專利名稱：發(fā)光元件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件，特別是涉及發(fā)光二極管基板上表面具有離子 注入層的發(fā)光二極管。
背景技術：
發(fā)光二極管(light-emitting diode， LED)的發(fā)光原理是利用電子在n型半 導體與p型半導體間移動的能量差，以光的形式將能量釋放，這樣的發(fā)光原 理有別于白熾燈發(fā)熱的發(fā)光原理，因此發(fā)光二極管被稱為冷光源。此外，發(fā) 光二極管具有高耐久性、壽命長、輕巧、耗電量低等優(yōu)點，因此現(xiàn)今的照明 市場對于發(fā)光二極管寄予厚望，將其視為新一代的照明工具。
已知的發(fā)光二極管結構于基板上形成半導體外延結構，其中半導體外延 結構的外延品質對于發(fā)光二極管的內(nèi)部發(fā)光效率有決定性的影響；然而于形 成外延結構過程中，基板的晶格常數(shù)(lattice constant)是否能與形成外延結構 的材料匹配是影響外延品質的主要因素，也因此發(fā)光二極管的基板材料選用 上，受到很多的限制。
然而，為了增加發(fā)光二極管光摘出效率與散熱效果，發(fā)光二極管置換基 板的技術也陸續(xù)出現(xiàn)，圖1A至圖1G為已知置換發(fā)光二極管基板技術流程 示意圖，首先如圖1A所示提供生長基板10，并如圖1B所示提供外延結構 12;接著如圖1C所示提供基板14，并且于基板14上形成粘接層16,如圖 1D所示；之后，反轉圖1B所示的結構，將外延結構12通過粘接層16壓合 固定于基板14上，如圖1E所示，其中粘接層16選自聚酰亞胺(PI)、苯并環(huán) 丁烯(BCB)與過氟環(huán)丁烷(PFCB)所構成材料族群中的至少一種材料或金屬材 料。隨后，再如圖1F所示，移除生長基板10,以得到如圖1G所示的已知 發(fā)光二極管結構100。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供發(fā)光元件，其中基板上具有離子注入層，以改變基板表面的折射率，使外延結構與基板間的折射率呈現(xiàn)漸進式分布，以
減少全反射(Total Internal Reflection, TIR)。
本發(fā)明的另 一 目的在于提供發(fā)光二極管制造方法，利用陽極接合(Anodic Bonding)的方法接合外延結構與基板。
底下通過具體實施例配合所附的附圖詳加說明，當更容易了解本發(fā)明的 目的、技術內(nèi)容、特點及其所達成的功效。


圖1A至圖IG為已知發(fā)光二極管的制造流程結構示意圖。 圖2A至圖2H為本發(fā)明實施例的制造流程結構示意圖。 圖3A至圖3E為本發(fā)明另一實施例的制造流程結構示意圖
附圖標記說明
10~生長基板
120-第一導電型半導體層
124-第二導電型半導體層
16~粘結層
20~第二電極
32~發(fā)光疊層
322 ~發(fā)光層
34 ~硅薄膜
38-離子注入層
41 ~粘結層
44~第二電極
52 ~氧化層
200-發(fā)光二極管芯片
12~發(fā)光疊層
122~發(fā)光層
14~第二基板
18~第一電極
30~第一基板
320-第一導電型半導體層
324-第二導電型半導體層
36~第二基板
40 ~氧化層
42~第一電極
50 ~離子注入層
53 ~粘結層
300-發(fā)光二極管芯片
具體實施例方式
以下配合

本發(fā)明的實施例。
圖2A至圖2H為本發(fā)明實施例的制造流程示意圖；首先，如圖2A所示， 提供第一基板30，再如圖2B所示，以有機金屬化學氣相沉積法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)形成發(fā)光疊層32，其中發(fā)光疊層32由
5上而下至少包含第一導電型半導體層320、發(fā)光層322，以及第二導電型半 導體層324，并且發(fā)光疊層32的材料可以是砷化鋁鎵(GaAlAs)、磷化鋁銦鎵 (AlGalnP)、磷化鎵(GaP)或氮化鎵(GaN)系列的半導體材料，而第一基板30 的材料則選自于與發(fā)光疊層32材料的晶格常數(shù)相匹配的材料，諸如藍寶石 (sapphire)、碳化硅(SiC)或砷化鎵(GaAs)等；本實施例以氮化鎵系列材料發(fā)光 疊層以及材料為碳化硅的第 一基板為例進行說明。
接著，如圖2C所示，利用等離子體輔助化學氣相沉積(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)形成硅薄膜34于發(fā)光疊層32上，其中此 硅薄膜32又以非晶硅(amorphous silicon)為佳，其厚度約為200nm。
