CN101740674A

CN101740674A - 发光元件结构及其制造方法

Info

Publication number: CN101740674A
Application number: CN200810177996A
Authority: CN
Inventors: 黄建富; 许嘉良
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: CN101740674B

Abstract

本发明揭示一具有应力平衡层的光电元件结构及其制造方法。此光电元件结构包含高导热基板，应力平衡层位于高导热基板之上，金属反射层位于应力平衡层之上，及外延结构位于金属反射层之上。

Description

发光元件结构及其制造方法

技术领域

本发明揭露具有应力平衡层的光电元件结构及其制造方法，特别是关于一种高导热发光二极管结构及其制造方法。

背景技术

习知承载蓝光发光二极管的氧化铝(sapphire)基板属于低热传导性材料(热传导系数约为40W/mK)，在较高电流状况下操作时，无法有效地传递热量，造成热量累积而影响发光二极管的可靠度。

目前市面出现将整片高热传导性金属铜基板(热传导系数约为400W/mK)以电镀或粘贴方式与发光二极管连接，可有效地传递热量。然而在移除成长基板后，内应力压缩整片金属铜基板，造成芯片(wafer)翘曲而影响后续工艺成品率。

发明内容

本发明提供一种光电元件结构，其中的基板为高导热基板，可由铜、铝、钼、硅、锗、金属基复合材料、铜合金、铝合金或钼合金组成。

本发明提供一种光电元件结构，其中的基板为高导热基板，可由无电镀、电镀、或电铸方式形成。

本发明提供一种光电元件结构，其中的应力平衡层可由单层材料或多层材料所组成。

本发明提供一种光电元件结构，其中的应力平衡层可由镍、钨、钼、钴、铂、金、或铜组成。

本发明提供一种光电元件结构，其中的应力平衡层可由无电镀、电镀、或电铸方式形成。

本发明提供一种光电元件结构，其中的基板为高导热基板，其热膨胀系数与应力平衡层的热膨胀系数相差不小于5ppm/℃。

本发明提供一种光电元件结构，其中应力平衡层的厚度不小于0.01倍且不大于0.6倍的高导热基板厚度。

本发明提供一种光电元件结构，其中的应力平衡层具周期性图案结构。

本发明提供一种光电元件结构，其中的具周期性图案结构的应力平衡层每一图案结构宽度不小于0.01倍光电元件的宽度，且不大于1倍光电元件的宽度。

本发明提供一种光电元件结构，其中的具周期性图案结构的应力平衡层厚度不小于0.01倍且不大于1.5倍高导热基板厚度。

本发明提供一种光电元件结构，其中的应力平衡层宽度大于高导热基板的宽度。

本发明提供一种光电元件结构，其中的外延结构其材料包含一种或一种以上的物质，选自镓、铝、铟、砷、磷及氮所构成的群组。

附图说明

图1-5是显示本发明实施例的光电元件制作流程图；

图6-9是显示本发明另一实施例的光电元件制作流程图；

图10-12是显示本发明再一实施例的光电元件制作流程图。

图13为习知发光装置结构示意图。

主要元件符号说明

21～成长基板

22～外延结构

23～第一电性半导体层

24～有源层

25～第二电性半导体层

26～第二电性接触层

27～反射层

28～应力平衡层

29～高导热基板

30～第一电性接触层

31～第一电极

32～切割道

33～具周期性图案结构的应力平衡层

34～光致抗蚀剂

60～次载体

62～焊料

64～电性连接结构

100、200、300～发光二极管晶粒

600～发光装置

602～电路

a～应力平衡层厚度

b～高导热基板厚度

c～具周期性图案结构的应力平衡层的每一图案结构宽度

d～光电元件宽度

e～具周期性图案结构的应力平衡层厚度

f～应力平衡层宽度

g～高导热基板宽度

具体实施方式

本发明揭露一种具有应力平衡层的光电元件结构及其制造方法。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图1至图13的图式。

