发光二极体结构 【技术领域】
本发明的未经移除(remove)的原始主体结构为一种由利用磷化硼层(Boron monophosphide layer)作为缓冲层(buffr layer)的在晶面指数(Millerindices)为(100)面硅基底(Si(100)substrate)上磊晶成长四方晶格c-GaN元件(devices)的结构，尤指一种由有机金属气相磊晶(MOVPE)导入二输入气体BCl3及PH3作为磊晶或掺杂材料，而在一晶面指数(Miller indices)为(100)面硅基底上磊晶成长一晶格整齐且与该硅基底相近的磷化硼层(Boronmonophosphide layer)以作为晶格转换的缓冲层(buffr layer)，进而再由该有机金属气相磊晶在该(100)硅基底(Si(100)substrate)上经由该磷化硼层(亦称作晶格转换层)以作晶格常数转换(lattices constant transfter)后磊晶成长一四方晶格c-GaN(cubic-GaN)发光或受光的GaN系列元件(devices)的发光二极体结构改良。
本发明移除结构是一种由一般光阻蚀刻法将前述晶面指数(Miller indices)为(100)的硅基底给予大部分蚀刻移除(remove)，并同时由该光阻蚀刻法将与该硅基底晶格相近的磷化硼层(Boron monophosphide layer)给予部分移除及将该元件(本发明的该元件具有第一束缚层、主动层及第二束缚层的三明治结构)作些微蚀刻移除，亦可以微机电制程方法于该移除结构凹陷处制成一微镜片(Micro-lens)以作为发射光聚焦之用，而以多层膜蒸镀法或气相磊晶法于该LED发光元件的上方蒸镀或磊晶制程成长一多层膜反射镜面(reflecting mirror)以作为发射光反射之用，两者选择性排列组合使用，完成一种既可防止该硅基底吸收该LED发光元件的发射光，又可以该多层膜反射镜面及该微镜片反射聚焦该LED发光元件的发射光以大幅增进LED发光元件萤光效率的背向发光(backside emitting)结构。
背景技术
一般已知的技术结构为在一晶格方向为(0001)面Al2O3基底上磊晶成长(Epitaxial growth)一未掺杂(undope)的缓冲层(buffer layer)，之后在该缓冲层上磊晶成长一元件(devices)，该元件为一由一P-type GaN层及一N-type GaN层包覆一层主动层(active layer)的六方晶格(Hexagonal lattices)GaN系列结构的元件，以上已知技术虽于目前广为使用，但仍无法大量生产、制造成本太高及制程困难地缺点，甚者，由于硅基底(100)对该元件(devices)的发射光有吸光的作用，故亦有造成该元件发光效率不佳的缺点。
【发明内容】
本发明未移除的原始主体结构的目的在于制程中采用一种利用磷化硼层(Boron monophosphide layer)作为缓冲层(buffer layer)以可将晶格转换(lattices transfer)成四方晶格c-GaN(cubic GaN)系列元件(devices)结构的技术，此外亦采用较便宜的硅晶圆作为基底结构，使整体制程功效(performance)改善，以达到大量生产及降低成本的目的，再者，本发明背向发光(backsideemitting)结构由一般已知光阻蚀刻法将硅基底大部分移除，该磷化硼层部分移除及将该元件稍微移除，亦可以微机电制程方法制成一微镜片(Micro-lens)，并于该元件上方蒸镀或磊晶一多层膜反射镜面，两者可依需求作选择性排列组合使用，进而防止硅基底吸光及反射聚焦该元件发射光以达到大幅增加该元件发光效率的目的。
