[发明专利]形成复数个半导体发光装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种形成半导体发光元件的方法，特别是一种形成复数个半导体发光装置的方法。

背景技术

图1显示一种已知的水平式发光二极管(LED)的示意图。参见图1，水平式发光二极管100包括磊晶基材102、磊晶结构104、电极单元106。磊晶结构104是利用一磊晶程序而成长于磊晶基材102上。电极单元106形成在磊晶结构104上，以提供其电能。磊晶基材102之材料例如蓝宝石或碳化硅(SiC)，使得三族氮化物基可磊晶成长于磊晶基材102上，其中三族氮化物基是指氮化镓基(GaN-based)或氮化铟镓基(InGaN-based)等。

磊晶结构104通常是由氮化镓基(GaN-based)或氮化铟镓基(InGaN-based)等半导体的材质所制成。在磊晶过程中，氮化镓基或氮化铟镓基材料于磊晶基材102上成长，而形成N型掺杂层108与P型掺杂层110。当提供电能于磊晶结构104，位于N型掺杂层108与P型掺杂层110接合处(junction)的发光结构112会产生一空穴(电洞)捕抓现象。藉此，发光部分112的电子能阶会降低，而以光子形式释放能量。例如，发光部分112是一种多重量子井(multiple quantum well，MQW)结构，可限制电子空穴的移动空间，以提升电子空穴的碰撞机率，因而增加电子空穴复合率，如此可提高发光效率。

电极单元106具有第一电极114与第二电极116。第一电极114与第二电极116分别与N型掺杂层108与P型掺杂层110欧姆接触。电极114/116是用于提供电能予磊晶结构104。当施加一电压于第一电极114与第二电极116，一电流从第二电极116通过磊晶结构104流向第一电极114，并在磊晶结构104内横向分布。因此，通过磊晶结构104内的一光电效应产生一些光子。通过横向的电流分布，水平式发光二极管100从磊晶结构104发出光。

水平式发光二极管100的制程虽然十分简单，但也可能于制程中造成一些问题，例如电流拥挤(current crowding)、电流分布不均，以及热累积等问题。这些问题可能会降低发光二极管100的发光效率，以及损坏发光二极管100。

为克服上述问题，本领域发展出一种垂直式发光二极管。图2为传统垂直式发光二极管的示意图。垂直式发光二极管200具有磊晶结构204与电极单元206。电极单元206位于磊晶结构204上以提供其电能。类似于图1所示的水平式发光二极管100，磊晶结构204可利用磊晶制程，以氮化镓基(GaN-based)或氮化铟镓基(InGaN-based)等半导体材质制成。在磊晶过程中，氮化镓基或氮化铟镓基材料从一磊晶基材(未图示)上成长，形成N型掺杂层208、发光结构212，与P型掺杂层210。接着，脱去磊晶基材，结合电极单元206与磊晶结构204。电极单元206具有第一电极214与第二电极216。第一电极214与第二电极216分别与N型掺杂层208及P型掺杂层210欧姆接触。此外，第二电极216可连接一散热基材202以增加散热效率。当施加电压于第一电极214与第二电极216，电流垂直流动，因而改善已知水平式发光二极管的电流拥挤、电流分布不均，以及热累积等问题。然而，如图2所示垂直式发光二极管200会有电极遮蔽效应，以及复杂制程等问题仍待克服。此外，散热基材202与第二电极216的结合步骤可能会损坏磊晶结构204。

近年来，本领域已发展出宽能隙的氮基发光二极管(wide-bandgap nitride-based LED)，其发射波长范围介于紫外光至较短波长的可见光之间。发光二极管装置因而可应用于新的显示科技，例如交通指示灯、液晶电视，以及移动电话的背光模块等。由于天然基材的缺乏，氮化镓或相关氮基化合物通常是形成在蓝宝石基材上。传统发光二极管，例如前述者，因光子以全方向发光，使其发光效率不高。大比例的光被蓝宝石基材限制，无法被利用。此外，蓝宝石基材的热传导系数低，使发光二极管的散热效率不佳。因此，需要一种独立、且不采用蓝宝石基材的氮化镓光电结构，来克服上述问题。磊晶转移技术是一种目前已知的新方法，其用于制作超高亮度的发光二极管。薄膜式P型朝上氮化镓发光二极管利用一激光剥离(laser lift-off)技术，并以硅基材取代蓝宝石基材，且结合高反射性反光层以及N型氮化镓层表面粗糙化处理等步骤所制成，上述结构及其制程方法可有效消除蓝宝石发光限制的问题。薄膜式P型朝上氮化镓发光二极管之结构与制程方法亦可增加氮化镓基发光二极管的光萃取效率。然而，上述发光二极管的结构亦遭遇电极遮蔽问题，其所发出的光会被电极遮蔽或吸收，因而导致发光效率降低。