專利名稱：共振腔發(fā)光二極體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 屬于光電領(lǐng)域，特別涉及一種共振腔發(fā)光二極體的制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極體是屬于自發(fā)放射性(spontaneous emission)的光源,其所發(fā)出的光具有等方向性(isotropic)的性質(zhì)。由于受限全反射效應(yīng)使得內(nèi)部所發(fā)出的光僅能在小于臨界角所形成的「逃脫角錐」(escape cone)內(nèi)離開半導(dǎo)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(tǒng)發(fā)光二極體發(fā)光層上下加入反射鏡以形成具有共振腔的發(fā)光二極體結(jié)構(gòu)，利用光在共振腔中受到干涉效應(yīng)來改變光場的發(fā)光角度分布，使大部分的光都能局限在逃脫角錐內(nèi)而離開半導(dǎo)體表面。共振腔發(fā)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。對于相同反射系數(shù)的布拉格反射鏡層結(jié)構(gòu)，經(jīng)由提高材料間彼此折射系數(shù)差可減少堆疊層數(shù)，此外每層厚度需滿足四分之一有效發(fā)光波長(λ/η)的要求(λ為發(fā)光波長；Π為材料的折射系數(shù))，使得發(fā)光層產(chǎn)生的光在經(jīng)過材料界面反射時皆能滿足建設(shè)性干涉目的；通常，下反射鏡層的反射率較高，讓共振腔中來回反射的光能夠由上布拉格反射鏡層發(fā)射出去。一般共振腔發(fā)光二極體的制造方式分為晶粒制程與封裝制程兩個階段其中前段的晶粒制程是依照磊晶結(jié)構(gòu)而定，主要是定義出光區(qū)域，制造P、N型歐姆電極接觸區(qū)域，基板磨薄及晶粒切割等步驟；而后段的封裝制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。對于平面型發(fā)光元件結(jié)構(gòu)，即Ρ、Ν型電極均位于發(fā)光二極體的同一側(cè)，其磊晶結(jié)構(gòu)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(fā)光層及P型金屬接觸電極層等。制程上，先以微影術(shù)定義出光區(qū)域，隨后以離子蝕刻機臺去除未被保護的半導(dǎo)體材料而裸露出N型金屬接觸電極層，最后，分別蒸鍍P、N型歐姆接觸金屬便完成具有下反射層的發(fā)光二極體元件。另一方面，我們可在出光區(qū)域上納入上布拉格反射鏡層結(jié)構(gòu)，通常是由高低折射系數(shù)的材料系統(tǒng)(如Ti02/Si02或Si/A1203)所組成，以完成共振腔發(fā)光二極體元件的制作。在上述元件的制造過程中，上布拉格反射鏡層是要鍍在出光區(qū)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，但由于離子蝕刻后已在元件出光區(qū)域和N型電極接觸區(qū)間造成一顯著的高低落差，這高低差會增加以微影技術(shù)在出光區(qū)域上精確定義布拉格反射鏡層的困難度，其結(jié)果是產(chǎn)生對位誤差使部分絕緣性材料鍍于金屬電極而增加串聯(lián)電阻，此外共振腔發(fā)光二極體的出光效率也會因出光區(qū)域未鍍到上布拉格反射鏡層而變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即在提供共振腔發(fā)光二極體的制造方法，它可以在無須微影對準步驟之下簡化上布拉格反射鏡層制造程序。為達成上述發(fā)明目的的共振腔發(fā)光二極體的制造方法，是利用改變共振腔發(fā)光二極體制造程序的方式。在P、N型歐姆電極制作完成后，依序進行基板磨薄及晶粒切割等制程步驟，隨后將這些晶粒固定于封裝座上并完成打線鍵合，此時可直接將上布拉格反射鏡層形成于晶粒表面，而無須進行出光區(qū)域微影對準步驟，最后再進行封裝制程的模造或封蓋的步驟，即完成整個共振腔發(fā)光二極體的制造。依據(jù)本發(fā)明方法制造的520nm發(fā)光波長共振腔發(fā)光二極體，其發(fā)光功率及發(fā)光頻譜如圖I所示。該實驗結(jié)果顯示，在不影響元件發(fā)光特性下，本發(fā)明具有簡化共振腔發(fā)光二極體制造步驟的優(yōu)點。