CN102916091A - 发光二极管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管的制造方法，包括提供一基板；于该基板的一上表面形成一外延层；形成至少一发光二极管高台；对该基板的该上表面进行一激光切割工艺或一干蚀刻工艺，以在所述至少一发光二极管高台周围形成沟槽；对所述至少一发光二极管高台进行一侧边蚀刻工艺；以及对该基板的一下表面进行一隐形激光切割工艺。本发明在基板的上表面实行激光切割工艺与侧边蚀刻工艺以在外延层侧边形成斜面，另在基板的下表面实行隐形激光切割工艺以切割基板。在基板上表面的激光画线深度会小于外延层的厚度以避免在基板侧边产生烧痕，而侧边蚀刻工艺所形成的斜面则可以增加发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的制造方法，且特别涉及一种可提高取光效率的发光二极管的制造方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)主要由P型与N型的半导体材料组成，它能产生在紫外线、可见光以及红外线区域内的自发辐射光。一般可见光的发光二极管大部分应用在电子仪器设备的指示器或是照明，而红外线的发光二极管则应用于光纤通讯方面。发光二极管初时多用作为指示灯、显示板等，但随着白光发光二极管的出现，也被用作照明。由于LED具有省电、寿命长、亮度高等诸多优点，近来在环保与节能省碳的趋势下，LED的应用愈来愈广泛，例如交通号志、路灯、手电筒与液晶显示的背光模块等。
传统的发光二极管晶粒切割技术是利用钻石画线技术，以物理方式切割晶圆基板，然后以劈裂机作切段，使晶圆分裂为发光二极管晶粒。较先进的切割工艺则是采用激光切割机(laser scriber)来进行晶圆切割，其主要分为一般激光切割(laser scribing)工艺与隐形激光切割(stealth dicing)工艺两种。激光切割工艺是直接在晶圆表面烧蚀画线，而在隐形激光切割工艺则是穿透晶圆表面，使晶圆内部形成应力层(stress layer)，让晶圆由内部劈裂。
传统的激光切割(laser scribing)会产生微尘以及激光烧痕，容易影响发光二极管的发光效率。隐形激光切换工艺虽较不会有微尘喷溅的问题，但价格较为昂贵，且无法在外延层侧边形成倒角以协助取光。
发明内容
本发明提供一种发光二极管的制造方法，其利用激光切割工艺与侧边蚀刻工艺在外延层侧边形成斜面以增加出发光效率(Light ExtractionEfficiency)，另，利用隐形激光切割工艺来切割基板，避免产生激光烧痕而影响发光效率。
本发明实施例提出一种发光二极管的制造方法，包括下列步骤：提供一基板；在基板上表面形成一外延层；形成多个发光二极管高台；对基板上表面进行一激光切割工艺或一干蚀刻工艺，以在发光二极管高台周围形成沟槽；对发光二极管高台进行一侧边蚀刻工艺；以及对基板下表面进行一隐形激光切割工艺。侧边蚀刻工艺可以在外延层侧边形成斜面以增加出光效率，而激光切割工艺则可以避免切割时在基板侧边产生激光烧痕而影响出光效率。
综合上述，本发明所提出的发光二极管的制造方法，利用激光切割工艺、侧边蚀刻工艺与隐形激光切割工艺来切割基板，以提高发光二极管的发光效率。激光切割工艺与侧边蚀刻工艺施加在基板正面，可以在外延层侧边形成倒角以增加出光，而切割基板时，采用背面切割的隐形激光切割工艺，可以避免产生激光烧痕，而提高出光效率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1A～图1G绘示本发明一实施例的工艺示意图。
图2绘示本发明一实施例的发光二极管的制造方法流程图。
其中，附图标记说明如下：
101、102：发光二极管高台
105：外延层
110：基板
120：缓冲层
130：N型半导体层
140：有源层
150：P型半导体层
160：沟槽
170：斜面
181：电流阻挡层
182：电流扩散层
183、184：导电电极
190：切割位置
α：夹角
S201～S260：步骤
具体实施方式
在下文中，将借由附图说明本发明的实施例来详细描述本发明，而附图中的相同参考数字可用以表示类似的元件。
本发明实施例为一种发光二极管的制造方法，可以应用在一般的发光二极管工艺中，以提高其出光效率。本实施例在形成发光二极管高台(mesa)后，会先对基板上表面(正面)使用激光切割工艺或干蚀刻工艺以在发光二极管高台周围形成浅深度的沟槽，然后利用侧边蚀刻(sidewall etching)工艺，在外延层侧边形成斜面，以提高取光效率(Light Extraction Efficiency)。然后，再经由基板背面施行隐形激光切割工艺以切割晶圆。借由上述方式所产生的发光二极管晶粒，其外延层具有侧边蚀刻所产生的斜面可以增加出光效率，而基板侧边则是利用隐形激光切割而避免烧结痕迹产生，同样可以增添出光效率。值得注意的是正面激光切割的深度会小于等于外延层的厚度，以避免激光划线时，在基板侧边产生烧结痕迹而影响出光。
