CN103187491A - 晶片级发光二极管结构的制造方法及发光二极管芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶片级发光二极管结构的制造方法及发光二极管芯片。晶片级发光二极管结构的制造方法包含：提供一生长基板，其上依序成长有一第一半导体层、一发光层及一第二半导体层；对该第一半导体层、该发光层及该第二半导体层进行一图形化制程，定义出多个第一凹陷区以及多个第二凹陷区，其中多个叠层结构是对应形成于该第二凹陷区内，以及一第一半导体层的延伸区是对应配置于与一预定切割线重叠的该第一凹陷区内；形成至少一第一电极于该第一凹陷区内的该第一半导体层延伸区；以及，形成一第二电极于该第二凹陷区内的叠层结构上。
Description
技术领域
本发明是关于一种发光二极管结构的制造方法。
背景技术
传统薄膜发光二极管(thin Film LED)的制作可大略分为两阶段。第一阶段是成长磊晶层(epi layers)于一生长基板之上，得到一磊晶晶片(epi wafer)。该基板可为蓝宝石或是碳化硅基板。磊晶层(epi layers)层的数量可依需要来加以设计。第二阶段则是将磊晶晶片(epi wafer)整片粘结到另一片载体基板(例如次基板(sub-mount)或封装基板(packaging substrate))上，再把原始的生长基板去除，然后再接着作蚀刻、曝光、显影、镀膜、形成荧光粉层等制程。在传统薄膜发光二极管制程，不易在制程中去测量光电性质(例如电流-电压性质、驱动电压或磊晶层发光光谱)。因此，传统薄膜发光二极管制程是在第一及第二阶段完成后才能对薄膜发光二极管进行检查及测量。
在传统薄膜发光二极管制程，尤其是第二阶段，全部都是整片磊晶晶片粘接到整片硅基板来制作，如果适合的芯片(chip)只有50％，则把那50％不适合的芯片也和载体基板作结合，然后接着再去作半导体制程，在这种情况下，该未达标准的芯片仍需与其对应的封装单元结合并持续进行后续的制程。如此一来，白白浪费与其结合的载体基板，以及后续制程的时间及成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶片级发光二极管结构的制造方法及发光二极管芯片，克服现有技术的缺陷。
根据本发明一实施例，一种晶片级发光二极管结构的制造方法，包含：提供一生长基板，其上依序成长有一第一半导体层、一发光层、及一第二半导体层；对该第一半导体层、该发光层、及该第二半导体层进行一图形化制程，定义出多个第一凹陷区以及多个第二凹陷区，其中多个叠层结构是对应形成于该第二凹陷区内，以及一第一半导体层的延伸区是对应配置于与一预定切割线重叠的该第一凹陷区内；形成至少一第一电极于该第一凹陷区内的该第一半导体层延伸区；以及，形成一第二电极于该第二凹陷区内的叠层结构上。
根据本发明一实施例，一种晶片级发光二极管结构的制造方法，包含：提供一生长基板，其上依序成长有一第一半导体层、一发光层、及一第二半导体层；对该第一半导体层、该发光层、及该第二半导体层进行一图形化制程，定义出多个第一凹陷区以及多个第二凹陷区，其中多个叠层结构是对应形成于该第二凹陷区内，以及一第一半导体层的延伸区是对应配置于与一预定切割线重叠的该第一凹陷区内，且其中至少一第二凹陷区内并无配置该叠层结构；形成至少一第一电极于未配置叠层结构的该第二凹陷区内；以及形成一第二电极于该第二凹陷区内的叠层结构上。
根据本发明一实施例，一种晶片级发光二极管结构的制造方法，包含：提供一生长基板，其上依序成长有一第一半导体层、一发光层、及一第二半导体层；对该第一半导体层、该发光层、及该第二半导体层进行一图形化制程，定义出多个第一凹陷区以及多个第二凹陷区，其中多个叠层结构是对应形成于该第二凹陷区内，以及一第一半导体层的延伸区是对应配置于与一预定切割线重叠的该第一凹陷区内；形成至少一第一电极于该第一凹陷区内的该第一半导体层延伸区；形成一第二电极于该第二凹陷区内的叠层结构上；以及利用该第一电极及该第二电极测量该晶片级发光二极管结构的光电性质。
根据本发明一实施例，一种发光二极管芯片，包含：一生长基板，具有一外围边界；一第一半导体层形成于该生长基板之上，其中该第一半导体层与该外围边界的最小水平距离是大于0；一发光层形成于该第一半导体层之上；一第二半导体层形成于该发光层之上；以及，一电极形成于该第一第二半导体层之上。
本发明的发光二极管结构、芯片及包含其的封装结构，具有高的制程合格率，可降低制造成本及提升生产效能。
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1是绘示本发明一实施例所述的发光二极管结构的剖面结构；
