CN101465319B - 形成发光二极管元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种形成发光二极管元件的方法，用在生长发光二极管的非导电基板，不须移除非导电基板即可形成上下电极、垂直导通的发光二极管元件。当非导电基板上的发光二极管磊晶层表面，用电镀或接合的方式形成导电基板，制成一发光二极管芯片，然后再切割发光二极管芯片成复数条发光二极管晶条，之后再进行后续制程，以形成复数个发光二极管元件。

Description

形成发光二极管元件的方法

技术领域

本发明有关于一种形成发光二极管元件的方法，特别是关于一种不须移除散热差的非导电基板，即可形成直立式发光二极管元件的方法。

背景技术

由于氮化镓(GaN)具有宽的能带间隙(在室温下Eg＝3.4eV)且其发光范围在蓝光波长附近，因此氮化镓非常适合作为短波长发光元件的材料，也因此亦成为近年来开发光电元件中最热门的材料之一。现在的技术已可将氮化镓稳定地成长于蓝宝石(sapphire)基板上，可制造出短波长的发光二极管。但是，因为蓝宝石的散热效果不好，使发光二极管的可靠度变差。

为克服蓝宝石散热不佳的问题，藉由将氮化镓发光二极管磊晶层形成于蓝宝石基板后，再将氮化镓发光二极管磊晶层接合在一散热性佳的基板上。然后，移除蓝宝石基板，以形成发光二极管元件。

图1A至图1D的剖面图显示一种习知形成氮化镓发光二极管元件的方法。首先，如图1A所示，提供一蓝宝石基板10，形成氮化镓发光二极管磊晶层11于蓝宝石基板10上，其中氮化镓发光二极管磊晶层11依序为n型氮化镓层12、主动层(active layer)13以及p型氮化镓层14。如图1B所示，提供一导电基板16，形成导电接合层17于导电基板16上。接着，如图1C所示，接合蓝宝石基板10与导电基板16。如图1D所示，移除该蓝宝石基板10，使氮化镓发光二极管磊晶层11的一表面露出，再形成复数个电极18于氮化镓发光二极管磊晶层11的表面上，最后，进行切割，以形成复数个发光二极管元件。因为蓝宝石散热效果不好，所以，另外接合导电基板16于氮化镓发光二极管磊晶层11上，再移除蓝宝石基板10，使得此发光二极管元件具有良好散热效果、抗静电效果佳以及可操作于大电流等优点。

然而，当分离氮化镓发光二极管磊晶层11与蓝宝石基板10时，容易破坏氮化镓发光二极管磊晶层11，举例来说，以激光脉冲照射分离氮化镓发光二极管磊晶层11与蓝宝石基板10时，容易造成氮化镓发光二极管磊晶层11被劣化。

鉴于上述习知发光二极管元件的缺点，本发明提出一种形成发光二极管元件的方法，不须要移除散热差的非导电基板，即可形成电极在上下面的直立式发光二极管元件，避免破坏发光二极管磊晶层并简化封装程序。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种不须移除散热差的非导电基板，即可形成发光二极管元件的方法，以避免分离发光二极管磊晶层与非导电基板时，破坏发光二极管磊晶层。

根据上述目的，本发明提供一种不须移除散热差的非导电基板即可形成发光二极管元件的方法。当具有发光二极管磊晶层的非导电基板用电镀或接合的方式形成导电基板，制成一发光二极管芯片。之后，再切割发光二极管芯片成复数条发光二极管晶条，于每两条发光二极管晶条间夹一间隔层，以夹具夹集固定整排发光二极管晶条与间隔层，其中间隔层覆盖住发光二极管磊晶层的第一型半导体层与主动层(active layer)，接着，再形成透明导电层于发光二极管晶条与间隔层上，使位于非导电基板上的透明导电层电性连接相反于第一型的第二型半导体层，之后再进行后续制程，例如，形成电极、进行切割，以形成复数个发光二极管元件。

