氮化鎵基發光二極體的垂直組件結構及其製造方法

2023-11-11 10:43:42 3

專利名稱：氮化鎵基發光二極體的垂直組件結構及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種氮化鎵基發光二極體的垂直組件結構及其製造方法，尤指一種適用於氮化鎵基(GaN-based)III-V族材料的發光二極體者(light-emitting diode，簡稱LED)，主要系利用一具有光罩(mask)的基板單元，接續磊晶沉積一多層磊晶結構，基板單元與多層磊晶結構置入治具後，即可藉由施力作用(例如剪力作用)，使得基板單元與多層磊晶結構可由光罩處分離，以取出多層磊晶結構；其中，該多層磊晶結構，在取出後，可於底部設置一金屬反射層，且藉由金屬反射層可黏合一導電基板，並可將P型電極設置於多層磊晶結構的上表面，及N型電極設置於導電基板底部；藉此，以構成LED的垂直組件結構。
背景技術：
有關習有「氮化鎵基LED發光裝置」的結構，茲以第15圖所示者為例，臚列其構成及技術手段如後，謹請參考一般GaN磊晶沉積層可成長在GaN基板或藍寶石(sapphire)基板上，然而，由於GaN基板的價格昂貴，所以，習式「氮化鎵基LED發光裝置」的基板90，大多為藍寶石(sapphire)基板，且在基板90上依序成長緩衝層91、n-GaN層92、活性層93、p-GaN層94，以蝕刻法(Etching)使n-GaN層92具有一露出面92a，以設置n型電極96，並於p-GaN層94上設置p型電極95，而構成一LED的發光裝置。
惟，前述的習式者，雖採用價格較為便宜的藍寶石(sapphire)基板，然而在進行封裝時卻需各別對p型電極95及n型電極96打線而實施兩次打線，因此，對於後續製程的封裝成本較高，且亦造成不良率增高的可能性。
再者，前述的習式者，系屬橫向組件結構而非垂直組件結構，需施以蝕刻法(Etching)，將GaN磊晶沉積層除去一部份，以設置n型電極96，因此，必減損有效發光的面積，而未盡理想。
另外，前述的習式者，系採用藍寶石(sapphire)基板，由於藍寶石(sapphire)的切割較不容易，因此，在晶粒製程中，困難度較高。

發明內容
基於上述緣由，本發明者認為若能先採用價格較為便宜的藍寶石(sapphire)基板，順利成長GaN磊晶沉積層後，適當地剝離不導電且較不易切割的藍寶石(sapphire)基板，再貼上可導電的基板，將可製成氮化鎵基LED發光裝置的垂直組件結構，並大幅改進上述「先前技術」未盡理想的處及增益實用功效。
所以，本發明的主要目的，即為提供一種「氮化鎵基LED的垂直組件結構及其製造方法」。
本發明所採取的技術方案為一種「氮化鎵基LED垂直組件結構的製造方法」，系由一具有光罩的基板單元，接續磊晶沉積一具有活性層的多層磊晶結構，使得基板單元與多層磊晶結構的間，因光罩而形成結構上的脆弱點，以利取出多層磊晶結構，多層磊晶結構取出後，可於多層磊晶結構底部設置導電基板，並於多層磊晶結構的上表面及導電基板底部各別設置P/N電極，而構成一氮化鎵基(GaN-based)發光二極體的垂直組件結構。
一種「氮化鎵基LED的垂直組件結構」，包括一多層磊晶結構、一金屬反射層、一導電基板、一p型金屬電極、及一n型金屬電極等構成；其中該多層磊晶結構，系可由n-GaN層、MQW活性層、及接觸層等所依序磊晶成長而成；該金屬反射層，系以電鍍或濺鍍的方式鍍於n-GaN半導體層的底部，可反射多層磊晶結構所產生的光；該導電基板，可為Si-n型基板，且經由加熱加壓，而固設於金屬反射層的底部；該p型金屬電極，系設置於多層磊晶結構的上表面；且該n型金屬電極，系設置於導電基板的底部；藉此，以構成一氮化鎵基(GaN-based)發光二極體的垂直組件結構。
一種「氮化鎵基LED的垂直組件結構」，包括一多層磊晶結構、一金屬反射層、一導電基板、一p型金屬電極、及一n型金屬電極等構成；其中
該多層磊晶結構，系可由n-GaN層、MQW活性層、p-型DBR、及接觸層等所依序磊晶成長而成；該金屬反射層，系以電鍍或濺鍍的方式鍍於n-GaN半導體層的底部，可反射多層磊晶結構所產生的光；該導電基板，可為Si-n型基板，且經由加熱加壓，而固設於金屬反射層的底部；該p型金屬電極，系設置於多層磊晶結構的上表面；且該n型金屬電極，系設置於導電基板的底部；藉此，以構成一氮化鎵基(GaN-based)發光二極體的垂直組件結構，且可由金屬反射層與p-型DBR形成一共振腔。
