多波長發光二極體及其製造方法

2023-06-09 06:55:36 1

專利名稱：多波長發光二極體及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體及其製造方法，特別涉及一種多波長發光二極體及其
製造方法。
背景技術：
目前的發光二極體技術，商品化的白光發光二極體有同時使用紅色、綠色與藍色 等三原色的發光二極體混色成白光。但是這種方式有一缺點，在於三色發光二極體的混光 不易。應用在液晶顯示器的背光源的時候，還可以使用擴散板以及增亮膜等技術讓各色光 均勻的混色。但是，當應用在照明的時候，就不容易提供一均勻混色的白光。同時，由於三 個發光二極體的壽命一般是不相同的，如果其中一個色光的發光二極體失效或是損毀的時 候，對於使用者而言色彩的不協調會是相當明顯而剌眼的。 現今主流的方式是將發光二極體與螢光粉混色，例如使用氮化物的發光二極體產 生藍光，然後使用黃色的螢光粉與藍光混色成白光。但是，這種方式還是有一些缺點，例如 螢光粉也是有壽命的問題，尤其是螢光粉在高熱的發光二極體旁，光轉換效率的降低是超 乎預期的。另外，螢光粉的光轉換效率不高，尤其是使用壽命較長的無機螢光粉，光轉換效 率更是較有機螢光粉低。因此，許多的研究投入在無螢光粉的單一白光發光二極體或是多 波長的發光二極體。 —種方式是將用氧化矽作為條狀掩模，InGaN/GaN量子阱微結構是在未被 氧化矽掩模覆蓋處外延成長的，請參閱"Monolithic PolychromaticLight-Emitting Diodes Based on InGaN Microfacet Quantum Wells towardTailor—Made Solid—State Lighting", Applied Physics Express 1(2008)011106。由於外延條件與氧化矽掩模的 幾何圖形的改變，因而各種波長的光束可以發射出來並且混光後可以形成白光。另一種 方式是在有機金屬化學氣相沉積的外延過程中對於富含銦的InGaN層調整鋁的流量以及 反應室的壓力而形成3D結構的島狀結構，請參閱"Structural and Optical Properties of In_RichInAlGaN/InGaN Heterostructures for White Light Emission，，， Japanese Jo證alof Applied Physics, Vol. 47， No. 6， 2008， pp. 4413-4416。由於鋁原子的低表面移 動率以及富含銦的相分離，可以觀察到綠光到紅光的寬頻譜。加上藍光的InGaN有源層可 以混合成白色光源。 另——禾中方式，請參閱"Phosphor—free white light—emitting diode withlaterally distributed multiple quantum wells"， APPLIED PHYSICS LETTERS 92， 091110 (2008)，是將外延完成且可發藍光的InGaN多重量子阱結構蝕刻一部分，被蝕刻的 部分重新外延可發出綠光的InGaN多重量子阱結構。因此，這樣的外延結構可以同時發射 藍光與綠光。另一種方式，是在多重量子阱結構中，不同的單一量子阱結構層可以對應的 發射出藍色波長與綠色波長的光束，文獻請參閱"Phosphor-Free GaN-Based Transverse Junction Light EmittingDiodes for the Generation of White Light，，，IEEE PHOTONICS TECHNOLOGYLETTERS， VOL. 18， NO. 24， DECEMBER 15,2006，專利i青參閱US 7279717、 US7042017、US 6163038、US 7361937、US 7294865、US 7279716、US2006/0043385，其中美國專 利US7279716提到需要加入紅光螢光粉混合成白光。 