本發(fā)明屬于一種發(fā)光二極管，特別屬于一種金屬鍵結(jié)的發(fā)光二極管及形成金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的方法。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管是為目前廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品，其可應(yīng)用于各種技術(shù)領(lǐng)域中。然而，在發(fā)光二極管的技術(shù)領(lǐng)域中，目前最重要的問(wèn)題之一是如何在提高發(fā)光二極管亮度時(shí)，同時(shí)兼顧降低發(fā)光二極管的制造成本。

如上所述，在目前有關(guān)許多提高發(fā)光二極管亮度的技術(shù)中，其中的一的方法是為利用金屬作為鍵結(jié)形成發(fā)光二極管的半導(dǎo)體材料的方法。請(qǐng)參閱圖1a及圖1b，其為現(xiàn)有利用金屬鍵結(jié)形成發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖。進(jìn)一步而言，利用金屬作為鍵結(jié)形成發(fā)光二極管的半導(dǎo)體材料的方法，是于第一基板11上形成半導(dǎo)體層12，并于第二基板13上形成鍵結(jié)半導(dǎo)體層12的鍵結(jié)層14之后，以一預(yù)定溫度鍵結(jié)半導(dǎo)體層12及鍵結(jié)層14，之后移除第一基板11。

然而，由于上述利用金屬作為鍵結(jié)形成發(fā)光二極管1的半導(dǎo)體材料的方法，其僅僅以單一金屬材料作為鍵結(jié)層14的材料，且在材料的選擇上并未考慮到各種材料的特性以及成本高低的問(wèn)題，因而造成在使用材料鍵結(jié)上的許多問(wèn)題。

據(jù)此，如何提供一種利用金屬作為鍵結(jié)形成發(fā)光二極管的半導(dǎo)體材料時(shí)，以便于克服上述問(wèn)題，并同時(shí)降低發(fā)光二極管的制造成本，已成為目前急需研究的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種金屬鍵結(jié)的發(fā)光二極管，包括基板、第一接合金屬層、第二接合金屬層、導(dǎo)電氧化層以及外延層。第一接合金屬層，形成于基板上。第二接合金屬層形成于第一接合金屬層上。導(dǎo)電氧化層形成于第二接合金屬層上。外延層形成于導(dǎo)電氧化層上。

此外，本發(fā)明更提供一種形成金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的方法，包括下列步驟：設(shè)置第一基板；形成第一接合金屬層于第一基板上；設(shè)置第二基板；形成外延層于第二基板上；形成導(dǎo)電氧化層于外延層上；形成第二接合金屬層于導(dǎo)電氧化層上；鍵結(jié)第一接合金屬層及第二接合金屬層；以及移除第二基板。

如上所述，本發(fā)明金屬鍵結(jié)的發(fā)光二極管以及形成金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的方法根據(jù)不同的材料特性，選擇至少三種金屬材料作為鍵結(jié)的金屬材料，并選擇出一種具有適當(dāng)?shù)呐蛎浵禂?shù)、良好的接合特性、成本低廉、控制容易、沸點(diǎn)較低以及狀態(tài)穩(wěn)定的金屬鍵結(jié)材料群組，從而改善及廣泛地應(yīng)用于金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及方法。

附圖說(shuō)明

圖1a及圖1b為現(xiàn)有利用金屬鍵結(jié)形成發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖；

圖2a及圖2b為依據(jù)本發(fā)明形成金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的方法完成的結(jié)構(gòu)圖；

圖2c為依據(jù)本發(fā)明形成金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的方法增加覆蓋層的結(jié)構(gòu)圖；

圖2d為依據(jù)本發(fā)明形成金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的方法增加不導(dǎo)電氧化層的結(jié)構(gòu)圖；

圖2e為依據(jù)本發(fā)明形成金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的方法形成第一接合金屬層的結(jié)構(gòu)圖；

圖3a為本發(fā)明金屬鍵結(jié)的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖；

圖3b為本發(fā)明金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的第一接合金屬層的結(jié)構(gòu)圖；

圖3c及圖3d分別為本發(fā)明金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管增加不導(dǎo)電氧化層及覆蓋層的結(jié)構(gòu)圖。

【符號(hào)說(shuō)明】

1發(fā)光二極管

11第一基板

12半導(dǎo)體層

13第二基板

14鍵結(jié)層

2發(fā)光二極管

21第二基板

22外延層

23導(dǎo)電氧化層

24第二接合金屬層

25第一基板

26第一接合金屬層

261潤(rùn)濕層

262阻障層

263導(dǎo)接層

27覆蓋層

28不導(dǎo)電氧化層

281接孔

3發(fā)光二極管

31基板

32第一接合金屬層

321潤(rùn)濕層

322阻障層

323導(dǎo)接層

33第二接合金屬層

34導(dǎo)電氧化層

35外延層

36不導(dǎo)電氧化層

37覆蓋層

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖2a及圖2b，其為依據(jù)本發(fā)明形成金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的方法完成的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明形成金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的方法包括下列步驟：設(shè)置第一基板25；形成第一接合金屬層26于第一基板25上；設(shè)置第二基板21；形成外延層22于第二基板21上；形成導(dǎo)電氧化層23于外延層22上；形成第二接合金屬層24于導(dǎo)電氧化層23上；鍵結(jié)第一接合金屬層26 及第二接合金屬層24；移除第二基板21。