请参照图1A～图1G，其绘示本发明一实施例的工艺示意图。基板110的上表面形成外延层105，外延层105包括缓冲层120、N型半导体层130、有源层140与P型半导体层150，如图2A所示。基板110的材质例如蓝宝石(sapphire)、GaP、GaAs、AlGaAs、碳化硅(SiC)。本实施例的基板110以蓝宝石基板为例说明，晶格方向例如为(0001)，但本发明不限制所使用的基板材质与晶格方向。基板110与N型半导体层130之间的缓冲层120可以是氮化镓铝(AlGaN)，但本实施例不限制于此。外延层105可以利用有机金属化学气相沉积法(metal organic chemical-vapor deposition，MOCVD)、液相外延法(Liquid Phase Epitaxy，LPE)或分子束外延法(MolecularBeam epitaxy，MBE)来形成，本实施例不限制外延方式。
N型半导体层130例如是硅(Si)参杂的氮化镓(GaN)，P型半导体层150例如是镁(Mg)参杂的氮化镓(GaN)，有源层140则可以是多重量子井(Multiquantum Well，MQW)结构，例如为氮化铟镓/氮化镓(In0.3Ga0.7N/GaN)量子井结构，但本实施例不限制于此。
接下来，在形成外延层105后，蚀刻外延层105以形成多个发光二极管高台(Mesa)101、102，如图1B所示。蚀刻的方式例如为干蚀刻(Dry etching)，但本实施例不受限于此。发光二极管高台101、102的周围会露出N型半导体层130，以便蒸镀金属电极。
然后，在发光二极管高台101、102周围形成沟槽(trench)160，以便切割晶圆为发光二极管晶粒，如图1C所示。沟槽160可以利用激光切割工艺(激光画线)或是干蚀刻(dry etching)工艺形成，本实施例并不限制所使用的工艺。值得注意的是，正面激光画线或干蚀刻的深度会小于等于外延层105的厚度以避免在基板110侧边产生激光烧痕，而影响出光效率。在本实施例中，沟槽160的深度会小于10um，并且不会超过缓冲层120。
接下来，对发光二极管高台101、102侧边进行侧边蚀刻工艺以产生斜面170，如图1D所示。斜面170与基板110之间所形成的小于90度的夹角α，例如为40(±5)度或60(±5)度，但本实施例不限制于此。侧边蚀刻工艺可以利用高温磷酸湿式化学蚀刻技术来实现，但本实施例不限制于此。侧边蚀刻可以去除激光画线所产生的粉尘，并且可以在外延层105(P型半导体层150与有源层140)的侧边形成斜面以增加出光效率。
值得注意的是，在进行侧边蚀刻工艺时，可以在外延层105上形成二氧化硅以作为蚀刻遮罩层，然后利用高温磷酸与硫酸混合液蚀刻外延层105，但本实施例不限制所使用的蚀刻溶液与方式。
然后，在发光二极管高台101、102上形成电流阻挡层(current blockinglayer)181、电流扩散层182与导电电极183、184，如图1E所示。电流阻挡层181例如为二氧化硅(SiO2)，其厚度例如为0.8～2.4k埃
但本实施例不限制于此。电流扩散层182的厚度为
(埃)，可利用具有低侧向电阻的材料形成，使电流容易向侧边扩散，其材质例如是氧化铟锡(ITO)、氧化锌铝(AZO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)以及镍/金(Ni/Au)等，但本实施例不限制于上述材质。电流扩散层182覆盖在电流阻挡层181之上，可以让电流分散至电流阻挡层181以外的区域，以增加出光效率。导电电极183可由蒸镀Cr/Pt/Au(铬/铂/金)或Ni/Au(钛/金)形成，导电电极184可由蒸镀Cr/Pt/Au(铬/铂/金)或Ti/Al/Pt/Au(钛/铂/金)形成，膜厚范围
但本实施例不限制于此。导电电极183、184可利用蒸镀方式形成的低电阻介面，可做为金属与半导体之间的双向沟通，形成欧姆接触(ohmic contact)。
接下来，对基板110下表面(底部)进行隐形激光切割工艺，其切割位置190与正面的激光切割工艺的画线位置相对应，如图1F所示。也就是说，切割位置190与沟槽160的位置相对应。换言之，本实施例在基板110正面使用激光切割工艺与侧边蚀刻工艺，以在发光二极管高台101、102侧边形成斜面170与夹角α以提高出光效率，另外在基板110背面利用隐形激光切割工艺来切割晶圆以避免在基板110侧边产生激光烧痕而影响出光效率。
值得注意的是，为避免正面的激光切割工艺在基板110侧边产生烧痕，所以正面的激光切割工艺的深度小于外延层105的厚度，且小于10um。另外，隐形激光切割工艺的深度例如为40um至60um，但本实施例并不限制于此。
在完成隐形激光切割工艺后，基版110可以经由劈裂(breaking)工艺形成多个发光二极管晶粒(LED cel1)，如图1G所示。上述切割晶圆的工艺中，更包括贴胶(mounting on tape)、延展(expand)与封装等工艺细节，本技术领域普通技术人员应可经由上述实施例推知其实现方式，在此不加赘述。
上述图1A～图1G中的发光二极管工艺仅为示意，其工艺细节所包括的曝光、微影、蚀刻、外延、劈裂等半导体工艺可依照设计需求调整，本技术领域普通技术人员应可经由上述实施例推知其实施细节，在此不加赘述。另外，上述图1A～1G中的发光二极管结构可以依照设计需求调整，例如进行基板背面粗糙化(Sapphire Backside Roughing；SBR)等工艺来增加发光效率。