另外不同的幾種方式包含在可發出藍光的有源層上外延量子點的光激發層， 請參閱US 7217959 ;以外延的方式形成孔洞發光層，可以發射多波長的光束，請參閱US 7271417以及；以外延的方式分別形成III-V化合物半導體層與II-VI化合物半導體層，請 參閱US 2002/0041148。 以上所有列舉的現有技術均將第二波長的發光材料放置於n型導電層與p型導電 層的間，這種技術容易改變p-n結(junction)的分布，進而有損元件的發光特性或電氣特 性。而部分前案仍需在封裝時添加螢光粉，然而此紅色螢光粉目前的轉換效率仍差。再者， 部分前案需在兩次外延工藝中加入一黃光光刻工藝，步驟繁瑣且有工藝良率的疑慮。

發明內容
鑑於上述發明背景，為了符合產業利益的需求，本發明提供一種多波長的固態發 光元件，主要是在固態發光元件上至少放置一個波長轉換材料，其中波長轉換材料是半導 體材料。 本發明的一 目的是提供一種任何所需CIE坐標的固態發光元件。
本發明的另一目的是得到演色性(Ra)佳的白光光源。 為了實現上述目的，本發明提供了一種多波長發光二極體，其包含一基板；一化 合物半導體複合層位於該基板上，其中該化合物半導體複合層包含一N型導電的半導體 層，一 P型導電的半導體層，以及一有源層位於該N型導電的半導體層與該P型導電的半導 體層之間，該有源層可激發出一第一波長的激發光；以及一第一波長轉換層位於該化合物 半導體複合層上，其中該第一波長轉換層吸收部分該有源層的第一波長的激發光而放射出 一第二波長的激發光，該第二波長大於該第一波長。 本發明還提供了一種上述多波長發光二極體的製造方法，其包含以下步驟提供 一外延基板；形成一化合物半導體複合層位於該外延基板上，其中該化合物半導體複合層 包含一 N型導電的半導體層，一 P型導電的半導體層，以及一有源層位於該N型導電的半導 體層與該P型導電的半導體層之間，該有源層可激發出一第一波長的激發光；以及形成一 第一波長轉換層位於該化合物半導體複合層上，其中該第一半導體波長轉換層吸收部分該 有源層的第一波長的激發光而放射出一第二波長的激發光，該第二波長大於該第一波長。
從本發明手段與具有的功效中，可以得到本發明具有諸多的優點。首先，形成的波 長轉換材料層的全工藝可以於外延反應器內完成，不需額外的黃光光刻工藝，減少外延片 受汙染的機會。另外，相較於諸多的現有技術中，發光元件的P_n結位置不會改變，可保留 原發光元件的發光效率。再者，波長轉換材料為化合物半導體，可根據材料的能階任意改變 所需要的波長。同時，可對波長轉換材料層形成具有粗化的表面，因而增加元件的光取出效 率。


圖1顯示利用本發明的方式在發光元件上形成波長轉換層的結構示意圖；
圖2顯示在波長轉換層上形成粗化表面的結構示意5
圖3A顯示在晶粒切割工藝中形成透明導電層的結構示意圖； 圖3B顯示在晶粒切割工藝中蝕刻出一凹陷區域的結構示意圖； 圖3C顯示在晶粒切割工藝中形成n電極與p電極的結構示意圖； 圖4顯示，當外延基板可導電時，n電極可以形成在外延基板的底部的結構示意
圖； 圖5A顯示在進行外延基板移除過程中形成金屬基板的結構示意圖； 圖5B顯示在進行外延基板移除過程中移除外延基板與緩衝層的結構示意圖； 圖5C顯示在進行外延基板移除過程中形成n電極與p電極的結構示意圖； 圖6顯示本發明也可以應用到倒裝晶片封裝工藝的結構示意圖； 圖7顯示本發明的紫外光元件以及三層波長轉換層的混光光譜圖； 圖8顯示本發明的藍光元件以及二層波長轉換層的混光光譜圖；以及 圖9顯示本發明的藍光元件以及一層波長轉換層的混光光譜圖。 主要附圖標記說明 10外延基板 ll金屬基板 12緩衝層 14n型導通的包覆層 16有源層 18p型導通的電子阻擋層 20p型導通的包覆層 40、42波長轉換材料層 60透明導電層 70凹陷區域 80、82、84n電極 90、92、94p電極 100封裝基板
