CN102142397A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种发光元件制造方法，其步骤至少包括：提供一基板，包括第一表面与第二表面，其中第一表面与第二表面相对；形成至少一发光叠层的基板的第一表面上；形成一金属层在基板的第二表面上；提供一第一激光在金属层开出多条走道区并裸露出部分第二表面；以及提供一第二激光照射在金属层走道区裸露出的部分第二表面以在基板内形成多个聚光区。

Description

发光二极管及其制造方法

技术领域

一种发光元件，特别是一种关于进行两次基板切割的发光元件及其制造方法。

背景技术

发光二极管(light-emitting diode，LED)的发光原理是利用电子在n型半导体与p型半导体间移动的能量差，以光的形式将能量释放，这样的发光原理有别于白炽灯发热的发光原理，因此发光二极管被称为冷光源。此外，发光二极管具有高耐久性、寿命长、轻巧、耗电量低等优点，因此现今的照明市场对于发光二极管寄予厚望，将其视为新一代的照明工具，已逐渐取代传统光源，并且应用于各种领域，如交通信号、背光模块、路灯照明、医疗设备等。

图1为传统的发光元件结构示意图，如图1所示，传统的发光元件100，包括有一透明基板10、一位于透明基板10上的半导体叠层12，以及至少一电极14位于上述半导体叠层12上，其中上述的半导体叠层12由上而下至少包括一第一导电型半导体层120、一活性层122，以及一第二导电型半导体层124。

此外，上述的发光元件100更可以进一步地与其他元件组合连接以形成一发光装置(light-emitting apparatus)。图2为传统的发光装置结构示意图，如图2所示，一发光装置200包括一具有至少一电路202的次载体(sub-mount)20；至少一焊料(solder)22位于上述次载体20上，借由此焊料22将上述发光元件100粘结固定在次载体20上并使发光元件100的基板10与次载体20上的电路202形成电连接；以及，一电性连接结构24，以电性连接发光元件100的电极14与次载体20上的电路202；其中，上述的次载体20可以是导线架(lead frame)或大尺寸镶嵌基底(mounting substrate)，以方便发光装置200的电路规划并提高其散热效果。

然而，如图1所示，在传统的发光元件100中，由于透明基板10的表面为一平整表面，且透明基板10的折射率与外部环境的折射率不同，因此活性层122所发出的光线A由基板进入外部环境时，容易形成全反射(TotalInternal Reflection，TIR)，降低发光元件100的光输出效率。

此外，在氮化物发光元件的结构中，蓝宝石(sapphire)及碳化硅(SiC)为其基板的主要材料。在氮化物发光元件的制程中，包括以晶圆作为基板并在其上形成发光叠层，再将晶圆切割成晶片的制程。传统的切割方法是利用一钻石刀作为切割工具；另一种晶圆切割成晶片的方法是利用激光光束的高能量密度，将基板中原子与原子的键结裂解，来达到切割并分离晶圆的目的。然而在激光切割的制程中，因激光光束的高能量密度所产生的局部高温，使基板晶体键结裂解后在切割道上堆积许多副产物，此副产物会吸收发光元件所发出的光线，进而降低晶片的出光效率。因此于激光切割后如何有效去除副产物，以提升晶片的出光效率，为改善发光元件性能的一重要课题。

另外，若是基板在形成发光叠层的另一侧具有金属层，更使激光无法从金属层这一侧被基板吸收，而增加激光切割基板的困难度。

发明内容

一种发光元件制造方法，其步骤至少包括：提供一基板，包括第一表面与第二表面，其中第一表面与第二表面相对；形成至少一发光叠层在基板的第一表面上；形成一金属层在基板的第二表面上；提供一第一激光在金属层开出多条走道区并裸露出部分第二表面；以及提供一第二激光照射在金属层走道区裸露出的部分第二表面以在基板内形成多个聚光区。

附图说明

图1为传统的发光元件结构示意图。

图2为传统的发光装置结构示意图。

图3A至图3K为本发明制造流程结构示意图。

图4为激光系统结构与制程示意图

图5A-图5C为激光系统结构与制程示意图

主要元件符号说明

100    发光元件              10     透明基板

12     半导体叠层            14     电极

120    第一导电型半导体层    122    活性层

124    第二导电型半导体层    200    发光装置

20     次载体                202    电路

22     焊料                  24     电性连接结构

30     基板                  302    第二表面

304    第一表面              32     发光叠层

310    第一导电型半导体层    312    活性层

314    第二导电型半导体层    36     走道区

37     聚光区                60     第一激光

70     第二激光              300    发光元件

38     透明导电氧化层        40     电极

90     凹沟                  400    激光系统

401    第一平台              500    激光系统

501    第一平台              502    第二平台

503    第三平台              80     清洗剂

具体实施方式

本发明公开一种发光元件，特别是一种关于进行两次基板切割的发光元件及其制造方法。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，请参照下列描述并配合图3A至图3K的附图，图中各层的比例仅为示意，并非依照实际尺寸放大。

