CN101345276A - 发光二极管装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管装置及其制造方法，该发光二极管装置包括外延叠层、导热基板以及种子层。外延叠层依序具有第一半导体层、发光层及第二半导体层，导热基板与第一半导体层相对而设，而种子层则位于第一半导体层与导热基板之间。其中第一半导体层为N型外延层，且第二半导体层为P型外延层。制造方法包括下列步骤：形成至少一暂时性基板于发光二极管元件；以及形成至少一导热基板于该发光二极管元件。暂时性基板的材料包括固化型高分子材料。

Description

发光二极管装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管装置及其制造方法。

背景技术

发光二极管(light emitting diode，LED)装置是一种由半导体材料制作而成的发光元件。由于发光二极管装置属冷发光，具有耗电量低、元件寿命长、反应速度快等优点，再加上体积小容易制成极小或阵列式元件的特性，因此近年来随着技术不断地进步，其应用范围涵盖了电脑或家电产品的指示灯、液晶显示装置的背光源乃至交通信号或是车用指示灯。

为增加发光二极管装置的发光效率，已知技术将金属反射基板设置于发光二极管元件上，由此反射光线而提升发光效率。然而，这样的发光二极管装置亦产生一些问题极待解决。

图1显示在中国台湾专利公告0544958号中披露的发光二极管装置，其包含金属反射基板801及设置于金属反射基板801上的叠层。叠层依序包含第一反应层802、透明粘结层803、第二反应层804、透明导电层805、第一接触层806、p型外延层807、发光层808、n型外延层809及第二接触层810。另外，在第二接触层810及透明导电层805上分别设置电极811、812。

发光二极管装置通过透明粘结层803来粘结第一反应层802及第二反应层804，并使金属反射基板801与第一反应层802连结。然而，由于透明粘结层803为胶质材料，使得发光二极管装置所产生的热量无法传达至金属反射基板801并逸出，以致发光二极管装置内部的热不断累积，因而大幅降低其效能。

此外，在工艺上通过对整片的金属反射基板801及叠层进行切割而得到多个发光二极管装置。但在切割时，会导致金属粒子沾附在叠层的侧壁，而增加叠层的漏电流。

图2显示中国台湾专利公告0543210号中披露的发光二极管装置，其通过金属键结层901将发光二极管叠层902及金属反射基板903接合一起，因此需通过高温高压工艺方能使金属键结层901与金属反射基板903接合。然上述作法会导致发光二极管叠层902与金属反射基板903之间产生相互扩散的情形。此外，对发光二极管装置而言，亦可能因切割工艺而增加发光二极管叠层902的漏电流。

上述两种已知的发光二极管装置，皆是将外延叠层形成在外延基板上，并透过转置的方式再设置于玻璃基板或电镀基板上，且再经过切割工艺后才能得到所需的发光二极管装置。因此，除了另需要切割工艺的外，亦增加了金属粒子沾附在叠层侧壁的机率。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种具有低残余应力与抗热腐蚀性的电铸导热基板的发光二极管装置及其制造方法，因不需要切割就可制成故可降低成本，且可减少漏电流的产生。

缘是，为达上述目的，本发明提供一种发光二极管装置，其包括外延叠层、导热基板以及种子层。外延叠层依序具有第一半导体层、发光层及第二半导体层，导热基板与第一半导体层相对而设，而种子层则位于第一半导体层与导热基板之间。其中第一半导体层为N型外延层，且第二半导体层为P型外延层。

本发明更提供一种发光二极管装置的制造方法，其包括下列步骤：形成至少一暂时性基板于发光二极管元件；以及形成至少一导热基板于该发光二极管元件。

其中暂时性基板系可为固化型高分子材料，由于在利用蚀刻或激光聚焦剥离移除外延基板后，只要移除暂时性基板即可得到成型的发光二极管装置，因此可省略切割的工艺，且可降低外延叠层的侧壁沾附到金属粒子机率。且本发明的导热基板具有低残余应力与抗热腐蚀性，可避免外延叠层与导热基板崩离或外延叠层本身的破损，具有提升工艺成品率及降低生产成本的优势。