具體實施例方式
本發明在此所探討的方向為一種發光二極體及其工藝。為了能徹底地了解本發 明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟及其組成。顯然，本發明的施行並未限定於發光二極 管及其工藝的技術人員所熟悉的特殊細節。另一方面，眾所周知的組成或步驟並未描述於 細節中，以避免造成本發明不必要的限制。本發明的優選實施例會詳細描述如下，然而除了 這些詳細描述的外，本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，且本發明的範圍不受限 定，其以隨附的權利要求為準。 本發明利用成長至少一個波長轉換材料於發光元件表面，將部分來自發光元件的 光轉換為至少一種不同波長的光，再與來自發光元件但未經轉換的光進行混光的過程，最 終得到所需的CIE坐標的光源。 本發明提供一種多波長發光二極體，包含一基板、一化合物半導體複合層位於該 基板上以及一第一波長轉換層位於該化合物半導體複合層上。前述的化合物半導體複合層包含一 N型導電的半導體層、一 P型導電的半導體層以及一有源層位於N型導電的半導體層與P型導電的半導體層的間，且有源層可激發出一第一波長的激發光。前述的第一半導體波長轉換層吸收部分的有源層的第一波長的激發光而放射出一第二波長的激發光，而第二波長大於第一波長。 本發明同時提供一種製造多波長發光二極體的方法，包含先提供一外延基板，隨後形成一化合物半導體複合層位於外延基板上，然後形成一第一波長轉換層位於該化合物半導體複合層上。其中的化合物半導體複合層包含一 N型導電的半導體層、一 P型導電的半導體層以及一有源層位於N型導電的半導體層與P型導電的半導體層的間，且有源層可激發出一第一波長的激發光。其中的第一半導體波長轉換層吸收部分的有源層的第一波長的激發光而放射出一第二波長的激發光，而第二波長大於第一波長。 其中上述的第一波長轉換層的材料可為III-V族化合物半導體材料或是II-VI族
化合物半導體材料，上述的ni-v族化合物半導體材料可為in族氮化合物、ni族磷化合
物或是III族砷化合物。並且，上述的第一波長轉換層的表面可為粗化表面。 本發明同時包含一第二波長轉換層位於第一波長轉換層上，其中的可導電的半導
體波長轉換層吸收部分有源層的第一波長的激發光及第一波長轉換材料的第二波長的激
發光而放射出一第三波長的激發光，而第三波長大於第二波長。上述的第二波長轉換層可
為III族氮化合物、III族磷化合物或是III族砷化合物。 上述的II-VI族化合物半導體材料可為II族氧化合物、II族硫化合物或是II族硒化合物。 上述的基板可為藍寶石(A1203)基板、碳化矽(SiC)基板、鋁酸鋰基板(AlLi02)、鎵酸鋰基板(LiGa02)、矽(Si)基板、氮化鎵(GaN)基板，氧化鋅(Zn0)基板、氧化鋁鋅基板(AlZnO)、砷化鎵(GaAs)基板、磷化鎵(GaP)基板、銻化鎵基板(GaSb)、磷化銦(InP)基板、砷化銦(InAs)基板、硒化鋅(ZnSe)基板或是金屬基板。本發明同時包含一緩衝層位於上述基板與化合物半導體複合層之間。本發明同時包含一P型導電的電子阻擋層位於有源層與P型導電的半導體層之間。再者，本發明同時包含一透明導電層位於上述第一或第二波長轉換層上，且與第一或第二波長轉換層歐姆接觸。 上述的外延基板可為藍寶石基板、碳化矽基板、鋁酸鋰基板、鎵酸鋰基板、矽基板、氮化鎵基板、氧化鋅基板、氧化鋁鋅基板、砷化鎵基板、磷化鎵基板、銻化鎵基板、磷化銦基板、砷化銦基板或是硒化鋅基板。本發明同時包含形成一緩衝層位於外延基板與化合物半導體複合層之間。