1363439 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種發光二極體的製作方法及其產品 ’特別是指一種垂直導通式發光二極體的製作方法及其產 品。 【先前技術】 參閱圖1，垂直導通式發光二極體丨包含在提供電能時 以光電效應發光的磊晶膜11，及分別設置於該磊晶膜丨丨底 面與頂面而配合對該磊晶膜π提供電能的底電極單元12和 頂電極單元13;垂直導通式發光二極體丨由於在以頂電極 單元13與底電極單元12配對該磊晶膜提供電能時，電流 疋實質沿著蟲晶膜11與該底電極單元12或頂電極單元 連接之底面或頂面的法向量方向流通過該磊晶膜U，也就 是電流「垂直（於磊晶膜頂面或底面）」.地流通過該磊晶膜 11，故而得名，並有別於如圖2所示之另一結構態樣，電流 貫質「平行（於磊晶膜頂面或底面）」地流通過磊晶膜的平 面導通式發光二極體。 該蟲晶膜11通常是由氮化鎵系半導體材料磊晶成長而 成，具有分別經過摻雜而成n、p型的n型披覆層（n_type cladding layer)與 p 型披覆層（p_type dadding iayer)，該 η、ρ担披覆層並形成p-n接面（ρ·η juncti〇n )而在對該遙 晶膜提供電能時產生電子·電洞複合、釋放能量，進而產生 光。 該底電極單元12是以導電材料構成並與該磊晶膜^相 5 1363439 歐姆接觸，且具有相當厚度以支承該蟲晶膜u巾同時作為 基板使用，具有一層同時以具有高反射率的材料構成而可 反射光的反射層12卜及一層支樓層122;較佳地，該底電 極單元12的構成材料還可同時兼具有高熱傳導係數的特性 ，而可在提供電能的同時，快速地將該磊晶膜u產生光子 時產生的内廢熱導離至外界，避免該磊晶膜u操作接面的 溫度過高而使得載子揭限效果降低、冑子生命期縮短 ’進而導致載子輻射複合效率（radiative⑽恤㈣抓 efficiency)降低 〇 該頂電極單A 13卩導電材料構成，具有一言免置在該蟲 晶膜11頂面並與該磊晶膜u相歐姆接觸的透明導電層 ，及一供後續電連接件（圖未示）連接用的接觸層132，該 透明導電層131相對該磊晶膜u發出的光為透明而可供光 穿出，並可以在外加電流時導引電流橫向擴散流動後再均 勻垂直流通過該磊晶膜i i。 當以該底電極單元12與頂電極單元13配合供電能時 ，電流經過該透明導電f 131橫向擴散後，均句垂直通過 該磊晶膜11而使該磊晶膜u以光電效應產生光，產生且朝 向該頂電極單元13行進的光，直接穿過該頂電極單元13 後向外射出；產生且朝向該底電極單元12方向行進的光， 則經過該底電極單A 12的反射層121反射後改變行進方向 ，再次朝向該頂電極單元13方向行進而射出至外界。 參閱圖3，上述垂直導通式發光二極體i的製作過程， 是先在一晶格常數與該蟲晶m u相當的材料而易於蟲晶成 長日日體結構良好的蟲晶基材21上《«晶成長該蟲晶膜11 ο 參閱圖4，然後，在該磊晶膜11頂面上設置一暫時基 板23，圖示中以黏膠22黏合該暫時基板23與磊晶膜11作 說明；此外也有例如直接用合金接合方式接合一永久基板 的技術（此時，即不再於後續製程中移除此永久基板），由 於此等技術並非目前量產技術，在此不多作解釋。 再如圖5所示，將磊晶基材21以機械研磨、化學蝕刻 ’及/或是雷射剝離（Laser Lift-Off)等方式自該磊晶膜j i 上移除。 參閱圖6，移除磊晶基材21後’將預先成型的底電極 單元12接合（bonding)在磊晶膜上；另外，也有技術是自 移除蟲晶基材21後的磊晶膜Π底面上，直接以例如電鍍方 式直接製作出該底電極單元12，由於此等技術已為其他專 利文件所揭露，在此不多作贅釋。 參閱圖7’再將暫時基板23移除；最後，於該磊晶膜 11上設置該頂電極單元13後，完成如圖！所示的垂直導通 式發光二極體1的製作。 對垂直導通式發光二極體i及其製作過程而言，由於 蟲晶膜11的遙晶成長品質直接攸關元件的發光效率，而要 成長晶體品質優良的磊晶膜u ’又必然必須採用晶格匹配 度高的材科作為蟲晶基# 21，但此些適於以成長蟲晶膜 η之蠢晶綺的散熱率通f不佳，㈣也無法導電作為 電極使用，因此，將蟲晶基材21移除並更換接合上可以導 電、導熱的底電極單元12，衫得不然的必須過程。 