图2至图8是绘示本发明其它实施例所述的发光二极管的剖面结构；
图9为图1所述的发光二极管结构的上视视图，而图1为图9沿1-1’切线的剖面结构；
图10A及图10B是绘示本发明其它实施例所述的发光二极管结构的上视图；
图10C为图10B沿4-4’切线的剖面结构图；
图11及图12是绘示本发明其它实施例所述的发光二极管结构的上视图；
图13A至图15A为一系列的上视图，用以说明图1所述的发光二极管结构其制造流程；
图13B至图15B为一系列的剖面结构图，分别对应图13A至图15A，用以说明图1所述的发光二极管结构其制造流程；
图16A至图20A为一系列的上视图，用以说明本发明所述的发光二极管结构其切割方式；
图16B至图20B为一系列的剖面结构图，分别对应图16A至图20A，用以说明本发明所述的发光二极管结构其切割方式；
图21A为一上视图，用以说明本发明一实施例所述的晶片级发光二极管结构；
图21B为一剖面结构图，对应图20A，用以说明本发明一实施例所述的晶片级发光二极管结构；
图22至图25是绘示本发明其它实施例所述的晶片级发光二极管结构的剖面结构；
图26A至图26D是绘示本发明其它实施例所述的晶片级发光二极管结构的制造流程；
图27A至图27C是绘示本发明其它实施例所述的晶片级发光二极管结构的制造流程；
图28至图35是绘示本发明其它实施例所述的发光二极管芯片的剖面结构；
图36至图38是绘示本发明其它实施例所述的发光二极管封装结构的剖面结构；
图39A及图40A为一系列的上视图，用以说明本发明所述的发光二极管结构其切割方式；
图39B及图40B为一系列的剖面结构图，分别对应图39A及图40A，用以说明本发明所述的发光二极管结构其切割方式；
图41至图43是绘示本发明其它实施例所述的发光二极管芯片的剖面结构；
图44至图49为一系列的剖面结构图，用以说明本发明一实施例所述的发光二极管结构其制造流程；
图50是绘示本发明其它实施例所述的发光二极管芯片的剖面结构；
图51及图52是绘示本发明其它实施例所述的发光二极管封装结构的剖面结构；
图53是绘示本发明其它实施例所述的发光二极管芯片的剖面结构；
图54至图56为一系列的剖面结构图，用以说明本发明一实施例所述的发光二极管结构其制造流程。
【主要组件符号说明】
1-1’～切线；
2-2’～切线；
3-3’～切线；
4-4’～切线；
10～发光二极管结构；
11～延伸部；
12～生长基板；
13～突出部；
14～第一半导层；
14A～第一半导体层余留部；
14B～独立的第一半导层；
16～发光层；
18～第二半导体层；
19～第二半导体层的上表面；
20～第一电极；
21～反射层；
22～第二电极；
23～金属结合层；
24～保护层；
25～叠层结构(发光二极管芯片半成品)；
27～导电线路；
30～第一凹陷区；
32～第二凹陷区；
33、33A～第一屏蔽；
34～第二屏蔽；
50～切割线；
80～外边围界；
100～发光二极管芯片；
110～次基板；
111～倾斜侧壁；
120～封装基板；
123～接触垫；
124～接触垫；
125～电路；
200～发光二极管封装结构；
D～特定距离；
H～高度差；
W～最小水平距离；以及
W1～最小水平距离。
具体实施方式
目前一颗颗薄膜发光二极管结合至载体基板的制程，由于无法在前段制程(磊晶晶片制作)时，就把不良品或规格不符的芯片筛选出来，因此大幅减少制程的合格率。本发明提出一种新颖的发光二极管结构、芯片及包含其的封装结构，来解决上述问题，改善发光二极管芯片的制程合格率，并提升生产效能。
根据本发明一实施例，发光二极管结构10，具有如图1所示实施例的结构。该发光二极管结构10，包含一生长基板12，其上配置有一第一半导体层14于该生长基板12之上，其中该第一半导体层14包含一延伸部11及一突出部13，且该延伸部11与该突出部13具有一高度差H；一发光层16配置于该第一半导体层14的该突出部13上；一第二半导体层18配置于该发光层16上；一第一电极20配置于该第一半导体层14的延伸部11上；以及，一第二电极22配置于该第二半导体层18上，其中该第二电极22对发光层所发出的主波长(dominant wavelength)的垂直入射光可具有一反射率大于70％。该生长基板12的材质可为任何适合一发光二极管半导体层成长的基板，例如：氧化铝基板(蓝宝石基板)、碳化硅基板或砷化镓基板等，而该生长基板12的厚度可大于150μm，或是大于200μm(若该生长基板为碳化硅基板、或砷化镓基板时)。