一種「氮化鎵基LED的垂直組件結構」，包括一多層磊晶結構、一金屬反射層、一導電基板、一p型金屬電極、及一n型金屬電極等構成；其中該多層磊晶結構，系可由n-GaN層、第二MQW活性層、第二n-GaN層、第一MQW活性層、p-型DBR、接觸層等所依序磊晶成長而成；該金屬反射層，系以電鍍或濺鍍的方式鍍於n-GaN半導體層的底部，可反射多層磊晶結構所產生的光；該導電基板，可為Si-n型基板，且經由加熱加壓，而固設於金屬反射層的底部；該p型金屬電極，系設置於多層磊晶結構的上表面；且該n型金屬電極，系設置於導電基板的底部；藉此，以構成一氮化鎵基(GaN-based)發光二極體的垂直組件結構，且可由金屬反射層與p-型DBR形成一共振腔，第一MQW活性層及第二MQW活性層的混光過程，並可由共振腔所完成。
本發明所具有的有益效果為；1、本發明的最終基板並非藍寶石(sapphire)基板，故，在晶粒製程中，本發明較易於切割。
2、本發明對於後續製程而言，製造難易度較低，亦即，在晶粒製程中，本發明無需施以蝕刻法(Etching)。
3、本發明因無需施以蝕刻法(Etching)，所以有效發光的面積並未減損。
4、本發明因有效發光面積並未減損，故，在相同的有效發光面積下，本發明的晶粒可較習式者小，經濟效益更高。
5、本發明係為垂直組件結構，在進行封裝時只需實施一次打線，因此，對於後續製程的封裝成本可較習式者低，且亦降低造成不良率的可能性。
6、本發明的導電基板，可為矽(Si)材質，導熱係數較高，約為藍寶石(sapphire)基板的六倍，故可適用於高功率組件。
本發明的特徵、技術手段、具體功能、以及具體的實施例，繼以圖式、圖號詳細說明如後。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1為本發明方法較佳實施例的步驟示意圖；圖2及圖3為本發明方法的實施狀態示意圖；圖4為本發明成長多層磊晶結構的示意圖；圖5為本發明結構較佳實施例的剖面圖；圖6為本發明結構第二實施例的剖面圖；圖7為本發明結構第三實施例的剖面圖；圖8為本發明結構第四實施例的剖面圖；圖9為本發明結構第五實施例的剖面圖；圖10為本發明結構第六實施例的剖面圖；圖11至圖14為本發明基板單元的實施示意圖；及圖15為現有氮化鎵基LED發光裝置的結構示意圖
具體實施例方式本發明最主要的創意精神在於提供一種藉由一具有光罩12的基板單元1，接續磊晶沉積一具有活性層的多層磊晶結構2，使得基板單元1與多層磊晶結構2的間，因具有光罩12而形成結構上的脆弱點，以利取出多層磊晶結構2，在多層磊晶結構2取出後，即可設置導電基板33及P/N電極，而構成一氮化鎵基(GaN-based)發光二極體的垂直組件結構；其結構特徵及所構成的空間型態實為本發明創意的精華所在。
為能進一步了解本發明的特徵、技術手段以及所達成的具體功能、目的，茲列舉本發明的較具體實施例，繼以圖式、圖號詳細說明如後。
請參閱圖1至圖3所示，本發明方法可包含以下的步驟步驟1，係為「成長一緩衝層」的步驟，即在藍寶石(sapphire)基板10的上表面10a形成一緩衝層11；
步驟2，係為「形成數道光罩」的步驟，接續步驟1，在緩衝層11上可形成數道光罩12(材質可為SiO2、或SiN、或SiNx等)，以預先製成一基板單元1；步驟3，係為「成長多層磊晶結構」的步驟，接續步驟2，在基板單元1上接續磊晶沉積一具有活性層的多層磊晶結構2；步驟4，係為「取出多層磊晶結構」的步驟，接續步驟3，將基板單元1與多層磊晶結構2置於治具80中，且多層磊晶結構2的上表面20黏固於治具80的上固定板81，基板10的下表面10b黏固於治具80的下固定板82，由於光罩12與多層磊晶結構2間並不具有黏合力，因此，基板單元1與多層磊晶結構2間的數道光罩12已成為結構上的脆弱點，當兩固定板81，82對基板單元1與多層磊晶結構2施力作用時(例如剪力作用)，即可順利剝離基板單元1，而單獨取出多層磊晶結構2，如圖2所示；步驟5，係為「設置金屬反射層」的步驟，接續步驟4，多層磊晶結構2的底部2a可由「蝕刻液」清除殘餘的光罩12，並將多層磊晶結構2的底部2a研磨呈鏡面，以鍍上一金屬反射層31；步驟6，係為「設置導電基板」的步驟，接續步驟5，導電基板33的頂部鍍有一金屬薄膜32，經由加熱加壓，即可使金屬薄膜32與金屬反射層31相黏合，而固設導電基板33，如圖3所示；步驟7，係為「設置P/N電極」的步驟，接續步驟6，經由加熱去膠(或添加溶解液去膠)，多層磊晶結構2的上表面20可與上固定板81分離，且多層磊晶結構2的上表面20及導電基板33的底部33a可各別設置P/N電極；藉此，以構成一氮化鎵基(GaN-based)LED的垂直組件結構。