一种利用磷化硼层为缓冲层的在晶面密勒指数(Miller indices)(100)的硅基底Si(100)上磊晶成长c-GaN元件的移除结构，包括：硅基底，该硅基底是为N-type或P-type导电型或semi-insulator的基底结构；磷化硼层(Boronmonophosphide layer)，该磷化硼层为一与该硅基底具有相同N-type或P-type导电型或undope-type Semi-insulator并以一气相磊晶法控制二输入气体源(sources gas)以决定是P-type(Group III-rich)或N-type(Group V-rich)导电型或undope-type的缓冲层(buffer layer)磊晶结构；以及包括第一束缚层、主动层及第二束缚层的元件(devices)，该元件为由该磷化硼层为缓冲层(Buffer layer)来磊晶成长一四方晶格GaN(cubic-GaN)的GaN系列的三明治结构。其特征在于：由一蚀刻法(etching)将该(100)硅基底(Si(100)substrate)大部分蚀刻移除，并同时由该蚀刻法将该磷化硼层(Boron monophosphide layer)给予部分蚀刻移除及将该元件(devices)给予稍微蚀刻移除以防止吸收发射光，亦可以选择性排列组合使用光聚焦装置及光反射装置来完成一种既可防止该硅基底吸收该元件的发射光，并同时又可以该光反射装置及该光聚焦装置来反射及聚焦该元件发射光的背向发光结构。
优选其中，该硅基底的晶面的密勒指数(Miller indices)为(100)，即是硅基底Si(100)substrate。
优选其中该硅基底为N-type或P-type导电型半导体或无掺杂(Semi-insulator)的基底。
优选其中该磷化硼层为一层可用来转换晶格常数(lattices constant)的晶格转换层(lattices transfer layer)。
优选其中该气相磊晶法可为有机金属气相磊晶法(MOVPE)。
优选其中该二输入气体源(gas sources)可为提供III族磊晶材料或掺杂物(dopant)硼原子的三氯化硼气体(BCL3)及提供V族磊晶材料或掺杂物(dopant)磷原子的磷酸气体(PH3)。
优选其中，若是该磷化硼层于该硅基底上磊晶成长时该III族掺杂物(dopant)硼原子较多的状态(Boronrich)则该磷化硼层为P-type导电型，而若是V族掺杂物磷原子较多的状态(Phosphorous-rich)则该磷化硼层为N-type导电型。
优选其中该磷化硼层的磊晶温度为800℃～1000℃。
优选其中该磷化硼层的材质结构可为BPxN1-x(0≤x≤1)。
优选其中该缓冲层亦可为在该硅基底上磊晶成长的三元(ternary material)磊晶层，该层BPxN1-x(0≤x≤1)的晶格倾向与该磷化硼层一样。
优选其中该元件的结构为一层第二束缚层(P-type GaN layer)及一层第一束缚层(N-type GaN layer)包覆一层主动层(active layer)形成的发光或受光元件的三明治结构。
优选其中该元件结构的主动层(active layer)可为同质结构(homostructure)，异质结构(heterostructure)，双异质结构(double-heterostructure)，量子井结构(Quantum well structure)及多重量子井结构(Muti-Quantum well structure)。
优选其中该元件为以BPxN1-x(0≤x≤1)为缓冲层而磊晶成长的InyGa1-yN系列结构(0≤y≤1)。
优选其中该蚀刻法(etching)为将该硅基底沉积一层光阻(photo-resist)后浸入一蚀刻溶液中给予蚀刻的方法。
优选其中，该光聚焦装置可为一微镜片(Micro-lens)，该微镜片是用来将该光反射装置反射光及该元件发射光聚焦的凸透镜。
优选其中该光反射装置可为一多层膜反射镜面，该多层膜反射镜面用来将该元件的发射光反射的蒸镀层或磊晶层。
优选该微镜片及该多层膜反射镜面可依需求作选择性排列组合使用。
优选该多层膜反射镜面由一多层膜蒸镀法或一气相磊晶法所蒸镀或磊晶成长的元件(devices)发射光的反射镜面，而该多层膜反射镜面(reflectingmirror)为DBR层(Distributed Bragg Reflection layer)。
优选其中该多层膜蒸镀法可为E-gun多层膜蒸镀法。
优选其中该气相磊晶法可为电浆增强化学气相磊晶法(PECVD)或有机金属化学气相磊晶法(MOCVD)。
【具体实施方式】
图1为已知结构1，由图中可了解本发明的已知制程技术结构，其以在一晶格方向为(0001)面的Al2O3基底115上磊晶成长(Epitaxial growth)一未经杂质掺杂(undope impurity)低温成长GaN的缓冲层(buffer layer)114，之后，在该缓冲层114上磊晶成长一元件(devices)11，该元件11为由P-type GaN层111及N-type GaN层113包覆一层主动层(active layer)112的六方晶格GaN系列元件结构。