附图说明

图1A至图1D的剖面示意图显示一种习知形成氮化镓发光二极管元件的方法；

图2A至图2D的示意图显示本发明实施例形成发光二极管芯片的方法；

图2E至图2I的示意图显示本发明第一实施例形成发光二极管元件的方法；

图3A至图3B的示意图显示本发明第二实施例形成发光二极管元件的方法；

图4A至图4B的示意图显示本发明实施例的发光二极管元件的电极接合的方法；

图5A至图5C的示意图显示本发明第三实施例形成发光二极管元件的方法；

图6的示意图显示本发明另一实施例的形成高效率发光二极管元件的方法；

图7A至图7D的示意图显示本发明一实施例的形成高指向性发光二极管元件的方法；

图8的示意图显示高指向性的发光二极管元件。

【图号说明】

10          蓝宝石基板

11          氮化镓发光二极管磊晶层

12          n型氮化镓层

13          主动层(active layer)

14          p型氮化镓层

16          导电基板

17          导电接合层

20、20a     非导电基板

21          发光二极管磊晶层

212         基板

213         金属条(bar)

22          第一型半导体层

23          主动层(active layer)

24          第二型半导体层

30          导电基板

31          导电接合层

35          发光二极管芯片

36          发光二极管晶条

37          间隔层(space layer)

38          透明导电层

39          第一型电极

40          夹具

50          发光二极管元件

61          抗反射层

62          光阻层

63          透明导电层

64          高反射层

具体实施方式

本发明一些实施例的详细描述如下，然而，除了该详细描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例施行。亦即，本发明的范围不受已提出的实施例的限制，而应以本发明提出的申请专利范围为准。

此外，为提供更清楚的描述及更易理解本发明，图标内各部份并没有依照其相对尺寸绘图，某些尺寸与其它相关尺度相比已经被夸张；不相关的细节部份也未完全绘出，以求图标的简洁。

图2A至图2D的示意图显示本发明实施例形成发光二极管芯片的方法。首先，如图2A所示，提供一非导电基板20，非导电基板20上具有一发光二极管磊晶层21，非导电基板20为一透明基板，其材质可例如为蓝宝石(sapphire)；发光二极管磊晶层21依序包含第一型半导体层22、主动层(active layer)23以及第二型半导体层24。当第一型为n型时，第二型为相反于第一型的p型；当第一型为p型时，第二型为相反于第一型的n型，所以，发光二极管磊晶层21可依序包含一n型半导体层、一主动层及一p型半导体层；发光二极管磊晶层21亦可为依序包含p型半导体层、一主动层及一n型半导体层。在本实施例中，发光二极管磊晶层可依序为n型氮化镓层、主动层以及p型氮化镓层。

接着，用电镀或接合的方式，形成导电基板于非导电基板20的发光二极管磊晶层21上，制成发光二极管芯片。如图2B所示，提供导电基板30，导电基板30上具有导电接合层31，其中导电基板30比非导电基板20具有较佳的散热性，导电基板30的材质可例如为半导体、金属或合金等材质，导电接合层31的材料可例如为金(Au)或金合金(Au alloy)。此外，于导电基板30下可形成一封装接触层(未示)，于封装时用以与外界连接。然后，如图2C所示，藉由晶圆结合(wafer bonding)技术，接合非导电基板20及导电基板30，形成一发光二极管芯片35；于本实施例中，芯片接合技术可例如为热接合(Thermal Bonding)、热压接合(Thermal Compression Bonding)或热超音波接合(ThermalUltrasonic Bonding)。

此外，还可藉由电镀方法形成一导电基板于发光二极管磊晶层21上(未图标)。

接着，可以不移除非导电基板20的厚度，也可以移除非导电基板20大部份的厚度。如图2D所示，可以使用研磨技术，减少非导电基板20大部份的厚度成为非导电基板20a，但是，并不露出第一型半导体层22。

图2E至图2I的示意图显示本发明第一实施例形成发光二极管芯片的方法。首先，如图2E为发光二极管芯片35的上视图。如图2E所示，切割发光二极管芯片35成复数条发光二极管晶条(bar)36，本实施例中，其切割技术可例如为晶圆切割(dicing saw)、钻石切割刀(scriber)切割或雷射(laser)切割。然后，如图2F所示，再提供复数条间隔层(spacelayer)37，于每两条发光二极管晶条36中夹一间隔层37，其中间隔层37的高度必须足以完全覆盖住第二型半导体层24与主动层23，只露出第一型半导体层22；其中，间隔层的材质可以为硅(silicon)等半导体材质，也可以是陶瓷(ceramic)等材质。然后，以夹具40夹集固定此排发光二极管晶条36与间隔层37。