由上述图1A至图1G，可以归纳出一种发光二极管的制造方法，如图2所示，其绘示本发明一实施例的发光二极管的制造方法流程图。首先，提供一基板(步骤S201)，然后在基板110的上表面形成一外延层(步骤S210)。接着形成多个发光二极管高台(步骤220)。接下来，对基板110的上表面进行激光切割工艺或干蚀刻工艺，以在所述多个发光二极管高台101、102周围形成沟槽160(步骤S230)。然后，对所述多个发光二极管高台101、102进行一侧边蚀刻工艺，以形成倒角(步骤S240)。在步骤S240后，对基板110的下表面进行隐形激光切割工艺，以切割基板110(步骤S250)。在完成隐形激光切割工艺后，对基板110进行劈裂(breaking)工艺以形成多个发光二极管晶粒(步骤S260)。
此外，值得注意的是，上述发光二极管的制造方法中更包括电流阻挡层181、电流扩散层(透明电极)182与导电电极184的制作，以及元件封装等工艺，本技术领域普通技术人员应可经由上述实施例推知其实施方式，在此不加赘述。此外，本发明的制造方法可适用于不同结构的发光二极管，并不限制于上述图1A至图1G。
综上所述，本发明利用激光切割工艺与侧边蚀刻工艺，在基板正面的外延层侧边形成倒角，以增加出光效率，并且利用隐形激光切割工艺，由基板背面进行激光切割，以避免产生激光烧痕，而影响出光效率。
虽然本发明的较佳实施例已揭露如上，然本发明并不受限于上述实施例，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明所揭露的范围内，当可作些许的更动与调整，因此本发明的保护范围应当以所附的权利要求范围所界定的内容为准。
Claims (13)
1.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包括：
提供一基板；
于该基板的一上表面形成一外延层；
形成至少一发光二极管高台；
对该基板的该上表面进行一激光切割工艺或一干蚀刻工艺，以在所述至少一发光二极管高台周围形成沟槽；
对所述至少一发光二极管高台进行一侧边蚀刻工艺；以及
对该基板的一下表面进行一隐形激光切割工艺。
2.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，在对该基板的该上表面进行该激光切割工艺或该干蚀刻工艺的步骤中，该激光切割工艺的切割深度小于等于该外延层的厚度。
3.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，在对该基板的该上表面进行该激光切割工艺或该干蚀刻工艺的步骤中，该干蚀刻工艺的蚀刻深度小于等于该外延层的厚度。
4.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，在进行该侧边蚀刻工艺的步骤中，该侧边蚀刻工艺用以清除激光画线时所产生的粉尘。
5.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，在进行该侧边蚀刻工艺的步骤中，该侧边蚀刻工艺用以在所述至少一发光二极管高台的侧边形成斜面。
6.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该激光切割工艺与该隐形激光切割工艺的切割位置相对应。
7.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该基板为蓝宝石基板。
8.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，各该发光二极管高台至少包括一N型半导体层、一有源层与一P型半导体层。
9.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，还包括：
对该基板进行一劈裂工艺以形成多个发光二极管晶粒。
10.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该激光切割工艺或干蚀刻工艺的切割深度根据该外延层厚度调整，且小于等于10微米。
11.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，该隐形激光切割工艺的深度为40微米至60微米。
12.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，在该侧边蚀刻工艺使所述至少一发光二极管高台的侧边形成斜面，所述至少一发光二极管高台的斜面与该基板之间的夹角为α，α小于90度。
13.如权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，在进行该侧边蚀刻工艺后，还包括：
形成一电流阻挡层；
形成一电流扩散层；以及
在对应的发光二极管高台上形成一第一导电电极与一第二导电电极。
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