图3A至图3K为本发明制造流程结构示意图，如图3A所示，提供一基板30，其中基板30包括一第一表面304与一第二表面302，其中第一表面304系与第二表面302相对；接着，如图3B所示，形成多个半导体外延层31在此基板30的第一表面304上，其中半导体外延层31由下而上至少包括一第一导电型半导体层310、一活性层312，以及一第二导电型半导体层314。

随后，如图3C所示，利用光刻技术蚀刻上述半导体外延层31，以裸露部分基板30并且使半导体外延层31形成多个台状结构的发光叠层32，其中每一发光叠层32均裸露部分的第一导电型半导体层310。

上述的基板30的材质可以是蓝宝石(Sapphire)、氧化锌(ZnO)等透明基板，在本实施例中则是采用蓝宝石基板；而发光叠层32由下而上包括第一导电型半导体层310、活性层312以及第二导电型半导体层314，其材料包括一种或一种以上的物质选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成的群组，诸如氮化镓(GaN)系列材料或磷化铝镓铟(AlGaInP)系列材料等。

之后，再如同图3D所示，在发光叠层32上形成一蚀刻保护层34，在其他实施例中，此蚀刻保护层34亦可以同时覆盖在发光叠层32与基板30上，其中上述的蚀刻保护层34的材质可以是二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiNx)等材料。

之后，研磨基板30的第二表面302至厚度少于200μm，并在基板30的第二表面302上形成一金属层50。

随后，如图3E-图3F所示，提供一第一激光60，以能量小于1.5W，速度大于40mm/sec的激光光束照射金属层50，在金属层50之上形成多条走道区36，其在近基板30侧的宽度W1约为30-50μm，并使部分基板30的第二表面302裸露出来。图3G为图3F的上视结构示意图，如图3G所示，在本发明实施例中，以第一激光光束形成的多条走道区36是围绕在多个发光叠层32的周围。在一实施例中，此激光光束可为一Nd-YAG UV laser。

在一实施例中，接着，可以酸液、水或气体清洗走道区36之上的激光副产物。在一实施例中，可以蚀刻液在摄氏100至300度的温度条件下蚀刻上述走道区36约10至50分钟以清除激光造成的副产物，在本实施例中，优选的操作条件是在摄氏150至250度的温度条件下，以硫酸(H2SiO4)与磷酸(H3PO4)的浓度比为三比一的蚀刻液蚀刻约20至40分钟；在其他实施例中，蚀刻液亦可选用磷酸溶液；在其他实施例中，也可使用氮气或水清洗。

之后，如图3H所示，提供一第二激光70，以激光能量0.05～0.35W，速度100～600mm/sec且焦距为距离基板30-60μm的激光光束照射基板30的第二表面302，使第二激光70聚焦在基板30内部，而在基板内部形成多个聚光区37，因此基板30表面不会遭到损坏，可减少吸光效应。此聚光区的长度L2可约为10-100μm，宽度W2可为小于5μm，聚光区的形状可为圆点状、长方体或其他图形。在一实施例中，此激光光束可为一红外线或绿光激光，例如可为Nd-YAG频率飞秒(femto-second)或皮秒(pico-second laser)、Nd-YVO4激光、Nd-YLF激光或钛蓝宝石激光(titanium laser)。

最后，再如图3I所示，劈裂基板30的第一表面304，以形成多个发光元件300。不仅如此，更可以如图3J所示，在劈裂前，形成至少一透明导电氧化(Transparent Conductive Oxide，TCO)层38在发光叠层32上以及至少一电极40在透明导电氧化层38上后，再劈裂基板30的第一表面304，以形成多个发光元件300。在一实施例中，如图3K所示，也可先在基板30的第一表面304形成一凹沟90后，再劈裂以形成多个发光元件300。

透明导电氧化层38的材质选自包括一种或一种以上的材料选自氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化锑锌(AZO)与氧化锌(ZnO)所构成的群组。

在本发明一实施例中，上述第一激光60与第二激光70可整合在同一激光系统400，500之中，且第一激光60与第二激光70可为不同的激光光源。请参照下列描述并配合图4至图5C。

