TWI246783B - Light-emitting device and its manufacturing method - Google Patents

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TWI246783B
TWI246783B TW093128760A TW93128760A TWI246783B TW I246783 B TWI246783 B TW I246783B TW 093128760 A TW093128760 A TW 093128760A TW 93128760 A TW93128760 A TW 93128760A TW I246783 B TWI246783 B TW I246783B
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hole
substrate
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Inventor
Kenichiro Tanaka
Masao Kubo
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Matsushita Electric Works Ltd
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1246783 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一發光元件及其製造方法。 【先前技術】 以往，通常使用打線(wire b〇nding)或覆晶(flip_chip)接合的接 口技術’肋將接合由發光二極體城的轉體發光元件接合在 基材(substrate)上。因為這些技術需要高度精確的定位，所以預 期此等發光το件錢使職面接合技躺財製程加以接合。 、近來’大里運用-種使用氮化物(nitride)半導體的發光元件作 為半導體光το件。㈣在—藍寶石(.㈣的基材上沉積半導 體以製造轉發光元件，_光線從轉元件透職透明的藍寶 土材被萃取。不過介於半導體薄膜和藍寶石基材之間、藍寶石 基材和大氣之間，轉縣_率的錢，如此， =Γ餘敝巾，蝴峨_。如果光線 ^^監寳石基材反面的該半導體表面，而且光線無法 牙4貝石基材，則該元件接合可接合至該藍寶石基材侧 ，由於該藍寶石基材的阻礙，所以熱釋放的效率不理想。於是， 個:除該藍寶石基材，並於該基材的移除處加入一熱槽的 技術(如日本利早期公開號2000- ；196197)。 射調上祕除該Mf石基材的技術。該技術使用在雷 射-極體陣列(1纖dlode繼力的生產中，其為多重雷射二極體之 !246783 集合。圓19A至19F顯示一系列雷射二極體陣列的製程。如圖i9A 所示，在該具有半導體102和電極121之薄膜層的藍寶石基材上 製作-雷射二極體陣列。其次，如圖19B所示，該提供電極i2i 亚位於該藍寶石基材反面的表面被以蠟1〇3黏到該支撐基材 上，用以支撐該包含藍寶石基材的陣列。 在此情況下’將雷射光束1〇5經由該藍寶石基材施加到該半 導體102上，在該料體102表面預先形成的氮化鎵你順層可 被分解成金屬鎵和氮氣’並如圖19C所示，可分離出並移除該藍 實石基材。 、 在下-步中，如圖19D所示，-金屬層讓形成於該藍寶石 基材已被移除之半體1〇2表面上，並且製作具有一金屬層欣 的熱$基材1〇8(假如使用金屬基材，金屬層1()7就不需要)。其次， 如圖19E所不’半導體102和熱導基材（熱槽卿藉由悍接層 _er layer)109而於各金屬層處進行接合。如圖观所示，炫化 該蠟103，以便完成由支撐在該熱導基材108之半導體1〇2及電 極121所組成之雷射二極體陣列。 如上述’藉由移除一藍寳石基材並在該藍寶石基材所在處加 入—熱導基材，則可對_中所有f射二極體完成在—般表面上 的峨接點(flip S1de contacts)。此外，熱槽得以有效使用。用以移 2藍寳石基材的技術不僅能運用在雷射二極體，亦能運用在半導 體發光元件例如發光二極體(LFd)。 Ϊ246783 不過，如圖激到19F或專利文件所示之上述用以移除㈣ 石基材而形就極合熱槽的方㈣要好錄步驟，而= ^支撐基職侧。处，⑽她咖該電極: ⑼，所以產生紐航件之光線萃取效率變低的問題。 【發明内容】 、、本發明可解決該上述的問題並提供—發光元件及其 法’其能藉由使絲面接合技術在批次製財加以接合 光線萃取效率且能以低成本製造。 W Γ7 =實現上述之目的，根據本發明之—藉由沉積複數個p 和N型減物半導體層㈣成的發光元件包括： 複數個半導體表面電極，用以將電流施加至每一半導體層； -絕緣層，用以支撐該等半導體層；以及 " 、複數個表面接合電極，提供於該絕緣層之—表面上， 為舰緣^上製有該等半⑽表面電極之另—表面的反面1 τ 積區 其中该等半導體層之一有一未沉積其它半導體層之非沉 。