請(qǐng)參閱圖2c，其為依據(jù)本發(fā)明形成金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的方法增加覆蓋層的結(jié)構(gòu)圖。上述方法還包括形成覆蓋層27于外延層22及導(dǎo)電氧化層23之間，以便于與導(dǎo)電氧化層23形成歐姆接觸，其中覆蓋層27的濃度大于10¹⁹cm^-3，包括磷化鎵(gap)、砷化鋁鎵(algaas)或者磷砷化鎵(gaasp)其中之一半導(dǎo)體材料。

請(qǐng)參閱圖2d，其為依據(jù)本發(fā)明形成金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的方法增加不導(dǎo)電氧化層的結(jié)構(gòu)圖。于本發(fā)明的另一實(shí)施例中，也可設(shè)置不導(dǎo)電氧化層28于外延層22及導(dǎo)電氧化層23之間，其中不導(dǎo)電氧化層28包括氮化硅(siny)、氮氧化硅(sion)或者二氧化硅。換句話說(shuō)，不導(dǎo)電氧化層28是可以氮化硅(siny)、氮氧化硅(sion)或者二氧化硅等不同材料堆棧于外延層22及導(dǎo)電氧化層23之間。此外，不導(dǎo)電氧化層28包括至少一接孔281，連通外延層22及導(dǎo)電氧化層23，以便于和外延層22形成歐姆接觸。此外，接孔281為金屬材料，包括金鋅(auzn)、金鈹(aube)、鉻(cr)或金(au)等金屬材料。

第一基板25包括硅基板。第二基板21包括砷化鎵基板。外延層22包括磷化鋁銦鎵(alingap)或砷化鎵鋁。導(dǎo)電氧化層23包括氧化銦錫(ito)、氧化銦鋅(izo)或氧化鎳(nio)。

請(qǐng)參閱圖2e，其為依據(jù)本發(fā)明形成金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的方法形成第一接合金屬層26的結(jié)構(gòu)圖。第二接合金屬層24包括單一金屬材料或復(fù)合金屬材料，單一金屬材料包括金或鉻，復(fù)合金屬材料包括金鋅、鉻金(crau)或者金鋅金(金鋅加上金)等其中一種以上的材料。此外，使用復(fù)合金屬材料時(shí)，第二接合金屬層24也可設(shè)置為多層的金屬層，例如，第二接合金屬層24包括金鋅層以及金層。第一接合金屬層26包括形成于第一基板25上的濕潤(rùn)層261、形成于濕潤(rùn)層261上的阻障層262及形成于阻障層262上且鍵結(jié)第二接合金屬層24的導(dǎo)接層263，其中濕潤(rùn)層261包括鈦(ti)或鉻，阻障層262包括鈀(pd)，導(dǎo)接層263包括金。

如上所述，于本發(fā)明的方法中還包括以高溫及高壓鍵結(jié)第一接合金屬層26及第二接合金屬層24的步驟，其中高溫的溫度介于250℃至500℃之間，高壓的壓力介于3000kg至14000kg之間。

請(qǐng)參閱表1，其為各種金屬材料其材料特性的比較表。

進(jìn)一步而言，于本發(fā)明中選擇上述金屬材料作為鍵結(jié)的原因在于鈦與鉻和硅基板在接合時(shí)，其接合度相較于其它金屬材料較佳，金、鉑(pt)、鈀的膨脹系數(shù)適中，不致于在高溫高壓貼合時(shí)，回到室溫的環(huán)境下因?yàn)楦鞣N材料彼此之間的膨脹系數(shù)差異太大而產(chǎn)生破片的問(wèn)題。此外，由于金屬蒸鍍需要由固體變成液體之后再變成氣體，而材料沸點(diǎn)越高代表在金屬蒸鍍過(guò)程中需要更高的能量，因而將造成工作機(jī)臺(tái)不容易控制且容易產(chǎn)生當(dāng)機(jī)等異常問(wèn)題，因此，本發(fā)明選擇沸點(diǎn)相較于其他金屬(例如鉑及鈦)較低，且蒸鍍能量不需過(guò)高(因?yàn)槿埸c(diǎn)與沸點(diǎn)較低)的金及鈀，則更容易形成穩(wěn)定狀態(tài)，因而可避免機(jī)臺(tái)異常而造成的損失。

此外，針對(duì)抗酸堿的材料特性，金、鉑、鈀相較于其它材料有更佳的抗酸堿能力。在芯片貼合的過(guò)程中，金與銀的硬度不足則容易造成破片的問(wèn)題。鈀的成本相較于金及鉑則更為便宜。據(jù)此，根據(jù)上述各種材料特性及成本的綜合考慮，鈀為更適合使用在貼合金屬中作為鍵結(jié)用的金屬材料。