该发光层16为一半导体材料层，可具有为多重量子井(Multiple QuantumWell，MQW)结构，可选自于III-V族的化学元素、II-VI族的化学元素、IV族的化学元素、IV-IV族的化学元素、或其组合，例如：AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、GaP、GaAsP、GaInP、AlGaInP、或AlGaAs。该第一半导体层14及该第二半导体层18是分别为一N型磊晶层及一P型磊晶层，当然其亦可互换，于此并不加以限制，其材质同样可分别选自于III-V族的化学元素、II-VI族的化学元素、IV族的化学元素、IV-IV族的化学元素、或其组合。举例来说，若第一半导体层14为N型氮化镓系半导体，则第二半导体层18为P型氮化镓系半导体，若第一半导体层14为P型氮化镓系半导体，则第二半导体层18为N型氮化镓系半导体，且发光层16可为氮化镓系半导体。该第二电极22可包含欧姆接触材料(例如：钯、铂、镍、金、银、或其组合)、扩散阻障层、金属结合层(metal bonding layer)、透明导电膜(例如：氧化镍、氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌铝、或氧化锌锡)、反射层或上述的组合。该第一电极20的厚度可大于
或大于
1μm或以上，可为欧姆接触材料、铟球、或厚金属垫(适合下探针点测)。
请参照图2的实施例，第二电极22可包含一反射层21及一金属结合层23配置于该反射层21之上，其中该反射层21的面积可大于该金属结合层23的面积，以加大反射面并提升反射效率；又或者在其它的实施方式中，也可以使反射层21的面积小于金属结合层23(请参照图31)，特别是当反射层21材料选用银为反射材质时，银在加热的情况下会有迁移的行为发生，因此，金属结合层23可具体包覆反射面，使同时具有反射发光层16所发出光线，并且保持反射层21固定与稳定，而不至损坏发光二极管结构10。另请参照图3的实施例，本发明对该第一电极20及该第二电极22的形状不无限定，可为任何形状，例如多边形、圆形、或其结合，不过此处为简化附图，仅以矩形表示。此外，该第二电极22亦可为一图形化的电极图形，可具有多个不连续或连续的岛状结构，如此可使得金属结合层在粘接之后的形状接近期望的设计，比如说粘接之后，其金属结合层不易外溢到芯片外围而使得金属跟发光层接触，避免产生漏电流或是增加吸光等造成的LED发光效率下降问题。
请参照图1的实施例，本实施例所述的发光二极管结构10，由于其在第一半导体层14及第二半导体层18上分别具有第一电极20及第二电极22，因此由该第一半导体层14、发光层16及第二半导体层18所构成的叠层结构(发光二极管芯片半成品)25，可以在前段制程(磊晶晶片制作)时，通过第一电极20及第二电极22来对该叠层结构25进行电流电压特性或光谱特性等项目的测量，把不良品或规格不符的芯片先行筛选出来。
请参照图4揭露的另一实施例，发光二极管结构10的第二电极22可仅配置于部分第二半导体层18上，并露出部分该第二半导体层18的上表面19。上述结构可增加第二电极22与第二半导体层18间的适应性。为了在后续激光剥离制程时，加强第二电极22与一载体基板(在后续内容将加以说明)间的结合强度，该第二电极22与第二半导体层18间较佳是具有较大的接触面积。第二电极22与第二半导体层18间的接触面积与第二半导体层18上表面19的面积比值较佳是等于或大于30％，以增加发光二极管晶粒的散热能力与接着力，以及后续固晶后，在移除生长基板12时的可靠度。
自从该第二电极22是配置于该第二半导体层18之上，由该叠层结构25所产生的热可通过该第二半导体层18转移至该第二电极22。因此，该第二电极22可作为一散热单元。在该第二电极22与该第二半导体层18间的热接口(或接触表面)面积愈大愈好，以增加散热能力并加强叠层结构25与载体基板间的结合能力。举例来说，第二电极22与第二半导体层18间的接触面积与第二半导体层18上表面19的面积比值可介于30％～99％。较佳地，该第二电极22与第二半导体层18间的接触面积与第二半导体层18上表面19的面积比值可介于71％～95％，但不依此为限。在一些实施例中，该第二电极22与第二半导体层18间的接触面积与第二半导体层18上表面19的面积比值亦可介于51％～70％。
