CN102324454B - 发光元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光元件及其制造方法，尤其涉及一种使用化学镀膜法于发光元件形成焊垫的方法。此发光元件包含基板、半导体叠层，位于基板之上，其中半导体叠层包含p型半导体层、n型半导体层、及位于p型半导体层与n型半导体层间的发光层、以及焊垫，位于p型半导体层与n型半导体层中至少其中之一的上方，此焊垫包含以物理镀膜法形成的晶种层与以化学镀膜法形成的化镀层，且晶种层的结晶颗粒大于化镀层的结晶颗粒。

Description

发光元件及其制造方法

本申请文件是2008年9月19日提交的第200810165663.3号发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及一种发光元件的结构与制造方法，特别是涉及一种使用化学镀膜法于发光元件形成焊垫的方法。 

背景技术

一般制造发光二极管(light emitting diode；LED)管芯的方法是于生长基板上形成多个外延层以及位于外延层上方的焊垫。外延层中至少包含n型半导体层、p型半导体层、以及位于n型半导体层与p型半导体层间的发光层(light-emitting layer)。 

焊垫(bonding pad)通常通过引线(wire bonding)或倒装焊(flip chip)方式使n型半导体层与p型半导体层与外部线路电连接，因此在其材料选择上，主要以具适当厚度的金属以能承受引线时所造成的冲击为原则。 

焊垫一般是以物理镀膜方式形成，如电子束蒸镀、热蒸镀或离子溅镀。但物理镀膜方向是全向性(omni-directional)，因此无须形成焊垫的部分也会被焊垫材料所覆盖，而这些材料必须被移除，造成制造成本的浪费。特别若是以金等贵金属做为焊垫材料，将使制造成本大幅上升。 

此外，许多发光二极管采用表面粗化技术以提升出光效率，而通常以物理镀膜方式所形成的焊垫，其表面都会受发光二极管表面粗化的影响，而也有粗糙的现象。此粗糙表面在发光二极管封装工艺中，易造成引线机械设备辨识不良等问题。 

发明内容

本发明涉及一种发光元件的结构与制造方法，尤其涉及一种使用化学镀膜法于发光元件形成焊垫的方法。此发光元件包含基板；半导体叠层，位于 基板之上，其中半导体叠层包含p型半导体层、n型半导体层、及位于p型半导体层与n型半导体层间的发光层；以及焊垫，位于p型半导体层与n型半导体层中至少其中之一的上方，其中焊垫包含以物理镀膜法形成的晶种层与以化学镀膜法形成的化镀层，且晶种层厚度小于化镀层的厚度。 

其中晶种层材料可与化镀层材料元素相同，但具有不同的结晶形态，且晶种层的结晶颗粒(grain)可大于化镀层的结晶颗粒。 

其中晶种层或化镀层的结构可为多层结构，此晶种层或化镀层的多层结构中至少有一层与另一结构的一层材料元素相同，但具有不同的结晶形态，例如，与化镀层材料相同的晶种层其结晶颗粒大于此化镀层的结晶颗粒。 

其中半导体叠层、晶种层与化镀层的上表面可为粗化结构，且晶种层上表面的粗糙度，可小于外延结构上表面的粗糙度，且化镀层的上表面粗糙度，也可小于晶种层上表面的粗糙度。 

附图说明

图1为说明本发明的发光二极管发光装置的制造流程图； 

图2为显示依照本发明实施例的发光二极管发光装置的结构剖面图； 

图3为显示依照本发明实施例的发光二极管发光装置的结构剖面图； 

图4为显示依照本发明实施例的发光二极管发光装置的结构剖面图；以及 

图5为显示依照本发明实施例的发光二极管发光装置的结构剖面图。 

附图标记说明 

1～基板            2～n型半导体层 

3～发光层          4～p型半导体层 

5～透明导电层 

206、208、306、308、406、408、506、508～晶种层 

207、209、307、309、407、409、507、509～化镀层 

具体实施方式

以下配合附图说明本发明的实施例。 

本发明是关于一种形成发光二极管焊垫的制造方法，尤其是通过化学镀膜法以形成发光二极管的焊垫(bond pad)的制造方法。以下参考图1，说 明使用化学镀膜法形成焊垫的流程。首先，在步骤101中，形成发光二极管外延结构，此发光二极管外延结构至少包含基板、n形半导体层、p形半导体层以及位于n形半导体层与p形半导体层间的发光层。 