实施例一

本发明的光电元件结构以发光二极管为例，其结构与制造方法如第1-5图所示。

图1所示，包含一成长基板21，其材料可为砷化镓、硅、碳化硅、蓝宝石、磷化铟、磷化镓、氮化铝或氮化镓等。接着，于成长基板21上形成外延结构22。外延结构22是藉由一外延工艺所形成，例如有机金属气相沉积外延法(MOCVD)、液相外延法(LPE)或分子束外延法(MBE)等外延工艺。此外延结构22至少包含一第一电性半导体层23，例如为一n型磷化铝镓铟(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP层或一n型氮化铝镓铟(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yN层；一有源层24，例如为磷化铝镓铟(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP或氮化铝镓铟(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yN所形成的多重量子井结构；以及一第二电性半导体层25，例如为一p型磷化铝镓铟(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP层或一p型氮化铝镓铟(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yN层。另外，本实施例的有源层24可由例如同质结构、单异质结构、双异质结构、或是多重量子井结构所堆叠而成。

接着，于外延结构22上形成一第二电性接触层26及一反射层27。第二电性接触层26的材料可为氧化铟锡(Indium Tin Oxide)、氧化铟(IndiumOxide)、氧化锡(Tin Oxide)、氧化镉锡(Cadmium Tin Oxide)、氧化锌(ZincOxide)、氧化镁(Magnesium Oxide)或氮化钛(Titanium Nitride)等。反射层27可为金属材料，例如银，铝，钛，铬，铂，金等。

接着，将具有反射层27的外延结构以成长基板21在上，反射层27在下的方式置入化学槽内进行电化学沉积法(electro chemical deposition)，例如：电镀，电铸；或无电化学沉积法(electroless chemical deposition)工艺，例如：无电镀；以于反射层27的下形成一应力平衡层28，其材料可选自镍、钨、钼、钴、铂、金、或铜。形成结构如第2图所示。当应力平衡层反射率较高时，可作为反射层，则反射层27可省略。

如图3所示，再将具有应力平衡层28的结构置入另一化学槽内进行另一次电化学沉积法(electro chemical deposition)，例如：电镀，电铸；或无电化学沉积法(electroless chemical deposition)工艺，例如：无电镀；以于应力平衡层28的下形成一高导热基板29，以成为一晶片(wafer)结构。其中高导热基板材料可选自铜、铝、钼、硅、锗、钨、金属基复合材料、铜合金、铝合金、或钼合金等。高导热基板的材料选择原则为其热膨胀系数与外延结构22的热膨胀系数相差不小于5ppm/℃。而应力平衡层厚度a最佳条件为不小于0.01倍且不大于0.6倍高导热基板厚度b，即0.01b≤a≤0.6b。

接着如图4所示，藉由激光剥离技术、蚀刻工艺或化学机械研磨工艺等方式部份或完全移除成长基板21后，裸露出外延结构22的第一电性半导体层23的表面。一般于移除成长基板后，高导热基板与外延结构之间的内应力会压缩整片高导热基板，造成晶片结构翘曲而影响后续工艺成品率。应力平衡层的形成可降低高导热基板与外延结构之间的内应力，抑制晶片结构翘曲现象。接下来，再于第一电性半导体层23裸露出的表面上形成第一电性接触层30。第一电性接触层30的材料可为氧化铟锡(Indium Tin Oxide)、氧化铟(Indium Oxide)、氧化锡(Tin Oxide)、氧化镉锡(Cadmium Tin Oxide)、氧化锌(Zinc Oxide)、氧化镁(Magnesium Oxide)、氮化钛(Titanium Nitride)、锗金(Ge/Au)、锗金镍(Ge/Au/Ni)或铬铝(Cr/Al)所形成的薄膜，并可选择性地于薄膜上以蚀刻工艺形成特定图案。接着，利用热蒸镀(Thermal Evaporation)、电子束蒸镀(E-beam)或离子溅镀(Sputtering)等方法，于第一电性接触层30的特定图案间形成一第一电极31。若第一电性接触层30为连续薄膜层未形成特定图案，第一电极31则可直接形成于第一电性接触层30之上，其材料可为金锡合金或金铟合金。于此实施例中，高导热基板29可作为第二电极。接着蚀刻多道切割道32，再沿着切割道将发光二极管切割成具有高导热基板的发光二极管晶粒100，如图5所示。

实施例二

本发明的另一实施例所形成的光电元件结构以发光二极管为例，结构与制造方法则如图1及图6-9所示。其中外延结构与实施例一相同，如图1所示。如图6所示，将具有反射层27的外延结构以成长基板21在上，反射层27在下的方式置入化学槽内进行电化学沉积法(electro chemical deposition)，例如：电镀，电铸；或无电化学沉积法(electroless chemical deposition)工艺，例如：无电镀；以于反射层的下形成一应力平衡层33，再利用黄光，蚀刻等工艺使应力平衡层形成一具周期性图案的结构。其材料可选自镍、钨、钼、钴、铂、金或铜。当应力平衡层反射率较高时，可作为反射层，则反射层27可省略。

