化學計量組成物黏著層1 4 1被形成在GaP基材 14的表面上。在形成黏著層141後，以Ar離子照射係被 停止及GaP基材14係被冷卻至室溫。 再者，在其表面區域^設有非化學計量組成物的黏著 層141及GaP層135的GaP基材14的表面係事先以電子 碰撞2分鐘時，以中性之Ar束照射。隨後，在真空的應 用裝置中，層135及14的表面係被重疊，曝露至了施加 20g/cm3壓力的負載於每一表面上並於室溫下彼此黏著（ 參考第4圖）。由黏著所造成之晶圓係被取出應用裝置之 真空室，並進行黏著介面分析。結果，在黏著部中，黏著 層141出現了 GaQ.6PQ.4之非化學計量組成物。黏著層141 具有約3nm的厚度。藉由一般之SIMS分析，黏著層141 係被具有7xl018CnT3的氧原子濃度及9xl018cm_3的碳原 子濃度。 再者，從黏著產生之晶圓，GaAs基材11與GaAs緩 衝層1 3 0係被以氯爲主之蝕刻劑所選擇性移除。 -21 - (19) (19)1373863 在接觸層131的表面上，以真空沈積法，形成有厚度 0-5微米的Au-Ge-Ni合金（由87質量％的Au、12質量 %的Ge及1質量％的Ni構成）膜〇,5微米厚作爲第一歐 姆電極15。藉由使用一般光微影法，歐姆電極15係藉由 在此膜上圖案化一電極，如第1圖所示，並移除除了電極 圖案外之膜的部份。隨後，反射金屬膜17係藉由真空沈 積法’沈積厚〇·2微米的pt及1微米厚之Au加以形成， 以覆蓋電極及膜移除後之區域。 再者’磊晶層131至134係被選擇地移除及GaP層 135在配置以形成p電極之區域中被曝露。在GaP層之表 面上，藉由真空沈積法，以沈積厚0.2微米的AuBE、厚 1微米的Au、厚0.2微米的Pt及厚2.0微米的Au加以形 成一 P型歐姆電極16。 低電阻之P型及η型歐姆電極係藉由執行於450 °C的 熱處理10分鐘加以生產，並針對於進行必要的合金（參 考第1及2圖）。 再者，GaP基材14的表面被以切割鋸插入V型凹槽 ，以形成具有斜角70度的第二側面143及具有80微米寬 的第一側面142。 雖然發光二極體的表面係被以光阻保護，但藉由使用 由全氫磷酸與氫氯酸構成之蝕刻劑，該粗糙化該等斜面。 形成粗糙面的凹入與凸出會有約5 OOnm的位準差。 再者，藉由切割鋸的使用，由背面側將晶圓分割成晶 片，以3 5 0微米的間距插入晶圓。破裂層及污染物係藉由 -22- (20) 1373863 以硫酸與過氧化氫的混合液體鈾刻加以移除，以完成 體發光二極體（晶片）10的製造。 發光二極體燈42係被如第5及6圖所示地組裝 述之led晶片10。此LED燈42係藉由黏著於LED 1〇之η型歐姆電極15與安置於安裝基材45之第一 之η電極端43間與ρ型歐姆電極16與ρ電極端44 金凸塊46，然後以一般環氧樹脂41密封依序形成之 ，而將LED晶片10固定至一安裝基材45。 當電流經由η電極端43與安裝在安裝基材45之 面上之ρ電極端，傳送於η型及ρ型歐姆電極15及： 間時，燈42會發出具有主波長620nm的紅色光 2 0mA電流傳送於順向方向的順向電壓（V f )到達約 伏。這顯示適當的電極配置與由歐姆電極15及16所 的良好歐姆特性。當順向電流被設定於20mA時，發 光強度被認爲是感應了 650mcd的高亮度。此顯示發 架構的高發光效率及由於將晶圓切割成晶片時所發生 裂層的移除，而加強了光抽取至外部的效率。 例子2 : 第7圖爲由本發明所想出之發光二極體的第二實 的平面圖，第8圖爲沿著第7圖線VIII-VIII所取之 圖。 示於第7及8圖之發光二極體係以相同於例子1 條件製造。 半導 有上 晶片 面上 間之 接點 第一 16之 。於 1.96 展現 射的 光部 之破 施例 剖面 中之 -23- (21) (21)1373863 當電流經由η電極端與在安裝基材的第一面上之p電 極端，而傳送於η型及p型歐姆電極15及16間時，燈發 出具有主波長620nm的紅色光。於20mA的電流傳送於順 向方向時所產生之順向電壓（Vf)到達約2.10伏。此顯 示電極的適當配置及由歐姆電極15與16所展現的良好歐 姆特性。當順向電流設定至20mA時，感應了 850mcd的 高亮度。這顯示發光部組態高發光效率，及由於將晶圓切 割成晶片時所發生之破裂層的移除，而加強了光抽取至外 部的效率。 比較例1 : 如同於第9及10圖所示之p型及η型歐姆電極係類 似於例子1，藉由將一透明基材14黏著至半導體層13而 加以形成，除了透明基材的側面係爲垂直於發光層外。 再者，晶圓係藉由切割鋸的使用，由背面側將晶圓分 割成晶片，以3 5 0微米的間距插入晶圓。破裂層及污染物 係藉由以硫酸與過氧化氫的混合液體蝕刻加以移除，以完 成半導體發光二極體（晶片）的製造。 發光二極體燈42係被如第5及6圖所示地組裝有上 述之LED晶片10。此LED燈42係藉由將LED晶片10 固定至安裝基材45，經由黏著至LED晶片1〇之n型歐姆 電極15與安置於安裝基材45之第一面上之η電極端43 間與Ρ型歐姆電極16與ρ電極端44間之金凸塊46，然 後以一般環氧樹脂4 1密封依序形成之接點，而加以製造 -24- (22) (22)1373863 當電流經由η電極端與在安裝基材45的第一面上之 Ρ電極端44，而傳送於η型及ρ型歐姆電極15及16間時 ’燈發出具有主波長620nm的紅色光。於20mA的電流傳 送於順向方向時所產生之順向電壓（Vf)到達約2.30伏 。當順向電流設定至20mA時，發光強度爲2 50mcd。 工業效果： 本發明之發光二極體能發射紅、橘、黃或甚至黃綠色 的光並展現高亮度，因此，可以被利用爲各種顯示燈。 【圖式簡單說明】 第1圖爲在本發明第一實施例中之半導體發光二極體 的平面圖； 第2圖爲沿著第1圖線I-Ι所取之剖面圖； 第3圖爲在本發明例子1與比較例1中之磊晶圓之剖 面圖； 第4圖爲本發明例子1與比較例1之黏著晶圓之剖面 | 〇,| · 圖 ， 第5圖爲本發明例子1與比較例1之發光二極體的平 面圖； 第6圖爲本發明例子1與比較例1之發光二極體的剖 面圖； 第7圖爲本發明第二實施例之半導體發光二極體的平 -25- (23) 1373863 面圖； 第8圖爲沿著第7圖之線VIII-VIII所取之剖面圖； 第9圖爲比較例1中之半導體發光二極體的平面圖； 及 第10圖爲沿著第9圖之線X-X所取之剖面圖。 【主要元件符號說明】