图2为本发明结构(实施例1)2，由图中可了解本发明优选实施例1的制程技术结构，本实施例首先在晶面指数为(100)面的硅基底(Si(100)substrate)215上以磊晶成长温度范围为800℃～1000℃输入BCl3及PH3的气体源(gas sources)，由有机金属气相磊晶(MOVPE)以磊晶成长(Epitaxial growth)一磷化硼层(Boron monophosphide layer，该磷化硼层214亦称晶格转换层，该磷化硼层的材料结构式亦可为BPxN1-x，0≤x≤1)214，作为本发明结构2的缓冲层(buffer layer)；该磷化硼层214由Boron(硼原子)或Phosphorous(磷原子)的多少来决定该磷化硼层214的导电类型(conductivifytype)为P-type或N-ytpe抑或为undope-type，由于为避免该磷化硼层214与该硅基底215的界面间产生空乏区而导致电不良，因此该磷化硼层214的导电类型(conductivity type)与该硅基底215的导电类型必须一致；之后，再由有机金属气相磊晶(MOVPE)在Si(100)硅基底上并经该磷化硼层214的晶格常数转换后以磊晶成长一四方晶格GaN系列(cubic-GaN)的元件(devices)21结构，该元件21主要由一层第二束缚层(P-type GaN layer)211及一层第一束缚层(N-type GaN layer)213包覆一层主动层(active layer，该主动层的材料结构式可为InyGa1-yN系列结构，0≤y≤1)212的四方晶格GaN系列的发光或受光元件的三明治结构，之后，再由一般已知的光阻蚀刻法将晶面指数为(100)的硅基底(Si(100)substrate)215给予大部分蚀刻移除，并同时由该光阻蚀刻法将与该硅基底215晶格相近的该磷化硼层(Boron monophosphide layer)214给予部分移除及将该元件21作些微蚀刻移除所完成的一种可防止该硅基底215吸收该元件21发射光以增加该元件21发光效率的背向发光结构。
图3为本发明结构(实施例2)3，由图中可了解本发明优选实施例2的制程技术结构，本具体实施例2的主体结构如图1所示的实施例1，以该实施例1为基础，由一般已知的光阻蚀刻法将晶面指数(100)的硅基底(Si(100)substrate)315给予大部分蚀刻移除，并同时由该光阻蚀刻法将与该硅基底315晶格相近的该磷化硼层(Boron monophosphide layer)314给予部分移除及将该元件31作些微蚀刻移除后以多层膜蒸镀法或气相磊晶法在该元件31上方蒸镀或磊晶一多层膜反射镜面(reflecting mirror)316所完成的一种可防止该硅基底315吸收该元件31发射光，同时又可以该多层膜反射镜面316反射该元件31发射光以增加该元件31发光效率的背向发光结构。(该元件31主要由一层第二束缚层(P-type GaN layer)311及一层第一束缚层(N-type GaNlayer)313包覆一层主动层(active layer，该主动层的材料结构式可为InyGa1-yN系列结构，0≤y≤1)312的四方晶格GaN系列的发光或受光元件的三明治结构)。
图4为本发明结构(实施例3)4，由图中可了解本发明优选实施例3的制程技术结构，本具体实施例3的主体结构如图1所述的实施例1，以该实施例1为基础，由一般已知的光阻蚀刻法将晶面指数(100)的硅基底(Si(100)substrate)415给予大部分蚀刻移除，并同时由该光阻蚀刻法将与该硅基底415晶格相近的该磷化硼层(Boron monophosphide layer)414给予部分移除及将该元件41作些微蚀刻移除，之后再以微机电制程方法于该移除结构凹陷处制成一微镜片(Micro-lens)417，完成一种可防止该硅基底415吸收该元件41发射光，同时又可以该微镜片417聚焦该元件41发射光以增加该元件41发光效率的背向发光结构。(该元件41)由一层第二束缚层(P-type GaNlayer)411及一层第一束缚层(N-type GaN layer)413包覆一层主动层(activelayer，该主动层的材料结构式可为InyGa1-yN系列结构，0≤y≤1)412的四方晶格GaN系列的发光或受光元件的三明治结构)。
