[發(fā)明專利]形成復數(shù)個半導體發(fā)光裝置的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210058128.4
• 申請日: 2012-03-07
• 公開（公告）號: CN102891224A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設計）人: 洪瑞華;盧怡安
• 申請（專利權）人: 華夏光股份有限公司;財團法人成大研究發(fā)展基金會
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 北京泛誠知識產(chǎn)權代理有限公司 11298
• 代理人: 陳波;文琦

技術領域

本發(fā)明與一種半導體發(fā)光元件有關，特別是與一種形成復數(shù)個半導體發(fā)光裝置的方法有關。

背景技術

圖1顯示一種已知的水平式發(fā)光二極管(LED)的示意圖。參見圖1，水平式發(fā)光二極管100包括磊晶基材102、磊晶結構104、電極單元106。磊晶結構104是利用一磊晶程序而成長于磊晶基材102上。電極單元106形成在磊晶結構104上，以提供其電能。磊晶基材102之材料例如藍寶石或碳化硅(SiC)，使得三族氮化物基可磊晶成長于磊晶基材102上，其中三族氮化物基例如氮化鎵基(GaN-based)或氮化銦鎵基(InGaN-based)等。

磊晶結構104通常是由氮化鎵基(GaN-based)或氮化銦鎵基(InGaN-based)等半導體的材質所制成。在磊晶過程中，氮化鎵基或氮化銦鎵基材料于磊晶基材102上成長，而形成N型摻雜層108與P型摻雜層110。當提供電能于磊晶結構104，位于N型摻雜層108與P型摻雜層110接合處(junction)的發(fā)光結構112會產(chǎn)生一空穴捕抓現(xiàn)象。藉此，發(fā)光部分112的電子能階會降低，而以光子形式釋放能量。例如，發(fā)光部分112是一種多重量子井(multiple?quantum?well，MQW)結構，可限制電子空穴的移動空間，以提升電子空穴的碰撞機率，因而增加電子空穴復合率，如此可提高發(fā)光效率。

電極單元106具有第一電極114與第二電極116。第一電極114與第二電極116分別與N型摻雜層108與P型摻雜層110歐姆接觸。電極114/116是用于提供電能予磊晶結構104。當施加一電壓于第一電極114與第二電極116，一電流從第二電極116通過磊晶結構104流向第一電極114，并在磊晶結構104內橫向分布。因此，藉由磊晶結構104內的一光電效應產(chǎn)生一些光子。藉由橫向的電流分布，水平式發(fā)光二極管100從磊晶結構104發(fā)出光。

水平式發(fā)光二極管100的制程雖然十分簡單，但也可能于制程中造成一些問題，例如電流擁擠(current?crowding)、電流分布不均，以及熱累積等問題。這些問題可能會降低發(fā)光二極管100的發(fā)光效率及/或損壞發(fā)光二極管100。

為克服上述問題，本領域發(fā)展出一種垂直式發(fā)光二極管。圖2為傳統(tǒng)垂直式發(fā)光二極管的示意圖。垂直式發(fā)光二極管200具有磊晶結構204與電極單元206。電極單元206位于磊晶結構204上以提供其電能。類似于圖1所示的水平式發(fā)光二極管100，磊晶結構204可利用磊晶程序，以氮化鎵基(GaN-based)或氮化銦鎵基(InGaN-based)等半導體材質制成。在磊晶過程中，氮化鎵基或氮化銦鎵基材料從一磊晶基材(未圖示)上成長，形成N型摻雜層208、發(fā)光結構212，與P型摻雜層210。接著，脫去磊晶基材，結合電極單元206與磊晶結構204。電極單元206具有第一電極214與第二電極216。第一電極214與第二電極216分別與N型摻雜層208及P型摻雜層210歐姆接觸。此外，第二電極216可連接一散熱基材202以增加散熱效率。當施加電壓于第一電極214與第二電極216，電流垂直流動，因而改善已知的水平式發(fā)光二極管的電流擁擠、電流分布不均，以及熱累積等問題。然而，如圖2所示垂直式發(fā)光二極管200會有電極遮蔽效應，以及復雜制程等問題仍待克服。此外，散熱基材202與第二電極216的結合步驟可能會損壞磊晶結構204。

近年來，本領域已發(fā)展出寬能隙的氮基發(fā)光二極管(wide-bandgap?nitride-based?LED)，其發(fā)射波長范圍介于紫外光至較短波長的可見光之間。發(fā)光二極管裝置因而可應用于新的顯示科技，例如交通號志燈、液晶電視，以及行動電話的背光模塊等。由于天然基材的缺乏，氮化鎵或相關氮基化合物通常是形成在藍寶石基材上。傳統(tǒng)發(fā)光二極管，例如前述者，因光子以全方向發(fā)光，使其發(fā)光效率不高。大比例的光被藍寶石基材限制，無法被利用。此外，藍寶石基材的熱傳導系數(shù)低，使發(fā)光二極管的散熱效率不佳。因此，需要一種獨立且不采用藍寶石基材的氮化鎵光電結構，來克服上述問題。磊晶轉移技術是一種目前已知的新方法，其用于制作超高亮度的發(fā)光二極管。薄膜式P型朝上氮化鎵發(fā)光二極管利用一激光剝離(laser?lift-off)技術，并以硅基材取代藍寶石基材，且結合高反射性反光層以及N型氮化鎵層表面粗糙化處理等步驟所制成，上述結構及其制程方法可有效消除藍寶石發(fā)光限制的問題。薄膜式P型朝上氮化鎵發(fā)光二極管之結構與制程方法亦可增加氮化鎵基發(fā)光二極管的光萃取效率。然而，上述發(fā)光二極管的結構亦遭遇電極遮蔽問題，其所發(fā)出的光會被電極遮蔽或吸收，因而導致發(fā)光效率降低。