此間應予以說明者，乃在於當光罩12的材質為SiO2時，本發明方法的步驟3與步驟4間，可進一步包括步驟4a「以氟化氫(HF)蝕刻一部份」的步驟；亦即，接續步驟3，可先將基板單元1與多層磊晶結構2，以氟化氫(HF)溶劑或B.O.E(buffer oxide etchant)蝕刻劑，對SiO2光罩12蝕刻一部份，使結構更為脆弱，以利後續在執行步驟4時，更容易取出多層磊晶結構2。
此間應再予以說明者，乃在於該金屬薄膜32的作用，系在於經由加熱加壓，使金屬薄膜32與金屬反射層31相黏合，而固設導電基板33；故，該金屬薄膜32可為與金屬反射層31相同的材質，或者與金屬反射層31不同，然而可與金屬反射層31一同加熱加壓黏合的材質。
此間應再予以說明者，乃在於該金屬反射層31，可為Ag/Al材質(即先鍍上銀，再鍍上鋁，使銀不致外露)，或為Ag材質，或任何金屬材質。
此間擬再予提出說明者，乃在於本發明方法的步驟5中，若金屬反射層31的厚度足夠時(至少在1μm以上)，在步驟6中，該金屬薄膜32即可進一步予以省略；亦即，該金屬反射層31與導電基板33，可直接經由加熱加壓，而相黏合，此亦為導電基板33的另一固設方式。
請參閱圖4所示，在較佳實施例中，本發明的基板單元1可由一基板10、一緩衝層11、及數道光罩12所構成；其中該基板10，可為藍寶石(sapphire)材質，且厚度在300至500μm的間，以利磊晶成長一多層磊晶結構2；該緩衝層11，可為GaN緩衝層，且成長在基板10的上表面10a上；該光罩12，可為SiO2、或SiN、或SiNx等材質，且形成在緩衝層11上。
復請參閱圖4所示，在較佳實施例中，本發明的多層磊晶結構2可由一n-GaN層21、一多量子井(Multi-Quantum Well，簡稱MQW)活性層22、一接觸層27等所依序磊晶成長而成；其中該n-GaN層21，可為有摻雜的n-GaN半導體層(例如摻雜Si，以達到導電的目的)，厚度可在2至6μm；該MQW活性層22，可為InGaN/GaN的MQW，且通電後為由「電產生光」的光產生層(light generating layer)，波長(λ)可在380nm至600nm的間；該接觸層27，係為p-GaN系(p+-GaN-based，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN)的半導體層，厚度可在0.2至0.5μm。
請參閱圖5所示，根據本發明方法，本發明的「垂直組件結構」在較佳實施例中，包括一多層磊晶結構2、一金屬反射層31、一導電基板33、一p型金屬電極(p-type metal contact)40、及一n型金屬電極(n-type metal contact)50等構成；其中該多層磊晶結構2，系可由一n-GaN的半導體層21、一InGaN/GaN的MQW 22、及一p+-GaN-based的半導體層27等所依序磊晶成長而成；該金屬反射層31，系以電鍍或濺鍍的方式鍍於n-GaN的半導體層21底部，並用以黏合導電基板33，反射率可在90％以上；
該導電基板33，可為Si-n型基板，且可摻雜有磷(P)、砷(As)等V族元素，或Ge-n型基板，或GaAs-n型基板，或InP-n型基板，或GaP-n型基板等，厚度可在100至300μm的間；該p型金屬電極40，系設置於多層磊晶結構2的上表面20，即p+-GaN-based的半導體層27上；該n型金屬電極50，系設置於導電基板33的底部33a；且金屬反射層31可反射多層磊晶結構2所產生的光，以避免受Si-n型基板所吸收而減損；藉此，以構成一氮化鎵基(GaN-based)發光二極體的垂直組件結構。