1363439 曰其材21 =基材Μ的移除過程中，機械研磨方式因為蟲 =21的硬度較高而須耗費較多製程時間，因此已幾乎 ::業界所採用，化學银刻方式則有製程冗長而不易精確 與結果的缺點，至於目前最常採用的雷射剝 離技術，了設備昂貴成本極高之外，雷射功率的調整更 是整個製程成功與否的關鍵—過高會傷害縣晶膜H，過 低又無法移㈣晶辑2卜而功率的調變又需依賴經驗豐 备的工程師進行’技術層面過高，而非妥善的製程技術。 因此，對垂直導通式發光二極體1而言，仍有極大的 空間急需學界、業界研究、進行改善，進而提供更優異的 固態發光元件。 ' 【發明内容】 因此，本發明的目的，在提供一種新的、無須移除磊 晶基材的垂直導通式發光二極體的製作方法。 此外，本發明的另一目的，在提供一種新的、無須移 除磊晶基材的垂直導通式發光二極體的製作方法所製得的 垂直導通式發光二極體。 於是’本發明一種垂直導通式發光二極體的製作方法 ’包含以下四個步驟。 首先是自一用於磊晶的基材頂面爲晶成長一在提供電 能時以光電效應產生光的磊晶膜。 接著自該基材底面形成複數連通該基材底面與頂面的 穿孔’付到連接有該蠢晶媒的一具有多數穿孔的保留美材 結構。 8 然後以可導電的材料自該保留基材結構形成一填覆滿 該等穿孔且與該磊晶膜相歐姆接觸的底電極單元。 最後以可導電的材料在該磊晶膜上形成一與該磊晶膜 默姆接觸的頂電極單元，製得該垂直導通式發光二極體。 再者’本發明一種垂直導通式發光二極體，包含一底 電極單元、一保留基材結構、一磊晶膜，及一頂電極單元 〇 該底電極單元以導電材料構成，包括一底層體，及多 數自該底層體彼此相間隔地向上突出的凸體，該等凸體分 ! ’、有达離該底層體且位在同一水平面高度的歐姆接觸 面0 .
/-V 該保留基材結構位於該底層體與該等凸體所形成的空 間中，具有一與該等凸體之歐姆接觸面共同形成連續平面 的磊晶面。 該蟲晶膜設置在該等歐姆接觸面與該磊晶面上並與該 等凸體相歐姆接觸，且在被提供電能時以光電效應產生光 Ο 該頂電極單元以導電材料構成在該磊晶膜上並與該磊 膜相歐姆接觸，且與該底電極單元共同配合對該磊晶膜 提供電能。 本發明的功效在於：提出一種新的、無須移除磊晶基 材，所以不會在製程中損傷磊晶膜結構的完整製作方法， 以製作出一種新型態的垂直導通式發光二極體，而以這樣 的製作方法製得的垂直導通式發光二極體，因為磊晶膜結 1363439 構完整無損傷’所以發光效率更佳，發光亮度更高。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說 明内容中，類似的元件是以相同的編號來表示。 參閱圖8、圖9,本發明一種垂直導通式發光二極體的 製作方法的製作方法的一較佳實施例，是製作出如圖9所 示的垂直導通式發光二極體3。 本發明製作方法的較佳實施例在先了解製作出的產品 結構後’當可.更加清楚的明白。 先參閱圖9,該垂直導通式發光二極體3包含一底電極 單7L 31、一連接在該底電極單元31上的保留基材結構u 、一設置在該底電極單元31與該保留基材結構32上的磊 晶膜33，及一設置於該磊晶膜33上的頂電極單元34。猫 Μ原電極早元31由一層以導電並具有高反射率之材科 構成且與該保留基材結構32連接的晶種層3ιι，及一層由 導電材料自該晶種層311增厚形成的支撐層312所構成，在 型態上，該底電極單元31包括一底層體313，及多數自該 底層體313彼此相間隔地成陣列向上突出的凸體314,每: 凸體314概成圓柱態樣且徑長在⑺㈣〜卿㈣，並具有— 遠離該底層體313的歐姆接觸面315，相鄰兩凸體叫 距實質不小於該凸體314的徑長’且該等凸體314的歐姆 10 1363439 接觸面315實質上位在同一水平面高度上而與該蟲晶膜33 底面連接。 該保留基材結構32位於該底層體313與該等凸體314 所形成的空間中，具有一與該等凸體314之歐姆接觸面315 共同形成連續平面的磊晶面321，且該保留基材結構32的 晶格常數與該磊晶膜33相匹配。 