請(qǐng)參閱圖3a，其為根據(jù)本發(fā)明上述方法形成金屬鍵結(jié)的發(fā)光二極管3的結(jié)構(gòu)圖。金屬鍵結(jié)的發(fā)光二極管3包括基板31、第一接合金屬層32、第二接合金屬層33、導(dǎo)電氧化層34以及外延層35。第一接合金屬層32形成于基板31上。第二接合金屬33層形成于第一接合金屬層32上。導(dǎo)電氧化層34形成于第二接合金屬層33上。外延層35形成于導(dǎo)電氧化層34上。

需特別注意的是，根據(jù)本發(fā)明上述方法所形成金屬鍵結(jié)的發(fā)光二極管2，由于第二基板21于鍵結(jié)第一接合金屬層26及第二接合金屬層24之后 被移除，因而僅剩余第一基板25，因此，在以下描述金屬鍵結(jié)的發(fā)光二極管3的結(jié)構(gòu)中，為了避免造成混淆，僅以基板31(相當(dāng)于上述方法中的第一基板25)的名稱描述。此外，在上述的方法中，由于導(dǎo)電氧化層23形成于外延層22上，而一般而言，導(dǎo)電氧化層23是通過(guò)電鍍的方式形成于外延層22上，但于本發(fā)明金屬鍵結(jié)的發(fā)光二極管3的結(jié)構(gòu)中，是先行描述外延層35形成于導(dǎo)電氧化層34上，其并非代表以此描述的結(jié)構(gòu)順序形成最終結(jié)構(gòu)，而是以其最終形成的結(jié)構(gòu)作為說(shuō)明的順序。

請(qǐng)參閱圖3b，其為本發(fā)明金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的第一接合金屬層的結(jié)構(gòu)圖?；?1包括硅基板。第一接合金屬層32包括濕潤(rùn)層321、阻障層322及導(dǎo)接層323。濕潤(rùn)層321形成于于基板31上。阻障層322形成于濕潤(rùn)層321上。導(dǎo)接層323形成于阻障層322上且鍵結(jié)第二接合金屬層33，其中濕潤(rùn)層321包括鈦或鉻，阻障層322包括鈀，導(dǎo)接層323包括金。第二接合金屬層33包括單一金屬材料或復(fù)合金屬材料，單一金屬材料包括金或鉻，復(fù)合金屬材料包括金鋅、鉻金或者金鋅金(金鋅加上金)等其中一種以上的材料。此外，使用復(fù)合金屬材料時(shí)，第二接合金屬層24也可設(shè)置為多層的金屬層，例如，第二接合金屬層24包括金鋅層以及金層。導(dǎo)電氧化層34包括氧化銦錫、氧化銦鋅或氧化鎳。外延層35包括磷化鋁銦鎵(alingap)或砷化鎵鋁(algaas)。

請(qǐng)參閱圖3c及圖3d，其分別為本發(fā)明金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管增加不導(dǎo)電氧化層及覆蓋層的結(jié)構(gòu)圖。于上述的金屬鍵結(jié)的發(fā)光二極管3中，還包括一不導(dǎo)電氧化層36或一覆蓋層37。覆蓋層37形成于外延層35及導(dǎo)電氧化層34之間，以便于與導(dǎo)電氧化層34形成歐姆接觸，其中覆蓋層37的濃度大于10¹⁹cm^-3，包括磷化鎵、砷化鋁鎵或者磷砷化鎵其中之一半導(dǎo)體材料。不導(dǎo)電氧化層36設(shè)置于外延層35及導(dǎo)電氧化層34之間，其中不導(dǎo)電氧化層36包括氮化硅、氮氧化硅或者二氧化硅。換句話說(shuō)，不導(dǎo)電氧化層36是可以氮化硅(siny)、氮氧化硅(sion)或者二氧化硅等不同材料堆棧于外延層22及導(dǎo)電氧化層23之間。不導(dǎo)電氧化層36包括至少一接孔361，連通外延層35及導(dǎo)電氧化層34，其中接孔361為一金屬材料，包括金鋅、金鈹、鉻或金。其余相似的原理及結(jié)構(gòu)如上述形成金屬鍵結(jié)的發(fā)光二極管2的方法所述，于此不再贅述。

綜上所述，本發(fā)明金屬鍵結(jié)的發(fā)光二極管以及形成金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的方法根據(jù)不同的材料特性，選擇至少三種金屬材料作為鍵結(jié)的金屬材料，并選擇出一種具有適當(dāng)?shù)呐蛎浵禂?shù)、良好的接合特性、成本低廉、控制容易、沸點(diǎn)較低以及狀態(tài)穩(wěn)定的金屬鍵結(jié)材料群組，從而改善及廣泛地應(yīng)用于金屬鍵結(jié)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及方法。