本發明同時包含形成一P型導電的電子阻擋層位於有源層與P型導電的半導體層之間。再者，本發明同時包含形成一透明導電層位於該第一波長轉換層上，且與可導電的波長轉換層歐姆接觸。 本發明同時包含形成一歐姆導電層位於該第一波長轉換層上，且與可導電的波長轉換層歐姆接觸。本發明同時包含形成一金屬基板於歐姆導電層上。本發明同時包含移除該外延基板的步驟。 上述的實施內容，將會搭配圖示與各步驟的結構示意圖以詳細介紹本發明的結構與形成方式的各步驟。 請參照圖1，首先提供一外延基板10，其中外延基板10可以使用下列幾種，藍寶石基板、碳化矽基板、鋁酸鋰基板、鎵酸鋰基板、矽基板、氮化鎵基板、氧化鋅基板、氧化鋁鋅基板、砷化鎵基板、磷化鎵基板、銻化鎵基板、磷化銦基板、砷化銦基板或是硒化鋅基板等。外延基板的選擇，主要在於外延的材料的選擇。舉例來說，一般ii-vi半導體化合物會使用硒化鋅基板或是氧化鋅基板做為外延基材；III-砷化物或是磷化物通常是使用砷化鎵基板、磷化鎵基板、磷化銦基板或是砷化銦基板；而III-氮化物在商業上通常會使用藍寶石基板或是碳化矽基板，目前實驗階段有使用鋁酸鋰基板、鎵酸鋰基板、矽基板或是氧化鋁鋅基板等。另外，晶格結構與晶格常數是另一項選擇外延基板的重要依據。晶格常數差異過大，往往需要先形成一緩衝層才可以得到優選的外延品質。在本實施例中，使用的外延材料為III-氮化物，特別是使用氮化鎵，而搭配使用的外延基板是目前商業上常見的藍寶石基板或是碳化矽基板。然而，任何本領域的普通技術人員應能理解，本發明的外延材料的選擇並不限定於ni-氮化物，或甚至是氮化鎵等的材料。任何III-V半導體化合物或是II-VI半導體化合物皆可應用在本發明中。 —種改善後續外延品質的方式，是在外延基板10上先形成圖案，使得之後外延的過程中，缺陷密度不會順著外延的方向向上成長，最後通過有源層。不同的圖案設計，會對應到各種不同的外延條件與外延品質。涉及具有圖案的外延基板的外延技術，可以參閱先進開發光電之前的專利申請提案，中國臺灣專利申請號096150701。 由於使用藍寶石基板或是碳化矽基板，在外延III-氮化物之前需要先形成一緩衝層12，這是因為藍寶石基板與氮化鎵之間的晶格常數的不匹配高達14%，而使用碳化矽基板也有達到3.5%的晶格常數的不匹配。 一般的緩衝層12的材料可以是氮化鎵、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁(A1N)、或是InGaN/InGaN超晶格結構。涉及形成InGaN/InGaN超晶格結構的技術，可以參閱先進開發光電之前的專利申請提案，中國臺灣專利申請號096104378。形成緩衝層12的方式是在外延機臺，例如有機金屬化學氣相沉積(M0CVD ;Metal OrganicChemical Vapor Deposition)機臺或是分子束夕卜延(MBE ;MolecularBeamEpitaxy)機臺中，以相對於後續正常外延溫度較低的環境長晶。例如氮化鋁鎵銦的一般長晶溫度約在800-140(TC之間，而緩衝層的長晶溫度約在250-70(TC之間。當使用有機金屬化學氣相沉積機臺時，氮的先驅物可以是NH3或是N2，鎵的先驅物可以是三甲基鎵或是三乙基鎵，而鋁的先驅物可以是三甲基鋁或是三乙基鋁。反應室的壓力可以是低壓或是常壓。 隨後形成n型導通的氮化鎵層或是氮化鋁鎵層，而這一層的作用是提供發光二極體的n型導通的包覆層(cladding layer) 14。 n型導通的氮化鎵層或是氮化鋁鎵層的形成方式，是在有機金屬化學氣相沉積機臺或是分子束外延機臺中，在形成氮化物層時，同時摻雜四族的原子，在本實施例中是矽原子，而矽的先驅物在有機金屬化學氣相沉積機臺中可以是矽甲烷或是矽乙烷。在這一層的下方可以在緩衝層上先行依續形成未參雜的氮化鎵層(未在圖示中顯示)以及n型導通的接觸層(未在圖示中顯示)，而這兩層的形成步驟是非必需的(optional)。