CN101635323B - 发光二极管及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光二极管及其制造方法。此发光二极管包含基板、第一半导体层、发光层及第二半导体层，其中基板包含第一区及第二区。此发光二极管还包含多个介层孔、第一金属层、第二金属层、及夹设于第二半导体层与第一金属层之间的图案化钝化层。其中，多个介层孔位于第一区之上，且贯穿第二半导体层及发光层而暴露部分的第一半导体层。第一金属层于第一区之上，且透过该多个介层孔而与第一半导体层电性接触。第二金属层于第二区之上，与第二半导体层电性接触且与第一金属层电性绝缘。图案化钝化层用以使第一金属层分别与第二半导体层与发光层电性隔离。

Description

发光二极管及其形成方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(light emitting diode)及其制造方法，特别是涉及一种可提高光输出强度的发光二极管及其制造方法。 

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode；LED)因具有生产成本低、结构简单、低耗电、体积小以及安装容易的优势，已逐渐地取代一般光源，而被广泛地应用在各个领域。 

图1为一种已知焊线式(wire bond)封装的发光二极管100的剖面示意图。发光二极管100包含基板110、N型半导体层120、发光层130、P型半导体层125、以及电极140及145，其中电极140及145分别接触N型半导体层120及P型半导体层125。发光二极管100位于封装基底160上，其中两条导线分别从发光二极管100的电极140及145连接到封装基底160上的导电区150及155。 

参考图1，发光二极管100包含发光区A(即包含发光层130的区域)及非发光区B(即不包含发光层130的区域)。然而，在发光区A中，电极145将遮住部分发光层130所产生的光，而造成发光二极管100的光输出强度降低。 

图2为一种已知倒装芯片式(flip chip)封装的发光二极管200的剖面示意图。发光二极管200包含透明基板210、N型半导体层220、发光层230、P型半导体层225、以及电极240及245，其中电极240及245分别接触N型半导体层220及P型半导体层225。发光二极管200利用焊料(solder)270直接与封装基底260上的导电区250及255连接，而不需要管芯粘结(DieBonding)与金属拉线(Wire Bonding)等过程。 

参考图2，在发光区A中，由于倒装芯片式发光二极管200的发光在向上输出时，不会受到电极245的遮挡，因此相较于图1的焊线式发光二极管100，倒装芯片式发光二极管200具有优选的发光特性。然而，倒装芯片式发光二极管200仍存在非发光区B，一般而言，非发光区B约占整个管芯大小的百分之二十到百分之三十，因此仍将限制发光二极管光输出强度的提升。 

因此，有必要提供一种可更进一步改善发光二极管的发光亮度的结构与方法。 

发明内容

鉴于先前技术所存在的问题，本发明提供了一种可提高光输出强度的发光二极管及其制造方法。 

本发明的一方面在于提供一种发光二极管，其包含基板、第一半导体层、发光层、第二半导体层、多个介层孔、第一金属层、第二金属层及图案化钝化层，其中基板包含第一区及第二区。第一半导体层于基板上、发光层于第一半导体层上、且第二半导体层于发光层上。多个介层孔于第一区之上，且贯穿第二半导体层及发光层而暴露部分的第一半导体层。第一金属层于第一区之上，且透过多个介层孔而与第一半导体层电性接触。第二金属层于第二区之上，其与第二半导体层电性接触且与第一金属层电性绝缘。图案化钝化层夹设于第二半导体层与第一金属层之间，用以使第一金属层分别与第二半导体层及发光层电性隔离。 

本发明的另一方面在于提供一种发光二极管，其包含基板、第一半导体层、发光层、第二半导体层、多个介层孔、图案化钝化层、第一金属层及第二金属层，其中基板包含第一区及第二区。第一半导体层于基板上、发光层于第一半导体层上、且第二半导体层于发光层上。多个介层孔于第一区之上，且贯穿第二半导体层及发光层而暴露部分的第一半导体层。图案化钝化层于第二半导体层之上，其于第一区之上覆盖所有的第二半导体层与发光层，且于第二区之上覆盖部分的第二半导体层。第一金属层于第一区之上，且透过多个介层孔而与第一半导体层电性接触。第二金属层于第二区之上，与第二半导体层电性接触且与第一金属层电性绝缘。 