本發(fā)明的一種共振腔發(fā)光二極體的制造方法，該方法包含下列步驟(a)于磊晶基板上形成主動區(qū)，該主動區(qū)具有N型披覆層、P型披覆層及形成于該N型、P型披覆層之間的發(fā)光層，由上而下依序為向上磊晶成長該N型披覆層、發(fā)光層及該P 型披覆層，以形成該主動區(qū)；(b)于該P型披覆層及該N型披覆層的部分區(qū)域，分別對應(yīng)形成與該P型披覆層電性相連結(jié)的P型歐姆電極，及與該N型披覆層電性相連結(jié)的N型歐姆電極；(C)于該磊晶基板背面磨薄并切割成為晶粒；(d)將該些晶粒固定于封裝座上，并用導(dǎo)線將該些晶粒的N型歐姆電極與P型歐姆電極，分別連結(jié)于封裝座上相對應(yīng)的電極，成為共振腔發(fā)光二極體半成品；(e)于該共振腔發(fā)光二極體半成品的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(qū)更具有下布拉格反射鏡層。該磊晶基板內(nèi)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(fā)光層及該P型披覆層，形成該主動區(qū)。該步驟(c)更包含(Cl)于該磊晶基板背面磨薄，并于背面形成下金屬反射鏡層，接著切割成為晶粒。其中，該下金屬反射鏡層的材料系為銀、鋁等材料。該嘉晶基板為憐化鋼基板、神化嫁基板或監(jiān)寶石基板。該步驟(b)更包含以下步驟(bl)將該P型披覆層、該發(fā)光層及該N型披覆層的一側(cè)蝕刻移除，令該N型披覆層部分區(qū)域裸露；以及(b2)于該P型披覆層部分區(qū)域，形成該P型歐姆電極，并在該N型批覆層部分裸露的區(qū)域形成該N型歐姆電極。其中，該封裝座系為導(dǎo)線架、金屬基板、低溫共燒陶瓷基板或同軸式封裝平臺(ΤΟ-header)。該上布拉格反射鏡層的介電質(zhì)材料組，為二種分別具有不同折射率的介電質(zhì)鍍膜而成，且該較遠離該發(fā)光區(qū)的介電層的折射率是大于相對靠近該發(fā)光區(qū)的介電層的折射率。其中，該上布拉格反射鏡層的介電層，至少是由氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氟化鎂(MgF2)、氯化鉀(KCl)、娃(Si)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鈦(TiO2)、氧化鉿(HfO2)及氧化錯(ZrO2)所組成的群體組成。其中，該封裝程序依封裝座的型式而調(diào)整，為模造或封蓋。本發(fā)明的功效在于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(fā)光二極體制造方法，其不但不影響共振腔發(fā)光二極體的出光效率，而且具有簡化制程、降低生產(chǎn)成本的優(yōu)點。



圖IA為本發(fā)明的共振腔發(fā)光二極體的制造方法，所制造520nm發(fā)光波長的InGaN共振腔發(fā)光二極體。圖IB為本發(fā)明的共振腔發(fā)光二極體的制造方法，所制造520nm發(fā)光波長的InGaN共振腔發(fā)光二極體，其量測所得的發(fā)光強度與發(fā)光頻譜。圖IC為本發(fā)明的共振腔發(fā)光二極體的制造方法的示意圖。圖2為本發(fā)明的共振腔發(fā)光二極體的制造方法的第一較佳實施例流程圖。圖3為本發(fā)明的共振腔發(fā)光二極體的制造方法的結(jié)構(gòu)圖，說明實施圖2的制造方法時，實施步驟211后其相對應(yīng)產(chǎn)物態(tài)樣。圖4為本發(fā)明的共振腔發(fā)光二極體的制造方法的結(jié)構(gòu)圖，說明實施圖2的制造方法時，實施步驟212后其相對應(yīng)產(chǎn)物態(tài)樣。圖5為本發(fā)明的共振腔發(fā)光二極體的制造方法的結(jié)構(gòu)圖，說明實施圖2的制造方法時，實施步驟213后其相對應(yīng)產(chǎn)物態(tài)樣。圖6為本發(fā)明的共振腔發(fā)光二極體的制造方法的結(jié)構(gòu)圖，說明實施圖2的制造方法時，實施步驟214后其相對應(yīng)產(chǎn)物態(tài)樣。圖7為本發(fā)明的共振腔發(fā)光二極體的制造方法結(jié)構(gòu)圖，說明實施圖2的制造方法時，實施步驟215后其相對應(yīng)產(chǎn)物態(tài)樣。圖8為本發(fā)明的共振腔發(fā)光二極體的制造方法的結(jié)構(gòu)圖，說明實施圖2的制造方法時，實施步驟216后其相對應(yīng)產(chǎn)物態(tài)樣。圖9為本發(fā)明的共振腔發(fā)光二極體的制造方法的第二較佳實施例流程圖。圖10為本發(fā)明的共振腔發(fā)光二極體的制造方法的結(jié)構(gòu)圖，說明實施圖9的制造方法時，實施步驟221后其相對應(yīng)產(chǎn)物態(tài)樣。圖11為本發(fā)明的共振腔發(fā)光二極體的制造方法的結(jié)構(gòu)圖，說明實施圖9的制造方法時，實施步驟223后其相對應(yīng)產(chǎn)物態(tài)樣。