亥體表面電極之一係建立在該非沉積區域的表面上； 在巴、、彖層中製作接觸透孔，使其電連接至 極以賊等表面接合電極；並且 科^表面電 口亥寻+導體表崎極，該絕緣層，以及該等表面接合電極係以 8 1246783 此順序建立在該等沉積半導體層之-側。 電極 =此-構造，因為透過透孔電連接到該等料體表面μ 。曰^面接合電極係提供在該絕緣層的表面上，不同於打線、 是曰曰韵今bondmg)或類似的半導合技術，所以能约藉 使用表面接合I極以及廣泛地财在騎刷電路板製程之表= 接合技術來接合該發光元件。再者，因為在該科導體層之表面 上沒有藍寶石基材或電極等會萃取出光鱗礙物，與傳統元件不 同’戶^以㈣直接並有效地從該料導_將光束萃取到外部。 較佳者，在該發光元件巾，該絕緣由細旨、 中之一所製。 /、 藉由此-構造’可使此等發光元件依據製造成本或生產績 效，合理地選擇該絕緣層材料。 、 較佳者，在該發光元件中，該透孔中係填入導電體。 、藉由此-構造，因為導電體通常是良好的熱導體，所以在構 成發光部分之半賴層所產生的熱可透過填人翻透孔之導電體 有效輕射到與元件接合之電路板上，並可降低該發光元件的熱負 載，而且可獲致穩定的光線萃取以及長的發光元件壽命。、、 較佳者，在紐光元件巾，在該料導體層之表面或内部提 供石粦光體(phosphor)。 藉由此-構造，透過使用填光體，可以高效率將該等半導體 層所發出光之色爾換為另—色調。另外，在以樹脂或相似物密 4 1246783 封該發光元狀例巾，目為 所以能夠抑繼密封樹脂财^财會分散在該輯的樹脂中， 為了實現上述的目的，护始 包括： \ 5明’—發光元件的製造方法 —基材成形程序，其係藉由在— 體基材上沉積P型和N型氮化 刀的透明晶 提供半導縣面電如施加以㈣料導體層上 體基材，其中每—電極母導體層而形成一半導 ^包極表面係曝露在一方向上； 一透孔成形程序，其係於提供 基材表面上形成1妙1 ㈣絲祕之半導體 方的部份移除該等半導體表面電極上 万的1巴緣層而製得透孔用孔 所露出之半物表面，f 體移除後 射心、 裸露表面以及透孔用孔洞之内壁上 瓜成接觸透孔，並且在該絕 咳等半導麵“上製作經由該透孔電連接到 該寻肢表面電極之表面接合電極，·以及 基材4財，其係機透孔顧彡 材與該等半導體層加以分離。 曼將亥透月曰曰體基 藉由此-構造，可運用傳統的印 高效率的發光元件。 ，衣私錢低成本且 統印刷電路板製程中之_ 祆中之積宜(bmld-up)或基材沉積製程 等半導體層之絕緣層以及用以接合半導體層 接合電極。因為移除透明晶體基材後所完成的發光元件在該絕緣 10 1246783 層的表面上具有表φ接合電極，所叫必伽如打線、覆晶接合 等料體接合技術即可執行表面接合。另外，因為該透明晶縣 材已加以分離亚移除，所以可直接從半導體層構成的發光部份萃 取光束。如此，該發技件在接合能力和發纽率兩者都很優良， 並且能以低本製造。 較佳者，在該發光元件的製造方法中，該絕緣層可由樹脂、 陶瓷或矽其中之一所製。 ▲稭由此-構造’可使此等發光元件依據製造成本或生產績籲 效，合理地選擇該絕緣層材料。 …較佳者’在該縣元件的製造方法巾，在該透孔成形程序中 I成^舰緣層係由—塗財樹紅_絕緣材觸形成。 . 藉由此-構造，可仙傳統印刷電路板製程之塗財細旨之- 二’亚可使用該傳統印刷電路板製程來進行該基材成形程序以及 该透孔成形裎庠。
仏者，在歸光元件的製造方法巾，在該透孔成形程序中 等铸體表面電極上之簡脂之部份鎌係先移除位在該 =有紐旨之銅的預定樹脂上的_，接著姻剩餘的銅落作為 (罩以進行樹脂移除程序。 =由此-構造，在使用雷射光束來移除樹脂之例中，雷射光 確的定位即可以練度處理該樹脂。而且，在使用田電漿 〜多除树脂之例中，不需要準備任何遮罩物。 11 1246783 ， 4 較佳者，在該發光元件的製造方法巾，該透孔成形程 2等半導體表面電極上之該樹脂之部份移除係藉由將該絕緣岸 曝路於雷射光束或電漿下而進行。 曰 Μ藉由此—構造，在仙雷射光权辦，可藉由調整該製程 ^件而選擇性地僅移除絕緣層，因此可進行高精度的處理。再者 不需要真空线即可方便地在大氣中進行高速處理。在使用電漿 =可處理大一透孔’ @且也能Μ處理乡錄材以有效地 艰成透孔。 使用件的製造方法中，於該基材分離程序時 田射7^束進彳了錢日㈣體紐的分離。 對半=此—構造’透過在空間及時間上針能量，以儘量減少 中進行高速處理。…縣材，並可方便地在大氣 ’在使用雷射光束使該 ’於该寺半導體層誘發