請參閱圖6所示，在第二實施例中，該多層磊晶結構2可在較佳實施例的基礎上，進一步於p+-GaN-based的半導體層27上，以磊晶的方式成長一適當厚度且可透光的金屬氧化層28，而作為窗口層；其中該金屬氧化層28，可為ZnO材質的金屬氧化層，或ZnO摻雜鋁(Al)的金屬氧化層；或可為InxZn1-xO、SnxZn1-xO、InxSnyZn1-x-yO等材質所構成的金屬氧化層者，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1；或可為折射率(refractive index)至少在1.5的金屬氧化層者；或可為n型傳導(n-type conduction)或p型傳導(p-type conduction)的金屬氧化層者；或可為摻雜有稀土元素(rare earth-doped)的金屬氧化層者，厚度可在50至50μm；且該p型金屬電極40，系設置於多層磊晶結構2的上表面20，即金屬氧化層28上。
請參閱圖7所示，在第三實施例中，該多層磊晶結構2可在較佳實施例的基礎上，進一步於InGaN/GaN的MQW 22及p+-GaN-based的半導體層27間，包括一p-型布拉格反射鏡(Distributed BraggReflector，簡稱DBR)26；其中該p-型DBR 26，可為p-AlGaN/GaN的DBR，反射率(ReflectiveIndex)可在50％至80％的間；藉此，不僅可構成一氮化鎵基(GaN-based)發光二極體的垂直組件結構，且可由金屬反射層31與p-型DBR26構成一共振腔。
請參閱圖8所示，在第四實施例中，該多層磊晶結構2可在第三實施例的基礎上，進一步於p+-GaN-based的半導體層27上，以磊晶的方式成長一適當厚度且可透光的金屬氧化層28，而作為窗口層；其中
該金屬氧化層28，可為ZnO材質的金屬氧化層，或ZnO摻雜鋁(Al)的金屬氧化層；或可為InxZn1-xO、SnxZn1-xO、InxSnyZn1-x-yO等材質所構成的金屬氧化層者，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1；或可為折射率(refractive index)至少在1.5的金屬氧化層者；或可為n型傳導(n-type conduction)或p型傳導(p-type conduction)的金屬氧化層者；或可為摻雜有稀土元素(rare earth-doped)的金屬氧化層者，厚度可在50至50μm；且該p型金屬電極40，系設置於多層磊晶結構2的上表面20，即金屬氧化層28上。
請參閱圖9所示，在第五實施例中，本發明的「垂直組件結構」包括一多層磊晶結構2、一金屬反射層31、一導電基板33、一p型金屬電極40、及一n型金屬電極50等構成；且該多層磊晶結構2可由一n-GaN層21、第二MQW活性層23、第二n-GaN層24、第一MQW活性層25、一p-型DBR 26、一接觸層27等所依序磊晶成長而成；其中該n-GaN層21，可為有摻雜的n-GaN半導體層(例如摻雜Si，以達到導電的目的)，厚度可在2至6μm；該第二MQW活性層23，可為InGaN/GaN的2nd-MQW，且通電後為由「光產生光」的第二光產生層(light generating layer)，波長(λ)可在550nm至650nm的間；該第二n-GaN層24，可為有摻雜的n-GaN半導體層(例如摻雜Si，以達到導電的目的)，厚度可在2至6μm；該第一MQW活性層25，可為InGaN/GaN的lst-MQW，且通電後為由「電產生光」的第一光產生層，波長(λ)可在450nm至510nm的間；該p-型DBR 26，可為p-AlGaN/GaN的DBR，反射率(ReflectiveIndex)可在50％至80％的間；該接觸層27，係為p-GaN系(p+-GaN-based，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN)的半導體層，厚度可在0.2至0.5μm；該金屬反射層31，系以電鍍或濺鍍的方式鍍於n-GaN的半導體層21底部，並用以黏合導電基板33，反射率可在90％以上；該導電基板33，可為Si-n型基板，且可摻雜有磷(P)、砷(As)等V族元素，或Ge-n型基板，或GaAs-n型基板，或InP-n型基板，或GaP-n型基板等，厚度可在100至300μm的間；該p型金屬電極40，系設置於多層磊晶結構2的上表面20，即p+-GaN-based的半導體層27上；