承上所述，依据本发明的一种发光二极管装置的制造方法形成暂时性基板于发光二极管元件，且形成至少一导热基板于发光二极管元件。与已知技术相较，本发明可通过固化型高分子材料的特性，如可去除、可膨胀、可延展等等，在轻易地去除暂时性基板后即可使元件自然分离而据此制成多个发光二极管装置。如此，就可避免因切割而产生漏电流增加的问题，并进而节省切割成本与成品率。

附图说明

图1为一种已知的发光二极管装置的示意图。

图2为另一种已知的发光二极管装置的示意图。

图3为依据本发明优选实施例的一种制作发光二极管装置的流程图。

图4A至图4H为依据本发明优选实施例的发光二极管装置的示意图。

图5A至5D为图4H中各种导热基板的示意图。

附图标记说明

40：发光二极管元件

401：种子层

402：光致抗蚀剂层

403：外延基板

404：第一半导体层(N)

405：发光层(A)

406：第二半导体层(P)

407：导热基板

408：绝缘保护层

409：暂时性基板

410：电极

4：发光二极管装置

801、903：金属反射基板

802：第一反应层

803：透明粘结层

804：第二反应层

805：透明导电层

806：第一接触层

807：p型外延层

808：发光层

809：n型外延层

810：第二接触层

811、812：电极

901：金属键结层

902：发光二极管叠层

S301～S310：流程步骤

E：外延叠层

LA：限制区

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依据本发明优选实施例的一种发光二极管装置的制造方法。

请参照图3，依据本发明优选实施例的一种制作发光二极管装置4的制造方法，其包括步骤S301至步骤S310。以下请同时参照图4A至图4H所示。

如图4A所示，步骤S301形成外延叠层E于外延基板403上。其中，外延叠层E包括第一半导体层404、发光层405以及第二半导体层406。第一半导体层404形成于外延基板403上，接着在第一半导体层404上形成发光层405，而后在发光层405上形成第二半导体层406。

在上述实施例中，第一半导体层404及第二半导体层406可分别为N型外延层及P型外延层，当然其亦可互换，在此并不加以限制。

如图4B所示，步骤S302蚀刻外延叠层E及外延基板403，使外延叠层E及外延基板403各具有多个侧壁。在此步骤中，可通过黄光、光刻及蚀刻工艺来形成侧壁，例如上光致抗蚀剂、曝光、显影、蚀刻、去光致抗蚀剂等等。其中，蚀刻可采用干式蚀刻或湿式蚀刻。如图4C所示，在蚀刻之后，步骤S303形成绝缘保护层408于外延叠层E的第二半导体层406上、这些侧壁及外延基板403上。绝缘保护层408的材料为绝缘介电材料，例如为氧化物、氮化物或碳化硅等等。

然后，步骤S304形成多个电极410于外延叠层，在此形成于第二半导体层406上，以构成发光二极管元件40。由于在此步骤中即先进行管芯的电极定义，避免后续结构粘贴至暂时性基板后再制作电极，故可有效提升工艺成品率与降低制作的困难度。

如图4D所示，在形成电极310之后，步骤S305形成至少一暂时性基板409于发光二极管元件40，且暂时性基板409覆盖电极410。暂时性基板409可由固化型高分子材料直接形成，例如玻璃、厚膜光致抗蚀剂、氟素橡胶等等。当暂时性基板409的材料为固化型高分子材料时，形成暂时性基板409的方式可包括：形成固化型高分子材料于发光二极管元件上；以及固化该固化型高分子材料。其中，固化型高分子材料可通过旋转涂布、网印涂布或点胶等方式形成于发光二极管元件上；并且固化方式可为光固化、热固化或冷却固化。另外，亦可将固化型高分子材料当作接合层来另外接合一基板，这样基板及固化型高分子材料即可直接形成暂时性基板409。

如图4E所示，在形成暂时性基板409之后，步骤S306去除外延基板403使外延叠层E露出一侧及露出绝缘保护层408。其中外延基板403可以激光聚焦剥离、研磨或蚀刻等方式去除。