、較佳者’在該發光元件的製造方法中 透明晶體基材鱼該耸主道 啊巧寻丰導體層分離的同時 分離的表社職結構。 構之抑制，歧射受到該料導體層表面上之粗經結 線到外部_。兀、發7^件财效地從該轉體層中萃取光 較佳者，在該發光 凡件的製造方法中 在该專半導體層表面 12 1246783 » 上之該粗糖結構係藉由將用以形成該粗糙結構之雷射光束以及用 以分離該翻晶縣材之雷射光束—賴射在該钟導體層表面 上而形成。 藉由此-構造，可透過調整複數個雷射光束的輕射干涉條 件，輕易地控制表面上之該細微結構形狀。 一種發光元件的製造 為了實現該上述的目的，根據本發明， 方法包括·· 9 -基材成形程序，其係藉由在—具有部份非沉積部分的透明晶 贱⑽轉體層，並在轉半導體層上 rx施加電流到每—半導歸㈣成-半導 —土、 /、中母電極表面係曝露在一方向上； 一透孔成形料，制將—絕緣層，其具林 電極相，之預絲 電極之料材表面上，提供導電 ^體表面 極；以及 ^知切縣㈣極之麵接合雷 晶體基 -基材分離程序，其係於該透 材與該等轉騎細分離。^之後將該透明 藉由此―構造，可 高效率製造發光元件。卿，在 =㈣低成本和 成姊序中，可運用傳統 13 1246783 « 7電路板綱樹歸紙w，___ 母付者至辭賴級上’可郎$得_切轉 絕緣層以及接合該元件之絲接合電極。續述之_方法= 除透明晶體基材後所完成的發献件可進行表面接a，且可…夕 等半細辦麵，目此，_咐私能力和= 放率兩者都很優良，並且能以低本製造。 較佳者，在紐光树㈣針法巾，該魏射由樹脂、 陶兗或矽其中之一所製。 藉由此-構造’如前述之相同方法，該絕緣層材料的取得方 式冒加’則可使此發光树依·造成核 擇絕緣層材料。 &貝政口理地礎 :在該^以件触造方法巾，該等位於該絕緣層之 洞係猎由將絕緣層曝露在雷射光束或電漿下而形成。 =此-構造’在前述使用雷射光束之例/可藉由調整該 ㈣擇性地僅移除絕緣層，因此可進行高精度的處理。 ，不吊要真”鱗可转地在錢巾進 用電漿之例中可處理大量在使 有效地形成透孔。爾孔，也撕處卿基材以 〃車乂>ί土者’在該發光元件的製造方法中，在 係藉_雷射光束而進行該透明晶體基材之分^。刀肖王 藉由此-構造，如前所述，雜空間及時間上集中能量， 14 1246783 幸乂L者’在該發光元件的製造方法 透明晶體基材食㈣本道在使用田射先束使該 分離的…亥寻丰導體層分離的同時，於該等半導體層誘發 離的表面上形成-粗糙結構。 =此-構造，如前所述，可減少設置和排列的操作而且 2礙導體層表面上向外叙光反射受_半導體層表面上 結構之抑制’所以完成的發光元件能有效地從該半導體層 中卒取光線到外部區域。 較佳者，在紐光元件的製造方財，在該科導體層表面 '之雜糙結構储由將用以形成該粗槪構之雷射光束以及用 以分離該透—基材之雷射光束—起照射在該等半導體層表面 上而形成。 藉由此-構造，如前所述，可透過調整複數個雷射光束的輕 射干涉條件，輕易地控制表面上之該細微結構形狀。 田 【貫施方式】 ^行本發明之最佳模式 根據本發明實施例之發光元件及其製造方法參考該等圖示加 以說明。® 1和圖2顯示本發明之—發光元件丨。該發光元件工 包含由複數個P型和N型氮化物半導體層所組成之半導體層2, 15 1246783 « 3’用以將電流施加至該等半導體層以之每—層的半導體表面電 =31 ’―支撐該等半導體層2, 3之絕緣層4，以及提供於該絕 、、彖J之一表面(圖中之上面)上的複數個表面接合電極5，該表面 係為該絕緣層上與該料體表面電極2ι, Μ接觸之另—表蚊反 面。半導體層2具有-非沉親域2Q，此處未沉積另—铸體声 ，而是切體表面電極21被建立在該非沉麵域2q之表面二 ==5及該半導體表面電極21』係藉由提供在_ :成开乂透孔陶41之内壁上的導電體51 f連接。該半導體 立在該等沉積彻層w之電極5以此順序建 ，例來說’在該上述之發航件〗中，該半導體層 半導體，而該半導體層3是P型半導體。相 即，該丰導〜。3 玉传體相反的順序亦可行，亦 層3是_半導體，而該半導體層型半導體。 主2層2, 3在形賴發光二極雖剛之二層介面中有一 主動層。該發光元件i之沉積半導 係—光峻如主 相千^層2,3的—表面(圖中之底面） 先、·泉卒取表面。另—蝴巾之上峨 接合電極5在該處形成。 口表面’且该表面 表面光元件1包含轉該發光表面相反的 表面接5 _ 5’且藉此使該發光元件 印刷電路板上之表面接 作為接a在- 方法能被運用於 即’不需要打線 16