本发明的另一方面在于提供一种形成发光二极管的方法，其包含以下步骤：提供基板，其包含第一区及第二区；形成第一半导体层于基板上；形成发光层于第一半导体层上；形成第二半导体层于发光层上；形成多个介层孔于第一区之上，多个介层孔贯穿第二半导体层及发光层而暴露部分的第一半 导体层；形成图案化钝化层于第二半导体层之上，其中图案化钝化层于第一区之上覆盖所有的第二半导体层与发光层，且于第二区之上覆盖部分的第二半导体层；形成第一金属层于第一区之上，使第一金属层透过多个介层孔而与第一半导体层电性接触；以及形成第二金属层于第二区之上，使第二金属层与第二半导体层电性接触且与第一金属层电性绝缘。 

本发明的其他方面，部分将在后续说明中陈述，而部分可由说明中轻易得知，或可由本发明的实施而得知。本发明的各方面将可利用权利要求中所特别指出的元件及组合而理解并达成。需了解，先述的一般说明及下列详细说明均仅作举例之用，并非用以限制本发明。 

附图说明

图1为一种已知焊线式封装的发光二极管的剖面示意图； 

图2为一种已知倒装芯片式封装的发光二极管的剖面示意图； 

图3A至图3E揭示根据本发明方法以制造发光二极管的流程剖面图；以及 

图4A及4B为根据本发明实施例所绘示的在不同工艺阶段的发光二极管的立体示意图。 

附图标记说明 

100        发光二极管 

110        基板 

120        N型半导体层 

125        P型半导体层 

130        发光层 

140、145   电极 

150、155   导电区 

160        封装基底 

200        发光二极管 

210        基板 

220        N型半导体层 

225        P型半导体层 

230        发光层 

240、245       电极 

250、255       导电区 

260            封装基底 

270            焊料 

310            基板 

320            第一半导体层 

325            第二半导体层 

330            发光层 

335            介层孔 

340、342       外导电凸块 

344、346       表面金属层 

350、352       导电区域 

360            基座 

380            图案化钝化层 

385            保护层 

390、392       延伸接点 

394、396       内导电凸块 

410            基板 

420            N型半导体层 

425            P型半导体层 

440、442       外导电凸块 

480            钝化层 

485            保护层 

490            延伸接点 

492            延伸接点 

494、496       内导电凸块 

具体实施方式

本发明披露一种发光二极管及其形成方法，用以提高发光二极管的发光效率。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3A至图4B的附图。然而以下实施例中所述的装置、元件及方法步骤，仅用以 说明本发明，并非用以限制本发明的范围。应注意，为清楚呈现本发明，所附图中的各元件并非按照实物的比例绘制，而且为避免模糊本发明的内容，以下说明亦省略已知的零部件、相关材料、及其相关处理技术。 

于本发明的方法中建立在基底上的各层物质，可以经由本领域的一般技术人员所熟知的方法来执行，例如沉积法(deposition)，化学气相沉积法(chemical vapor deposition)或原子层沉积法(atomic layer deposition(ALD))。 

图3A至图3E揭示根据本发明方法以制造发光二极管的流程剖面图。参考图3A，在本发明的一实施例中，提供基板310，其包含第一区I及第二区II。接着在基板310上形成第一半导体层320、发光层330、及第二半导体层325，其中半导体层320与325为不同掺杂型。在一实施例中，第一半导体层320为N型半导体层，第二半导体层325为P型半导体层。 

一般来说，基板310例如可为玻璃基板、蓝宝石基板、SiC基板、磷化镓(GaP)基板、磷化砷镓(GaAsP)基板、硒化锌(ZnSe)基板、硫化锌(ZnS)基板、或硫硒化锌(ZnSSe)基板。发光层330可为磷化铝镓铟(AlGaInP)、氮化铟镓(InGaN)或砷化铝镓(AlGaAs)的其中之一，而其结构可以是采用传统的同质结构(Homostructure)、单异质结构(Single Heterostructure)、双异质结构(DoubleHeterostructure(DH))、或是多重量子阱(Multiple Quantum Well(MQW))。 

接着，如图3B所示，利用光刻蚀刻技术将部分的第二半导体层325及发光层330除去，以在第一区I上方形成多个暴露出第一半导体层320的介层孔335。蚀刻第二半导体层325及发光层330的方法例如可为反应性离子蚀刻(RIE)等干式蚀刻法，然不在此限。一般来说，介层孔335的直径为约3μm至约10μm。 