附圖標記說明210、于磊晶基板上依序磊晶成長N型披覆層、發(fā)光層及P型披覆層，以共同形成主動區(qū)；211、于磊晶基板上依序磊晶成長下布拉格反射鏡層、N型披覆層、發(fā)光層及P型披覆層，以共同形成主動區(qū)；212、分別于N、P型披覆層之部分區(qū)域形成N、P型歐姆電極；213、于嘉晶基板背面磨薄并切割成為晶粒；214、將晶粒固定于封裝座上，于封裝座的P電極與N電極分別利用導(dǎo)線連結(jié)于晶粒的P型歐姆電極與N型歐姆電極；215、于封裝半成品表面形成上布拉格反射鏡層；216、完成共振腔發(fā)光二極體封裝制程；221、于磊晶基板上依序磊晶成長有N型披覆層、發(fā)光層及P型披覆層，以共同形成主動區(qū)；
223、于磊晶基板背面磨薄，并于背面形成下反射金屬鏡面及切割晶粒；30、嘉晶基板；31、下布拉格反射鏡層；32、N型披覆層；33、發(fā)光層；34、P型披覆層；
3、主動區(qū)；3’、主動區(qū)；41、N型歐姆電極；42、P型歐姆電極；5、晶粒；5’、晶粒；61、封裝座；6、共振腔發(fā)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；
具體實施例方式有關(guān)于本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中，將可清楚明白。本發(fā)明一種共振腔發(fā)光二極體的制造方法的第一較佳實施例，是可以簡化上布拉格反射鏡層制造程序，在無須對準步驟即可將上布拉格反射鏡層形成于發(fā)光二極體的出光區(qū)域，而制造出高出光效率的共振腔發(fā)光二極體。參考圖2，進行步驟211于以磊晶基板30上依序磊晶成長下布拉格反射鏡層31、N型披覆層32、發(fā)光層33及P型披覆層34，以共同形成主動區(qū)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(fā)光層33及該N型披覆層31的一側(cè)蝕刻移除，使得該N型披覆層31部分區(qū)域裸露，并在該N型披覆層31部分裸露區(qū)域形成N型歐姆電極41 ;然后在P型披覆層34部分區(qū)域形成P型歐姆電極42，如圖4所示。然后進行步驟213,磨薄嘉晶基板30背面并切割成為晶粒5,如圖5所不。參考圖6，以步驟214將切割好的晶粒5固定于封裝座61，并利用導(dǎo)線將晶粒的N型歐姆電極41與P型歐姆電極42分別連結(jié)于封裝座61，形成共振腔發(fā)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(dǎo)線架、金屬基板、低溫共燒陶瓷基板及同軸式封裝平臺(TO-header)。然后進行步驟215，于共振腔發(fā)光二極體封裝的半成品6上，選擇兩種不同折射率的介電層材料組72與73，以物理蒸鍍或濺鍍方式交互形成多重層狀結(jié)構(gòu)的上布拉格反射鏡層71于封裝的半成品6的表面，如圖7所示。該介電質(zhì)材料組可適當選擇氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氟化鎂(MgF2)、氯化鉀(KCl)等低折射率介電層材料72，與硅(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。最后進行步驟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(fā)光二極體的封裝制程，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(fā)明一種共振腔發(fā)光二極體的制造方法的第二較佳實施例，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于以嘉晶基板30上依序以嘉晶成長N型披覆層32、發(fā)光層33及P型披覆層34，以共同形成主動區(qū)3’，如圖10所示。接著如一種共振腔發(fā)光二極體的制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。然后進行步驟223，磨薄磊晶基板30背面并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。后續(xù)請參閱圖9，本發(fā)明之共振腔發(fā)光二極體的制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(fā)明所提供之共振腔發(fā)光二極體的制造方法，與前述引證案及其他習(xí)用技術(shù)相互比較時，更具有下列之優(yōu)點I.