且該n型金屬電極50，系設置於導電基板33的底部33a；藉此，不僅可構成一氮化鎵基(GaN-based)發光二極體的垂直組件結構，且可由金屬反射層31與p-型DBR 26構成一共振腔，兩MQW活性層23，25的混光過程，並可由共振腔所完成。
此間應予以說明者，乃在於在第五實施例中，當第一MQW活性層25所產生光的波長(λ)約為480nm，而第二MQW活性層23所產生光的波長(λ)約為580nm，則根據色品圖(Chromaticity diagram)的混光原理，由p-型DBR 26所逸出的光可為自然白光，且有助於發光效率的提升；此為本發明第五實施例的一特例者。
請參閱圖10所示，在第六實施例中，該多層磊晶結構2可在第五實施例的基礎上，進一步於p+-GaN-based的半導體層27上，以磊晶的方式成長一適當厚度且可透光的金屬氧化層28，而作為窗口層；其中該金屬氧化層28，可為ZnO材質的金屬氧化層，或ZnO摻雜鋁(Al)的金屬氧化層；或可為InxZn1-xO、SnxZn1-xO、InxSnyZn1-x-yO等材質所構成的金屬氧化層者，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1；或可為折射率(refractive index)至少在1.5的金屬氧化層者；或可為n型傳導(n-type conduction)或p型傳導(p-type conduction)的金屬氧化層者；或可為摻雜有稀土元素(rare earth-doped)的金屬氧化層者，厚度可在50至50μm；且該p型金屬電極40，系設置於多層磊晶結構2的上表面20，即金屬氧化層28上。
此間擬提出說明者，乃在於本發明的金屬氧化層28，進一步可於裸露表面(即金屬氧化層28表面不含與p型金屬電極40接觸的部份)施予表面處理，而具有粗糙表面或壓花紋路，以增益光的逃脫放出。
另，應提出說明者，乃在於本發明的磊晶結構，系可由濺鍍自我組織(self-texturing by sputtering)法所形成，或可由物理氣相沉積(physical vapor deposition)法所形成，或可由離子電鍍(ionplating)法所形成，或可由脈衝雷射蒸鍍(pulsed laser evaporation)法所形成，或可由化學氣相沉積(chemical vapor deposition)法所形成，或可由分子束磊晶成長(molecular beam epitaxy)法所形成。
請參閱圖11至圖14所示，本發明的基板單元1，其較佳的實施方式，如下如圖11所示，繫於藍寶石(sapphire)基板10上形成一GaN緩衝層11，且於GaN緩衝層11上，沿著GaN結晶方向(crystal orientation)110，以PECVD(plasma enhance chemical vapour deposition)方式成長一SiO2層120，厚度可在3至5μm，並在SiO2層120上塗布一層光阻液(PR)121。
如圖12所示，該緩衝層11，可為LT-GaN/HT-GaN的緩衝層，LT-GaN係為先成長在基板10上的低溫緩衝層，厚度可在30至500，HT-GaN係為成長在LT-GaN上的高溫緩衝層，厚度可在0.5至6μm。
如圖13所示，可藉由網板曝光的方式，使得光阻液(PR)層121形成數道未曝光的屏蔽123，且光阻液(PR)層121已曝光的部份，可經由蝕刻液予以清除，SiO2層120未受屏蔽123保護的部份，可經由蝕刻液一併去除，而形成數道光罩12。
如圖14所示，清除屏蔽123即可預先製成本發明所欲達成的基板單元1。
權利要求
1.一種氮化鎵基LED垂直組件結構的製造方法，可包含以下的步驟(a)成長一緩衝層的步驟，系在藍寶石(sapphire)基板上形成一緩衝層；(b)形成數道光罩的步驟，接續步驟(a)，在緩衝層上形成數道光罩，以預先製成一基板單元；(c)成長多層磊晶結構的步驟，接續步驟(b)，在基板單元上接續磊晶沉積一具有活性層的多層磊晶結構；(d)取出多層磊晶結構的步驟，接續步驟(c)，將基板單元與多層磊晶結構置於治具中，且多層磊晶結構的上表面黏固於治具的上固定板，基板的下表面黏固於治具的下固定板，當兩固定板對基板單元與多層磊晶結構施力作用時，基板單元可因子道光罩所形成的結構脆弱點而被順利剝離，並單獨取出多層磊晶結構；(e)設置金屬反射層的步驟，接續步驟(d)，清除多層磊晶結構底部所殘餘的光罩，並將多層磊晶結構的底部研磨呈鏡面，以鍍上一金屬反射層；(f)設置導電基板的步驟，接續步驟(e)，將導電基板與金屬反射層加熱加壓，使導電基板與金屬反射層相黏合，而固設導電基板；(g)設置P/N電極的步驟，接續步驟(f)，分離治具後，多層磊晶結構的上表面可設置P型電極，且導電基板的底部可設置N型電極；藉此，以構成一氮化鎵基(GaN-based)LED的垂直組件結構。