形成未參雜的氮化鎵層是提升n型導通的包覆層的外延品質，而n型導通的接觸層是高摻雜的氮化鎵層或是氮化鋁鎵層，可以提供與n型電極之間優選的導電效果。 接著是形成一有源層16在n型導通的包覆層14上，其中有源層16是發光二極體元件的發光層，可以是單異質結構、雙異質結構、單量子阱層或是多重量子阱層結構。目前多採用多重量子阱層結構，也就是多重量子阱層/阻障層的結構。量子阱層可以使用氮化銦鎵，而阻障層可以使用氮化鋁鎵等的三元結構。另外，也可以採用四元結構，也就是使用氮化鋁鎵銦(AlxInyGal-x-yN)同時作為量子阱層以及阻障層，其中調整鋁與銦的比例使得氮化鋁鎵銦晶格的能階可以分別成為高能階的阻障層與低能階的量子阱層。有源層的形成方式，基本上接近前述的形成n型導通的包覆層的方式，其中銦的先驅物可以是三甲基銦或是三乙基銦。有源層可以摻雜n型或是p型的摻雜子(dopant)，可以是同時摻雜n型與P型的摻雜子，也可以完全不摻雜。並且，可以是量子阱層摻雜而阻障層不摻雜、量子阱層不摻雜而阻障層摻雜、量子阱層與阻障層都摻雜或是量子阱層與阻障層都不摻雜。再者，亦可以在量子阱層的部分區域進行高濃度的摻雜(delta doping)。 之後，在有源層上可以形成一p型導通的電子阻擋層18，這個步驟可以是非必需的(optional) 。 p型導通的電子阻擋層18可包括第一種三五族半導體層，以及第二種三五族半導體層。這兩種三五族半導體層，能隙不同，且具有周期性地重複沉積在上述有源發光層上，以作為一勢壘較高的電子阻擋層(勢壘高於有源發光層的勢壘)，用以阻擋過多電子(e-)溢流有源發光層。關於P型導通的電子阻擋層18詳細的內容與形成方式，可以參閱先進開發光電之前的專利申請提案，中國臺灣專利申請號097128065。 接著，形成一 p型導通的氮化鎵層或是氮化鋁鎵層，而這一層的作用是提供發光二極體的P型導通的包覆層(cladding layer) 20。 p型導通的氮化鎵層或是氮化鋁鎵層的形成方式，是在有機金屬化學氣相沉積機臺或是分子束外延機臺中，在形成氮化物層時，同時摻雜二族的原子，在本實施例中是鎂原子，而鎂的先驅物在有機金屬化學氣相沉積機臺中可以是CP2Mg。在這一層的上方可以形成p型導通的接觸層(未在圖示中顯示)，而這層的形成步驟是非必需的(optional) 。 p型導通的接觸層是高摻雜的氮化鎵層或是氮化鋁鎵層，可以提供與P型電極之間優選的導電效果。 然後，形成一波長轉換材料層40在p型導通的包覆層20或是p型導通的接觸層上。波長轉換材料層40可以是III-V族化合物半導體材料或是II-VI族化合物半導體材料，例如AlInGaAs、 GaAs、 InAs、 AlAs、 InGaAs、 AlGaAs、 InAlAs， AlInGaP、 GaP、 InP、A1P、 InGaP、AlGaP、 InAlP、 AlInGaN、 GaN、 InN、AlN、 InGaN、AlGaN、 InAlN、 ZnSe、 ZnMgBeSSe、ZnCdSe、 ZnMgSe、 ZnSSe、 ZrAgSSe、 ZnMgSSe、 ZnCdSe/ZnMgSSe或是ZnMgBeSe/ZnCdSe/ZnMgBeSe。波長轉換材料的形成方式，無論是III-V族化合物半導體材料或是II-VI族化合物半導體材料，都可以使用有機金屬化學氣相沉積法，分子束外延法，或是使用晶片接合(wafer bonding)法，其中晶片接合的方式可以將已經形成好的波長轉換材料層直接黏接在P型導通的包覆層或是P型導通的接觸層。在本發明中，波長轉換材料層可以經由摻雜而具有P型導通。這樣可以降低波長轉換材料層在電性上的阻抗。 由於發光元件中的有源層會由電子空穴的結合而激發第一激發輻射光，而一部分的第一激發輻射光會激發光轉換材料層而得到第二激發輻射光。調整有源層的能階與光轉換材料層的能階可以得到任何所需CIE坐標的固態發光元件或是可以得到演色性(Ra)佳的白光光源。 在本發明中，波長轉換材料可以是一層或是一層以上。並且可以根據材料的不同進行不同的組合與搭配。例如，一層波長轉換材料是ni-v族化合物半導體材料而另一層是II-VI族化合物半導體材料，或是兩層都是III-V族化合物半導體材料或是II-VI族化合物半導體材料。另外，波長轉換層的表面可為粗化表面。