該磊晶膜33設置在該等歐姆接觸面315與該磊晶面 321上並與該等凸體314相歐姆接觸，且在被提供電能時以 光電效應產生光；與現有的發光二極體的磊晶膜u相似， 該磊晶膜33具有分別經過摻雜而成n、p型的n型披覆層 (n-type cladding layer)與 p 型披覆層（p_type dadding layer)，該n、p型披覆層並形成p_n接面（p n juncti〇n) 而在對該磊晶膜提供電能時產生電子_電洞複合、釋放能量 ，進而產生光。 。亥頂電極單元34以導電材料構成而可與該底電極單元 31共同配合對該磊晶膜33提供電能，具有一設置在磊晶膜 31頂面並與s亥遙晶膜33相歐姆接觸的透明導電層341，及 一供後續電連接件（圖未示）連接用的接觸層342，該透明 導電層341相對該磊晶膜33發出的光為透明而可供光穿出 ，並可以在外加電流時導引電流橫向擴散流動後再均勻垂 直流通過蟲晶膜33。 當以底電極單元31與頂電極單元34配合供電能時， 電&經過該透明導電層341橫向擴散，並同時配合底電極 單元31成陣列分布之凸體314的歐姆接觸面315的實質結 11 1363439 構配置，而均勾垂直通過該蟲晶膜33使該蟲晶膜33以光 電效應產生光，產生且朝向該頂電極單元34行進的光直 接穿過該頂電極單元34後向外射出，產生且朝向該底電極 方向31的光’經過該底電極單元31的晶種層3ιι反射，及 ’或穿過該保留基材結構32折射後，再經過該底電極單元 3_1的晶種層311反射改變行進方向，再次朝向該頂電極單 元34支向行進並射出至外界。
.上述的垂直導通式發光二極體3,是通過以下本發明垂 直導通式發光二極體的製作方法的—較佳實施例製得。 參閱圖8、® 10,首先進行步驟71，自一用於蟲晶的 基材Μ頂面蟲晶成長㈣晶膜33 ;由於此過程已為業界所 周知’且並非本發_作重點所在，故在此不多加費述。 參閱圖8、圖…接著進行步驟72,薄化該基材91， 較佳地，薄化後的基材厚度是3〇//m〜4⑻"爪。
參閱圖8、ffi 12,然後進行步驟73,自該薄化後❸ 材92底面形成複數連通該薄化的基# 92底面與頂面的〕 孔93，得到連接有該遙晶膜33的該保留基材結構Μ ; ^ 等穿孔93是以雷射鑽孔方式形成，且以陣列方式規則排； ’每一穿孔93的直經在10"m〜3〇〇Am，相鄰兩穿孔μ ό 間距實質不小於每一穿孔93的徑長。 參閱圖8、圖，13,接著進行步驟74，以導電材料自該 保留基材結構32形成填覆滿該等穿孔93且與該磊晶膜w 相歐姆接觸的底電極單元31 ;在此步驟中，是先選33用同時 對該磊晶冑33發出之光具有高反射率的材料，自該保留基 12 1363439 材結構32及該磊晶膜33對應於該等穿孔93裸露的多數孔 形裸露面上鍍膜形成該晶種層311後，再以該晶種層311作 為晶種電鍍增厚形成該支撐層312’然後進行2〇£>c〜6〇(rc 的退火使該晶種層311與該磊晶膜33形成歐姆接觸，而完 成該底電極單元31。 參閱圖8、圖9,最後進行步驟75，以導電材料在該磊 曰曰膜33上形成與該磊晶膜33歐姆接觸的該頂電極單元34 元成該垂直導通式發光二極體3的製作；在此步驟中， 先以相對磊晶膜33發出之光為透明的材料在該磊晶膜33 上形成該可導引電流橫向擴散的透明導電層341，再以例如 金屬或合金於該透明導電層341上形成該接觸層342，製得 該頂電極單元34。 要另外加以說明的是，步驟72薄化基材91的過程是 的，而省略薄化基材9丨的過程，除了節省成本之 外，也可以更確定磊晶膜33結構不會受到薄化時應力的影 響而保持完整良好，確保磊晶膜33的發光效率。 由上述的說明可知，本發明垂直導通式發光二極體的 製作方法中，無須如現有的垂直導通式發光二極體的製程 ，必須先將磊晶基材21移除，因此可以不受現有之機械研 磨、化學蝕刻，及/或是雷射剝離等技術的使用限制，=時 ，可以確縣晶膜33的晶體結構完整、良好，進而確保製 得之垂直導通式發光二極體3的品質與發光亮度。 