如图4F所示，在去除外延基板403之后，步骤S307形成种子层401于外延叠层上，其中，种子层401包括反射层、欧姆接触层与金属接合层，其中，反射层的材料包括介电材料或金属，其可包括铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、铬/铝(Cr/Al)、镍/铝(Ni/Al)、钯(Pd)、钛/铝(Ti/Al)、钛/银(Ti/Ag)或铬/铂/金(Cr/Pt/Au)。欧姆接触层的材料包括镍/金(Ni/Au)、铟锡氧化物(Indium tin oxide，ITO)、铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)或掺铝氧化锌(aluminum doped zinc oxide，AZO)。或者，种子层401可直接为单层的结构，亦即，种子层401为欧姆接触兼金属反射层，其材料可包括铝(Al)、锗(Ge)、铬(Cr)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、镍/铬(Ni/Cr)、铬/金(Cr/Au)、镍/银(Ni/Ag)、钯(Pd)、钛/金(Ti/Au)、钛/银(Ti/Ag)、铬/铂/金(Cr/Pt/Au)、钛/铝/钛/金(Ti/Al/Ti/Au)、金/锗/镍(Au/Ge/Ni)、钛/铂/金(Ti/Pt/Au)、钛/铝/铂/金(Ti/Al/Pt/Au)。

步骤S308形成光致抗蚀剂层402于种子层401上，且光致抗蚀剂层402具有多个限制区LA。

然后如图4G所示，步骤S309形成至少一导热基板407于发光二极管元件40，在此，导热基板407可以电化学沉积、电铸或电镀成型于种子层401上，且其位置由光致抗蚀剂层402的限制区LA所定义。导热基板407的材料包括至少一导热金属，例如为镍(Ni)、铜(Cu)、钴(Co)、金(Au)或铝(Al)等。在此需注意的是，导热基板407可以是由单一材料所组成，如以金(如图5A所示)或铜(如图5B所示)所组成，或是由多种导热金属所组成，且分为多层，如铜-镍-铜(如图5C所示)或镍-铜-镍(如图5D所示)等，然并不限制于此，只要是可以达到良好导热效果者，皆可以应用于本实施例。

如图4H所示，步骤S310去除暂时性基板409以形成多个垂直式元件的发光二极管装置4。由于固化型高分子材料具有可去除、可膨胀及可延展等特性，故在两个发光二极管装置之间的暂时性基板409可很容易地通过激光聚焦剥离(laser lift-off)、研磨去除、蚀刻去除、加热或是有机溶液去除。在暂时性基板409被去除的同时，绝缘保护层408及种子层401亦被去除，如此元件就自动分离而形成多个发光二极管装置4。

在本实施例中，导热基板制作于第一半导体层404，且由于N型外延层(N-GaN)的阻值较低，故位于第一半导体层404与导热基板407之间的种子层401的结构中，便不需要使用透明导电层，即能达到良好电流扩散的效果。

再者，由于在本实施例中，完全不需要对导热基板407进行切割才能得到发光二极管装置，故可避免因切割而导致漏电流增加的问题。不仅如此，设置于外延叠层E侧边的绝缘保护层408亦具有电性阻隔及防止漏电流的功能。

再此需特别说明的是，在本实施例中，其步骤并不仅限于上述的顺序，其可依据工艺的需要而进行步骤的调换。

综上所述，依据本发明的发光二极管装置的制造方法，其使用固化型高分子材料来直接形成一暂时性基板于发光二极管元件，且形成至少一导热基板于发光二极管元件。与已知技术相较，本发明不仅可减少已知施用粘贴层才能将欲转置的半导体结构粘贴至另一基板的步骤，更可通过固化型高分子材料所具有的特性，如可去除、可膨胀、可延展等等，在轻易地去除暂时性基板后即可使元件自然分离而据此制成多个发光二极管装置。如此，就可避免因切割而导致漏电流增加的问题，并进而节省切割成本并提高成品率。

再者，本发明利用电镀、电铸或电化学沉积等方式而形成导热基板，故可避免已知技术中使用胶质材料来作为透明粘结层导致无法散热且已知技术需使用高温高压工艺而导致扩散等情形发生，进而提升散热效能及成品率。且本发明的导热基板具有低残余应力与抗热腐蚀性，可避免外延叠层与导热基板崩离或外延叠层本身的破损，具有提升工艺成品率及降低生产成本的优势。此外，本发明通过绝缘保护层的设置，可进一步减少漏电流。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等同修改或变更，均应包含于所附的权利要求中。