请参照图5揭露的实施例，发光二极管结构10可还包含一保护层24，配置于该第二半导体层18上，且该保护层24与该第二电极22之间保持一间距G。覆盖该第二半导体层18露出的上表面19，其中该保护层24的材质可为介电材质或萧特基(Schottky)接触材料，例如：氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化钛、氧化铝或其组合。在一些实施例中，该保护层24亦可进一步延伸，以至少覆盖该发光层16的侧壁以避免发光漏电流。该保护层24与该第二电极22之间的间距G，可避免在与一载体基板结合时使该保护层变形。
此外，请参照图6的实施例，第二电极22可包含一反射层21以及一金属结合层23。请参照图7的实施例，保护层24为一绝缘层，该第二电极22可进一步形成并覆盖该保护层24。请参照图7，该保护层24可形成于第一半导体层14及第二半导体层18的侧壁，以防止这些膜层在后续制程受到损害。
此外，请参照图8的实施例，一图形化保护层24可配置于该第二电极22与第二半导体层18之间，且未被该图形化保护层24所覆盖的第二半导体层18是与该第二电极22直接接触，由于该保护层24为一不导电的膜层，因此图形化保护层24可构成一电流改良结构，增加电流扩散的均匀性。
请参照图9的实施例，为图1所述实施例的发光二极管结构10的上视视图(图1为图9沿1-1’切线的剖面)。由图9可得知，该第一电极20是配置于第一半导体层14上，并为一点状结构。因此，只需提供欲测量的叠层结构(发光二极管芯片半成品)25上的第二电极22及相邻的第一电极20一电位差，可测量出该叠层结构25的电流电压特性与光谱特性，把将不良品或规格不符的芯片先行筛选出来。此外，请参照图10A的实施例，配置于第一半导体层14上的多个第一电极20A-20D可以一导电线路27达到彼此的电性连结，即构成一线状结构或网状结构。第一电极20A-20D是互相连结并环绕该叠层结构25，当提供一压差于该第二电极22以及第一电极20A-20D时，电流分布均匀性可被大幅改善。再者，请参照图10B的实施例，亦可将第一电极20环绕该叠层结构(发光二极管芯片半成品)25，可使电流散布较均匀，降低电流丛聚效应(current crowding)，使得电压不会升高。如此一来，所测量到的光电性质，会跟之后切割成芯片的真实情况较接近。此外，亦可设计一较大的第一电极图形20，请参照图10C(为图10B沿切线4-4’剖面示意图)的实施例，以方便点测机点测。
请参照图11的实施例，其中多个第一电极20是经由导电线路27达到部分相连。该第一电极20彼此间的连结可让设计者依实际电流分布的需要来进行调整。值得注意的是该叠层结构25的形状可以使用微影蚀刻技术来达到不同的形状。请参照图12的实施例，该叠层结构25可为一矩形。此外，上述的叠层结构(发光二极管芯片半成品)25除为一多边体外，亦可依实际需求来加以设计。
以下，请配合附图，来详细说明图1所述实施例的发光二极管结构10的制造方法。
首先，请参照图13A及图13B(为图13A沿1-1’切线的剖面剖面图)，提供一生长基板12，并于该生长基板12上成长一第一半导体层14、一发光层16及一第二半导体层18，其中，该第一半导体层14、发光层16及第二半导体层18的长成方法并无限定，例如：化学气相磊晶法(chemical vapordeposition，CVD)、有机金属化学气相磊晶法(metal organic chemical vapordeposition，MOCVD)、离子增强化学气相磊晶法(plasma enhanced chemicalvapor deposition，PECVD)、(Molecular beam epitaxy)分子束磊晶法、氢化物气相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy)或溅镀法(sputter)。
接着，请参照图14A及图14B(为图17A沿1-1’切线的剖面剖面图)，对该第一半导体层14、该发光层16、及该第二半导体层18进行一图形化制程，定义出多个第一凹陷区30及多个第二凹陷区32。在该图形化制程后，在该些第一凹陷区30仅留下第一半导体层14的延伸部11于该磊晶生长基板12上，而在该第二凹陷区32留下该第一半导体层14的突出部13、该发光层16、及该第二半导体层18于该磊晶生长基板12上。其中，该图形化制程可为一微影蚀刻制程。
最后，请参照图15A及图15B(为图15A沿1-1’切线的剖面剖面图)，形成多个第一电极20于该第一凹陷区30的该第一半导体层14之上，并形成多个第二电极22分别于该第二区32的该第二半导体层18之上。另一方面，亦可以先形成该第二电极22，再形成该第一电极20。