2.根據權利要求1所述的「氮化鎵基LED垂直組件結構的製造方法」，其特徵在於，該光罩可為SiO2、或SiN、或SiNx等材質；且該方法在步驟(c)與步驟(d)間，可進一步包括以氟化氫(HF)蝕刻一部份的步驟，即接續步驟(c)，可先以氟化氫(HF)溶劑或B.O.E蝕刻劑，對光罩蝕刻一部份，使結構更為脆弱，以利後續在執行步驟(d)時，更易於取出多層磊晶結構。
3.根據權利要求1所述的氮化鎵基LED垂直組件結構的製造方法，其特徵在於，該導電基板，進一步可於頂部鍍有一金屬薄膜，經由加熱加壓，金屬薄膜即可與金屬反射層相黏合，而固設導電基板；該金屬薄膜，可為與金屬反射層相同的材質，或可為與金屬反射層不同但可與金屬反射層一同加熱加壓黏合的材質。
4.一種氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，包括一多層磊晶結構、一金屬反射層、一導電基板、一p型金屬電極、及一n型金屬電極等構成；該多層磊晶結構，系可由n-GaN層、MQW活性層、及接觸層等所依序磊晶成長而成；該金屬反射層，系以電鍍或濺鍍的方式鍍於n-GaN半導體層的底部，可反射多層磊晶結構所產生的光；該導電基板，可為Si-n型基板，且經由加熱加壓，而固設於金屬反射層的底部；該p型金屬電極，系設置於多層磊晶結構的上表面；且該n型金屬電極，系設置於導電基板的底部；藉此，以構成一氮化鎵基(GaN-based)發光二極體的垂直組件結構。
5.根據權利要求4所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於該金屬反射層，可為先鍍上銀再鍍上鋁的Ag/Al材質，或為Ag材質，或任何金屬材質，反射率可在90％以上；該n-GaN層，可為有摻雜的n-GaN半導體層(例如摻雜Si)，厚度可在2至6μm；該MQW活性層，可為InGaN/GaN的MQW，且通電後為由「電產生光」的光產生層，波長(λ)可在380nm至600nm的間；該接觸層，係為p+-GaN-based的半導體層，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN的磊晶沉積層，厚度可在0.2至0.5μm。
6.根據權利要求4所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該導電基板，可摻雜有磷(P)、砷(As)等V族元素，厚度可在100至300μm的間。
7.根據權利要求4所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該導電基板，可為Ge-n型基板，或GaAs-n型基板，或InP-n型基板，或GaP-n型基板等。
8.根據權利要求4所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該多層磊晶結構，可進一步於接觸層上，以磊晶方式成長一適當厚度且可透光的金屬氧化層；且該p型金屬電極，系設置於多層磊晶結構的上表面即金屬氧化層上。
9.根據權利要求8所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該金屬氧化層，可為ZnO材質的金屬氧化層，或ZnO摻雜鋁(Al)的金屬氧化層，或InxZn1-xO、SnxZn1-xO、InxSnyZn1-x-yO等材質的金屬氧化層，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1，厚度可在50至50μm。
10.根據權利要求8所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該金屬氧化層，可為折射率至少在1.5的金屬氧化層，或n型傳導的金屬氧化層，或p型傳導的金屬氧化層，或摻雜有稀土元素的金屬氧化層者，厚度可在50至50μm。