Claims (17)

1、一种发光二极管装置，包括：

外延叠层，依序具有第一半导体层、发光层及第二半导体层；

导热基板，与该第一半导体层相对而设；以及

种子层，位于该第一半导体层与该导热基板之间；

其中该第一半导体层为N型外延层，且该第二半导体层为P型外延层。

2、如权利要求1所述的发光二极管装置，其中该导热基板的材料包括至少导热金属，且该导热金属包括镍、铜、钴、金或铝。

3、如权利要求1所述的发光二极管装置，其中该种子层包括反射层、欧姆接触层与金属接合层，其中该反射层的材料包括介电材料或金属。

4、如权利要求3所述的发光二极管装置，其中该反射层的材料包括铂、金、银、铬/铝、镍/铝、钯、钛/铝、钛/银或铬/铂/金，而该欧姆接触层的材料包括镍/金、铟锡氧化物、铟锌氧化物或掺铝氧化锌。

5、如权利要求1所述的发光二极管装置，其中该种子层为欧姆接触兼金属反射层，且该种子层的材料包括铝、锗、铬、铂、金、银、镍/铬、铬/金、镍/银、钯、钛/金、钛/银、铬/铂/金、钛/铝/钛/金、金/锗/镍、钛/铂/金、钛/铝/铂/金。

6、如权利要求1所述的发光二极管装置，还包括绝缘保护层，其位于该种子层上且覆盖部分的该第二半导体层。

7、如权利要求6所述的发光二极管装置，其中该绝缘保护层的材料为绝缘介电材料，且该绝缘介电材料为氧化物、氮化物或碳化硅。

8、一种发光二极管装置的制造方法，包括：

形成至少一暂时性基板于发光二极管元件；以及

形成至少一导热基板于该发光二极管元件。

9、如权利要求8所述的制造方法，其中该导热基板系以电化学沉积、电铸或电镀成型，该导热基板的材料包括至少一导热金属，且该导热金属包括镍、铜、钴、金或铝。

10、如权利要求8所述的制造方法，其中该暂时性基板的材料包括固化型高分子材料，且该暂时性基板的形成方式包括：

形成固化型高分子材料；以及

固化该固化型高分子材料。

11、如权利要求10所述的制造方法，其中该固化型高分子材料包括玻璃、厚膜光致抗蚀剂或氟素橡胶，该固化型高分子材料的形成方式为旋转涂布、网印涂布或点胶、且该固化型高分子材料的固化方式为光固化、热固化或冷却固化。

12、如权利要求8所述的制造方法，其中该发光二极管元件在外延基板形成外延叠层，该外延叠层包括第一半导体层、发光层以及第二半导体层，且依序设置于该外延基板上，该第一半导体层为N型外延层，且该第二半导体层为P型外延层。

13、如权利要求12所述的制造方法，还包括：

蚀刻该外延叠层及该外延基板，使该外延叠层及该外延基板各具有多个侧壁；以及

形成绝缘保护层于这些侧壁及该外延基板。

14、如权利要求13所述的制造方法，其中在形成该绝缘保护层之后，还包括：

形成多个电极于该外延叠层，其中该暂时性基板覆盖这些电极；以及

去除该外延基板使该外延叠层露出一侧及露出该绝缘保护层。

15、如权利要求14所述的制造方法，其中在去除该外延基板之后，还包括：

形成种子层于该外延叠层及该绝缘保护层；

形成光致抗蚀剂层于该种子层，该光致抗蚀剂层具有多个限制区以定义这些导热基板的位置；以及

去除该暂时性基板以形成多个发光二极管装置。

16、如权利要求15所述的制造方法，其中该外延基板以激光聚焦剥离、研磨或蚀刻去除，而该暂时性基板以激光聚焦剥离、研磨去除、蚀刻去除、加热或是有机溶液去除。

17、如权利要求15所述的制造方法，其中该种子层包括反射层、欧姆接触层与金属接合层，或该种子层为欧姆接触兼金属反射层。

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