义 此外，本發明垂直導通式發光二極體的製作方法其實 還可以應用到平面導通式發光二極體的製作中， ’、 央貝似地也 13 1363439 是在磊晶基材磊晶成長發光膜後，再形成多數孔洞，須注 意的是此時形成的孔洞可以視需要形成穿孔而至磊晶膜， 或是形成預定深度而靠近磊晶膜的孔洞，得到保留基材結 構後，然後以具有高反射係數、高熱傳導係數但不導電的 材料形成可反射光的反射導熱鏡，或是以具有高熱傳導係 數但不導電的材料形成導熱體，如此，不但可以改善平面 導通式發光二極體的散熱問題，同時，也可以將原本朝向 磊晶基材方向行進的光反射後射出至外界，有效提高元件 的發光亮度。 综上述說明可知，本發明主要是提出一個適合量產、 且技術層次限制不高的完整製造方法，無須移除更換蠢晶 用的基材91，製作一種新的垂直導通式發光二極體3，由 於整體製作過程令無須移除磊晶用的基材91，同時也沒有 其他例如蝕刻、研磨等製程，因此，不但可以確保於基材 91上磊晶成長的磊晶膜33的晶體結構不受其他製程的影響 ，而保持完整、良好的狀態，進而確保最終製得之垂直導 通式發光二極體3 #品質之外，也不受其他例如雷射剝離 技術應用’及/或使用門楹難度的限制，而確實適合業界量 產採用。 此外，由本發明的製作方法所製得的、新的垂直導通 式發光一極體3，因為本身底電極單元31的凸體成陣 列分布的實質結構配置，所以可以較習知垂直導通式發光 二極體1成平面隨機導引電流擴散的底電極單元12結構， 更均勻地導引電流垂直通過該磊晶膜31，從而提高磊晶膜 14 1363439 31的置子發光效率，有效提高元件整體的發光亮度。 此外本發明的製作方'法也可以應用到目前的平面導 通式發光二極體t，以改善目前平面導通式發光二極體的 散熱問題，並同步提高發光亮度，確實達到本發明的創作 目的。 ^惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發对請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一剖視示意圖，說明習知垂直導通式發光二極 體； 圖2是一剖視示意圖，說明習知平面導通式發光二極 體； 圖3是一剖視示意圖，說明習知垂直導通式發光二極 體的製作過程中’於材上遙晶成長—蟲晶膜； 圖4是一剖視示意圖，說明習知垂直導通式發光二極 體的製作過程中，將一暫時基板以黏膠固著在磊晶膜上； 圖5是一剖視示意圖，說明習知垂直導通式發光二極 體的製作過程中，將磊晶基材自固著有暫時基板之磊晶膜 上移除； 圖6是一剖視示意圖，說明習知垂直導通式發光二極 體的製作過程中’將一底電極單元接合在磊晶膜上； 圖7是一剖視示意圖，說明習知垂直導通式發光二極 15 1363439 體的製作過程中，將暫時基板自磊晶膜上移除； 圖8是一流程圖，說明本發明垂直導通式發光二極體 的製作方法的一較佳實施例； 圖9是一剖視示意圖，說明以圖8本發明垂直導通式 發光二極體的製作方法的較佳實施例製作的垂直導通式發 光二極體； 圖10是一剖視示意圖，說明本發明垂直導通式發光二 ··... . ··
極體的製作方法的較佳實施例中，於一磊晶基材上磊晶成 長一磊晶膜； 圖11是一剖視示意圖’說明本發明垂直導通式發光二 極體的製作方法的較佳實施例中，薄化磊晶基材； 圖12是一剖視示意圖，說明本發明垂直導通式發光二 極體的製作方法的較佳實施例中，於磊晶基材形成多數穿 孔得到一保留基材結構；及 圖13疋一剖視示意圖，說明本發明垂直導通式發光二 的氣作方法的較佳實施例中，於保留基材結構形成一
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【主要元件符號說明】 1 垂直導通式發光二 314 凸體 極體 315 歐姆接觸面 11 蠢晶膜 32 保留基材結構 12 底電極單元 321 蟲晶面 121 反射層 33 遙晶膜 122 支撐層 34 頂電極單元 13 頂電極單元 341 透明導電層 131 透明導電層 342 接觸層 132 接觸層 71 步驟 21 蠢晶基材 72 步驟 22 黏膠 .73 步驟 23 暫時基板 74 步驟 3 垂直導通式發光二 75 步驟 極體 91 基材 31 底電極單元 92 薄化後的基材 311 晶種層 93 穿孔 312 支撐層 313 底層體 17