I 1246783 (Wire-b〇ndmg)，覆晶接合或此等半導體接合技術，而能利用焊接 回流(S〇lderre-flow)或此等表面接合技術。再者，因為該發光元件 1之光線萃取表面沒有藍寶石魏明晶縣材純遮蓋，所以光束 能從該半導體層2, 3直接且有效地萃取出來。 目1和11 2麵示之雜光元件為具有—對半導體表面電極 21，31及一對與前者相關之表面接合電極5, 5之一單一元件類 型。此等發光元件1首先峨次程序在好發光元件組成一平面 陣列之一結合狀態下製造’再加以_成晶片。該平面陣列式發 光元件不論未經切割或切割成特定數目之小塊都能加以使用。x (製造流程） 以下說明發光元件i之製造流程，圖3A顯示簡要之製造流 程，若有需要可參考圖2。製造發光树丨之第—步，亦即在狀 材成形程序(S1)中，藉由在—具有—部分非沉積區域2〇之透明二 體基材上沉積P型和N型半導體層2, 3，而且藉由在解導静 2, 3上提供用以將電流施加至該半導體層& 3之每—層二 表面電極21，31而形成—半導縣材日、 露在同-方向。 母电極表面均暴 其次，在透孔成形程序(S2)中，—絕 體表面電極21,31之該半導體基材表面上 ^提供有半導 表面電極43崎面_叫 __半導體 m 緣層4的表面形成。在 17 1246783 透孔成形程序(S2)中使用之兩種方法如後述 最後，在基材分離程序(S3)中，該透明晶體基材從該半賴層 2加以为離出並移除，以完成該發光元件。 兩個如上述·到透减形製程(S2)的方賴示在圖3B和 3C。在透孔成形程序⑷，如圖3B戶斤示，首先在該半導體基材的 表面形成絕緣層(S11) ’接著在_緣層形成透孔阳），最後使該 半導體表面電極和表面接合電極電連接(si3)。關於該透孔成形程
序(A)之過程顯示在後面的圖4A_4E，圖，圖6，圖7，圖δ， 圖16 〇 在透孔成形程序⑼中，如圖3C所示，首先形成具有透孔預 成形孔並_轉體表面電轉紅輯層(s2i)，接著將該絕緣 層層合至提供有轉體表㈣極之料導縣材的表面上阳）， 最後使該半導面電極和表面接合電極電連接(防）。關於該透 孔成开a序(b)之過程顯示在後面的圖im圖脱，圖應 及圖18C。 (發光元件製造之實例1) 以具體實槪卿發私件1之銳綠。目4Α·4Ε以時間 順序顯示在製程中之典型階段之剖面圖，而圖测顯示與圖 4Α-4Ε對應之透視圖。首春 … ，如圖4Α和5Α所示，Ν型氮化物丰 導體層2 >儿積在該透明曰骑甘 ‘ 體基材ό的表面上，且Ρ型氮化物半導 18 1246783 體層3以露出該半導體層
導電體層7藉蝴脂的運㈣及如金屬氣相沉積而獨立地形成。 2之某些部分沒有覆蓋的方式沉積在透 接著’於該半導體層2上大幅露出之該 L導體層2之半導體表面電極21，同樣於 31，因而完成上述半導體基材。 一絕緣層4和導電體層7形成 體表面電極21，31上。此等絕緣層4和 ，一塗覆有樹脂之銅，其為用 鲁 在另一個針對該獨立成形的方法中， P刷電路板材料，可以一個步驟層合至該 二。在此例中，該絕緣層4係由樹脂組成， 於積累(build哪)程序之印4 半導體表面電極21，31上。 而該導電體層7係由銅片組成。在該塗覆有樹脂之銅中，該樹脂 可以是純概或包含如麵纖維等填充物之樹脂。 献用塗覆樹脂之銅作為絕緣層以層合至該半導體表面電極 21，31之例於此加以說明。藉由使用該塗覆有樹脂之銅，能夠輕易 地層合發光元件所需之絕緣層。例如，可使用如下由松下電工鲁 (Matushita Electric Works Ltd·)所製造的環氧樹脂型之具樹脂塗覆 之銅R-0880。該塗覆有樹脂之銅被放置在該半導體基材上，並由 一壓力機器加壓到3.1MPa，而且在此情況下，使該樹脂包銅的溫 · 度保持在攝氏165度達60分鐘或以上，然後藉由冷卻完成層合。. 。亥程序較佳在13.3kPa的真空狀態中進行。在加壓層合期間，可在 半體層出現的纟而面處包覆樹脂，如此可使包覆樹脂保護該半導 19
I U46783 體層之端面。因此，在後制《口由J, m 體層的損壞。 一，猎由周圍的樹脂抑制對該半導 示，，著^該導電體層7上製作透孔圖案，且如圖心 在忒半導體表面電極21 3 斤 以部分移除。,上之树月曰猎由後面敘述的方法加 夕示猎此耘序形成透孔4卜 化學钱刻以移除鮮導Μ ^ 41 $成之後，可進行 接著，ΓΓ 電極21，31表面上之該勸旨殘留物。 回4D及5D所示，藉由在該 之透孔41内壁上贺伽Μ 、緣之表面接合電極 表面接合紐5 ΓΓΓ 規晝有_的表面接合電極5和 Μ及該麵接输心2=巾’轉體表面電極 41中以得致兩铜之接。可使料麵填入該透孔 間之包連接。於上述之f葙夕怂，4 體_上完成該發光元件2。， 明晶 以及表面接合電極5之上狗表面電極21，31、透孔10 程。 U鸿為觀在物電路板之製 基材6和輪件姆程序巾，使該透明晶患 取得單一發井 而要的治，可透過晶圓切片而 該紐分離程麵錢面說明。 (透孔之形成） 系列精由移除絕緣層4以製造該透孔之方法於此處加以說 20
