具有布拉格反射镜的发光二极管及其制造方法

摘要

本发明提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管及其制造方法。本发明的具有布拉格反射镜的发光二极管包括：磊晶层，具有第一半导体层、发光层以及第二半导体层，其中发光层介于第一半导体层与第二半导体层之间；透明导电层，位于第二半导体层上；至少一布拉格反射层，位于透明导电层上，并具有多个贯穿等布拉格反射层的第一贯穿孔；第一电极，电性连接于第一半导体层；以及第二电极，电性连接于透明导电层。本发明使用布拉格反射镜取代传统的银反射镜，可排除银反射镜所导致的不稳定因素，提升产品优良率。

说明书

技术领域

本发明关于一种发光二极管及其制造方法，尤其涉及一种具有布拉格反射镜的发光二极管以及制造方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种半导体材料制成的固态发光组件，其普遍使用磷化镓、砷化镓或氮化镓等III-V族化学元素的组合，通过对此化合物半导体施加电压，使空穴和电子在电极电压作用下在发光层大量相遇而产生复合，此时电子会跌落到较低的能阶，同时以光子的模式释放，让电能转换为光，达成发光的效果。

发光二极管为了提升出光亮度，在结构上会设置反射结构，使发光层所产生的光线能够被反射向理想的出光方向。传统的反射结构为银反射镜，但考虑到银反射镜在发光二极管的制程中会受到温度的影响，从而有相变化发生的可能。银反射镜若转变为流体形式，即有向周边扩散的问题；因此，银反射镜的限制在于其边缘不得与发光二极管其它层面的边缘切齐，需略为内缩并以阻障层覆盖，而通常是使用钨化钛作为阻障材料。

由于传统的发光二极管需要堆栈银反射镜与阻障材料作为反射组件，因此在制程步骤上较为复杂，并且银反射镜本身的稳定也是需要额外顾虑的问题，故存在改良的条件。

发明内容

本发明提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管以及制造方法，使用布拉格反射镜取代传统的银反射镜，以此排除银反射镜所导致的不稳定因素，因而提升产品优良率。

本发明提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管，其在布拉格反射镜开设多个贯穿孔供电流流通，并得进一步利用贯穿孔的分布状态调整电流的均匀分布程度。

本发明提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管的制造方法，其可减少传统制程的步骤，降低制程的复杂度。

本发明提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管，包括：磊晶层，具有第一半导体层、发光层以及第二半导体层；透明导电层，其位于第二半导体层上；至少一布拉格反射层，其位于该透明导电层上，并具有多个贯穿该等布拉格反射层的第一贯穿孔；第一电极，电性连接于该第一半导体层；以及第二电极，电性连接于该透明导电层。

