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    本發明為一種共振腔發光二極體的製造方法，係利用改變共振腔發光二極體的製造程序，其晶粒製程中上布拉格反射鏡層的製作是在晶粒固晶、打線鍵合等封裝製程步驟完成後再進行，因此製程上可以解決傳統以微影術在出光區域定義上反射鏡時易發生之對位誤差，進而改善共振腔發光二極體的操作特性。
    公开号:TW201324865A
    申请号:TW100145502
    申请日:2011-12-09
    公开日:2013-06-16
    发明作者:jia-long Cai；Sun-Jian Ke；zhong-fan Xu
    申请人:Chunghwa Telecom Co Ltd；
    IPC主号:H01L2224-00
    专利说明:
    一種共振腔發光二極體的製造方法
    本發明係關於一種共振腔發光二極體的製造方法，特別是指利用改變製造程序來製造上布拉格反射鏡層，在無須微影對準步驟可將上布拉格反射鏡層形成於發光二極體的出光區域，以完成共振腔發光二極體之製作。
    發光二極體是屬於自發放射性(spontaneous emission)的光源，其所發出的光具有等方向性(isotropic)的性質。由於受限全反射效應使得內部所發出的光僅能在小於臨界角所形成的「逃脫角錐」(escape cone)內離開半導體表面，這些逃不出去的光最終將被材料所吸收。為了增加出光效率，一種有效且具實用性的方法是在傳統發光二極體發光層上下加入反射鏡以形成具有共振腔的發光二極體結構利用光在共振腔中受到干涉效應來改變光場的發光角度分佈，使大部分的光都能侷限在逃脫角錐內而離開半導體表面。共振腔發光二極體的反射鏡可由金屬反射鏡面或由不同折射率材料交替多重堆疊的布拉格反射鏡所組成。對於一相同反射係數的布拉格反射鏡層結構，經由提高材料間彼此折射係數差可減少堆疊層數，此外每層厚度需滿足四分之一有效發光波長()的要求(為發光波長；為材料的折射係數)，使得發光層產生的光在經過材料界面反射時皆能滿足建設性干涉目的；通常，下反射鏡層之反射率較高，讓共振腔中來回反射的光能夠由上布拉格反射鏡層發射出去。一般共振腔發光二極體的製造方式分為晶粒製程與封裝製程兩個階段：其中前段的晶粒製程是依照磊晶結構而定，主要是定義出光區域，製造P、N型歐姆電極接觸區域，基板磨薄及晶粒切割等步驟；而後段的封裝製程主要是將切割好的晶粒拿來進行固晶、打線鍵合及模造或封蓋等步驟。對於平面型發光元件結構，即P、N型電極均位於發光二極體的同一側，其磊晶結構包含在基板上分別成長下布拉格反射鏡層、N型金屬接觸電極層、發光層及P型金屬接觸電極層等。製程上，先以微影術定義出光區域，隨後以離子蝕刻機台去除未被保護的半導體材料而裸露出N型金屬接觸電極層，最後，分別蒸鍍P、N型歐姆接觸金屬便完成具有下反射層之發光二極體元件。另一方面，我們可在出光區域上納入上布拉格反射鏡層結構，通常是由高低折射係數的材料系統(如TiO2/SiO2或Si/Al2O3)所組成，以完成共振腔發光二極體元件之製作。在上述元件的製造過程中，上布拉格反射鏡層是要選擇性地鍍在出光區域以便和下布拉格反射鏡層形成有效的共振腔，同時，需確保電流可由外部電路注入元件上的金屬接觸電極，但由於離子蝕刻後已在元件出光區域和N型電極接觸區間造成一顯著的高低落差，這高低差會增加以微影技術在出光區域上精確定義布拉格反射鏡層的困難度，其結果是產生對位誤差使部分絕緣性材料鍍於金屬電極而增加串聯電阻，此外共振腔發光二極體的出光效率也會因出光區域未鍍到上布拉格反射鏡層而變差。
    鑒於上述傳統製程技術的缺點，本案發明人乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，提出一種共振腔發光二極體的製造方法，來改進其製程技術。
    本發明之目的即在提供共振腔發光二極體的製造方法，它可以在無須微影對準步驟之下簡化上布拉格反射鏡層製造程序。
    為達成上述發明目的之共振腔發光二極體的製造方法，係利用改變共振腔發光二極體製造程序的方式。在P、N型歐姆電極製作完成後，依序進行基板磨薄及晶粒切割等製程步驟，隨後將這些晶粒固定於封裝座上並完成打線鍵合，此時可直接將上布拉格反射鏡層形成於晶粒表面，而無須進行出光區域微影對準步驟，最後再進行封裝製程的模造或封蓋的步驟，即完成整個共振腔發光二極體的製造。依據本發明方法製造之520nm發光波長共振腔發光二極體，其發光功率及發光頻譜如圖1所示。該實驗結果顯示，在不影響元件發光特性下，本發明具有簡化共振腔發光二極體製造步驟之優點。