然后，参考图3C，在基板310上形成图案化钝化层380，其在第一区I上覆盖全部的第二半导体层325及发光层330，并在第二区II上覆盖部分的第二半导体层325。需注意的是，在第一区I上，多个介层孔335仍暴露出第一半导体层320。图案化钝化层380的材料包含氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(SiN_x)、旋涂玻璃、硅树脂、BCB树脂、环氧树脂、聚亚酰胺、或上述的组合。图案化钝化层380的形成方法包含使用传统的光刻、蚀刻等工艺。举例来说，先以已知的半导体沉积方法，全面性地沉积钝化层，接着涂布光致抗蚀剂层于此钝化层上，再利用曝光显影等图案转移技术图案化光致抗蚀剂层而定义出所欲暴露的第一及第二半导体层320、325的位置， 再以此图案化光致抗蚀剂层为掩模，蚀刻钝化层而得到图3C所示结构。 

接着，参考图3D，在第一区I及第二区II上分别形成延伸接点390及392，其分别接触第一半导体层320及第二半导体层325，用以延伸扩大对外的接触面积。接着，分别形成内导电凸块394及396于延伸接点390及392上，延伸接点390、392的材料可为任何导电性良好的金属。接着，形成保护层385于基板310之上，以覆盖图案化钝化层380、延伸接点390、392及内导电凸块394、396，其中保护层385的材料可为环氧树脂、聚亚酰胺、苯并环丁烷、液晶高分子、或任何其他合适的介电材料。需注意的是，内导电凸块394及396的上表面仍暴露在外。举例来说，可先以已知的半导体沉积方法沉积保护层385以全面覆盖基板310上所有元件，接着再以例如化学机械抛光(CMP)等平坦化工艺，蚀刻保护层385的表面至暴露出内导电凸块394及396的上表面。 

继续参考图3D，外导电凸块340及342分别形成于内导电凸块394及396上方。外导电凸块340及342用以电性连接至封装基底上。内导电凸块394及396及外导电凸块340及342可为金属颗粒与高分子化合物的复合材料所组成。外导电凸块340及342可再分别覆盖表面金属层344及346，表面金属层344及346的材料可为镍、金、或其组合，或任何其他可用以帮助与其他装置电性接合的材料。 

接着，参考图3E，将图3D中的结构反转，再通过接合物(如锡铅凸块(solder bump))将外导电凸块340及342分别与基座360上的导电区域350及352接合，即得到图3E中的倒装芯片型发光二极管结构。外导电凸块340及342与基座360的接合方式为已知的倒装芯片接合方式，故不赘述。 

图4A及4B为根据本发明一实施例所绘示的在不同工艺阶段的发光二极管的立体示意图。参考图4A，在基板410上依序形成N型半导体层420、发光层(图未示)、P型半导体层425、及钝化层480，其中部分的N型半导体层420及部份的P型半导体层425暴露于基板410上的不同区域，如图3C-3E所示。接着，形成分别接触N型半导体层420及P型半导体层425的延伸接点490及492，以及分别接触延伸接点490及492的内导电凸块494及496。 

接着，参考图4B，形成保护层485于基板410之上，其覆盖钝化层480及延伸接点490及492，并环绕内导电凸块494及496。然后，分别形成外导电凸块440及442于内导电凸块494及496上方，其可分别电性连接至N 型半导体层420及P型半导体层425。最后，可将图4B中的结构反转，再以已知倒装芯片接合方式形成倒装芯片型发光二极管结构，如前所述。 

相较于已知的发光二极管结构(如图2所示结构)，本发明所提供的倒装芯片式发光二极管结构通过形成多个微小的介层孔至N型半导体层，而能够在保留了绝大部分发光层的情况下达成与N型半导体层的电性接触。因此，本发明的发光二极管结构并不具有非发光区，因而可大幅提升发光二极管的光输出强度。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等同改变或修饰，均应包含在权利要求内。 

Claims (17)

1.一种发光二极管，包含：

基板，包含第一区及第二区；

于该基板上的第一半导体层；

于该第一半导体层上的发光层；

于该发光层上的第二半导体层；

于该第一区之上的多个介层孔，该多个介层孔贯穿该第二半导体层及该发光层而暴露部分的该第一半导体层；

于该第一区之上的第一金属层，透过该多个介层孔而与该第一半导体层电性接触；以及

于该第二区之上的第二金属层，与该第二半导体层电性接触且与该第一金属层电性绝缘；以及

图案化钝化层，夹设于该第二半导体层与该第一金属层之间，用以使该第一金属层分别与该第二半导体层及该发光层电性隔离。

2.如权利要求1所述的发光二极管，其中该图案化钝化层于该第一区中完全覆盖该第二半导体层同时暴露部分的该第一半导体层，以及该图案化钝化层于该第二区中覆盖部分的该第二半导体层同时暴露部分的该第二半导体层。