如图7所示，再将具周期性图案结构的应力平衡层33的结构置入另一化学槽内进行另一次电化学沉积法(electro chemical deposition)，例如：电镀，电铸；或无电化学沉积法(electroless chemical deposition)工艺，例如：无电镀；使得具周期性图案结构的应力平衡层的间隔处及下方形成一高导热基板29，以成为一晶片(wafer)结构。其中高导热基板材料可选自铜、铝、钼、硅、锗、钨、金属基复合材料、铜合金、铝合金、钼合金等。其中具周期性图案结构的应力平衡层的每一图案结构宽度c不小于0.01倍的高导热光电元件宽度d，且不大于1倍的高导热光电元件的宽度，即0.01d≤c≤d。周期性图案结构的应力平衡层厚度e最佳条件为不小于0.01倍且不大于1.5倍的高导热基板层厚度b，即0.01b≤e≤1.5b。

接着，如图8所示，利用激光剥离技术、蚀刻工艺或化学机械研磨工艺等方式部份或完全移除成长基板21。成长基板21移除后，裸露出外延结构22的第一电性半导体层23的表面，再于其上形成第一电性接触层30。第一电性接触层30的材料可为氧化铟锡(Indium Tin Oxide)、氧化铟(IndiumOxide)、氧化锡(Tin Oxide)、氧化镉锡(Cadmium Tin Oxide)、氧化锌(ZincOxide)、氧化镁(Magnesium Oxide)、氮化钛(Titanium Nitride)、锗金(Ge/Au)、锗金镍(Ge/Au/Ni)或铬铝(Cr/Al)所形成的薄膜，并可选择性地于薄膜上以蚀刻工艺形成特定图案。再分别于第一电性接触层30上表面形成一第一电极31，于此实施例中，高导热基板29可作为第二电极。其中第一电极的材料可为金锡合金或金铟合金。在此实施例中，亦可于第一电性接触层30上表面及/或下表面形成一粗糙面。接着蚀刻多道切割道32，再沿着切割道将发光二极管切割成具有高导热基板的发光二极管晶粒200，如图9所示。

实施例三

本发明的再一实施例所形成的光电元件结构以发光二极管为例，结构与制造方法则如图1-2及图10-12所示。其中外延结构与制造方法与实施例一相同，如图1-2所示。再如图10所示，于应力平衡层28下方形成多道间隔距离为g的光致抗蚀剂34，再将此结构置入另一化学槽内进行另一次电化学沉积法(electro chemical deposition)，例如：电镀，电铸；或无电化学沉积法(electroless chemical deposition)工艺，例如：无电镀，以于应力平衡层28的下多道光致抗蚀剂间形成一高导热基板29，最后成为一晶片(wafer)结构。其中高导热基板材料可选自铜、铝、钼、硅、锗、钨、金属基复合材料、铜合金、铝合金、或钼合金等。接着如图11所示，藉由激光剥离技术、蚀刻工艺或化学机械研磨工艺等方式部份或完全移除成长基板21后，裸露出外延结构22的第一电性半导体层23的表面，再于其上形成第一电性接触层30。第一电性接触层30的材料可为氧化铟锡(Indium Tin Oxide)、氧化铟(IndiumOxide)、氧化锡(Tin Oxide)、氧化镉锡(Cadmium Tin Oxide)、氧化锌(ZincOxide)、氧化镁(Magnesium Oxide)、氮化钛(Titanium Nitride)、锗金(Ge/Au)、锗金镍(Ge/Au/Ni)或铬铝(Cr/Al)所形成的薄膜，并可选择性地于薄膜上以蚀刻工艺形成特定图案。接着，利用热蒸镀(Thermal Evaporation)、电子束蒸镀(E-beam)或离子溅镀(Sputtering)等方法，于第一电性接触层30的特定图案间形成一第一电极31。若第一电性接触层30为连续薄膜层未形成特定图案，第一电极31则可直接形成于第一电性接触层30之上，其材料可为金锡合金或金铟合金。于此实施例中，高导热基板29可作为第二电极。接着蚀刻多道切割道32，再沿着切割道将发光二极管切割成具有高导热基板的发光二极管晶粒300，如图12所示。本实施例与其他实施例不同的处在高导热基板层29的宽度g小于应力平衡层28宽度f，即g＜f。高导热基板宽度愈宽，其所受热膨胀的内应力就愈大，但又须在允许宽度范围内传递热量，故设计使高导热基板层的宽度g小于应力平衡层宽度f。