在本发明另一实施例中，具有布拉格反射镜的发光二极管在磊晶层与透明导电层之间设置多个电流阻挡层。

在本发明再一实施例中，利用布拉格反射层的绝缘特性，而整合绝缘层以及布拉格反射层的结构。

本发明还提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管的制造方法，包括：

生长磊晶层，磊晶层具有第一半导体层、发光层以及第二半导体层；

生长透明导电层在第二半导体层上；

生长布拉格反射层在透明导电层上；

形成多个第一贯穿孔贯穿布拉格反射层；以及

生长金属层在布拉格反射层之上，且金属层通过该些第一贯穿孔而电性连接于透明导电层。

本发明还提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管，包括：

磊晶层，具有第一半导体层、发光层以及第二半导体层；

多个电流阻挡层，设置于第二半导体层上；

透明导电层，设置于电流阻挡层与第二半导体层上；

布拉格反射层，设置于透明导电层上，并具有多个贯穿等布拉格反射层的第一贯穿孔而暴露出部分的透明导电层，该些第一贯穿孔对应该些电流阻挡层设置；

第一电极，电性连接于第一半导体层；以及

第二电极，其位于布拉格反射层上，且通过等第一贯穿孔电性连接于透明导电层。

本发明还提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管的制造方法，包括：

生长磊晶层，磊晶层具有第一半导体层、发光层以及第二半导体层；

生长电流阻挡层在第二半导体层上；

形成多个第三贯穿孔贯穿电流阻挡层而暴露出部分第二半导体层；

生长透明导电层在等电流阻挡层与第二半导体层上；

生长布拉格反射层在透明导电层上；以及

形成多个第一贯穿孔贯穿布拉格反射层而暴露出部分透明导电层；其中，该些第一贯穿孔对应于电流阻挡层。

本发明还提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管，包括：

磊晶层，具有第一半导体层、发光层以及第二半导体层；

多个电流阻挡层，位于第二半导体层上；

透明导电层，其位于第二半导体层上，并覆盖等电流阻挡层；

绝缘层，其位于透明导电层上，并具有多至少一贯穿孔；

第一电极，电性连接于第一半导体层；以及

第二电极，其位于绝缘层上，且通过贯穿孔电性连接于透明导电层。

本发明提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管以及制造方法，由于该二极管包括磊晶层具有第一半导体层、发光层以及第二半导体层，发光层介于第一半导体层与第二半导体层之间；透明导电层位于第二半导体层上；至少一布拉格反射层，位于透明导电层上，并具有多个贯穿等布拉格反射层的第一贯穿孔；第一电极，电性连接于第一半导体层；以及第二电极，电性连接于透明导电层。本发明提供的具有布拉格反射镜的发光二极管以及制造方法，通过使用布拉格反射镜取代传统的银反射镜，以此排除银反射镜所导致的不稳定因素，因而提升产品优良率。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构剖视示意图；

图2为本发明一实施例的结构剖视示意图；

图3为图2中A区域的放大示意图；

图4为本发明一实施例的部分结构示意图；

图5为本发明另一实施例的部分结构示意图；

图6为本发明再一实施例的部分结构示意图；

图7为本发明更一实施例的部分结构示意图；

图8A～图8E为本发明一实施例的制造方法流程示意图；

图9为本发明更一实施例的部分结构示意图。

附图标记说明：

1：电路板；

10：导电凸块；

100：电路接点；

11；导电凸块；

110：电路接点；

20：透光基板；

21：磊晶层；

210：第一半导体层；

211：发光层；

212：第二半导体层；

22：透明导电层；

23：布拉格反射层；

230：第一折射材料；

231：第二折射材料；

23a～23d：子层；

230：第一贯穿孔；

24：金属层；

25：绝缘层；

250：第二贯穿孔；

26：第一电极；

27：第二电极；

28：电流阻挡层；

280：第三贯穿孔；

A：局部放大区域；

D₁～D₅：第一贯穿孔的间距。

具体实施方式

为使本发明的特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，谨佐以实施例及配合详细的说明，说明如下：

图1为本发明一实施例的结构剖视示意图，可用以表示磊晶层及其上的反射结构；图2为本发明一实施例结构剖视示意图。首先请一并参考图1以及图2，本发明在一实施例中所揭示发光二极管在结构上包括：磊晶层21、透明导电层22、至少一布拉格反射层23、一金属层24、绝缘层25、第一电极26以及第二电极27。其中，磊晶层21可设置于透光基板20的一表面上，且磊晶层21的结构包括依序堆栈的第一半导体层210、发光层211以及第二半导体层212；透明导电层22设置于磊晶层21的第二半导体层212上；布拉格反射层23设置于透明导电层22上，并具有多个贯穿布拉格反射层23的第一贯穿孔230；金属层24设置于布拉格反射层23以及透明导电层22上，并通过前述的第一贯穿孔230而与透明导电层22电性相接；绝缘层25设置于金属层24上，并具有至少一第二贯穿孔250而暴露出部分的金属层24；第一电极26电性连接于磊晶层21的第一半导体层210；而至于第二电极27，则设置于绝缘层25上，且通过前述的第二贯穿孔250电性连接于金属层24。

除上述结构之外，第一电极26以及第二电极27在发光二极管实际应用时，分别提供导电凸块10、11而与电路板1电性连接，电路板1的表面具有电路接点100、110，可与前述的导电凸块10、11相连接。图3为图2中A区域的放大示意图，其较清楚地揭示本发明通过开设第一贯穿孔230以及第二贯穿孔250的方式，使电流能沿着第二电极27、金属层24、透明导电层22的路径而流通，而不会被具有绝缘特性的布拉格反射层23以及绝缘层25所完全阻挡。

本发明为覆晶式发光二极管的应用类型，其特征在于利用布拉格反射层增加整体组件的亮度。本发明的布拉格反射层23可反射来自磊晶层21的发光层211所产生的光线；由于发光层211为全向发光，而这些被布拉格反射层23所反射的光线原本是朝向相反于理想的出光方向行进，因此若能将其反射，即能有效地提升发光二极管的出光效率。光线被反射后，可通过穿透透明导电层22、磊晶层21等结构，而后穿透透光基板20离开。