此外，根据其它实施例，发光二极管结构10的制造方法，在形成该第二电极之前，可还包含形成一图形化保护层24于该第二半导体层18之上，而该保护层24可进一步延伸至该第二半导体层18的侧壁、该发光层16的侧壁及该第一半导体层14的侧壁，请参照图7及图8的实施例。再者，该保护层24亦可在形成该第二电极22后再形成于部分第二半导体层18之上，请参照图5及图6的实施例。
当完成发光二极管结构10的制程后，可利用第一电极20及第二电极22对叠层结构(发光二极管芯片半成品)25进行电流电压特性与光谱特性测量，并将合乎标准的芯片进行标示。值得注意的是：第一电极，可以相对多个叠层结构而存在，举例而言，以一个第一电极搭配多个叠层结构，依序去测量电流电压特性或光谱特性，由于第一电极被赋予的任务为对该些叠层结构提供测量之用，因此，在设计上可不需对应该些叠层结构个数而设计，可以以最少数目达到测量的需要，同时可以节省成本及制程的繁复。
请参照图39A及图39B(为图39A沿1-1’切线的剖面剖面图)，当上述测量完成后，可对该第一半导体层14的延伸部11进行蚀刻，以形成独立的第一半导体层14B，并露出部分该生长基板12的上表面。接着，一保护层24至少形成于该发光层16的侧壁。该保护层24亦可进一步覆盖该第二半导体层18以及该第一半导体层14的侧壁。接着，进行一干蚀刻以将该第一半导体层14的突出部13与独立的第一半导体层14B分离。通过此步骤，所得的第二半导体层18、发光层16以及该突出部13的第一半导层14可大体上具有平整的侧壁。如此一来，有利于形成平滑的保护层24。再者，当对该晶片级发光二极管结构进行切割时，可预先决定该切割线50的宽度，使得所得的发光芯片其生长基板12的投影面积大于位于突出区13的该第一半导体层14面积。在进行激光剥离生长基板12的步骤时，通过预留一水平距离于该第一半导体层14及该突出区13之间，可防止在做激光剥离制程时因为激光束在芯片边缘的地方能量分布不均，而破坏GaN，因此可以避免半导体层破裂。最后，请参照图40A及图40B(为图40A沿1-1’切线的剖面剖面图)，沿着该切割线50对该晶片级发光二极管结构进行一切割分离制程，得到多个发光芯片。于此同时，通过先前测量及标记的步骤，合乎标准的芯片可以被确认出来并进行后续步骤(例如：粘接、激光剥离、或其它封装步骤)。而不符合标准的芯片，亦可通过上述步骤预先被辨识出来，免除不必要的后续制程，节省制程的时间及成本。
请参照图16A到图18B的实施例，是显示具有不同宽度的切割线50。如图16A及图16B所示，该切割线50宽度可小于该第一凹陷区30的宽度。当该切割线50进行切割时，所得的发光二极管芯片由于具有第一半导体层14的余留部14A，因此大体是呈现一倒T型的形状。该第一半导体层余留部14A可避免该第一半导体层14在激光剥离制程时发生破裂。如图17A及图17B所示，该切割线50宽度可等于该第一凹陷区30的宽度。再者，如图18A及图18B所示，该切割线50宽度可大于该第一凹陷区30的宽度。
根据本发明其它实施例，请参照图19A及图19B(为图19A沿1-1，切线的剖面剖面图)所示的实施例，是可使用双切割线50方式，对同一第一凹陷区30进行切割，此作法可以减少第一凹陷区30所经激光剥离(laser lift-off)之后所产生的破裂(crack)现象。一般制程下可以使切割线50与该些第二电极22存在一间距，如此在切割时该些第二电极22的材料不致于溅射至叠层结构25的侧壁而造成芯片的损伤。
另一方面，根据本发明其它实施例，请参照图20A及图20B(为图20A沿3-3’切线的剖面剖面图)的实施例，本发明所述用来测量叠层结构(发光二极管芯片半成品)25其电流电压特性与光谱特性的该第一电极20，亦可设置于非切割在线，例如，第一电极20也可以设计在原发光二极管芯片半成品(即叠层结构25)预定区。更精确的说，该第一凹陷区30可被形成于至少一原发光二极管芯片半成品(即叠层结构25)预定区内。在该第一凹陷区30所在的预定区内，在图形化后仅有该第一半导体层14及该生长基板存在。在图形化之后，该第一电极20是配置于预定区内该第一半导体层14之上。因此，切割线在此实施态样中不需设置第一电极20，因此切割线变窄进而缩小相邻芯片之间的距离，增加每一生长基板12可承载的芯片数量。
另一方面，根据本发明其它实施例，请参照图21A及图21B(为图21A沿4-4’切线的剖面剖面图)的实施例，用来测量叠层结构(发光二极管芯片半成品)25其电流电压特性或光谱特性的该第一电极20，亦可设置于该晶片的周围区域。举例来说，该第一电极20可配置于该晶片周围区域的任一侧，如图21A、图22及图23所示的实施例。由于晶片周围区域的电性较中心区域来的差，比较不适合作为发光二极管的预定区，因此该第一电极20设置于周围区域，可增加晶片中心区域的使用率。