再如圖2D所示，提供第二基板36，其中第二基板36的材料可以是藍 寶石(sapphire)或氧化鋅(ZnO)等氧化物，在本實施例中以藍寶石基板為例進 行說明，利用離子注入技術(ion implantation)將鈉離子由第二基板36上表面 向第二基板36內(nèi)部進行注入，以形成離子注入層38,其中于此離子注入層 38中鈉離子與藍寶石基板中的氧離子結合以形成氧化鈉分子(NaxO)。
隨后，如圖2E所示，翻轉圖2C的結構，并將圖2C的結構置于離子注 入層38上，使硅薄膜34與離子注入層38相接觸，并且于離子注入層38與 硅薄膜34之間提供電壓，其中，在此步驟中電壓大小約為500至U00伏特， 并且硅薄膜34的電位高于離子注入層38的電位，由于電位高低的差異，使 得離子注入層38中氧化鈉分子的氧離子朝向硅薄膜34移動，并且于離子注 入層38與硅薄膜34的接面與硅薄膜34形成氧化層40(Oxide layer),通過硅 薄膜34與氧化層40所構成的粘結層41以接合發(fā)光疊層32與第二基板36; 于本實施例中，氧化層40的材料為二氧化硅(Si02)。
接著，如圖2F所示，移除第一基板30;并且如圖2G所示，利用光刻 蝕刻技術蝕刻部分的發(fā)光疊層32,直至第一導電型半導體層320棵露為止； 最后，如圖2H所示，分別于棵露的第一導電型半導體層320與第二導電型 半導體層324上分別形成第一電極42與第二電極44，以獲得發(fā)光二極管芯 片200。
此外，形成離子注入層38的步驟中，可以將第二基板36置于具有氧氣 的環(huán)境中對進行，以提高氧化鈉分子于離子注入層38的濃度，其中優(yōu)選實 施例將第二基板36置于氧氣充足的環(huán)境進行形成離子注入層38的步驟；不 僅如此，在形成離子注入層38后，更可將第二基板36置于具有氧氣的環(huán)境以熱驅使(thermal driving)的方法，使氧離子進入離子注入層38中，使離子 注入層38中形成更多的氧化鈉分子，其中上述熱驅使的步驟的優(yōu)選實施例 將第二基板36置于氧氣充足的環(huán)境進行。
于本實施例中，發(fā)光疊層32的折射率約為3.4,藍寶石第二基板36的 折射率約為1.78,而經(jīng)過鈉離子注入的離子注入層38其折射率介于發(fā)光疊 層32與藍寶石第二基板36之間，約為1.8至2.0，因此光線由發(fā)光疊層32 發(fā)出后，經(jīng)過離子注入層38到藍寶石第二基板36后才離開發(fā)光二極管芯片 200，其光線路徑的折射率為由大到小的漸進式改變，由此可以減少光線的 全反射(Total Internal Reflection, TIR)，以提高發(fā)光二極管芯片200的光摘出 效率。
圖3A至圖3E為本發(fā)明的另一實施例的制造流程結構示意圖；如圖3A 所示，提供第二基板36，并且利用離子注入技術于第二基板36的表面形成 圖形化離子注入層50 ，此圖形化離子注入層50可以是規(guī)則或不規(guī)則排列的 圖形，其中所謂"規(guī)則排列離子注入層"是指離子注入層50在第二基板36 表面的任一方向上顯現(xiàn)出可辨識的重復性特征，其中所謂規(guī)則可為定周期、 變周期、準周期(quasiperodicity )、或其組合；相較于此，所謂"不規(guī)則排 列離子注入層，，是指離子注入層50在第二基板36表面，其在表面的任一方 向上無法顯現(xiàn)出可辨識的重復性特征。此外，在此實施例中，離子注入層50 覆蓋第二基板36上表面面積的比率約為15%至85%，優(yōu)選者為30%至60%; 此外，此離子注入步驟中，離子源為鈉離子，并且于圖形化離子注入層so 中形成氧化鈉分子(NaxO)。
隨后，如圖3B所示，翻轉圖2C的結構，使硅薄膜34與圖形化離子注 入層50以及第二基板36相接觸，并且提供電壓于圖形化離子注入層50、第 二基板36與硅薄膜34之間，其中，在此步驟中電壓大小約為S00 1200V， 并且硅薄膜34的電位高于圖形化離子注入層50的電位，由于電位高j氐的差 異，使得圖形化離子注入層50氧化鈉分子的氧離子朝向硅薄膜34移動，并 且于圖形化離子注入層50與硅薄膜34的接面形成氧化層52(Oxide layer), 通過上述氧化層52與硅薄膜34形成粘結層53，以接合發(fā)光疊層32與第二 基板36,在本實施例中，氧化層52的材料為二氧化硅(Si02)。
接著，如圖3C所示，移除第一基板30;并且如圖3D所示，利用光刻 蝕刻技術蝕刻部分發(fā)光疊層32的表面直至第一導電型半導體層320棵露為
7止。
最后，再如圖3E所示，分別形成第一電極42與第二電極44于第一導 電型半導體層320以及第二導電型半導體層324上，并且使第一電極42與 第二電極44分別與第一導電型半導體層320以及第二導電型半導體層324 產(chǎn)生電性連接，以取得發(fā)光二極管芯片300。