11.一種氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，包括一多層磊晶結構、一金屬反射層、一導電基板、一p型金屬電極、及一n型金屬電極等構成；該多層磊晶結構，系可由n-GaN層、MQW活性層、p-型DBR、及接觸層等所依序磊晶成長而成；該金屬反射層，系以電鍍或濺鍍的方式鍍於n-GaN半導體層的底部，可反射多層磊晶結構所產生的光；該導電基板，可為Si-n型基板，且經由加熱加壓，而固設於金屬反射層的底部；該p型金屬電極，系設置於多層磊晶結構的上表面；且該n型金屬電極，系設置於導電基板的底部；藉此，以構成一氮化鎵基(GaN-based)發光二極體的垂直組件結構，且可由金屬反射層與p-型DBR形成一共振腔。
12.根據權利要求11所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於該金屬反射層，可為先鍍上銀再鍍上鋁的Ag/Al材質，或為Ag材質，或任何金屬材質，反射率可在90％以上；該n-GaN層，可為有摻雜的n-GaN半導體層(例如摻雜Si)，厚度可在2至6μm；該MQW活性層，可為InGaN/GaN的MQW，且通電後為由「電產生光」的光產生層，波長(λ)可在380nm至600nm的間；該p-型DBR，可為p-AlGaN/GaN的DBR，反射率可在50％至80％的間；該接觸層，係為p+-GaN-based的半導體層，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN的磊晶沉積層，厚度可在0.2至0.5μm。
13.根據權利要求11所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該導電基板，可摻雜有磷(P)、砷(As)等V族元素，厚度可在100至300μm的間。
14.根據權利要求11所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該導電基板，可為Ge-n型基板，或GaAs-n型基板，或InP-n型基板，或GaP-n型基板等。
15.根據權利要求11所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該多層磊晶結構，可進一步於接觸層上，以磊晶方式成長一適當厚度且可透光的金屬氧化層；且該p型金屬電極，系設置於多層磊晶結構的上表面即金屬氧化層上。
16.根據權利要求15所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該金屬氧化層，可為ZnO材質的金屬氧化層，或ZnO摻雜鋁(Al)的金屬氧化層，或InxZn1-xO、SnxZn1-xO、InxSnyZn1-x-yO等材質的金屬氧化層，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1，厚度可在50至50μm。
17.根據權利要求15所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該金屬氧化層，可為折射率至少在1.5的金屬氧化層，或n型傳導的金屬氧化層，或p型傳導的金屬氧化層，或摻雜有稀土元素的金屬氧化層者，厚度可在50至50μm。
18.一種氮化鎵基LE D的垂直組件結構，其特徵在於，包括一多層磊晶結構、一金屬反射層、一導電基板、一p型金屬電極、及一n型金屬電極等構成；該多層磊晶結構，系可由n-GaN層、第二MQW活性層、第二n-GaN層、第一MQW活性層、p-型DBR、接觸層等所依序磊晶成長而成；該金屬反射層，系以電鍍或濺鍍的方式鍍於n-GaN半導體層的底部，可反射多層磊晶結構所產生的光；該導電基板，可為Si-n型基板，且經由加熱加壓，而固設於金屬反射層的底部；該p型金屬電極，系設置於多層磊晶結構的上表面；且該n型金屬電極，系設置於導電基板的底部；藉此，以構成一氮化鎵基(GaN-based)發光二極體的垂直組件結構，且可由金屬反射層與p-型DBR形成一共振腔，第一MQW活性層及第二MQW活性層的混光過程，並可由共振腔所完成。