I 1246783 明。圖6顯不藉纟雷射光束u製作透孔M之情況。於此說明該 絕緣層4储由賴有樹脂之銅所製之例子。雷射絲u可用以 局邛移除该絕緣層，亦即層合於該半導體表面電極21，31上之區 域因而形成透孔41。在該製程中，可用的雷射為二氧化碳雷射、 白波(harmonic)紀|呂石權石(yAG)雷射、激態分子(excimer)雷射或 其相似者。假如該孔徑大於φ5〇/仰，則最好採用二氧化碳雷射， 假如小於Φ50//Π1，則最好採用諧波釔鋁石榴石yAG)雷射。 在使用二氧化碳雷射之例中，假如電導層(銅膜）7存在於該絕 緣層表面上，如®1 6所示，首細需要雜欲形成航處之銅膜 以得致開孔71。此等銅膜可藉由光阻圖案規晝及銅侧加以移 示另外也了以不使用该塗覆樹脂之銅而僅形成絕緣層4，並且 在該絕緣層以雷射光束L1製作透孔，然後在該絕緣層上製作表面 接合電極。 假如使祕奴龄(YAG)f射，邮簡由飾加以移除。 因此’在此例中，上述製造開孔71的侧便不需要。於銅膜處理 與樹脂處理之間選擇不同製程能量，以避免對内層，也就是對該 半導體表面電極21, 31的損害。激態分子雷射可用於處理大區域 以及製程品質重要的案例中。 當厚度6(Vm之環氧樹脂以二氧化碳雷射處理時，該製程能量 每ΦΙΟΟ/im從lmJ到l〇mJ。在此等製程中，避免内部半導體表面 電極發生損壞是健要的。假如使用二氧化碳雷射進行處理，部 1246783 分樹脂會留在内部半導體表面電極21, 31力表面。因此，以二氧 化碳雷射進行該絕緣層4之透赠理之後，半導縣材浸入 高猛酸溶液或鉻·液中以氧化並分觸難，以除去殘留的樹 月曰间猛酉夂卸/合液可用以取代高短酸溶液，而鉻酸鉀溶液可用以 取代鉻酸溶液。 以貝例說明该使用咼錳酸溶液的製程。該藉由上述之透孔製 私衣Xe之絶緣層半導體基材於攝氏溶液中浸泡5 分鐘，該溶液* Shlpley CGmpany LL C製造，於該膨潤程序之後，# 為I氧化並分解雜脂，該轉體紐於攝氏8G度之紙肋3溶 液浸泡5分鐘，該溶液為—包含高鱗且亦由shipley c〇mpany L—L.C所製造。接著’於水洗後，將該半導體基材浸入·的硫酸· 办液、5分鐘，財和該殘留物，並進一步水洗。透過這些程序， 在該半導體表面電極21，31之殘留樹脂可藉由該高猛酸溶液加以· 移除。 如上延，藉由移除該半導體表面電極21, 31上位在該透孔Μ φ 底β之殘咖旨’辭導體表面電極21, 31和賴間之電連接可 =殘留樹脂之影響，而且透過該等透孔Μ之鍍層，可維持半導 體表面電極21，31和表面接合電極5間之電連接之可靠度。再者，-“針對該殘留樹脂程序係如前述般藉由使㈣織溶液或鉻酸， 、麵而進行，_料僅需透過_半導體緒浸人雜_可·· 易地進仃’且由於能一次處理很多半導體基材，所以該程序能 22 1 1246783 以低成本和高速度進行。 圖7顯示-個以雷射形成透孔41之方法。 之銅形成該絕緣層之_加如㈣ 曰 _ ^ 马了在表面上具有銅膜所萝 體之絕緣層4上製作該透孔41，如、， 、人 ，首先藉由移除該銅 片而j作開孔71，其中透孔係藉由 ’、、 1、 1更用先阻圖案及銅蝕刻而形 成。對雷射製程而言，該開孔71附 "了^：的銅肤可作為遮罩 罩）’因而雷射光束L2和半導體美#μ 、” ㈣暴材間之猜確定位變得不需要。 因此’透孔41可透過將點徑尺寸大於該透孔41尺寸之雷射 先束L2該遮罩照射物旨而得到良好的位置精確度。例如， 假如該開孔71的直#是__且精確度為獅牌，則可使用 直㈣的雷射光束。在紫外線雷射之例中，如諧波絲石 權石(YAG)雷射絲態分子雷 睹w.由 」使用銅罩。此時，可利用銅 版和祕 1之處理能量的差___於樹脂），亦即， 该雷射光束L2的能量已被降低因而不會損壞該光罩，而 脂被選擇性地處理。 3树 圖8顯示另-個以雷射形成透孔41的方法。不同於上述兩種 方法，此處敘述的方法將運用於沒有銅膜的絕緣層4。利用—個具 有 目木之透孔41及其佈局(處理圖案)的光罩42來照射夂 點，其中錢孔41細雷射光束u製作。該鮮C的影像藉 聚焦透鏡43被聚焦在該絕緣層4的處理點上。舉例來說，假㈣ 雷射處理光學系統的影像轉移(transfer)比率為則^ 23 1246783 開孔的遮罩可被麟Φ1(%ιη _形透孔，而—5Q(%m的方形 開孔可被用於的謂透孔。2(%m之透孔巾___ - 2__開孔中間距離的遮罩。藉由使用此—具有加大處理圖形 式樣之遮罩42 ’可以批次進行二維處理，並可改善製造效率。 (措由透孔和表面接合所進行之熱輻射） 以下說明藉由透孔改善熱輻射的成效。圖9顯示填滿的透 孔。當在該透孔41中填滿料體51，其同時為—個好⑽導體， 而形成電導體51時，便完成具填充物的透孔結構，並且可以， f該半導體層2, 3，亦即發光部份，的熱輻射情形。以該導_ 填入的動作可藉由對該透孔41之内部表面進行厚鑛而得。另 Γ™41 。舉例來說’銅(4_m/K)、銀 ㈣的此料。另外，該透孔41的平面尺寸愈大，執 幸田射的改讀好。對發光元件岭，鮮射的改 二 抑制’因而達成穩定的光線萃取。 口、产、、負載的 如另—顯示在圖及10Β中之透孔㈣ 使用軟焊Md,方法，其中 :方法所述，可 基材54上。