于上述實施例中，第二基板36的材料為藍寶石，其折射率約為1.78， 而藍寶石第二基板36表面經(jīng)過鈉離子注入后所形成的圖形化離子注入層50 的折射率約為1.8~2.0，兩者折射率的差異可減少發(fā)光疊層32所發(fā)出的光線 于發(fā)光二極管芯片300中的全反射機會，由此進一步地提高光摘出的效率。
以上所述的實施例僅為說明本發(fā)明的技術思想及特點，其目的在使本領 域技術人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，當不能以之限定本發(fā)明的專 利范圍，即大凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的等同變化或修飾，仍應涵蓋在 本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種發(fā)光元件制造方法，至少包含提供第一基板；形成發(fā)光疊層于該第一基板上；形成硅薄膜于該發(fā)光疊層上；提供第二基板，設置于該硅薄膜上，其中還包含于該第二基板上形成離子注入層的步驟；提供電位差以形成氧化層于該硅薄膜與該離子注入層間；以及移除該第一基板。
2. 如權利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該硅薄膜的材料為非晶硅。
3. 如權利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該第二基板的材料為氧 化物。
4. 如權利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該形成離子注入層的步 驟是進行圖形化注入的步驟。
5. 如權利要求4所述的發(fā)光元件制造方法，其中該圖形化離子注入層是 規(guī)則或不規(guī)則圖案。
6. 如權利要求4所述的發(fā)光元件制造方法，其中該圖形化離子注入層占 該第二基板面積的比例為15%至85%,優(yōu)選的比例為30%至60%。
7. 如權利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該離子注入層所注入的 離子為鈉離子。
8. 如權利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該離子注入的步驟是于 具有氧氣環(huán)境進行。
9. 如權利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，還包含于具有氧氣的環(huán)境加 熱該離子注入層的步驟。
10. 如權利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中所提供的電位差為500 伏特至1200伏特。
11. 如權利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該氧化層的材料為二 氧化硅。
12. —種發(fā)光元件，至少包含基板，其中該基板表面具有離子注入層； 發(fā)光疊層，位于該離子注入層上；以及粘結層連接該基板與該發(fā)光疊層，其中該粘結層至少包含硅薄膜，且該 硅薄膜位于該離子注入層與該發(fā)光疊層之間。
13. 如權利要求12所述的發(fā)光元件，其中該粘結層為多層結構，且包含 氧化層位于該離子注入層與該硅薄膜之間。
14. 如權利要求13所述的發(fā)光元件，其中該氧化層的材料為二氧化硅。
15. 如權利要求12所述的發(fā)光元件，其中該基板材料為氧化物。
16. 如權利要求12所述的發(fā)光元件，其中該硅薄膜的材料為非晶硅。
17. 如權利要求12所述的發(fā)光元件，其中該離子注入層所注入的離子為 鈉離子。
18. 如權利要求12所述的發(fā)光元件，其中該離子注入層為圖形化的離子 注入層。
19. 如權利要求18所述的發(fā)光元件，其中該圖形化離子注入層是規(guī)則或 不規(guī)則的圖案。
20. 如權利要求18所述的發(fā)光元件，其中該圖形化離子注入層占該基板 面積的比例為15%至85%,優(yōu)選的比例為30%至60%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光元件及其制造方法。一種發(fā)光元件，至少包含基板，其中基板的上表面具有離子注入層；硅薄膜，位于離子注入層上；以及發(fā)光疊層，位于硅薄膜上。一種發(fā)光元件制造方法，其步驟包含提供基板，在此基板上表面形成離子注入層；提供發(fā)光疊層，在此發(fā)光疊層下表面形成硅薄膜；以陽極鍵合技術接合此發(fā)光疊層與此基板。
文檔編號H01L33/00GK101635324SQ20081013435
公開日2010年1月27日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權日2008年7月24日
發(fā)明者許嘉良 申請人:晶元光電股份有限公司