    本發明之一種共振腔發光二極體的製造方法，該方法至少包含下列步驟：
    (a)於一磊晶基板上形成一主動區，該主動區具有一N型披覆層、一P型披覆層及一形成於該N型、P型披覆層之間的發光層，由上而下依序為向上磊晶成長該N型披覆層、發光層及該P型披覆層，以形成該主動區；
    (b)於該P型披覆層及該N型披覆層的部分區域，分別對應形成一與該P型披覆層電性相連結的P型歐姆電極，及一與該N型披覆層電性相連結的N型歐姆電極；
    (c)於該磊晶基板背面磨薄並切割成為晶粒；
    (d)將該些晶粒固定於封裝座上，並用導線將該些晶粒的N型歐姆電極與P型歐姆電極，分別連結於封裝座上相對應的電極，成為共振腔發光二極體半成品；
    (e)於該共振腔發光二極體半成品之晶粒表面形成一上布拉格反射鏡層；以及
    (f)對成品完成封裝程序。
    其中，該主動區更具有一下布拉格反射鏡層。
    該磊晶基板內排列，由上而下依序為向上磊晶成長該下布拉格反射鏡層、N型披覆層、發光層及該P型披覆層，形成該主動區。
    該步驟(c)更包含(c1)於該磊晶基板背面磨薄，並於背面形成下金屬反射鏡層，接著切割成為晶粒。
    其中，該下金屬反射鏡層之材料係為銀、鋁等材料。
    該磊晶基板係為一磷化銦基板、砷化鎵基板或藍寶石基板。
    該步驟(b)更包含以下步驟：
    (b1)將該P型披覆層、該發光層及該N型披覆層之一側蝕刻移除，令該N型披覆層部分區域裸露；以及
    (b2)於該P型披覆層部分區域，形成該P型歐姆電極，並在該N型批覆層部分裸露之區域形成該N型歐姆電極。
    其中，該封裝座係為導線架、金屬基板、低溫共燒陶瓷基板或TO-header。
    該上布拉格反射鏡層之介電質材料組，係為二種分別具有不同折射率之介電質鍍膜而成，且該較遠離該發光區之介電層的折射率是大於相對靠近該發光區之介電層的折射率。
    其中，該上布拉格反射鏡層之介電層，至少係由氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氟化鎂(MgF2)、氯化鉀(KCl)、矽(Si)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鈦(TiO2)、氧化鉿(HfO2)及氧化鋯(ZrO2)所組成的群體組成。
    11.如申請專利範圍1或2或4所述之共振腔發光二極體的製造方法，其中，該封裝程序依封裝座的型式而調整，係為模造或封蓋。
    本發明之功效在於提供一種無須微影對準步驟便可形成上布拉格反射鏡層的共振腔發光二極體製造方法，其不但不影響共振腔發光二極體的出光效率，而且具有簡化製程、降低生產成本的優點。
    有關於本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚明白。
    本發明一種共振腔發光二極體的製造方法之第一較佳實施例，是可以簡化上布拉格反射鏡層製造程序，在無須對準步驟即可將上布拉格反射鏡層形成於發光二極體的出光區域，而製造出高出光效率的共振腔發光二極體。
    參考圖2，進行步驟211於一以磊晶基板30上依序磊晶成長一下布拉格反射鏡層31、一N型披覆層32、一發光層33及一P型披覆層34，以共同形成一主動區3，如圖3所示。該磊晶基板30是選用砷化鎵基板，而例如磷化銦基板，藍寶石基板也可視情況選擇使用。
    接著進行步驟212，先將該P型披覆層34與發光層33及該N型披覆層31之一側蝕刻移除，使得該N型披覆層31部分區域裸露，並在該N型披覆層31部分裸露區域形成一N型歐姆電極41；然後在P型披覆層34部分區域形成一P型歐姆電極42，如圖4所示。
    然後進行步驟213，磨薄磊晶基板30背面並切割成為晶粒5，如圖5所示。
    參考圖6，以步驟214將切割好的晶粒5固定於封裝座61，並利用導線將晶粒的N型歐姆電極41與P型歐姆電極42分別連結於封裝座61，形成共振腔發光二極體封裝的半成品6，如圖6所示。該封裝座61可選用導線架、金屬基板、低溫共燒陶瓷基板及TO-header。