舉例來說，該軟焊^樣亥兀件接合到該接合 能有效地散熱。為了接合該發光树'數4 5_m/K ’且軟焊 1246783 容易。 (基材分離程序） 、下"兒月將遠透明晶體基材6與該發光元件1分離的方法。 圖Ι,ΙΑ和11B顯不藉由雷射光束的照射進行基材分離程序。當雷 射光束透過錢明晶體紐6照射_半導體層2的表面時，如 技*月厅、所述，在該半導體層2表面之氮化物半導體，如氮化錯 層被7刀解成金屬鍺和氮氣，以及如圖UB所示，使該透明晶體基 材6分離亚從贿光元件丨移除。該可用於基材分離的雷射為數 態分子雷射(氯化山气XeC1，氟魏邮氟化氬細，氣氣. THG姻石權石陶)雷射（第三諧波雷射），咖姻石權石 (YAG)雷射(第四諧波雷射），紫外線雷射以及小於咖波長的超短 波雷射(鈦：藍寶石和其諧波雷射，激態分子雷射等)或其相似者。 I如以藍寳石作為該透明晶體基材6，因為藍f石對從紅外線 到大約刚_波長的光線是可穿透的，所崎些範_雷射光束 可板用來分離藍寶石基材。在將藍寳石氮化錯層上之例中， 該發光元件丨的溫度製程條件從攝氏3〇度到刚度。 下’該發光元件1的溫度，㈣在該雷射照射下 樞 域的溫度。不謝纖卿她奴該發光 而疋知射處理之·定升溫即可。翻表面處的雷射能梦度 例如從2到1G泰2。該雷射照射可魏中光束掃描贿 1246783 面的方法或同-強度社區域雷射光束—次照射全部表面的方法 來進行。 藍寶石基材移除之後，可能發生金屬錯留在氮化鍺表面的情 =，該鍺域化鍺分解成金屬鍺和氮驗之—織分。這些錯可 藉由酸洗來移除，例如使用氯酸氳溶液。 (發光表面處理） 下面說明幾個用以處理發光元件的表面(發光表面)的方法。圖 12A和12B顯不藉由使用雷射以形成—赌結構。在該分離程序 期間，該透明晶體基材6藉由使用雷射光束U而加以移除，一粗 糙結構22味彡成於該氮化辨導體層2的表面，亦即在面對該 透明晶體基材6的表面上。餘·仙係侧人射的雷射光束 和散射/反射的雷射光束之間或多個光束之間的干涉而形成。該粗 糙結構22可改善該光線萃取效率。 —藉由提供周期性處理予該粗經結構22，該光線萃取效率可進 改善的理由為由於折射率的差異，使限制在該發光元 内的先束透過粗糙結構所致繞射現象的作用而被萃取出。以— Γ氮化物半導體層2表面上具有麵_週期性和麵_深声 她結構22為例，該光線萃取效率為兩倍。具有職历购 和750腿深度的粗糙結構22有相_效果。如上述，可利㈣ 粗键結構22有效地辦發光元们萃取光束到外部’且由於可: 26 1246783 該分離程序_形_赠結構22 , 得到效果。 U此猎由）數製程步驟即可 圖13顯示另_個藉 以雷射光束進行該透日开f 一粗缝結構的例子。當 該姆、_ 22 __ 的爾，其他專用於形成 在該氮化卿體層;束U—起被使用以 表面，形，面__晶體基材6的 發光元件_Γ 射光束L6從垂直方向前進到該 冰7〇7〇仟i的刖面，而該 ^ L7, L8從斜向前m /、"形雜糙結構22的雷射光束 束，並使用多個雷射光束來作為該等雷射光 八干/V來形成該粗糙結構22， 構形狀_ 面微結 供==冓，步_發光元件⑽二 光學元件8放在，〃、有—微粗糙結構表面的透明 崎8放在邊乳化物半導體層 基材6已被移除。該氮化物 錯，S錢的透明晶體 非常高的。另—方面輸=♦化鍺)的折射率為2.5，這是 者的比料25 ^ 的械之折射率為U，因而兩 大=1 .條件下，對於從該半導__ 礼f之光線而§，其臨界角f 因么及射『、咖 （lealangle)报小，然後該光線易 口-反射而被捕捉，所以光線萃取 九良易 糖結構表面的透明光學元件8传 2 ^ ’《有-微粗 /、折射率值超過X/3+γ之此等透 1246783 ί 月材料形成，其中X係該氮化物半導 而亀域彻率。紐者，瓣間的差， 的表面纖，並具有周期性。舉例來 為該透明光學元件8的材料，其折射率料假如制石英玻璃作 A ? < 广 、、勺U，氮化錯的折射率 H的折射料U，因此可滿足上義停件，因而0 可使用藍⑽得輸愈好，因此 圖1^貞示該半導編概調轉換(波長轉換)的處理方 用亥表面上或在該半導體層2的内部提供 :=:高__光元件1所發出— ° 細樹脂或其相似物密封該料元件丨之例中， 此構造比磷光體分散的宓封it Jr 於以s更可抑制該密封樹脂的劣化。 =别述方法移除該透明晶體基材6之後，藉由在分 雷射光束提供該磷光體9爾鶴2。_光體$細切 鼠化物+導體層2的表面上，或摻雜在該半導體層2的内部。關 制破趟9 _類，在藍色發光氮化物半導體部分例如可使用 一將監色轉換為黃色的材料，或發出綠色和紅色的材料，而在砂 ^光=晴亀侧—爾€，純和紅嶋 科。猎由在魏化辨導體表面糾赌供磷細，可有效將發 出的先射人㈣光體中，其可__以密封該發光元件之密封 樹脂的劣化。 ^ 28 I246783 首先藉由照射絲面，例如以雷射光絲化表面，將該碟光 體摻入該氮化物半導體層的表面(或崎區域)，其次以加速的碟光 體粒子照射該軟化表面。