[发明专利]发光半导体装置及其制作方法

说明书

本发明涉及一种发光半导体装置及其制作方法，特别是关于具有反射层结构的发光半导体装置及其制作方法。

现有技术中使用可吸收光线的衬底制作的面接触型发光二极管，如图1所示，首先在可吸收光线的衬底20上生长一层下包覆层(cladding layer)21，在其上生长一活性层(active layer)22，然后，在活性层上再生长一上包覆层(cladding layer)23，这样，便形成双异质结(double heterostructure)。这种发光二极管的光波波长由活性层中的成分比例决定，包覆层能隙较活性层高，故一方面可以提高载子的注入效率，另一方面由活性层所发出的光亦不会被包覆层吸收，最后，在发光二极管的发光面上镀上正面金属电极24，同时在衬底20无生长磊晶层的一面上镀上背面金属电极25。此种垂直式发光二极管因为使用了吸光衬底砷化镓(GaAs)，此衬底可吸收波长介于570nm到650nm的可见光，进而降低了发光效率。故降低吸光衬底的吸收效应，是决定其发光效率的重要因素之一。

为了改善使用吸光衬底所造成吸收可见光的缺点及增进发光效率，现有技术发展出另一种如图2所示的发光二极管，主要是增加了电流阻隔区34及反射层33。在上包覆层23上生长一同于包覆层但不同于掺杂型的半导体电流阻隔区34，这样可使电流散开的面积增加，而改进发光效率；再者，在吸光衬底20与下包覆层21之间加入反射层33，以使向吸光衬底入射的光线能在反射层33内被反射回来，以提高发光效率。然而，此种结构，一则需界定出电流阻隔区的区域，且使用两次MOCVD磊晶，其存在工艺复杂及时间长的缺点；再则其反射层是由两种不同折射系数的材料为一对(pair)重复交叠制作而成，这种反射层的反射角频宽由此对的折射系数差所决定，然而，受限于组成材料为化合物半导体，两组成材料之间的折射系数差是有限的，其只能对几乎垂直入射的光线才有反射作用，其余的光线仍需通过此反射层而被衬底吸收，所以降低衬底吸收光的作用极为有限。

现有技术中发展出另一种如图3所示的发光二极管，其是先将发光二极管异质结构36磊晶生长在暂时性的吸光衬底20上，并维持晶格相匹配(lattice match)，而后，再将吸光衬底20去除，接下来使用晶片接合(Wafer bonding)技术，将另一透光导电衬底35与发光二极管异质结构36相结合，透光导电衬底35不仅可增加电流散开的面积，同时亦不吸收自活性层所发出的光，故能提高其发光效率。在此技术中，使用晶片接合(Wafer bonding)技术是将另一个透光导电衬底35与发光二极管异质结构36相结合，此技术的原理是利用不同材料之间的热膨胀系数之差，经由热处理而产生单轴压力的推挤而使透光导电衬底35与发光二极管异质结构36结合面之间产生原子与原子的凡德瓦力而键结；故为了达到大面积的均匀性，需产生均匀的大面积单轴压力，这样不需要特别设计的热结合机具，且又需保持透光导电衬底35与发光二极管异质结构36之间的表面晶格方向一致，才能得到足够强度的键结力及低阻抗的接合界面，故此法在制作技术上较为复杂且难度高，因此制作的合格率不易提高。

再者，现有技术中使用蓝宝石(Sapphire)衬底所制成的氮化镓系列的发光二极管，由于此衬底是绝缘的，无法导电，故须制成横向电极，如图4所示，包含一蓝宝石绝缘衬底40，其上依序磊晶生长一缓冲层41，一n型下包覆层42，一活化层43，一p型上包覆层44及一p型欧姆接触层45，然后制作正面电极46及横向背面电极47。此外，现有技术亦有使用碳化硅(Silicon Carbide)当成氮化镓系列的发光二极管的衬底，虽然碳化硅可以导电，可制作成垂直式电极，但是此衬底不易制作，且成本亦相当高；故目前主要使用绝缘衬底制成氮化物发光二极管装置。由于使用绝缘衬底，无法制作成传统式垂直电极结构，而须制成横向电极结构，如此不仅须特殊连线机构及封装技术，且晶粒的制作面积相对增加，导致加工工艺复杂，且每单位元件所需成本亦增加。

综上可知，现有技术存在下列缺点：

1、电流阻隔区需加设两次MOCVD磊晶的复杂工艺，以及其中反射层只能反射特定入射角的光线，反射作用小。

2、为了达到键结均匀性及低阻抗结合界面所须的晶片接合技术工艺复杂。

3、使用蓝宝石(Sapphire)衬底所制成的氮化镓系列的发光二极管，无法制作成垂直式电极，而使得单位元件成本增加。

本发明的目的在于提供一种发光效率高的发光半导体装置。