图4为本发明一实施例的部分结构示意图，用以表示布拉格反射层以第一反射材料以及第二反射材料反复堆栈为具有至少4个子层。请参考图4，本发明在一实施例所使用的布拉格反射层23包括至少4个子层23a、23b、23c、23d，任一子层皆包括由两种折射率不同的折射材料所堆栈而成的结构。此布拉格反射层23是利用第一折射材料230与第二折射材料231的反复堆栈而让折射率有周期性的变化，这种具备折射率高低交错的结构可让入射的光线在入射处形成建设性干涉，造成有很高的反射率。本发明在此实施例的布拉格反射层23至少作4次反复堆栈而形成前述的子层23a、23b、23c、23d，整体反射结构的反射率大于80％。折射材料的选用则可为较常见的GaAs/AlGaAs，其晶格常数接近而较易于形成堆栈，另外也可为TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、SiO₂、Si₃N₄、ZnSe、MgF₂或CaF₂等材料，以折射率的高低交错为堆栈原则进行搭配，例如SiO₂/TiO₂、SiO₂/Ta₂O₅、SiO₂/Nb₂O₅、ZnSe/MgF₂等，但本发明并不特别限制折射材料的种类。

本发明所揭示的布拉格反射层除了提供反射的功能，其材料的选用为绝缘材料时，又同时可作为电流分散的作用。图5为本发明另一实施例的部分结构示意图，用以表示部分第一贯穿孔的间距与第二电极的相对距离为负相关。请参考图5，由于覆晶式发光二极管在实际应用时，发光层在较靠近P型电极的区域会因为有较多的电流通过而有较好的光电转换效果，产生较多的光能，因此在本发明另一实施例中，可利用布拉格反射层23所开设的多个第一贯穿孔230的分布形式，影响电流传导的路径，达到电流分散的目的。请参考图5，在一种分布形式的例子中，第一贯穿孔230的间距D₁～D₅不为定值；进一步而言，该等第一贯穿孔230的间距D₁～D₅随着该等第一贯穿孔230与第二电极27的距离逐渐增加而逐渐减少，也就是第一贯穿孔230的密度是随着所在位置远离第二电极27的程度而逐渐增加。如前所述，发光层在较靠近P型电极的区域会有较多的电流通过，因此本发明在此实施例中让第一贯穿孔230的密度随着远离第二电极27而逐渐增加，可使电流经分散而较均匀地抵达透明导电层22，进而使发光层211均匀发光。

图6为本发明再一实施例的部分结构示意图，用以表示使用电流阻挡层提升电流分布的均匀性。请参考图6，其为再一种提升电流扩散能力的实施例；如图所示，其在第二半导体层212的上方更设置多个电流阻挡层28，该等电流阻挡层28之间包括多个贯穿的第三贯穿孔280而暴露出部分第二半导体层212，从而使设置于电流阻挡层28上的透明导电层22得有部分生长在第二半导体层212上，得因此与第二半导体层212相接触而电性连接。该等第三贯穿孔280在垂直方向上分别与布拉格反射层23的该等第一贯穿孔230为错位设置，使电流阻挡层28在空间的垂直方向上设置在对应第一贯穿孔230的位置，且互不连接。因此当电流自第二电极27通过第二贯穿孔250流通至金属层24，然后再流通至透明导电层22后，当电流要继续流通至第二半导体层212，其路径的直线方向会受到电流阻挡层28的阻挡而无法直接流通，需绕过电流阻挡层28而经第三贯穿孔280方抵达第二半导体层212。如此，电流可较平均地分布，使发光二极管均匀发光且亮度提升。