㈣軟化絲面的㈣條件如⑴針對毫 微微秒(femto-second)雷射：波長·㈣，脈衝寬度·s，脈衝重 複頻率1kHz，處理能量密度〇 〇〇1_〇 〇5J/mm2，（2)針對激態分子 毫微微秒(femto-second)雷射：波長248腿，脈衝寬2观，脈衝重 複頻率350HZ，而製成能量雜α()Μ蕭麵2。假如使用毫微米 (_m㈣尺寸之加速碟光體粒子，則可以高效率轉換色調。 (另一個絕緣層成形實例） 參考圖16說_發歧件丨之另—個製造的方法實例。在此 製造方法中，使用與前述方法相同之透孔成雜序(A)，而且於在 該表面轉體層上形成該絕緣層4後，於該絕緣層中形成透孔。 不同方、上相咖或覆有樹脂之銅，於麟明之例巾係使用陶究 或石夕作為^緣層4的材料。喊切晶圓被結合至鱗半導體層 二及斜導""基材的半導縣面電極21，；31。可使聰土作為 ::a /、表面間可藉由在乾淨與活化表面條件下加壓而結 合在一起。 =於上述的結合，有數種用於金屬與金屬結合的結合方法(擴 月中=丨域私、超音波結合物，喊__合之例 °用^^子撞擊結合表面進行清洗，並藉由將兩晶圓之清 29 1246783 潔表面相向疊合，在室溫下加屡至a 在絕緣層4和半導體基材的結合表面i加上二行結合。 該玻璃來結合亦可行。如此 半二，，並利用 的該絕緣層4巾 抑使心射麵—祕夕做成 電極。h作親’轉㈣娜賴贿邮表面接合 製作 假如該絕緣層4係由矽所製， 則該透孔，由電驗刻加以 (發光元件之製造實例2) 參考圖m_nD說明該發光元件i的另— 造方法使用顯示在圖3C之該透孔成 、D方法。该衣 其中具有峨讀輸铜㈣零^ 17A所示’ 層4並層合並連_半_ 2山轉孔41的絕緣 面電極21，31 ±。 ¥縣材的半導體表 裳土絕Γ4材射叹用樹脂，塗財樹脂之銅，如 的例子中，祕41，_軸_成。4=子7夕 _竞絕緣層4可籍由在綠片(脾en shee种對應透孔4 30 ^46783 申，透孔41可藉由打洞或鑽孔而輕易地被開孔，因為這些孔為穿 透孔。 圖17B顯示將該絕緣層4結合至該半導體基材上的情況。假 如魏緣層4為樹脂，驗合可以上述的R德Q _氧樹腊使用 上述方法進行。假如該絕緣層4是陶莞或石夕，該結合可以參考圖 =說明的方法被進行。該表面接合電極5的形成、如圖i7c所示 電極間透過在該透孔41中之該導電體51所達成的電連接，以及 顯示在圖17D中該半導體基材的分離係藉由上述方法之一來進· 行。 (發光元件製造實例3) 參考圖18Α，1_σ况說明該發光元件 在此製造方法中，以參考@ 7Α 〃他錢方法。 乂亏圖7Α所述之相同方法使透孔 形於絕緣層4巾，而且在絕緣層4巾 、 接合電極5和導電體51。 、.）L孔41中的表面 的透孔電極52也形成於絕緣 L 31對應 孔電極52係以具電性與可靠度下形成，以連 =透 體表面電極21，31。在此方、本+ 、兒版51和半導 长此方法中，絕緣層 人 態之接觸雜K)和知接合電極5。 、、m已具有最終狀 藉由使用此-具有接崎孔iq和表 4 ’如圖所示，發光元件 口包極5之絕緣層 _该絕緣層4和彻基材 31 1246783 結合在—起㈣成。·合可藉由仙上述方法之-而進行。另 外，如圖18C所示’已移除該透明晶體基材之發光元件1可藉由 述方法之—Γ製得。雖然本㈣已藉由舉例並伴隨圖錢 凡J也敛述，但是應了解對本案所為之各種變化與修錦對熟習 此技藝之人士而言為顯而易見的。 …、 【圖式簡單說明】 =係根據本㈣之-實施例，顯示—料元件的部分剖面之透 圖2係顯示上述發光元件之一剖面圖； 根據本㈣之實—料树之製造 壯述製造方法辦咖賴狄讀針之發光元件 圖5A-5E係上述圖4A-4E之透視圖； 圖6係上述製造方法中透孔成形程序的剖面圖； 圖7係顯社述製造方法巾另—㈣孔卿程序的 圖8係顯示上述製造方法中又—例透孔成形程序 ^ 圖9係顯示本發明發光元件之另—實儀剖關；圖’ 圖10A和_係顯示本發明之發統件之接合程序 圖11A和11B係顯示上述製造方法中基材分離程序如= 咖係顯示上述製造方法中其他基材分離程騎=的剖 係顯示上述製造方法中更進—步基材分離程序實例的剖面 32 1246783 一粗綠結構之本發明發光元 圖14係顯示在該半導體層之表面具有 件的剖面圖； 元件的 圖15係顯示在辭導體層之表面財魏體之本發明發光 剖面圖， 圖 圖 圖 剖面圖 16係顯和於本發日狀發光树製造綠之其它實例的剖面 17A_nD麵示祕本侧之發光元賴造方法之其它實例的 18C顯示用於本發明之發光元件製•方法之進. 步實例的剖面圖； 19A-19F係顯示傳統雷射二極體陣列之製程的剖面
圖 圖 【主要元件符號說明】 1 :發光元件 2, 3 :半導體層 4 :絕緣層
表面接合電極 透明晶體基材 導電體層 8 9 透明光學元件