图4为激光系统结构与制程示意图，如图4所示，在制作上述图3E的制程时，将基板的第一表面304向下摆放在第一平台401之上，而使金属层50露出。之后根据上述制程，先以第一激光60照射金属层50，在金属层50之上形成多条走道区36，并使基板30的部分第二表面302裸露出来之后，再以第二激光70照射基板30裸露出的第二表面302，而在基板30内部形成多个聚光区37。在一实施例中，也可在照射第二激光70之前，先在第一平台401上清洗走道区36上的激光副产物。在另一实施例中，也可在第一平台401上以酸液、水或气体清洗走道区36上的激光副产物的同时进行第二激光70的照射。

在另一实施例中，图5A-图5C为激光系统结构与制程示意图，如图5A所示，在制作上述图3E的制程时，将基板的第一表面304向下摆放在第一平台501之上，而使金属层50露出。之后依上述制程，先以第一激光60照射金属层50，在金属层50之上形成多条走道区36，并使基板30的部分第二表面302裸露出来之后，将基板传送至第二平台502再以第二激光70照射基板30的裸露第二表面302，而在基板30内部形成多个聚光区37。如图5C所示，在一实施例中，也可在照射第一激光60之后，先将基板30传送至第三平台503上以清洗剂80，如酸液、水或气体清洗走道区36上的激光副产物。之后，再将基板30传送至第二平台502上进行第二激光70的照射。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使发明技术所属领域中具有通常知识者能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以其限定本发明的范围，即大凡依本发明所公开的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明内。

Claims (15)

1.一种发光元件制造方法，其步骤至少包括：

提供一基板，包括第一表面与第二表面，其中该第一表面与该第二表面相对；

形成至少一发光叠层在该基板的该第一表面上；

形成一金属层在该基板在该第二表面上；

提供一第一激光在该金属层以开出多条走道区并裸露出部分该第二表面；以及

提供一第二激光照射在该金属层走道区裸露出部分该基板在该第二表面以在该基板内形成多个聚光区。

2.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，还包括在该基板的第一表面沿着该些聚光区劈裂该基板以形成多个发光元件。

3.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该第一激光可为一Nd-YAG UV激光，且能量可小于1.5W，速度可大于40mm/sec。

4.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该第二激光可为一红外线激光，且能量可为0.05～0.35W，速度可为100～600mm/sec，焦距可为距离基板30-60μm。

5.根据权利要求4所述的发光元件制造方法，其中该红外线激光可为一Nd-YAG频率飞秒或皮秒激光、Nd-YVO4激光、Nd-YLF激光或钛蓝宝石激光(titanium laser)。

6.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，其中形成该发光叠层的步骤，至少包括：

形成一第一导电型半导体层在该基板之上；

形成一活性层在该第一导电型半导体层上；

形成一第二导电型半导体层在该活性层上；

利用光刻技术蚀刻该第一导电型半导体层、该活性层以及该第二导电型半导体层，以形成至少一台状结构的发光叠层。

7.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该些走道区的宽度可约为30-50μm。

8.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该些聚光区的形状可为圆点状、长方体或其他图形，且宽度可为小于5μm，长度可为10-100μm。

9.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该第一激光与该第二激光可整合为一激光系统，且该第一激光与该第二激光可为不同激光。

10.一种发光元件，至少包括：

一基板，包括一第一表面与一第二表面，其中该第一表面与该第二表面之间具有多个聚光区；

至少一发光叠层形成在该基板的第一表面之上；以及

一金属层形成在该基板的第二表面之上，其中该金属层具有多条走道区且裸露出部分该第二表面。

11.根据权利要求10所述的发光元件，其中该些聚光区的形状可为圆点状、长方体或其他图形，且长度可约为小于5μm，宽度可约为10-100μm。

12.根据权利要求10所述的发光元件，其中该发光叠层至少包括：

一第一导电型半导体层，位于该基板之上；

一活性层，位于部分该第一导电型半导体层上；以及

一第二导电型半导体层，位于该活性层上，且该发光叠层的材料包括一种或一种以上的物质选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成的群组。

13.一种可承载权利要求10的发光元件的激光系统，至少包括：

一第一激光，其中该第一激光可用来切割该金属层；

一第二激光，其中该第二激光可用来切割该基板；以及

一第一平台以承载待切割的该发光元件。

14.根据权利要求13所述的激光系统，还包括一第二平台，其中该第一激光可在该第一平台上进行操作且该第二激光可在该第二平台上进行操作。

15.根据权利要求13所述的激光系统，还包括一第三平台，且该第一平台或该第三平台上可进行一以酸蚀刻或以水或气体清洗激光副产物的步骤。

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