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在本發明的一實施例中，有源層是InGaN/AlGaN多重量子阱層，並且可以發射出紫外光或是近紫外光，其波長約在365-420納米之間，請參閱圖7。波長轉換材料可以有三層，第一波長轉換材料層是InGaN，可以發射出藍光，波長約在440-480納米之間；第二波長轉換材料層是InGaN，可以發射出綠光或是黃綠光，波長約在480-570納米之間；第三波長轉換材料層是可以GaP、 GaAs、或是InN，可以發射出黃光或是紅光，波長約在580-650納米之間。 在本發明的另一實施例中，有源層是InGaN/AlGaN多重量子阱層，並且可以發射出藍光，其波長約在440-460納米之間，請參閱圖8 。波長轉換材料可以有兩層，第一波長轉換材料層是InGaN，可以發射出綠光或是黃綠光，波長約在480-570納米之間；第二波長轉換材料層可以是GaP、 GaAs或是InN，可以發射出黃光或是紅光，波長約在580-650納米之間。 在本發明的另一實施例中，有源層是InGaN/AlGaN多重量子阱層，並且可以發射出藍光，其波長約在440-460納米之間，請參閱圖9。波長轉換材料有一層，波長轉換材料層可以是GaP、 GaAs或是InN，可以發射出黃光或是紅光，波長約在520-650納米之間。在這個實施例中，在最後的封裝階段可以混合黃色光或是綠色光的螢光粉，使得封裝完成的發光二極體元件可以發射出高演色性的白光。 請參閱圖2，當波長轉換材料層42為不導電時，必須將透明導電層60與p型導通的包覆層20或是p型導通的接觸層直接接觸，產生電性連接。最簡單的方式，是以蝕刻的方式移除一部分的波長轉換材料層42，或是在有機金屬化學氣相沉積中利用外延的條件直接形成未完全覆蓋的波長轉換材料層42。其中，蝕刻可以採用溼式蝕刻或是乾式蝕刻。
接下來的工藝是屬於發光二極體的晶粒切割工藝。首先，請參閱圖3A，形成一透明導電層60在波長轉換材料層上，其中透明導電層60必須與波長轉換材料層40之間形成歐姆接觸。透明導電層60的材質可以是Ni/Au、ITO、IZO、IWO或是IGO等可以跟p型導通的III-氮化物之間歐姆接觸的材料。透明導電層60的形成方式，可以是蒸鍍，濺鍍等物理氣相沉積法。 接著，當外延基板是藍寶石基板或是不導電的基板時，會在同一面形成n電極與p電極的同面電極的結構，如圖3C所示。在這個工藝步驟中，首先需要將一部分的透明導電層60、波長轉換材料層40、p型導通的接觸層(如果有形成)、p型導通的包覆層20、有源層16、 n型導通的包覆層14以及n型導通的接觸層(如果有形成)移除，以形成一凹陷區域70，請參閱圖3B。移除的方式可以使用乾式蝕刻或是溼式蝕刻的方式。然後，請參閱圖3C，分別在透明導電層60上形成p電極90，在露出的n型導通的包覆層14或是n型導通的接觸層(如果有形成)上形成n電極80。 n電極80與p電極90的形成的方式可以使用蒸鍍或是濺鍍等的物理氣相沉積法。上述n電極80與p電極90的工藝可以透過光刻或是剝離(lift-off)方式形成圖案。 形成電極之後，會對外延基板進行研磨的步驟，將藍寶石基板的厚度降低。基本上這個步驟是非必需的(optional)，主要的目的是可以提升元件的發光亮度。
當外延基板是碳化矽或是其他的導電基板時，可以不用對一部分的透明導電層、波長轉換材料層、P型導通的接觸層(如果有形成)、P型導通的包覆層、有源層、n型導通的包覆層以及n型導通的接觸層(如果有形成)移除以露出n型導通的包覆層或是n型導