图7为本发明更一实施例的部分结构示意图，用以表示使用电流阻挡层并省略金属层与绝缘层的制作。请参考图7为更一种提升电流扩散能力的实施例；如图7所示，其不设置绝缘层以及金属层，而是利用布拉格反射层所使用材料的绝缘特性，使布拉格反射层23本身就可以兼具前述实施例的绝缘层的功能，而同时又具备反射的功能。进一步而言，由于布拉格反射层的材料选用可等同于前述实施例的绝缘层而皆为绝缘材料，因此亦可仅直接设置布拉格反射层。在此实施例的结构中，在第二半导体层212之上设置如前一实施例所揭示的电流阻挡层28后，生长透明导电层22在电流阻挡层28上，并使透明导电层22透过贯穿电流阻挡层28的多个第三贯穿孔280而接触第二半导体层212，该等第三贯穿孔280经蚀刻该电流阻挡层28而形成，同时会使单一的电流阻挡层分离为多个电流阻挡层28，必此互不连接；接着生长至少一布拉格反射层23在透明导电层22上，再利用光阻举离制程(photoresistlift-off)使布拉格反射层23形成多个贯穿布拉格反射层23的第一贯穿孔230而暴露出部分的透明导电层22；最后再将第二电极27设置在布拉格反射层23之上，并通过第一贯穿孔230与透明导电层22相接触而电性连接。在此实施例所的结构中，该等第三贯穿孔280在垂直方向上分别与该等布拉格反射层23的第一贯穿孔230为错位设置(使电流阻挡层28设置于相对应第一贯穿孔230的位置)，因此电流自第二电极27通过第一贯穿孔230流通至透明导电层22后，当电流要继续流通至第二半导体层212，其路径的直线方向会受到电流阻挡层28的阻挡而无法直接流通，需绕过电流阻挡层28而经第三贯穿孔280的开设位置方抵达第二半导体层212，如同前一实施例可使电流可较平均地分布，使发光二极管均匀发光且亮度提升。

图8A～8E为本发明一实施例的制造方法流程示意图。请参考图8A～图8E，本发明所揭示的具布拉格反射镜的发光二极管的制造方法，在一实施例的步骤可包括：

步骤S1、生长磊晶层，该磊晶层具有第一半导体层、发光层以及第二半导体层。

步骤S2、生长透明导电层在该第二半导体层上。

步骤S3、生长布拉格反射层在该透明导电层上。

步骤S4、形成多个第一贯穿孔贯穿该布拉格反射层多。

步骤S5、生长金属层在该布拉格反射层之上，且该金属层透过该些第一贯穿孔而电性连接于该透明导电层。

步骤S6、生长绝缘层在该金属层之上。

步骤S7、形成至少一第二贯穿孔在该绝缘层上而暴露出部分的该金属层。

在上述的步骤中，所选用的透明基板20可为蓝宝石基板；透明导电层22则可选用氧化铟锡、氧化铟锌等材料，使所形成的透明导电层22具有大于98％的透光率，且透明导电层与第二半导体层之间存在奥姆接触。金属层24为铬、金、铂、钛或铝等元素所组成，经溅镀而形成薄膜状结构覆盖在布拉格反射层23之上，此金属层24可提供电流流通，作为电极的延伸而辅以分散电流分布，其也具备黏着上下层面的功能，例如在此实施例中与透明导电层接合，另外，其本身也可提供部分的反射能力。绝缘层25则可以使用二氧化硅为材料，在覆盖在金属层24之上后，再蚀刻出第二贯穿孔250暴露出金属层24，使后续设置的第二电极27得以和金属层24接触而导通电流，此绝缘层25也覆盖磊晶层的侧边及部分第一半导体层212的上表面。而若要进行如前述在结构上的各种变化，例如整合绝缘层与布拉格反射层，或是变更透明导电层、金属层以及布拉格反射层的堆栈顺序等，则根据需要而在步骤增加或减少生长相对应的层面，以及利用蚀刻的手段制作贯穿孔或间隙，使电流得以流通。

图9为本发明更一实施例的部分结构示意图，用以表示将透明导电层设置在布拉格反射层与金属层之间。请参考图9为本发明的再一实施例，其在第二半导体层212之上设置布拉格反射层23，再利用光阻举离制程形成多个贯穿布拉格反射层23的第一贯穿孔230而暴露出部分的第二半导体层212。布拉格反射层23之上则设置透明导电层22，透明导电层22可通过第一贯穿孔230而与第二半导体层212接触。透明导电层22之上则是设置金属层24，其与透明导电层22之间存在奥姆接触。

综上所述，本发明详细揭示了一种具有布拉格反射镜的发光二极管及其制造方法，其利用布拉格反射镜取代传统的银反射镜，不但可以免除额外覆盖钨化钛防止银的扩散，减少制程步骤与不稳定因素，因而提升产品优良率，并且也可利用布拉格反射镜提供高反射率，让发光二极管的出光亮度得以维持在的状态，故在结合众多优点之下，本发明无疑为一种兼具实用与商业价值的具有布拉格反射镜的发光二极管及其制造方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。