然后，如图2G所示，形成透明导电层38于整排发光二极管晶条36与间隔层37上，使非导电基板20a上的透明导电层38与第一型半导体层22连接；透明导电层38的材料可例如为氧化镍/金(NiO/Au)、氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化锌(ZnO)或氧化铝锌(Aluminum Zinc Oxide，AlZnO)等材质。因为间隔层37遮住第二型半导体层24、主动层23，透明导电层38只与第一型半导体层22电性连接，不会连接到主动层23或第二型半导体层24，避免造成短路。

然后，如图2H所示，移除间隔层37，并以夹具40夹集固定整排发光二极管晶条36，再形成复数个第一型电极39于每一发光二极管晶条36的透明导电层38上，接着，切割发光二极管晶条36成复数个垂直式发光二极管元件，如图2I所示；本实施例中，其切割技术可例如为晶圆切割(dicing saw)、钻石切割刀(scriber)切割或雷射(laser)切割。所以，电流可从第一型电极39经由透明导电层38、第一型半导体层22传导至主动层23而进行发光。

图3A至图3B的示意图显示本发明第二实施例形成发光二极管元件的方法。首先，如图3A所示，提供一发光二极管芯片35，然后再切割发光二极管芯片35成复数条发光二极管晶条36。

接着，如图3B所示，接合一间隔层37于每两条发光二极管晶条36中，接合的方法可例如为黏胶接合(glue bonding)的方式，间隔层37的材质可以为硅(silicon)等半导体材质，也可以是陶瓷(ceramic)等材质。此外，间隔层37的两侧尚可藉由高反射处理而形成高反射层(未图标)，再与发光二极管晶条接合，其中高反射层可以为高反射金属层或高反射多层膜，高反射金属层的材质包括金、铝、银或其合金其中的一，使发光二极管发出的光可往同一方向出光，以增加发光二极管的指向性。

图4A至图4B的示意图显示本发明实施例的发光二极管元件的电极接合的方法。经由上述的方法所制作的发光二极管元件50，如图4A所示，发光二极管晶条36为包含发光二极管磊晶层21及第一型电极39的基板212，再藉由金属条(bar)213与每一发光二极管晶条36的第一型电极39接合，图4B所示(侧视图)，不须逐一进行打线接合(wirebonding)。

图5A至图5C的示意图为本发明第三实施例形成发光二极管元件的方法。首先，如图5A所示，提供发光二极管芯片35，发光二极管芯片35为包含发光二极管磊晶层21的基板212，发光二极管磊晶层21依序包含一第一型半导体层、一主动层及一相反于第一型的第二型半导体层；基板212可以为非导电基板，也可以为导电基板。

然后，切割发光二极管芯片35成复数条发光二极管晶条36，如图5B所示，然后，再提供复数条间隔层(space layer)37，于每两条发光二极管晶条36中夹一间隔层37，其中间隔层37的高度必须低于发光二极管晶条36的高度，如图5C所示；间隔层37的材质可以为硅(silicon)等半导体材质，也可以是陶瓷(ceramic)等材质。然后，以夹具40夹集固定此排发光二极管晶条36与间隔层37，再对发光二极管晶条36的表面及露出的侧面实施制程。

对发光二极管晶条露出的侧面及表面做抗反射处理可增加出光效率，抗反射处理包含粗化处理及抗反射涂布(Anti-Reflection Coating，AR coating)，可避免发光二极管元件发出的光全反射，增加出光效率，形成高效率发光二极管元件，如图6所示的实施例中，对发光二极管晶条36露出的侧面及表面进行抗反射涂布，形成至少一抗反射层61，本图标只显示一层抗反射层；抗反射层61可以为氧化硅或氮化硅等介电层，抗反射涂布的方法可例如为电浆增益化学气相沉积(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)等方法，沉积约四分之一光波长的厚度，其中该波长为光源在介电层中行进的波长，一般而言，形成多层的抗反射层可得到更好的效果，如此即可减少光源的全反射，增加出光效率。之后再于复数个电极上形成开口(未图标)，并切割发光二极管晶条成复数个高效率发光二极管元件(未图标)。