此外，为复查该叠层结构的光电性质，该第一电极可以同时配置于该晶片的周围区域及中心区域，请参照图24。在其它实施例，为增加制程速率，该第一电极20可以设置于周围区域，例如多个排第一电极配置方式，请参照图25的实施例。
第一电极20，例如一N型接触垫，可被形成于N型的第一半导体层14之上，以互相形成一欧姆接触。同样地，该第一电极20可为一P型接触垫，并进一步形成于P型的第一半导体层14之上。此外，该第二电极22(P型接触垫)可除了含有P型欧姆接触层外，亦含N型欧姆接触层，如此一来可减少一步制程步骤。再者，在本发明另一实施例中，第一电极20(N型接触垫)及第二电极22(P型接触垫)同时都含有N型欧姆接触层，而不具有P型欧姆接触层，这是由于P型半导体具有穿隧效应(tunneling effect)的结构，可使得形成N型欧姆接触。
再者，在设计的时候，亦可在该第二电极22区域形成覆晶(flip chip)结构，因为测量完毕后，可以使得原本当N极点测点的地方，不再只是个点测点，不会测量完后就没有用处，因为它本身可以是同时具有P极与N极的发光二极管，进而增加晶片(wafer)的使用面积与利用率。
根据其它实施例，在完成芯片光电特性测量后，可以形成一保护层24于该生长基板12之上，并接着对该保护层24进形一平坦化制程(例如一化学机械研磨)以露出该第二电极22，请参照图26A及图26B所示的实施例。
接着，沿着该切割线50对该生长基板12进行切割，请参照图26C。通过该保护层的形成，可避免芯片在切割步骤中的损害。最后，得到该发光二极管芯片100，请参照图26D。所留下来的保护层24可覆盖该第一半导体层14、发光层、及该第二半导体层18的侧壁，增加叠层结构在后续制程的可靠度。在其它实施例，该保护层可视需要被移除。
根据另一实施例，当完成芯片流电压特性或光谱特性测量后，该保护层24可形成于该第二半导体层18的上表面，以及至少该发光层的侧壁，以避免漏电流。如果该保护层24是形成于该第一半导体层14的上表面，则位于该切割线50范围内的该保护层24可以事先被移除。因此，一切割工具不会直接切割到该保护层24。此外，该保护层24亦可直接被形成于生长基板12上非切割线的区域，请参照图27A的实施例。因此，切割工具不会直接切割到该保护层24(请参照图27B)，可获得多个的发光二极管芯片(请参照图27C)。请参照图27C的实施例，由于梯形结构第一半导体层14未完全被保护层24所覆盖。被避免在后续与一载体基板结合时，外溢出来的金属结合层接触到该第一半导体层14的侧壁导致短路，该第一半导体层14的材质可为未掺杂(un-doped)的半导体材料(例如：un-doped GaN)。如此一来，即使该保护层24未完全覆盖该第一半导体层14，也不会造成严重的漏电流问题。
请参照图28的实施例，是显示经图16B所示切割方式所得的该发光二极管芯片100的剖面示意图。该发光二极管芯片100包含一生长基板12，其具有一外围边界80。一第一半导体层14配置于该生长基板12之上。一发光层16配置于该第一半导体层14上，以及一第二半导体层18配置于该发光层16上。值得注意的是，该发光二极管芯片100仅有一第二电极22(即正极或负极)存在，该第二电极22是配置于该第二半导体层18之上。
根据本发明另一实施例，第二电极22与该外围边界80的间距有一最小水平距离W，其中该最小水平距离W是大于或等于3μm，较佳是大于或等于10μm。该发光二极管芯片100的第二电极22是配置于部分该第二半导体18之上，并露出该第二半导体层18的一上表面19，请参照图29。尤其，该第二电极22与第二半导体层18间的接触面积与第二半导体层18上表面19的面积比值较佳是等于或大于30％。
此外，根据本发明另一实施例，发光二极管芯片100可还包含一保护层24形成于该露出的第二半导体层18的上表面19，并进一步覆盖该第二半导体层18、发光层16、及第一半导体层14(位于突出部13内)的侧壁，请参照图30的实施例。再者，该保护层24亦可再进一步延伸至该第一半导层14延伸部11的上表面。该保护层24可对叠层结构的侧壁产生保护作用，避免后续制程中漏电流的产生。
此外，请参照图31的实施例，发光二极管芯片100的第二电极22可包含一反射层21及一金属结合层23，其中该反射层21是与该保护层24相隔一特定距离，而该金属结合层23覆盖部分的该保护层24及完整包覆该反射层21，其完整包覆该反射层理由已如前述，在此不重复赘述。
