[发明专利]发光二极管与其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管与其制造方法，特别是涉及一种可提升光取出率的发光二极管与其制造方法。

背景技术

发光二极管由一种具有同质结构(Homostructure)、单异质结构(SingleHeterostructure)、双异质结构(Double Heterostructure；DH)、或是多重量子井(Multiple Quantum Well；MQW)结构所堆叠而成的磊晶结构，其能自然放射出不同波长的光线的p-n接面二极管。由于发光二极管具有低耗电量、低发热量、操作寿命长、耐撞击、体积小、反应速度快、以及可发出稳定波长的色光等良好光电特性，因此常应用于家电、仪表的指示灯、光电产品的应用光源、以及光电通讯领域。

传统的发光二极管是在一个基板(Substrate)，一个n型下包覆层，一个主动层、以及一个p型上包覆层，借由电流通过主动层的磊晶结构而发光，并借由磊晶结构的各种不同组成来改变发光二极管发光波长。

通常，对发光二极管元件而言，发光亮度的高低主要取决于主动层的量子效率(Quantum Efficiency)和光取出效率(Light Extraction Efficiency)。主动层的量子效率愈高，则发光二极管的发光亮度随之提高，主动层的量子效率一般主要由磊晶的品质以及主动层的结构设计来增加其效率。另一方面，光取出效率愈高，发光二极管的发光亮度也会增加，光取出效率的改善主要致力于克服主动层所发出的光子中有大部分在发光二极管元件内部全反射而造成光损失的现象。

当传统的发光二极管的主动层产生的光朝下入射至例如砷化镓基板时，由于砷化镓基板的能隙较小，因而入射至砷化镓基板的光将会被吸收掉，而无法产生高效率的发光二极管。

目前，有些现有LED技术可用以避免基板的吸光问题，然而这些技术都有其缺点以及限制。例如Sugawara等人发表于[Appl.Phys Lett.Vol.61，1775-1777(1992)]便揭示了一种利用加入一层分散布拉格反射层(Distributed Bragg Reflector；DBR)于砷化镓基板上，借以反射入射向砷化镓基板的光，并减少砷化镓基板吸收，然而由于DBR反射层只对于较接近垂直入射于砷化镓基板的光能有效的反射，因此效果并不大。

又，例如Kish等人发表于[Appl.Phys Lett.Vol.64，No.21，2839，(1994)的文献，名称为“Very high-efficiency semiconductor wafer-bondedtransparent-substrate(AlxGal-x)0.5 In 0.5P/GaP”]教示一种粘接晶圆(Waferbonding)的透明式基板(Transparent-Substrate；TS)(AlxGal-x)0.5 In 0.5P/GaP发光二极管。这种TS AlGaInP LED是利用气相磊晶法(VPE)而形成厚度相当厚(约50μm)的P型磷化镓(GaP)窗户(Window)层，然后再以现有的化学蚀刻法选择性地移除N型砷化镓(GaAs)基板。随后将此曝露出的N型(AlxGal-x)0.5 In 0.5P下包覆层粘接至厚度约为8-10mil的n型磷化镓基板上。由于此晶圆粘接(Wafer Bonding)是将二种III-V族化合物半导体直接粘接在一起，因此要在较高温度，加热加压一段时间才能完成。就发光亮度而言，这种方式所获得的TS AlGaInP LED比传统的吸收式基板(Absorbing-Substrate；AS)AlGaInP LED大两倍以上。然而，这种TS AlGaInPLED的缺点就是制造过程太过繁杂，且通常会在接合界面具有一非欧姆接触的高电阻特性，因此，无法获得高生产良率且难以降低制造成本。

另一种传统技术，例如Horng等人发表于[Appl.Phys.Lett.Vol.75，No.20，3054(1999)文献，名称为“AlGaInP light-emitting diodes with mirror substratesfabricated by wafer bonding”]。Horng等人教示一种利用晶片融合技术以形成镜面基板(Mirror-Substrate；MS)磷化铝镓铟/金属/二氧化硅/硅LED。其使用AuBe/Au作为粘着材料借以接合硅基板与LED磊晶层。然而，在20mA操作电流下，这种MS AlGaInP LED的发光强度仅约为90mcd，仍然比TSAlGaInP LED的发光强度少至少百分的四十，所以其发光强度无法令人满意。