10通的接觸層(如果有形成)。請參閱圖4， n電極82可以直接形成在外延基板10的底部，而P電極92會形成在透明導電層60上接近中央的區域。 另外，當外延基板是藍寶石基板時，也可以使用基板剝離(substrate lift-off)技術，將藍寶石基板給完全移除，請參閱圖5。這時，需要在另一面形成另一個可支撐晶片應力的金屬基板11，才能將藍寶石基板移除，如圖5A所示。當使用基板剝離技術時，在波長轉換材料層之後形成的歐姆接觸層60，可以不需要是透明的。基板剝離技術可以使用雷射熱分離的技術，或是使用化學蝕刻的技術將外延基板10與緩衝層12移除，如圖5B所示。隨後，如圖5C所示，整個晶片會反置使得n型導通的包覆層14會朝上。在金屬基板11下形成P電極94，在n型導通的包覆層14上形成n電極84。不論是使用導電的外延基板或是使用基板剝離技術，都可形成雙面的n電極與-p電極。 隨後，就會對整片的晶片進行切割形成晶粒。晶片切割的方式可以使用切割刀或是使用雷射將整個晶片切割成一個個小塊的晶粒(chip)或是晶方(die)。切割下來的晶粒或是晶方都會黏在藍膜上供下一階段的封裝工藝用。 本發明亦可以應用到倒裝晶片(flip-chip)封裝的型態，請參閱圖6。在晶粒切割的工藝中，就只能形成同面電極的結構。然後在封裝的工藝中，直接將同面電極結構的晶粒或是晶方的n電極與p電極直接黏著到封裝基板100上。 本發明利用成長至少一個波長轉換材料層於發光元件表面的手段，達成可以直接發出白光或是多波長激發光的功效，其中波長轉換材料為半導體，可任意改變所需要的波長。而且，在封裝工藝的階段可以不需要添加螢光粉就可以發射出白光，或是可以提供高演色性的白光。 從本發明手段與具有的功效中，可以得到本發明具有諸多的優點。首先，形成的波長轉換材料層的全工藝可以於外延反應器內完成，不需額外的黃光光刻工藝，減少外延片受汙染的機會。另外，相較於諸多的現有技術中，發光元件的p-n結位置不會改變，可保留原發光元件的發光效率。再者，波長轉換材料為化合物半導體，可根據材料的能階任意改變所需要的波長。同時，可對波長轉換材料層形成具有粗化的表面，因而增加元件的光取出效率。 顯然，依照上面實施例中的描述，本發明可能有許多的修正與差異。因此需要在其附加的權利要求的範圍內加以理解，除了上述詳細的描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。上述僅為本發明的優選實施例而已，並非用以限定本發明；凡其它未脫離本發明所公開的精神下所完成的修改，均應包含在所附權利要求所要求保護的範圍內。
權利要求
一種多波長發光二極體，包含一基板；一化合物半導體複合層位於該基板上，其中該化合物半導體複合層包含一N型導電的半導體層，一P型導電的半導體層，以及一有源層位於該N型導電的半導體層與該P型導電的半導體層之間，該有源層可激發出一第一波長的激發光；以及一第一波長轉換層位於該化合物半導體複合層上，其中該第一波長轉換層吸收部分該有源層的第一波長的激發光而放射出一第二波長的激發光，該第二波長大於該第一波長。
2. 根據權利要求1所述的發光二極體，其中所述的第一波長轉換層的材料為III-V族 化合物半導體材料或是II-VI族化合物半導體材料，且所述的III-V族化合物半導體材料 為III族氮化合物、III族磷化合物或是III族砷化合物。
3. 根據權利要求2所述的發光二極體，還包含一第二波長轉換層位於該第一波長轉換 層上，其中該可導電的半導體波長轉換層吸收部分該有源層的第一波長的激發光而放射出 一第三波長的激發光及該第一波長轉換材料的第二波長的激發光，該第三波長大於該第二 波長，且所述的第二波長轉換層為III族氮化合物、III族磷化合物或是III族砷化合物， 所述的II-VI族化合物半導體材料為II族氧化合物、II族硫化合物或是II族硒化合物。
