TW201414004A - 發光二極體的製作方法 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體的製作方法包括提供一磊晶基板，磊晶基板具有一第一表面與一第二表面，第一表面與第二表面分別位於磊晶基板之相反側；形成一磊晶結構於磊晶基板之第一表面上，磊晶結構具有一第一半導體層及一第二半導體層；形成一溝槽於磊晶結構上，溝槽暴露出第一半導體層；提供一固定基板設置於磊晶結構及第一半導體層上；提供一能量由磊晶基板之第二表面進入磊晶基板，並聚焦於第一表面及第二表面之間；形成一反射層於磊晶基板之第二表面上；以及移除固定基板，並進行晶粒劈裂，以形成複數發光二極體晶粒。

Description

發光二極體的製作方法
本發明係關於一種製作方法，特別是關於一種發光二極體的製作方法。
發光二極體(light emitting diode,LED)是一種由半導體材料製作而成的發光元件，具有耗電量低、元件壽命長、反應速度快等優點，再加上體積小容易製成極小或陣列式元件的特性，因此近年來隨著技術不斷地進步，其應用範圍也由指示燈、背光源甚至擴大到了照明領域。
於高功率發光二極體的發展中，習知之水平導通式發光二極體之水平結構面積的增加卻使得元件操作時所產生的熱能更容易累積於發光二極體晶片上，造成元件的溫度上升而影響其發光效率及產品可靠度。因此，在提升發光二極體之光取出能力上，散熱能力也是不容忽視的一環。另外，目前有許多方法可用來提升發光二極體的輸出亮度及改善其發光效率，其中一個可行方法就是在發光二極體的背面上鍍一高反射率之金屬反射鏡，此反射鏡不僅可提升發光二極體之輸出亮度，更可幫助發光二極體進行散熱。因此，金屬反射鏡的設置已是習知水平式高功率發光二極體的最佳選擇。
請分別參照圖1A至圖1E所示，其分別為習知一種發光二極體的製作流程示意圖。
首先，如圖1A所示，係於一磊晶基板11上形成具有一n-GaN層121、一多重量子井層122及一p-GaN層123的一磊晶結構12。接著，如圖1B所示，係間隔形成一溝槽T於磊晶結構12上，以分別露出n-GaN層121。另外，再分別形成一第一電極P1及一第二電極P2於各p-GaN層123及各n-GaN層121上。接著，如圖1C所示，於n-GaN層121上以雷射預切方式進行切割，以形成複數切痕C。之後，如圖1D所示，於磊晶基板11之下表面鍍上一反射層13。最後，如圖1E所示，進行晶粒劈裂，以形成複數具有反射層13之發光二極體晶粒。
於上述步驟中，當以雷射預切方式進行切割時，會於晶片上留下黑色的熔渣，此熔渣必須利用化學藥劑清除，以免影響成品後之發光二極體的發光亮度。然而，以化學藥劑清除黑色熔渣時往往熔渣無法被去除乾淨，導致發光二極體的發光亮度衰減而影響其發光效率。因此，如何提供一種發光二極體的製作方法，可改善其發光效率，是業者一直努力的目標。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種發光二極體的製作方法，本發明之製作方法不會有雷射切割所殘留的黑色熔渣，因此不會導致發光二極體的發光亮度衰減而影響其發光效率。
為達上述之目的，本發明提供一種發光二極體的製作 方法包括提供一磊晶基板，磊晶基板具有一第一表面與一第二表面，其中第一表面與第二表面分別位於磊晶基板之相反側；形成一磊晶結構於磊晶基板之第一表面上，其中磊晶結構具有一第一半導體層及一第二半導體層；形成一溝槽於磊晶結構上，溝槽暴露出第一半導體層；提供一固定基板設置於磊晶結構及第一半導體層上；提供一能量由磊晶基板之第二表面進入磊晶基板，並聚焦於第一表面及第二表面之間；形成一反射層於磊晶基板之第二表面上；以及移除固定基板，並進行晶粒劈裂，以形成複數發光二極體晶粒。
於本發明之一較佳實施例中，磊晶結構更具有一主動層，主動層夾置於第一半導體層及第二半導層之間。
於本發明之一較佳實施例中，基板包含一膠帶、一蠟、一光阻材料或一硬性基板，或其組合。
於本發明之一較佳實施例中，係藉由溝槽定義單顆的發光二極體晶粒。
於本發明之一較佳實施例中，能量係由一雷射光照射所產生。
於本發明之一較佳實施例中，能量之照射位置與溝槽對應。
於本發明之一較佳實施例中，能量破壞磊晶基板之內部結構。
於本發明之一較佳實施例中，反射層係經過蒸鍍或濺鍍製程，以形成於磊晶基板之第二表面上。
於本發明之一較佳實施例中，反射層係為單層結構或多層結構。
於本發明之一較佳實施例中，反射層之材質包含銀、鋁、金、鈦、鉻、鎳、銦錫氧化物，或其組合。