该金属结合层23的面积是小于该第二半导体层18的上表面19，如此，在后续晶粒固晶的过程中，烧熔的金属结合层23因面积小于该第二半导体层18的上表面19，因此不致延伸到叠层结构的侧壁，造成后续的电性短路。值得注意的是：在本实施例已先在叠层结构进行保护层24的处理，金属结合层23的面积也已不用小于第二半导体层18的上表面19的截面积。如果该金属结合层23的面积小于该第二半导体层18的上表面19，该保护层24可不需要形成。在此，由于该金属结合层23的面积是小于该第二半导体层18的上表面19，如此，在后续晶粒固晶的过程中，烧熔的金属结合层23因面积小于该第二半导体层18的上表面19，因此不致延伸到叠层结构的侧壁，造成后续的电性短路。
该保护层24可为一图形化保护层24，且配置于该第二半导体层18与该第二电极22之间，且未被该图形化保护层24所覆盖的第二半导体层18是与该第二电极22直接接触，构成一电流改良结构，请参照图32。在该实施例中，同样的，该保护层24亦可进一步延伸至该第二半导体层18的侧壁、该发光层16的侧壁、及该第一半导层14突出部13的侧壁。再者，该保护层24亦可再进一步延伸至该第一半导体层14延伸部11的上表面，请参照图33。根据本发明另一实施例，该第二电极22亦可进一步延伸至该保护层24上，并以该保护层24与该发光层16、及该第一半导体层14相隔，请参照图34。通过上述结构，该叠层结构的侧壁是稳固地被该保护层24及延伸第二电极22所保护，可避免在后续激光剥离制程中受到损伤。
根据本发明其它实施例，请参照图35的实施例，发光二极管芯片100亦可具有倾斜侧壁14，并向生长基板12侧逐渐内缩，以增加出光效率，减少全反射的产生。
在本发明其它实施例中，发光二极管芯片100可进一步与一载体基板，例如：一次基板110结合(其上可具有接触垫123)，得到一发光二极管封装结构200，请参照图36。再者，该发光二极管芯片100亦可进一步与载体基板(例如为一封装基板或电路板)进行结合，得到该发光二极管封装结构200。此外，作为载体基板的次基板110，除了具有接触垫123用以与发光二极管芯片100的一侧第二电极22接触外，可更具有一接触垫124用以与发光二极管芯片100的后续所形成的另一侧电极(图未揭示)接触(例如以连接导线方式接触)，请参照图37的实施例。
再者，发光二极管芯片100亦可进一步与载体基板(例如为一封装基板120(其上具有电路125))进行结合，得到该发光二极管封装结构200，请参照图38的实施例。所得的该发光二极管封装结构200可再进行后续的制程步骤，例如：激光剥离(laser lift-off)以将生长基板去除、将第一半导体层14进行表面粗化以增加取光效率、电极制作、接触垫制作、打线、荧光粉涂布、封装基板切割、以及依电性功能分类。
此外，实际观察切割磊晶晶片后所得的芯片，可以发现在生长基板侧壁的地方其实并不平整。根据经验，这会导致之后制作平面走线电极(例如使用一透明导电膜)的时候，侧壁的保护层容易破裂，产生漏电流甚至短路。此外，在后续进行激光剥离生长基板的步骤中，不平整生长基板侧壁会造成激光能量散射，而使得激光能量光不能有效打到半导体层，而无法使芯片有效的跟生长基板分解与剥离，如此一来易造成芯片侧边破裂。基于上述，根据本发明其它实施例，是提供一发光二极管结构制程，以避免上述问题发生。
请参照图41是显示经图40所示切割方式所得的发光二极管芯片100的剖面示意图。由图可知，即使切割后所得的发光二极管芯片100具有不平整侧壁的生长基板12，不过由于所得的发光二极管芯片100其具有内缩的第一半导体层14结构(即第一半导体层14并未完全覆盖该生长基板12)，因此在后续进行激光剥离生长基板的步骤中，激光可直加施加于第一半导体层14与生长基板间，不会因为不平整生长基板侧壁会造成激光能量散射所造成的能量分布不均，而使得磊晶层破裂。此外，如图27C所示，对于半导体层14所延伸到切割道的侧翼的部分也可以是小于1um的厚度，根据实验，其厚度小于1um，或小于0.5um，仅管会破裂，也易破的很完整。
此外，自从该切割线可以事先被预设，使得该第一半导体层14的突出部13可具有梯形结构，请参照图42的实施例。该突出部13的梯形结构可增加光取出效率。再者，根据本发明其它实施例，当该第二电极22下表面总面积小于该第二半导体层18的上表面总面积时，由于后续固晶制程第二电极22内含的金属结合层已不致因热熔延伸到该发光二极管芯片100的侧壁，该发光二极管芯片100亦可不具有保护层24。
根据本发明其它实施例，请参照图43的实施例，发光二极管芯片100亦可具有倾斜侧壁，并向生长基板12侧逐渐内缩，以增加出光效率，减少全反射的产生。