4. 根據權利要求2所述的發光二極體，其中所述的基板為藍寶石基板、碳化矽基板、鋁 酸鋰基板、鎵酸鋰基板、矽基板、氮化鎵基板、氧化鋅基板、氧化鋁鋅基板、砷化鎵基板、磷化 鎵基板、銻化鎵基板、磷化銦基板、砷化銦基板、硒化鋅基板或是金屬基板。
5. 根據權利要求4所述的發光二極體，還包含一緩衝層位於該基板與該化合物半導體 複合層之間，一P型導電的電子阻擋層位於該有源層與該P型導電的半導體層之間及一透 明導電層位於該第一波長轉換層上，且與該第一波長轉換層歐姆接觸。
6. —種製造多波長發光二極體的方法，包含 提供一外延基板；形成一化合物半導體複合層位於該外延基板上，其中該化合物半導體複合層包含一N 型導電的半導體層，一P型導電的半導體層，以及一有源層位於該N型導電的半導體層與該 P型導電的半導體層之間，該有源層可激發出一第一波長的激發光；以及形成一第一波長轉換層位於該化合物半導體複合層上，其中該第一半導體波長轉換層 吸收部分該有源層的第一波長的激發光而放射出一第二波長的激發光，該第二波長大於該 第一波長。
7. 根據權利要求6所述的製造多波長發光二極體的方法，其中所述的第一波長轉換層 的材料為ni-v族化合物半導體材料或是II-VI族化合物半導體材料，且所述的III-V族 化合物半導體材料為III族氮化合物、III族磷化合物或是III族砷化合物。
8. 根據權利要求7所述的製造多波長發光二極體的方法，還包含形成一第二波長轉換 層位於該第一波長轉換層上，其中該可導電的半導體波長轉換層吸收部分該有源層的第一 波長的激發光而放射出一第三波長的激發光及該第一波長轉換材料的第二波長的激發光， 該第三波長大於該第二波長，且所述的第二波長轉換層為in族氮化合物、ni族磷化合物或是in族砷化合物，ii-vi族化合物半導體材料為ii族氧化合物、n族硫化合物或是ii族硒化合物。
9. 根據權利要求7所述的製造多波長發光二極體的方法，其中所述的外延基板為藍寶石基板、碳化矽基板、鋁酸鋰基板、鎵酸鋰基板、矽基板、氮化鎵基板、氧化鋅基板、氧化鋁鋅 基板、砷化鎵基板、磷化鎵基板、銻化鎵基板、磷化銦基板、砷化銦基板或是硒化鋅基板。
10. 根據權利要求9所述的製造多波長發光二極體的方法，還包含形成一緩衝層位於 該外延基板與該化合物半導體複合層之間，一 P型導電的電子阻擋層位於該有源層與該P 型導電的半導體層之間，形成一透明導電層位於該第一波長轉換層上，且與該可導電的波 長轉換層歐姆接觸及形成一歐姆導電層位於該第一波長轉換層上，且與該可導電的波長轉換層歐姆接觸。
11. 根據權利要求io所述的製造多波長發光二極體的方法，還包含形成一金屬基板於該歐姆導電層上，移除該外延基板的步驟及一第二波長轉換層位於該第一波長轉換層上， 以及一第三可導電的波長轉換層位於該第二波長轉換層上。
全文摘要
本發明利用成長至少一個波長轉換材料於發光元件表面，將部分來自發光元件的光轉換為至少一種不同波長的光，再與來自發光元件但未經轉換的光進行混光的過程，最終得到所需的CIE坐標的光源。本發明形成的波長轉換材料層的全工藝可以於外延反應器內完成，不需額外的黃光光刻工藝，減少外延片受汙染的機會。另外，相較於諸多的現有技術中，發光元件的p-n結位置不會改變，可保留原發光元件的發光效率。再者，波長轉換材料為化合物半導體，可根據材料的能階任意改變所需要的波長。同時，可對波長轉換材料層形成具有粗化的表面，因而增加元件的光取出效率。
文檔編號H01L33/00GK101728462SQ200810167918
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月17日 優先權日2008年10月17日
發明者葉穎超, 吳芃逸, 林文禹, 塗博閔, 詹世雄, 黃世晟 申請人:先進開發光電股份有限公司