10:半導體發光二極體 11 :半導體基材 1 2 : AlGalnP 發光部 13 :半導體層 1 4 :透明基材 1 5 :第一歐姆電極 1 6 : P型歐姆電極 1 7 :反射金屬膜 41 :環氧樹脂 42 :發光二極體燈 43 : η電極終端 44 : ρ電極終端 45 :安裝基材 46 :金凸塊 1 30 : GaAs緩衝層 1 3 1 :接觸層. 1 32 :下被覆層 -26- (24) (24)1373863 133 :發光層 1 3 4 :中間層 1 35 :摻Mg之p型GaP層 141 :黏著層 142 :第一側面 1 4 3 :第二側面

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Claims (1)

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弟Ο 9 6104 6 6 3號專利申請案中文申請專利 十、申請專利範圍 民國100年12月22 曰修正 1.—種製造發光二極體的方法，包含步驟：形成— 發光部’其含有由（AlxGa丨·χ)γΙη|-ΥΡ ( 〇各xg i , 〇<γ<】 )形成之發光層：黏接包含有該發光部的一化合物半導體 層至一透明基材；在該化合物半導體相對於一主光抽取面 之一表面上，形成一第一電極與一極性與該第一電極不同 的第二電極，該表面係在相對於該透明基材的—側上，其 中該第二電極係形成在露出相對於該第一電極的—側上之 化合物半導體層上；在該第一電極之表面上，形成一反射 金屬膜；及藉由該切割法，在透明基材的側面上，形成— 第一側面，其在接近發光層之一側上，實際垂直於該發光 層之該發光面及在遠離該發光層之一側上，形成一第二側 面，其係斜向於該發光面。 2.如申請專利範圍第1項所述之製造發光二極體的 方法，其中該第二電極係被形成在該化合物半導體層曝露 至相對於該第一電極之一側上的角落。 3 ·如申請專利範圍第1或2項所述之製造發光二極 體的方法，其中該第一側面係由劃線裂片法加以形成。 4.如申請專利範圍第1或2項所述之製造發光二極 體的方法，其中該第一側面係由切割法形成。