藉由上述的方法，于发光二极管晶条露出的侧面做高反射处理形成高反射层，可使发光二极管晶条往同一方向出光，增加光的指向性，形成高指向性发光二极管晶条(未图标)；其中高反射层为高反射金属层或高反射多层膜其中之一，当高反射层为高反射金属层时，更形成一透明导电层于高反射金属层与发光二极管磊晶层之间，用以避免高反射层与发光二极管磊晶层短路。

图7A至图7D的示意图显示本发明一实施例的形成高指向性发光二极管元件的方法。首先，提供一发光二极管芯片，该发光二极管芯片为一包含发光二极管磊晶层21的基板212，本实施例以导电基板为例，非导电基板的实施例不在此详述，发光二极管磊晶层21依序包含第一型半导体层、主动层及相反于第一型的第二型半导体层。接着，切割一发光二极管芯片，成复数条发光二极管晶条36，再形成光阻层62于复数条发光二极管晶条36的表面上；亦即，如图7A所示，以夹具40夹集固定复数条发光二极管晶条36，再旋转涂布形成一光阻层62于复数条发光二极管晶条36上，之后再分离每一发光二极管晶条36。

然后，如图7B所示，以夹具40夹集固定该复数条发光二极管晶条36，每两条该发光二极管晶条36中夹一间隔层37，其中间隔层37的高度低于发光二极管晶条36的高度，然后，如图7C所示，形成透明导电层63及高反射层64于整排复数条发光二极管晶条36及复数条间隔层37上，其中高反射层64为高反射金属层或高反射多层膜其中之一，高反射金属层的材质包括金、铝、银或其合金其中之一，透明导电层63是用以避免高反射层64与发光二极管磊晶层21短路，当高反射层64为高反射多层膜时，可不须形成透明导电层63，本实施例的图标及后续说明是以高反射层64为高反射金属层时为例。之后，移除间隔层37，再移除发光二极管晶条36表面的光阻层62、透明导电层63及高反射层64，如图7D所示。然后，在发光二极管晶条36上形成电极(未图标)，再切割发光二极管晶条成复数个发光二极管元件(未图标)。

当发光二极管元件50的主动层发出的光510，经由发光二极管元件50两侧高反射层64反射，使发光二极管元件50均匀出光的特性，变成往同一方向出光，如图8所示。

值得一提的是，本发明形成发光二极管芯片的方法，藉由形成导电基板于非导电基板的发光二极管磊晶层上，可以不须移除非导电基板，即可形成发光二极管元件的上下电极，可避免分离发光二极管磊晶层与非导电基板时，破坏发光二极管磊晶层。而本发明的形成发光二极管元件的方法，不是直接切割成大面积发光二极管元件，可增加良率。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (5)

1.一种形成发光二极管元件的方法，包含以下步骤：

(1)在非导电基板上形成发光二极管磊晶层，构成发光二极管芯片，发光二极管磊晶层由下而上依次为第一型半导体层、主动层、第二型半导体；

(2)在发光二极管磊晶层上形成一导电基板；

(3)移除非导电基板的大部分厚度；

(4)切割发光二极管芯片成复数条发光二极管晶条；

(5)以夹具夹集固定该复数条发光二极管晶条，并且使得每个发光二极管晶条的非导电基板朝上；

(6)在每两条该发光二极管晶条中夹一间隔层，其中该间隔层的高度必须足以完全覆盖住第二型半导体层和主动层，只露出第一半导体层；

(7)于整排发光二极管晶条和间隔上形成透明导电层；

藉此，可对该复数条发光二极管晶条的表面与露出的侧面实施制程。

2.如权利要求1所述的形成发光二极管元件的方法，其中该侧面实施制程是进行抗反射处理于该复数条发光二极管晶条的表面与露出的侧面。

3.如权利要求2所述的形成发光二极管元件的方法，其中该抗反射处理为表面粗化处理或抗反射涂布其中之一，其中该抗反射涂布为形成至少一抗反射层于该发光二极管晶条的该表面与该露出的侧面。

4.如权利要求1所述的形成发光二极管元件的方法，其中该侧面实施制程进一步包含有下列步骤：

形成高反射层于整排该复数条发光二极管晶条及该复数条间隔层上；以及

移除该复数条发光二极管晶条的该表面的该高反射层，

藉此，于该复数条发光二极管晶条露出的侧面上形成该高反射层。

5.如权利要求1所述的形成发光二极管元件的方法，其中复数个电极位于该发光二极管磊晶层上。

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