3.如权利要求1所述的发光二极管，其中该图案化钝化层的材料包含氧化铝、二氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃、硅树脂、BCB树脂、环氧树脂、聚亚酰胺、或上述的组合。

4.如权利要求1所述的发光二极管，其中该多个介层孔每一个具有3μm至10μm的直径。

5.如权利要求1所述的发光二极管，其中该基板为透明基板，且其材料包含蓝宝石、玻璃、磷化镓、碳化硅、磷化砷镓、硒化锌、硫化锌、或硫硒化锌。

6.如权利要求1所述的发光二极管，其中该第一半导体层为N型掺杂半导体层，且该第二半导体层为P型掺杂半导体层。

7.一种发光二极管，包含：

基板，包含第一区及第二区；

于该基板上的第一半导体层；

于该第一半导体层上的发光层；

于该发光层上的第二半导体层；

于该第一区之上的多个介层孔，该多个介层孔贯穿该第二半导体层及该发光层而暴露部分的该第一半导体层；

于该第二半导体层之上的图案化钝化层，该图案化钝化层于该第一区之上覆盖所有的该第二半导体层与该发光层，且于该第二区之上覆盖部分的该第二半导体层；

于该第一区之上的第一金属层，透过该多个介层孔而与该第一半导体层电性接触；以及

于该第二区之上的第二金属层，与该第二半导体层电性接触且与该第一金属层电性绝缘。

8.如权利要求7所述的发光二极管，其中该图案化钝化层的材料包含氧化铝、二氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃、硅树脂、BCB树脂、环氧树脂、聚亚酰胺、或上述的组合。

9.如权利要求7所述的发光二极管，其中该多个介层孔每一个具有3μm至10μm的直径。

10.如权利要求7所述的发光二极管，其中该基板为透明基板，且其材料包含蓝宝石、玻璃、磷化镓、碳化硅、磷化砷镓、硒化锌、硫化锌、或硫硒化锌。

11.如权利要求7所述的发光二极管，其中该第一半导体层为N型掺杂半导体层，且该第二半导体层为P型掺杂半导体层。

12.一种形成发光二极管的方法，包含以下步骤：

提供基板，其包含第一区及第二区；

形成第一半导体层于该基板上；

形成发光层于该第一半导体层上；

形成第二半导体层于该发光层上；

形成多个介层孔于该第一区之上，该多个介层孔贯穿该第二半导体层及该发光层而暴露部分的该第一半导体层；

形成图案化钝化层于该第二半导体层之上，其中该图案化钝化层于该第一区之上覆盖所有的该第二半导体层与该发光层，且于该第二区之上覆盖部分的该第二半导体层；

形成第一金属层于该第一区之上，使该第一金属层透过该多个介层孔而与该第一半导体层电性接触；以及

形成第二金属层于该第二区之上，使该第二金属层与该第二半导体层电性接触且与该第一金属层电性绝缘。

13.如权利要求12所述的形成发光二极管的方法，其中形成该图案化钝化层的步骤包含：

全面性沉积钝化层于该第二半导体层之上，且覆盖该多个介层孔的侧壁；

形成图案化光致抗蚀剂层于该钝化层之上，该图案化光致抗蚀剂层定义多个开口；以及

以该图案化光致抗蚀剂层为掩模，蚀刻该钝化层，以于该第一区之上暴露部分的该第一半导体层，且于该第二区之上暴露部分的该第二半导体层。

14.如权利要求12所述的形成发光二极管的方法，其中该图案化钝化层使用以下材料而形成：氧化铝、二氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃、硅树脂、BCB树脂、环氧树脂、聚亚酰胺、或上述的组合。

15.如权利要求12所述的形成发光二极管的方法，其中形成多个介层孔的步骤包含：形成直径为3μm至10μm的多个介层孔。

16.如权利要求12所述的形成发光二极管的方法，其中该基板使用以下材料而形成：蓝宝石、玻璃、磷化镓、碳化硅、磷化砷镓、硒化锌、硫化锌、或硫硒化。

17.如权利要求12所述的形成发光二极管的方法，其中形成该第一半导体层的该步骤为形成N型掺杂半导体层，且形成该第二半导体层的该步骤为形成P型掺杂半导体层。

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