    然後進行步驟215，於共振腔發光二極體封裝的半成品6上，選擇兩種不同折射率之介電層材料組72與73，以物理蒸鍍或濺鍍方式交互形成多重層狀結構的上布拉格反射鏡層71於封裝的半成品6的表面，如圖7所示。該介電質材料組可適當選擇氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氟化鎂(MgF2)、氯化鉀(KCl)等低折射率介電層材料72，與矽(Si)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鈦(TiO2)、氧化鉿(HfO2)、氧化鋯(ZrO2)等高折射率介電層材料73相互配對而成。
    最後進行步驟216，將表面已形成上布拉格反射鏡層71的半成品6完成共振腔發光二極體的封裝製程，如圖8所示。依封裝座61的型式選擇適當之模造或封蓋81配合。
    而，本發明一種共振腔發光二極體的製造方法之第二較佳實施例，是與該第一較佳實施例相似，其不同處僅在下反射鏡材料與形成過程而已，今僅就本第二較佳實施例中形成下反射鏡的步驟221與步驟223詳加說明。
    參閱圖9，進行步驟221於一以磊晶基板30上依序以磊晶成長一N型披覆層32、一發光層33及一P型披覆層34，以共同形成一主動區3’，如圖10所示。
    接著如一種共振腔發光二極體的製造方法之一第一較佳實施例進行步驟212，分別完成N型歐姆電極41與P型歐姆電極42。
    然後進行步驟223，磨薄磊晶基板30背面並在其背面以物理蒸鍍或濺鍍方式形成金屬鏡面作為下金屬反射鏡層111，切割成為晶粒5’，如圖11所示。其金屬鏡面材料可選擇如銀、鋁等金屬。
    後續請參閱圖9，本發明之共振腔發光二極體的製造方法之第二較佳實施例步驟，則完全依照第一較佳實施例步驟214至步驟216進行。
    本發明所提供之共振腔發光二極體的製造方法，與前述引證案及其他習用技術相互比較時，更具有下列之優點：
    1.　本發明所提供之共振腔發光二極體的製造方法，該製造方法是利用改變製造程序來製造上布拉格反射鏡層，在無須微影對準步驟之下可將上布拉格反射鏡層形成於出光區域，其不影響共振腔發光二極體的出光效率並簡化共振腔發光二極體的製造方法。
    惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
    210~216．．．步驟
    221、223．．．步驟
    30．．．磊晶基板
    31．．．下布拉格反射鏡層
    32．．．N型披覆層
    33．．．發光層
    34．．．P型披覆層
    3、3’．．．主動區
    41．．．N型歐姆電極
    42．．．P型歐姆電極
    5、5’．．．晶粒
    61．．．封裝座
    6．．．共振腔發光二極體封裝的半成品
    71．．．上布拉格反射鏡層
    72．．．低折射率介電層材料
    73．．．高折射率介電層材料
    81．．．模造或封蓋
    111．．．下金屬反射鏡層
    請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效：
    圖1A為本發明之共振腔發光二極體的製造方法，所製造520nm發光波長的InGaN共振腔發光二極體。
    圖1B為本發明之共振腔發光二極體的製造方法，所製造520nm發光波長的InGaN共振腔發光二極體，其量測所得之發光強度與發光頻譜。
    圖1C為本發明之共振腔發光二極體的製造方法之示意圖。
    圖2為本發明之共振腔發光二極體的製造方法之第一較佳實施例流程圖。
    圖3為本發明之共振腔發光二極體的製造方法之一結構圖，說明實施圖2之製造方法時，實施步驟211後其一相對應產物態樣。
    圖4為本發明之共振腔發光二極體的製造方法之一結構圖，說明實施圖2之製造方法時，實施步驟212後其一相對應產物態樣。
    圖5為本發明之共振腔發光二極體的製造方法之一結構圖，說明實施圖2之製造方法時，實施步驟213後其一相對應產物態樣。
    圖6為本發明之共振腔發光二極體的製造方法之一結構圖，說明實施圖2之製造方法時，實施步驟214後其一相對應產物態樣。