接綱透孔 非〉几積區域 10 20 21,31 半導體表面電極
33 22 1246783 41 :透孔(VIA) 51 :導電體 52 :透孔電極 71 :開孔

Claims (1)

1246783 十申清專利範園·· 1· 一種藉由沉積p 包括： σ型氮化物半導體層而形成的發光元件， 複數個半導體表 一絕緣層，用用以將電流施加至每—半導體層； 、咖π主 撑該等半導體層；以及 稷數個表面接合電極，提供 該絕緣層上製有兮笙。 9您表面上，該表面係為 MM 切縣面電極以―表面的反I 域； 未4其料導體層之非沉積區 該等半_表面電極 在該絕緣層中製作接㈣在该非沉積區域的表面上； 極以及該等表面接合電極；並且使/、⑨連接至轉半導體表面電 '等半導&表面電極’雜緣層n縛表面接人、伤 此順序建立在該等沉積半雜層之-侧。 癌係以 2·如申請翻铜第〗項所述之發光元件，1 脂、陶莞或石夕其中之一所製。 〃〜、、彖層是由樹 t申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該透孔細導電體 4·如申請專利範圍第！項所述之發光元件，其中在該半導體 面或内部提供磷光體(phosphor)。 曰 5·—種發光元件之製造方法，包括·· -種基材成形程序，其係藉由在一具有部份非沉積部分的透明 35 1246783 嶙 上提供半導體表面電極以施加層在该寺半導體層 體基材其中母—電極表面係曝露在-方向上； j孔成雜序，其係於提财铸齡 ==形成—絕緣層，藉由部份移_等半導體表面 的该％緣層而製得透孔用孔洞， 方 露出之半導體表面電極之裸4 w脰以在絕緣體移除後所 成接觸透孔，並且在該絕緣二;面:及透孔用孔洞之内壁上形 等半導體表面& 曰、上2作經由該透孔電連接到該 手牛¥體表面電極之表面接合電極；以及 基材分_序，⑽贿奴細彡財之娜 與該等半導體層加以分離。 月日日肢基材 ㈣請細_5項所述之發光 是由樹脂，陶竟或石夕其中之—所f。 、中。亥、、，巴緣層 :請專利範圍第5項所述之發二件製造方法 成形程序巾_奴觀緣 、<孔 料所形成。 -復細曰之銅的絕i 8. 如申請專利關第7項所述之發光元 成形程序中位於該等半導雕 "在该透孔 牛V肢表面電極上之該樹脂之 剩 先移除位在該塗財樹脂之麵财樹脂上的 餘的銅落作為遮罩以進行樹脂移除程序。 妾者· 9. 如申請專纖述之發光元件料方法，財該透孔成 36 1246783 形程序中位於該等半導帝 由將兮乂电極上之該樹脂之部份移除係藉 將成緣層曝祕雷射光束或電漿下而進行。 10timr第5項所述之發光元件製造方法，其中在該基 進行/之錢明晶體基材之分離係藉由使用雷射光束而 = ==_韻物匈製織，其中在使用 使錢明晶體基材與該等半導體層分離的同時，於該 :、半¥體層誘發分離的表面上形成—粗链結構。 12. ^=ΪΓ圍第H項所述之發光元件製造方法，其中在該等 二峨面上之亀結構係藉由將用以形成該粗輪結構之 ^光知及贱分_翻晶體紐之雷縣束-起昭射在 该寺半導體層表面上而形成。 ’、、、在 13. —種發光元件之製造方法，包括·· 料其係藉由在—具有部份非沉積部分的透明晶 型氮化解導體層，並在該料導體層上 '、表面電極以施加電流到每-半導體層而形成—半導 體基材，其中每一電極表面係曝露在一方向上； ， =w，細f—_，_靖轉體表面電 〜之預成碱孔職洞，層合域财 極之半導體基材表面上，提供導電體以在半導體表面m面面电 以及透孔用孔洞之内壁上形成接觸透孔，並且在該絕緣層表面上 1246783 製作經由該透孔電連接_科導體表面電極之表 極；以及 面接合電 晶體基材 基材分離程序，其係於該透孔成形程序之後將該透明 與该寺半導體層加以分離。 H.如申請專利範圍第13項所述之發光元件製造方法，其中該 層是由樹脂，陶瓷或石夕其中之一所製。 巴、，、 15. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件製造方法，1中 於該絕緣層之孔洞係藉由將絕緣層曝露在雷射光束或電浆下而 形成。 法，其中在該基 16. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件製造 晶體基材之分 材分離程序巾储由使时射光束而進行該透明 離〇 Π.如申請專利範圍第16項所述之發光元件製造方法，其中在使用 雷射光束使該透明晶體基材與該等半導體層分離的同時，於該 等半導體層誘發分離的表面上形成_粗链結構。 18.如申請專利範圍第17項所述之發光元件製造方法，其中在該等 半導體層表面上之該粗糙結構係藉由以形成該粗機構之雷 射光束以及肋分離該翻晶體基材之雷射絲—触射在該等 半導體層表面上而形成。 38
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