19.根據權利要求18所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於該金屬反射層，可為先鍍上銀再鍍上鋁的Ag/Al材質，或為Ag材質，或任何金屬材質，反射率可在90％以上；該n-GaN層，可為有摻雜的n-GaN半導體層(例如摻雜Si)，厚度可在2至6μm；該第二MQW活性層，可為InGaN/GaN的2nd-MQW，且通電後為由「光產生光」的第二光產生層，波長(λ)可在550nm至650nm的間；該第二n-GaN層，可為有摻雜的n-GaN半導體層(例如摻雜Si)，厚度可在2至6μm；該第一MQW活性層，可為InGaN/GaN的lst-MQW，且通電後為由「電產生光」的第一光產生層，波長(λ)可在450nm至510nm的間；該p-型DBR，可為p-AlGaN/GaN的DBR，反射率可在50％至80％的間；該接觸層，係為p+-GaN-based的半導體層，例如p-GaN、p-InGaN、p-AlInGaN的磊晶沉積層，厚度可在0.2至0.5μm。
20.根據權利要求18所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該導電基板，可摻雜有磷(P)、砷(As)等V族元素，厚度可在100至300μm的間。
21.根據權利要求18所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該導電基板，可為Ge-n型基板，或GaAs-n型基板，或InP-n型基板，或GaP-n型基板等。
22.根據權利要求18所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該多層磊晶結構，可進一步於接觸層上，以磊晶方式成長一適當厚度且可透光的金屬氧化層；且該p型金屬電極，系設置於多層磊晶結構的上表面即金屬氧化層上。
23.根據權利要求22所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該金屬氧化層，可為ZnO材質的金屬氧化層，或ZnO摻雜鋁(Al)的金屬氧化層，或InxZn1-xO、SnxZn1-xO、InxSnyZn1-x-yO等材質的金屬氧化層，且0≤X≤1，且0≤Y≤1，且0≤X+Y≤1，厚度可在50至50μm。
24.根據權利要求22所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該金屬氧化層，可為折射率至少在1.5的金屬氧化層，或n型傳導的金屬氧化層，或p型傳導的金屬氧化層，或摻雜有稀土元素的金屬氧化層者，厚度可在50至50μm。
25.一種氮化鎵基LED垂直組件結構的製造方法，系由一具有光罩的基板單元，接續磊晶沉積一具有活性層的多層磊晶結構，使得基板單元與多層磊晶結構的間，因光罩而形成結構上的脆弱點，以利取出多層磊晶結構，多層磊晶結構取出後，可於多層磊晶結構底部設置導電基板，並於多層磊晶結構的上表面及導電基板底部各別設置P/N電極，而構成一氮化鎵基(GaN-based)發光二極體的垂直組件結構。
26.根據權利要求25所述的氮化鎵基LED的垂直組件結構，其特徵在於，該基板單元，系由一基板、一緩衝層、及數道光罩所構成該基板，可為藍寶石(sapphire)材質，且厚度在300至500μm的間，以利磊晶成長一多層磊晶結構；該緩衝層，可為LT-GaN/HT-GaN的緩衝層，LT-GaN係為先成長在基板上的低溫緩衝層，厚度可在30至500，HT-GaN係為成長在LT-GaN上的高溫緩衝層，厚度可在0.5至6μm；該光罩，可為SiO2、或SiN、或SiNx等材質，且形成在緩衝層上
全文摘要
本發明涉及一種氮化鎵基發光二極體的垂直組件結構及其製造方法，主要系利用一具有光罩的基板單元磊晶沉積一多層磊晶結構，並由光罩處分離基板單元與多層磊晶結構；其中，該多層磊晶結構，在取出後，可於底部設置一金屬反射層，且藉由金屬反射層可黏合一導電基板，並可在多層磊晶結構的上表面及導電基板的底部分別設置P/N電極；藉此，以構成LED的垂直組件結構。
文檔編號H01L33/00GK1516294SQ03100249
公開日2004年7月28日 申請日期2003年1月8日 優先權日2003年1月8日
發明者洪詳竣 申請人:炬鑫科技股份有限公司