接着，在步骤102中，在发光二极管外延结构上形成作为晶种层(seed layer)的金属层或导体层，以覆盖至少部分的外延结构表面。 

在步骤103中，在发光二极管外延结构未被晶种层覆盖的其他表面上覆盖一层保护层或绝缘层。 

在步骤104中，通过光刻法于保护层或绝缘层上形成化镀层图案。光刻法已为本领域技术人员所熟知，故不再赘述。 

在步骤105中，将上述结构中至少晶种层的部分或欲形成化镀层的部分，进行化学镀膜程序，使金属离子还原为金属并沉积在晶种层上，以形成焊垫。 

在步骤106中，移除保护层或绝缘层。移除的方式可使用但不限于湿蚀刻及/或干蚀刻。 

以下实施例水平式发光二极管工艺为例，说明本发明的方法。所谓水平式发光二极管在此是指p极焊垫与n极焊垫分别位于基板的同一侧。发光二极管的组成包含但不限于II-VI族化合物、III-V族化合物、III族氮化物发光二极管、或其组合。以上述组成形成水平式发光二极管的技术已为本发明所属技术领域的技术人员所已知，在此不再详述。 

第一实施例 

参考图2，为水平式发光二极管外延结构的剖面图。此外延结构至少包含基板1、n型半导体层2、发光层3、及p型半导体层4。p型半导体层4上可以选择性地形成透明导电层5以作为电流分散层。于透明导电层上形成晶种层206，在n型半导体层上形成另一晶种层208。在两晶种层上分别形成化镀层207、209。 

在此，基板1的材料包含但不限于AlGaInP、AlGaAs、GaAs、SiC、Si、AlN、蓝宝石(sapphire)、CVD钻石、陶瓷、复合材料、玻璃、或任何可以适用于水平式发光二极管结构的材料。透明导电层5可以化学气相沉积、物理气相沉积、蒸镀或溅镀等任一方式形成。透明导电层的材料包含但不限于ITO、CTO、IZO、AZO、ZnO、或如Ni/Au等的透明导电金属层。晶种层206、208可以使用物理镀膜法形成，其中物理镀膜法可为热蒸镀法(Thermal  evaporation)、电子束蒸镀(E-beam evaporation)及离子溅镀法(Ion-sputtering)。晶种层的材料可为金属或导体层，包含但不限于金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、或任何可以作为化学镀膜法晶种层的材料，其厚度则约介于 其中晶种层206、208可为相同组成的结构。化镀层207、209可以使用化学镀膜法形成在晶种层之上，其中化学镀膜法可为电镀法或无电电镀法。化镀层的材料可为金属或导体层，包含但不限于金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)或其他金属，其厚度则约介于0.5μm～3μm。其中晶种层的厚度可选择只要足够提供其化镀层稳定形成即可。在优选的实施例中，晶种层的厚度小于化镀层的厚度，以减少制作晶种层时的材料消耗，达到降低成本的目的。晶种层材料可与化镀层材料具有相同的组成元素，但具有不同的结晶形态，在优选实施例中，晶种层的结晶颗粒可大于化镀层的结晶颗粒。 

第二实施例 

参考图3，为水平式发光二极管外延结构的剖面图。此外延结构至少包含基板1、n型半导体层2、发光层3、及p型半导体层4。p型半导体层4上可以选择性地形成透明导电层5以作为电流分散层。透明导电层上形成晶种层306，在n型半导体层上形成另一晶种层308。在两晶种层上分别形成化镀层307、309。 

在此，基板1的材料包含但不限于AlGaInP、AlGaAs、GaAs、SiC、Si、AlN、蓝宝石(sapphire)、CVD钻石、陶瓷、复合材料、玻璃、或任何可以适用于水平式发光二极管结构的材料。透明导电层5可以使用化学气相沉积、物理气相沉积、蒸镀或溅镀等任一方式形成。透明导电层的材料包含但不限于ITO、CTO、IZO、AZO、ZnO、或如Ni/Au等的透明导电金属层。晶种层306、308可以使用物理沉积法形成。晶种层306、308的材料可为金属或导体层，包含但不限于金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、或任何可以作为化学镀膜法晶种层的材料，其厚度则约介于 其中晶种层306、308可为相同组成的结构。化镀层307、309可以使用化学镀膜法，例如电镀法或无电电镀法，形成在晶种层之上。其中晶种层或化镀层的结构可为多层结构，此晶种层或化镀层的多层结构中至少有一层与另一结构的一层材料元素相同，但具有不同的结晶形态。例如，与化镀层材料相同的晶种层其结晶颗粒大于此化镀层的结晶颗粒。 

第三实施例 

参考图4，为水平型发光二极管外延结构的剖面图。此外延结构至少包含基板1、n型半导体层2、发光层3、及p型半导体层4。p型半导体层4上可以选择性地形成透明导电层5以作为电流分散层。于透明导电层上形成晶种层406，在n型半导体层上形成另一晶种层408。在两晶种层上分别形成化镀层407、409。 