於本發明之一較佳實施例中，製作方法更包括於磊晶結構之第二半導體層上形成一電流阻障層。
於本發明之一較佳實施例中，製作方法更包括形成一第一電極於磊晶結構之上及形成一第二電極於第一半導體層之上。
於本發明之一較佳實施例中，製作方法更包括形成一保護層於磊晶結構上，其中保護層露出第一電極及第二電極。
於本發明之一較佳實施例中，製作方法更包括減薄磊晶基板。
承上所述，因依據本發明發光二極體的製作方法係包括提供一磊晶基板，磊晶基板具有一第一表面與一第二表面，其中第一表面與第二表面分別位於磊晶基板之相反側；形成一磊晶結構於磊晶基板之第一表面上，其中磊晶結構具有一第一半導體層及一第二半導體層；形成一溝槽於磊晶結構上，溝槽暴露出第一半導體層；提供一固定基板設置於磊晶結構及第一半導體層上；提供一能量由磊晶基板之第二表面進入磊晶基板，並聚焦於第一表面及第二表面之間；形成一反射層於磊晶基板之第二表面上；以及移除固定基板，並進行晶粒劈裂，以形成複數發光二極體 晶粒。藉此，與習知相較，本發明之發光二極體並不使用習知之雷射預切方式進行晶粒切割，因此不會有雷射切割所殘留的黑色熔渣，故不會有熔渣無法清除乾淨而導致發光二極體的發光亮度衰減而影響其發光效率。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種發光二極體的製作方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
請分別參照圖2、圖3A至圖3H所示，其中，圖2為本發明較佳實施例之一種發光二極體的製作方法流程圖，而圖3A至圖3H分別為本發明之發光二極體的製作過程示意圖。
本發明之發光二極體的製作方法係包括步驟S01至步驟S07。
首先，於步驟S01中，如圖3A所示，係提供一磊晶基板21，磊晶基板21具有一第一表面211與一第二表面212，其中第一表面212與第二表面212分別位於磊晶基板21之相反側。於此，第一表面211係為磊晶基板21之上表面，而第二表面212係為磊晶基板21之下表面。
另外，於步驟S02中，係形成一磊晶結構22於磊晶基板21之第一表面211上，其中磊晶結構22具有一第一半導體層221及一第二半導體層223。本實施例之磊晶基板21係以藍寶石基板(Sapphire)為例。當然，磊晶基板 21還可以是碳化矽、氧化鋁、氮化鎵、玻璃、石英、磷化鎵或砷化鎵基板等等。其中，形成磊晶結構22的主要磊晶方法有液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy,LPE)、氣相磊晶法(Vapor Phase Epitaxy,VPE)及有機金屬氣相磊晶法(Metal-organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)，並不加以限制。
另外，磊晶結構22以材料能隙來看，常用的Ⅲ族-V族元素組成大至可分成四類，分別為：GaP/GaAsP系列、AlGaAs系列、AlGaInP系列、以及GaN系列。於此，磊晶結構22係以具有一第一半導體層221、一主動層222及一第二半導體層223為例。靠近磊晶基板21至遠離磊晶基板21依序為第一半導體層221、主動層222及第二半導體層223。第一半導體層221與第二半導體層223具有不同電性，例如當第一半導體層221為P型時，第二電性半導體層223為N型；而當第一半導體221層為N型時，第二半導體層223則為P型。於此，第一半導體層221係為N型氮化鎵(GaN)，主動層222係為多重量子井(Multiple quantum-well,MQW)結構，而第二半導體層223係以P型氮化鎵為例。
另外，於步驟S03中，如圖3B所示，係形成一溝槽T於磊晶結構22上，其中溝槽T暴露出磊晶結構22之第一半導體層221。更詳細來說，係可利用黃光微影製程以光阻材料形成遮罩層(圖未顯示)為蝕刻遮罩，然後再利用蝕刻製程以移除未被遮罩層所覆蓋的部份磊晶結構，直至 暴露第一半導體層221，以形成於後續可定義發光二極體晶粒之溝槽T之後，再去除遮罩層。於此，蝕刻之技術可為感應耦合電漿離子蝕刻。藉由溝槽T的形成可以定義出單顆的發光二極體晶粒。在本實施例中，係以形成兩溝槽T為例，以定義出3顆發光二極體晶粒。其中，以垂直磊晶基板21之第一表面211的方向來說，溝槽T係去除部分磊晶結構22直至暴露部分第一半導體層221。而在其他實施例中，為了確定溝槽T可以暴露出部分的第一半導體層221，也可以控制蝕刻製程直到去除部分的第一半導體層221，以確保溝槽T可以暴露出第一半導體層221。