本發(fā)明所提供之共振腔發(fā)光二極體的制造方法，該制造方法是利用改變制造程序來制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于出光區(qū)域，其不影響共振腔發(fā)光二極體的出光效率并簡化共振腔發(fā)光二極體的制造方法。惟以上所述者，僅為本發(fā)明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發(fā)明實施之范圍，即大凡依本發(fā)明申請專利范圍及發(fā)明說明書內(nèi)容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋之范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種共振腔發(fā)光二極體的制造方法，該方法包含下列步驟 (a)于磊晶基板上形成主動區(qū)，該主動區(qū)具有N型被覆層、P型披覆層及形成于該N型、P型披覆層之間的發(fā)光層，由上而下依序為向上磊晶成長該N型披覆層、發(fā)光層及該P型披覆層，以形成該主動區(qū)； (b)于該P型被覆層及該N型披覆層的部分區(qū)域，分別對應(yīng)形成與該P型披覆層電性相連結(jié)的P型歐姆電極，及與該N型被覆層電性相連結(jié)的N型歐姆電極； (c)于該磊晶基板背面磨薄并切割成為晶粒； (d)將該些晶粒固定于封裝座上，并用導(dǎo)線將該些晶粒的N型歐姆電極與P型歐姆電極，分別連結(jié)于封裝座上相對應(yīng)的電極，成為共振腔發(fā)光二極體半成品； (e)于該共振腔發(fā)光二極體半成品的晶粒表面形成上布拉格反射鏡層；以及 (f)對成品完成封裝程序。
2.如權(quán)利要求I所述的共振腔發(fā)光二極體的制造方法，其特征在于，所述主動區(qū)更具有下布拉格反射鏡層。
3.如權(quán)利要求2所述的共振腔發(fā)光二極體的制造方法，其特征在于，所述磊晶基板內(nèi)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(fā)光層及該P型披覆層，形成該主動區(qū)。
4.如權(quán)利要求I所述的共振腔發(fā)光二極體的制造方法，其特征在于，所述步驟(c)更包含以下步驟 (Cl)于該磊晶基板背面磨薄，并于背面形成下金屬反射鏡層，接著切割成為晶粒。
5.如權(quán)利要求4所述的共振腔發(fā)光二極體的制造方法，其特征在干，所述下金屬反射鏡層的材料為銀、鋁材料。
6.如權(quán)利要求I或2或4所述的共振腔發(fā)光二極體的制造方法，其特征在于，所述磊晶基板是為磷化銦基板、神化鎵基板或藍寶石基板。
7.如權(quán)利要求I或2或4所述的共振腔發(fā)光二極體的制造方法，其特征在于，所述步驟(b)更包含以下步驟 (bl)將該P型披覆層、該發(fā)光層及該N型披覆層的一側(cè)蝕刻移除，令該N型披覆層部分區(qū)域裸露；以及 (b2)于該P型披覆層部分區(qū)域，形成該P型歐姆電極，并在該N型批覆層部分裸露的區(qū)域形成該N型歐姆電扱。
8.如權(quán)利要求I或2或4所述的共振腔發(fā)光二極體的制造方法，其特征在于，所述封裝座為導(dǎo)線架、金屬基板、低溫共燒陶瓷基板或同軸式封裝平臺TO-header。
9.如權(quán)利要求I或2或4所述的共振腔發(fā)光二極體的制造方法，其特征在于，所述上布拉格反射鏡層的介電質(zhì)材料組，為ニ種分別具有不同折射率的介電質(zhì)鍍膜而成，且該較遠離該發(fā)光區(qū)的介電層的折射率是大于相對靠近該發(fā)光區(qū)的介電層的折射率。
10.如權(quán)利要求I或2或4所述的共振腔發(fā)光二極體的制造方法，其特征在于，所述上布拉格反射鏡層的介電層，是由氧化硅SiO2、氧化鋁Al2O3、氟化鎂MgF2、氯化鉀KCl、硅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.如權(quán)利要求I或2或4所述的共振腔發(fā)光二極體的制造方法，其特征在于，所述封裝程序依封裝座的型式而調(diào)整，為模造或封蓋。
全文摘要
本發(fā)明為一種共振腔發(fā)光二極體的制造方法，是利用改變共振腔發(fā)光二極體的制造程序，其晶粒制程中上布拉格反射鏡層的制作是在晶粒固晶、打線鍵合等封裝制程步驟完成后再進行，因此制程上可以解決傳統(tǒng)以微影術(shù)在出光區(qū)域定義上反射鏡時易發(fā)生的對位誤差，進而改善共振腔發(fā)光二極體的操作特性。
文檔編號H01L33/10GK102664222SQ201210168938
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者徐仲凡, 柯孫堅, 蔡家龍 申請人:中華電信股份有限公司