图5为本发明结构(实施例4)5，由图中可了解本发明优选实施例4的制程技术结构，由一般已知的光阻蚀刻法将晶面指数为(100)的硅基底(Si(100)substrate)515给予大部分蚀刻移除，并同时由该光阻蚀刻法将与该硅基底515晶格相近的该磷化硼层(Boron monophosphide layer)514给予部分移除及将该元件51作些微蚀刻移除后以微机电制程方法于该移除结构凹陷处制成一微镜片(Micro-lens)517，并以多层膜蒸镀法或气相磊晶法在该元件51上方蒸镀或磊晶成长一多层膜反射镜面(reflecting mirror)516，完成一种既可防止该硅基底515吸收该元件51发射光，同时又可由该多层膜反射镜面516及该微镜片517反射聚焦该元件51发射光以增加该元件51发光效率的背向发光结构。(该元件51由一层第二束缚层(P-type GaN layer)511及一层第一束缚层(N-type GaN layer)513包覆一层主动层(acttve layer，该主动层的材料结构式可为InyGa1-yN系列结构，0≤y≤1)512的四方晶格GaN系列的发光或受光元件的三明治结构)。
综合以上说明，可知本说明的利用磷化硼层为缓冲层的在晶面指数(Miller indices)(100)硅基底(Si(100)substrate)上磊晶成长c-GaN元件的背向发光结构的发光二极体结构改良，不但具有其优越增进功效，且亦已达可具体实施的程度，从未先见于国内外出版物或已公开使用，由于本发明具有制程简化、大量生产以降低制造成本及大幅增加发光元件发光效率的优点。
图式符号说明
1：已知结构
11：元件(devices)
111：P-type GaN层(P-type GaN layer)
112：主动层(Active layer)
113：N-type GaN层(N-type GaN layer)
114：缓冲层(Buffer layer)
115：Al2O3基底
2：本发明结构(实施例1)
21：元件(devices)
211：第二束缚层(P-type GaN layer)
212：主动层(Active layer)
213：第一束缚层(N-type GaN layer)
214：磷化硼层(Boron monophosphide layer)
215：硅基底(Si(100)substrate)
3：本发明结构(实施例2)
31：元件(devices)
311：第二束缚层(P-type GaN layer)
312：主动层(Active layer)
313：第一束缚层(N-type GaN layer)
314：磷化硼层(Boron monophosphide layer)
315：硅基底(Si(100)substrate)
316：多层膜反射镜面(reflecting mirror)
4：本发明结构(实施例3)
41：元件(devices)
411：第二束缚层(P-type GaN layer)
412：主动层(Active layer)
413：第一束缚层(N-type GaN layer)
414：磷化硼层(Boron monophosphide layer)
415：硅基底(Si(100)substrate)
417：微镜片(Micro-lens)
5：本发明结构(实施例4)
51：元件(devices)
511：第二束缚层(P-type GaN layer)
512：主动层(Active layer)
513：第一束缚层(N-type GaN layer)
514：磷化硼层(Boron monophosphide layer)
515：硅基底(Si(100)substrate)
516：多层膜反射镜面(reflecting mirror)
517：微镜片(Micro-lens)
【附图说明】
图1为已知结构示意图。
图2为本发明结构示意图(实施例1)。
图3为本发明结构示意图(实施例2)。
图4为本发明结构示意图(实施例3)。
图5为本发明结构示意图(实施例4)。