在此，基板1的材料包含但不限于AlGaInP、AlGaAs、GaAs、SiC、Si、AlN、蓝宝石(sapphire)、CVD钻石、陶瓷、复合材料、玻璃、或任何可以适用于水平型发光二极管结构的材料。透明导电层5可以使用化学气相沉积、物理气相沉积、蒸镀或溅镀等任一方式形成。透明导电层的材料包含但不限于ITO、CTO、IZO、AZO、ZnO、或如Ni/Au等的透明导电金属层。晶种层406、408可以使用物理沉积法形成。晶种层的材料可为金属或导体层，包含但不限于金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、或任何可以作为化学镀膜法晶种层的材料，其厚度则约介于其中晶种层406、408可为相同组成的结构。化镀层407、409可以使用化学镀膜法形成在晶种层之上。其中化学镀膜法可为电镀法或无电电镀法。晶种层的结晶颗粒可大于化镀层的结晶颗粒。在优选实施例中，晶种层的厚度小于化镀层的厚度，晶种层的面积可与化镀层面积不同。其中，晶种层的面积可大于化镀层的面积。 

第四实施例 

参考图5，为水平型发光二极管外延结构的剖面图。此外延结构至少包含基板1、n型半导体层2、发光层3、及p型半导体层4。p型半导体层4上可以选择性地形成透明导电层5以作为电流分散层。于透明导电层上形成晶种层506，在n型半导体层上形成另一晶种层508。在两晶种层上分别形成化镀层507、509。在本实施例中，外延结构表层具有粗化结构，可为利用外延形成凸起的岛型粗化，多孔穴状或是凹孔的粗化(如内六角孔穴)，或是以化学蚀刻方式所形成的不规则粗化面。 

在此，基板1的材料包含但不限于AlGaInP、AlGaAs、GaAs、SiC、Si、AlN、蓝宝石(sapphire)、CVD钻石、陶瓷、复合材料、玻璃、或任何可以适用于水平型发光二极管结构的材料。透明导电层5可以使用化学气相沉积、 物理气相沉积、蒸镀或溅镀等任一方式形成。透明导电层的材料包含但不限于ITO、CTO、IZO、AZO、ZnO、或如Ni/Au等的透明导电金属层。晶种层506、508可以使用物理沉积法形成。晶种层的材料可为金属或导体层，包含但不限于金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、或任何可以作为化学镀膜法晶种层的材料，其厚度则约介于 其中晶种层506、508可为相同组成的结构。化镀层507、509可以使用化学镀膜法形成在晶种层之上。其中晶种层的厚度可小于化镀层的厚度，且晶种层的结晶颗粒可大于化镀层的结晶颗粒。 

除外延结构外，晶种层与化镀层的表层也可具有粗化结构，且晶种层上表面的粗糙度，可小于外延结构上表面的粗糙度；且化镀层的上表面粗糙度，又可小于晶种层上表面的粗糙度。 

上述各实施例中，焊垫虽然同时形成于p型半导体与n型半导体之上，但是，并不排除其他可能性，也可能只形成于其中一侧。另外，本实施例以水平式发光二极管外延结构为例，但本发明也可实施于垂直型发光二极管外延结构之上。 

本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更皆不脱离本发明的精神与范围。 

Claims (11)

1.一种发光元件的制造方法，包含：

提供基板；

形成半导体叠层于该基板上方，该半导体叠层包含p型半导体层、n型半导体层、及位于该p型半导体层与该n型半导体层间的发光层；

形成晶种层于该p型半导体层与该n型半导体层中至少其中之一的上方；以及

以化学镀膜法形成化镀层于该晶种层上方，该化镀层上表面的粗糙度小于该半导体叠层上表面的粗糙度。

2.如权利要求1所述的发光元件的制造方法：

其中形成该晶种层的方法包括物理镀膜法。

3.如权利要求2所述的发光元件的制造方法，其中该物理镀膜法包括热蒸镀法、电子束蒸镀及离子溅镀法；以及其中该化学镀膜法包括电镀法或无电电镀法。

4.如权利要求1所述的发光元件的制造方法，其中还包括粗化该半导体叠层、该晶种层或该化镀层其中至少一层的上表面，其中该粗化可利用外延或化学蚀刻方式执行。

5.一种发光元件，包含：

基板；

半导体叠层，位于该基板之上，其中该半导体叠层包含p型半导体层、n型半导体层、及位于该p型半导体层与该n型半导体层间的发光层；以及

焊垫，位于该p型半导体层与该n型半导体层中至少其中之一的上方，其中该焊垫包含晶种层与化镀层，且该化镀层上表面的粗糙度小于该半导体叠层上表面的粗糙度。

6.如权利要求5所述的发光元件，其中该晶种层的厚度为该化镀层的厚度为0.5μm～3μm。

7.如权利要求5所述的发光元件，其中该晶种层或该化镀层的材料为金、铜、镍或铝。

8.如权利要求5所述的发光元件，其中该晶种层或该化镀层为多层结构。

9.如权利要求5所述的发光元件，其中该晶种层的面积与该化镀层的面积不同。

10.如权利要求5所述的发光元件，其中该半导体叠层、该晶种层或该化镀层其中至少一层的上表面为粗化结构。

11.如权利要求5所述的发光元件，其中该晶种层的上表面粗糙度小于该半导体叠层上表面的粗糙度。