此外，上述的实施例一至三所揭示的发光二极管晶粒100-300更可以进一步地与其他元件组合连接以形成一发光装置(light-emitting apparatus)。第13图为习知的发光装置结构示意图，如图13所示，一发光装置600包含一具有至少一电路602的次载体(sub-mount)60；至少一焊料62(solder)位于上述次载体60上，藉由此焊料62将上述发光二极管晶粒100黏结固定于次载体60上并使发光二极管晶粒100的基板29与次载体60上的电路602形成电连接；以及，一电性连接结构64，以电性连接发光二极管晶粒100的电极31与次载体60上的电路602；其中，上述的次载体60可以是导线架(leadframe)或大尺寸镶嵌基底(mounting substrate)，以方便发光装置600的电路规划并提高其散热效果。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims

1.一光电元件，其制造方法包含：

提供成长基板，其具有第一平面及第二平面；

形成外延结构于该成长基板的第一平面上，其至少具有n型半导体层、发光层及p型半导体层；

形成金属反射层于该外延结构之上；

以电化学沉积法或无电化学沉积法形成应力平衡层于该金属反射层与该外延结构相对的一侧；

以电化学沉积法或无电化学沉积法形成高导热基板于该应力平衡层与该外延结构相对的一侧，其中该应力平衡层可降低该高导热基板与该外延结构之间的内应力，且该高导热基板与该外延结构的热膨胀系数相差不小于5ppm/℃；

移除该成长基板，以暴露该外延结构的一表面；

形成电极于该外延结构暴露的该表面上，其中该电极与该外延结构形成电连结；

由上至下自该外延结构蚀刻至该高导热基板，以形成多道切割道；以及

沿着该切割道切割以形成该光电元件。

2.如权利要求1所述的光电元件制造方法，其中形成该应力平衡层与该高导热基板的电化学沉积法可为电镀或电铸。

3.如权利要求1所述的光电元件制造方法，其中形成该应力平衡层与该高导热基板的无电化学沉积法可为无电镀。

4.如权利要求1所述的光电元件制造方法，其中形成该多道切割道的方法还包括黄光或显影工艺。

5.一光电元件，其制造方法包含：

提供成长基板，其具有第一平面及第二平面；

形成金属反射层于该外延结构之上；

利用蚀刻工艺使该应力平衡层形成具周期性图案的结构，其中该具周期性图案结构的应力平衡层的每一图案结构宽度不小于0.01倍该光电元件的宽度，且不大于1倍该光电元件的宽度；

以电化学沉积法或无电化学沉积法形成高导热基板于该具周期性图案结构的应力平衡层与该外延结构相对的一侧，其中该具周期性图案结构的应力平衡层可降低该高导热基板与该外延结构之间的内应力；

移除该成长基板，以暴露该外延结构的一表面；

沿着该切割道切割形成该光电元件。

6.如权利要求5所述的光电元件制造方法，其中形成该具周期性图案结构的应力平衡层与该高导热基板的电化学沉积法可为电镀或电铸。

7.如权利要求5所述的光电元件制造方法，其中形成该具周期性图案结构的应力平衡层与该高导热基板的无电化学沉积法可为无电镀。

8.一光电元件，其制造方法包含：

提供成长基板，其具有第一平面及第二平面；

形成金属反射层于该外延结构之上；

形成多道光致抗蚀剂于该应力平衡层的下方；

以电化学沉积法或无电化学沉积法形成高导热基板于该应力平衡层的下方且无该光致抗蚀剂覆盖的区域，使得该高导热基板的宽度小于该应力平衡层的宽度，且该应力平衡层可降低该高导热基板与该外延结构之间的内应力；

移除于该应力平衡层的下方多道光致抗蚀剂；

移除该成长基板，以暴露该外延结构的一表面；

沿着该切割道切割形成该光电元件。

9.如权利要求8所述的光电元件制造方法，其中形成该应力平衡层与该高导热基板的电化学性沉积法可为电镀或电铸。

10.如权利要求8所述的光电元件制造方法，其中形成该应力平衡层与该高导热基板的无电化学性沉积法可为无电镀。