    圖7為本發明之共振腔發光二極體的製造方法之一結構圖，說明實施圖2之製造方法時，實施步驟215後其一相對應產物態樣。
    圖8為本發明之共振腔發光二極體的製造方法之一結構圖，說明實施圖2之製造方法時，實施步驟216後其一相對應產物態樣。
    圖9為本發明之共振腔發光二極體的製造方法之第二較佳實施例流程圖。
    圖10為本發明之共振腔發光二極體的製造方法之一結構圖，說明實施圖9之製造方法時，實施步驟221後其一相對應產物態樣。
    圖11為本發明之共振腔發光二極體的製造方法之一結構圖，說明實施圖9之製造方法時，實施步驟223後其一相對應產物態樣。
    210、212~216．．．流程步驟
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] 一種共振腔發光二極體的製造方法，該方法至少包含下列步驟：(a)於一磊晶基板上形成一主動區，該主動區具有一N型披覆層、一P型披覆層及一形成於該N型、P型披覆層之間的發光層，由上而下依序為向上磊晶成長該N型披覆層、發光層及該P型披覆層，以形成該主動區；(b)於該P型披覆層及該N型披覆層的部分區域，分別對應形成一與該P型披覆層電性相連結的P型歐姆電極，及一與該N型披覆層電性相連結的N型歐姆電極；(c)於該磊晶基板背面磨薄並切割成為晶粒；(d)將該些晶粒固定於封裝座上，並用導線將該些晶粒的N型歐姆電極與P型歐姆電極，分別連結於封裝座上相對應的電極，成為共振腔發光二極體半成品；(e)於該共振腔發光二極體半成品之晶粒表面形成一上布拉格反射鏡層；以及(f)對成品完成封裝程序。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之共振腔發光二極體的製造方法，其中，該主動區更具有一下布拉格反射鏡層。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述之共振腔發光二極體的製造方法，其中，該磊晶基板內排列，由上而下依序為向上磊晶成長該下布拉格反射鏡層、N型披覆層、發光層及該P型披覆層，形成該主動區。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之共振腔發光二極體的製造方法，其中，該步驟(c)更包含以下步驟：(c1)於該磊晶基板背面磨薄，並於背面形成下金屬反射鏡層，接著切割成為晶粒。
    [5] 如申請專利範圍第4項所述之共振腔發光二極體的製造方法，其中，該下金屬反射鏡層之材料係為銀、鋁等材料。
    [6] 如申請專利範圍1或2或4所述之共振腔發光二極體的製造方法，其中，該磊晶基板係為一磷化銦基板、砷化鎵基板或藍寶石基板。
    [7] 如申請專利範圍1或2或4所述之共振腔發光二極體的製造方法，其中，該步驟(b)更包含以下步驟：(b1)將該P型披覆層、該發光層及該N型披覆層之一側蝕刻移除，令該N型披覆層部分區域裸露；以及(b2)於該P型披覆層部分區域，形成該P型歐姆電極，並在該N型批覆層部分裸露之區域形成該N型歐姆電極。
    [8] 如申請專利範圍1或2或4所述之共振腔發光二極體的製造方法，其中，該封裝座係為導線架、金屬基板、低溫共燒陶瓷基板或TO-header。
    [9] 如申請專利範圍1或2或4所述之共振腔發光二極體的製造方法，其中，該上布拉格反射鏡層之介電質材料組，係為二種分別具有不同折射率之介電質鍍膜而成，且該較遠離該發光區之介電層的折射率是大於相對靠近該發光區之介電層的折射率。
    [10] 如申請專利範圍1或2或4所述之共振腔發光二極體的製造方法，其中，該上布拉格反射鏡層之介電層，至少係由氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氟化鎂(MgF2)、氯化鉀(KCl)、矽(Si)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鈦(TiO2)、氧化鉿(HfO2)及氧化鋯(ZrO2)所組成的群體組成。
    [11] 如申請專利範圍1或2或4所述之共振腔發光二極體的製造方法，其中，該封裝程序依封裝座的型式而調整，係為模造或封蓋。
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