另外，於其它的實施態樣中，製作方法更可包括於磊晶結構22之第二半導體層223上形成一電流阻障層(圖未顯示)。電流阻障層可避免大量電流直接灌至發光二極體中而造成電流擁塞情形，可提高發光二極體之發光效率。其中，係可以微影、蒸鍍與浮離製程之方式形成電流阻障層，而其材質可為一氧化矽(SiOx)或氮化矽(SiNx)之絕緣透明膜。而該製作方法更可包括於磊晶結構22之第二半導體層223與電流阻障層(圖未顯示)上形成一歐姆接觸的透明導電層(圖未顯示)。其中，該透明導電層係可以微影、蒸鍍與浮離或蝕刻製程之方式形成，而其材質可為一銦錫氧化物(ITO)之透明導電膜。
再者，如圖3C所示，於形成溝槽T之後及執行下一步驟S04之前，製作方法更可包括：形成一第一電極P1於磊晶結構22之上及形成一第二電極P2於第一半導體層 221之上。更詳細來說，第一電極P1及第二電極P2係分別設置於磊晶結構22之第二半導體層223及第一半導體層221。其中，係可以微影、蒸鍍與浮離或蝕刻製程之方式形成第一電極P1及第二電極P2，且第一電極P1及第二電極P2可為複合金屬層，其材質例如可為鈦/鉑/金或鉻/鉑/金。另外，於執行步驟S04之前，製作方法更可包括形成一保護層(圖未顯示)於磊晶結構22上，保護層並不覆蓋第一電極P1及第二電極P2，以使第一電極P1及第二電極P2可露出，以外接電源。其中，係可以微影、蒸鍍與浮離或蝕刻製程之方式形成保護層，而其材質可為一氧化矽(SiOx)或氮化矽(SiNx)之絕緣透明膜。此外，如圖3D所示，於執行步驟S04之前，製作方法更可包括減薄磊晶基板21。本實施例係以研磨及拋光等製程減少磊晶基板21的厚度。原本磊晶基板21的厚度約為440μm，可先將磊晶基板21研磨至50~100μm，最後再以拋光製程將磊晶基板21減薄至20~40μm。於此，減薄後之磊晶基板21的下表面仍稱為磊晶基板21之第二表面，以下均以212a標示之。
接著，於步驟S04中，如圖3E所示，係提供一固定基板F設置於磊晶結構22及第一半導體層221上。於此，固定基板F例如可為一軟性膠帶以黏貼的方式覆蓋於磊晶結構22及第一半導體層221之上；也可以使用蠟或光阻材料塗佈於磊晶結構22及第一半導體層221上當作固定基板F；或者可以使用一硬性基板搭配黏著劑當作固定基 板F，其中，黏著劑可例如是膠水或任何可以用來結合硬性基板與磊晶結構22與第一半導體層221之黏性物體，以將硬性基板結合於磊晶結構22及第一半導體層221之上。
接著，執行步驟S05，如圖3F所示，係提供一能量E由磊晶基板21之第二表面212a進入磊晶基板21，並聚焦於第一表面211及第二表面212a之間。在本實施例中，係以雷射光由磊晶基板21之第二表面212a(由下表面往上)照射磊晶基板21之內部，以提供一隱形雷射切割方式。其中，雷射光聚焦於磊晶基板21的內部，且能量E之照射位置與原先之溝槽T的位置對應。由於雷射光的能量E係聚焦於磊晶基板21的內部，故會解離及破壞部份磊晶基板21之內部結構，但對磊晶基板21之第二表面212a或第一表面211並不造成損傷(沒有實際的切痕)。另外，為了怕雷射光的能量E傷害磊晶結構22而影響製程良率，因此，雷射光係由第二表面212a進入磊晶基板21並聚焦於磊晶基板21內部。此外，由於已將磊晶結構22及磊晶基板21固定於固定基板F上，故經隱形雷射切割後的磊晶基板21及磊晶結構22不會受應力的影響而碎裂，也不會產生翹曲的現象。
另外，於步驟S06中，如圖3G所示，係形成一反射層23於磊晶基板21之第二表面212a上。本實施例係經由電子槍(E-Gun)蒸鍍或濺鍍(sputter)製程將一高反射率之反射層23設置於磊晶基板21之第二表面212a上，以 反射光線。於此，係為向上發光為例。另外，本實施例之反射層23可為單層高反射率之金屬層或為多層高反射率之金屬層，而其材質可例如包含銀、鋁、金、鈦、鉻、鎳、銦錫氧化物，或其組合，並例如可為單層的銀、雙層的鎳/銀，或雙層之銦錫氧化物/銀等。使用高反射率之反射層23可改善習知多層膜布拉格反射鏡的較窄的反射頻寬，以提供一全波段的反射光譜，不僅可提高發光二極體的發光效率，更可幫助發光二極體進行散熱。
最後，執行步驟S07，如圖3H所示，係移除固定基板F，並進行晶粒劈裂，以形成複數發光二極體晶粒。於此，發光二極體係為一水平導通式發光二極體。
綜上所述，包括提供一磊晶基板，磊晶基板具有一第一表面與一第二表面，其中第一表面與第二表面分別位於磊晶基板之相反側；形成一磊晶結構於磊晶基板之第一表面上，其中磊晶結構具有一第一半導體層及一第二半導體層；形成一溝槽於磊晶結構上，溝槽暴露出第一半導體層；提供一固定基板設置於磊晶結構及第一半導體層上；提供一能量由磊晶基板之第二表面進入磊晶基板，並聚焦於第一表面及第二表面之間；形成一反射層於磊晶基板之第二表面上；以及移除固定基板，並進行晶粒劈裂，以形成複數發光二極體晶粒。藉此，與習知相較，本發明之發光二極體並不使用習知之雷射預切方式進行晶粒切割，因此不會有雷射切割所殘留的黑色熔渣，故不會有熔渣無法清除乾淨而導致發光二極體的發光亮度衰減而影響其發 光效率。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
11、21‧‧‧磊晶基板
12、22‧‧‧磊晶結構
121‧‧‧n-GaN層
122‧‧‧多重量子井層
123‧‧‧p-GaN層
13、23‧‧‧反射層
211‧‧‧第一表面
212、212a‧‧‧第二表面
221‧‧‧第一半導體層
222‧‧‧主動層
223‧‧‧第二半導體層
C‧‧‧切痕
E‧‧‧能量
F‧‧‧固定基板
P1‧‧‧第一電極
P2‧‧‧第二電極
S01~S07‧‧‧步驟
T‧‧‧溝槽
圖1A至圖1E分別為習知一種發光二極體的製作流程示意圖；圖2為本發明較佳實施例之一種發光二極體的製作方法流程圖；以及圖3A至圖3H分別為本發明之發光二極體的製作過程示意圖。
S01~S07‧‧‧步驟

Claims (14)

  1. 一種發光二極體的製作方法，包括：提供一磊晶基板，該磊晶基板具有一第一表面與一第二表面，其中該第一表面與該第二表面分別位於該磊晶基板之相反側；形成一磊晶結構於該磊晶基板之該第一表面上，其中該磊晶結構具有一第一半導體層及一第二半導體層；形成一溝槽於該磊晶結構上，其中該溝槽暴露出該第一半導體層；提供一固定基板設置於該磊晶結構及該第一半導體層上；提供一能量由該磊晶基板之該第二表面進入該磊晶基板，並聚焦於該第一表面及該第二表面之間；形成一反射層於該磊晶基板之該第二表面上；以及移除該固定基板，並進行晶粒劈裂，以形成複數發光二極體晶粒。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該磊晶結構更具有一主動層，該主動層夾置於該第一半導體層及該第二半導體層之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該固定基板包含一膠帶、一蠟、一光阻材料或一硬性基板，或其組合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中係藉由 該溝槽定義單顆的發光二極體晶粒。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該能量係由一雷射光照射所產生。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該能量之照射位置與該溝槽對應。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該能量破壞該磊晶基板之內部結構。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該反射層係經過蒸鍍或濺鍍製程，以形成於該磊晶基板之該第二表面上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該反射層係為單層結構或多層結構。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該反射層之材質包含銀、鋁、金、鈦、鉻、鎳、銦錫氧化物，或其組合。
  11. 如申請專利範圍第2項所述之製作方法，更包括：於該磊晶結構之該第二半導體層上形成一電流阻障層。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，更包括：形成一第一電極於該磊晶結構之上；及形成一第二電極於該第一半導體層之上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之製作方法，更包括：形成一保護層於該磊晶結構上，其中該保護層露出該第一電極及該第二電極。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，更包括：減薄該磊晶基板。
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