此外，为降低本发明所述的发光二极管芯片(结合于载体基板之后)在进行后续激光剥离制程时，激光束散射破坏GaN导致半导体层破裂，根据本发明一实施例，发光二极管结构可利用两段式图形化制程来进行制备。
首先，请参照图44的实施例，提供一生长基板12，并依序于该生长基板12上成长一第一半导体层14、一发光层16、透明导电膜一第二半导体层18，其中该第一半导体层14、发光层16、及第二半导体层18的组成及形成方式同上所述。接着，请参照图45，对该第一半导体层14、该发光层16、及该第二半导体层18进行第一次图形化制程(第一次蚀刻制程)，定义出多个第一凹陷区30及多个第二凹陷区32。在该图形化制程后，在该些第一凹陷区30仅留下第一半导体层14的延伸部11于该磊晶生长基板12上，而在该第二凹陷区32留下该第一半导体层14的突出部13、该发光层16、及该第二半导体层18于该磊晶生长基板12上。
接着，请参照图46，形成多个第一电极20于该第一凹陷区30的该第一半导体层14之上，并形成多个第二电极22分别于该第二凹陷区32的该第二半导体层18之上。另一方面，亦可以先形成该第二电极22，再形成该第一电极20。再者，该第二电极22可例为一欧姆接触材料、透明导电膜、反射层、扩散阻障层、或上述的结合，举例来说该第二电极22可为一包含透明导电膜、反射层、扩散阻障层的复合膜层，而第一电极20是与该扩散阻障层时在同一步骤以相同材料所同时形成。接着，利用该第一电极20及该第二电极22对叠层结构(发光二极管芯片半成品)25进行电流电压特性与光谱特性测量。
在测量完毕后，接着，对该第一半导体层14的部分延伸部11进行第二次图形化制程(第二次蚀刻制程)，以露出该生长基板12，请参照图47的实施例。在第二次蚀刻制程之后，该第一半导体层14可形成具有平整侧壁的第一半导体层14的突出部13；此外，在第二次蚀刻制程之后，亦可有部分第一半导体层14的延伸部残留于该突出部13上，形成具有阶梯状的侧壁，请参照图48的实施例。最后，请参照图49，可沿着一切割线50对该晶片级发光二极管结构进行一切割分离制程，得到发光二极管芯片100，请参照图50。值得注意的是，根据上述步骤所得的发光二极管芯片100，该第一半导体层14与该生长基板12的外围边界80具有一最小水平距离W1，而该最小水平距离W1是大于0。如此一来，可确保在进行后续激光剥离制程时，激光束照射的位置可避开生长基板12的切割面，可避免因生长基板不规则切割面将激光散射，导致半导体层破裂。
此外，根据本发明其它实施例，在进行第二次蚀刻制程之后以及切割分离制程之前，可还包含形成一图形化保护层24于该第二半导体层18之上，而该保护层24可进一步延伸至该第二半导体层18的侧壁、该发光层16的侧壁、及该第一半导体层14的侧壁，请参照图51及图52的实施例。请参照图53，为形成该保护层24后，对图52所示发光二极管封装结构进行切割所得的发光二极管芯片100，其中该第一半导体层14的突出部13可具有梯形结构。上述作法的优点在于，在进行第二次蚀刻时，发光层并没有被蚀刻，故先前所进行的光电性质测量结果不会被第二次蚀刻制程所影响。值得注意的是，根据本发明一实施例，除了使用两道屏蔽来分别进行该第一次及第二次蚀刻外，为使光电性质测量结果不会被第二次蚀刻制程所影响，亦可进一步结合该部分第一屏蔽及第二屏蔽来进行第二次蚀刻制程。请参照图54的实施例，是显示使用第一屏蔽33来进行第一次蚀刻，所得的结构如图45所示；在完成使用该第一屏蔽33所进行的第一次蚀刻后，为使后续所进行的第二次蚀刻不会去伤害到原本的第二半导体层18及发光层16，在移除该第一屏蔽33时，可仅移除位于第二半导体层18上表面部分的第一屏蔽33，保留位于第二半导体层18上表面边缘的第一屏蔽33A，请参照图55，后续所形成的第二电极22仍可形成于第二半导体层18上表面中间部分。最后，请参照图56的实施例，形成该第二屏蔽34于该第二电极22及第二半导体层18之上，由于第二半导体层18上表面边缘仍覆盖着第一屏蔽33A，因此在进行第二次蚀刻时，可确保第二次蚀刻的范围不会进一步影响到该第二半导体层18及发光层16，因此使得第一次蚀刻与第二次蚀刻有相同的蚀刻范围，使光电性质测量结果不会被第二次蚀刻制程所影响。
综合上述，本发明所述的新颖的发光二极管结构、芯片及包含其的封装结构，具有高的制程合格率，可降低制造成本及提升生产效能。
虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (16)
1.一种晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，包含：
提供一生长基板，其上依序成长有一第一半导体层、一发光层、及一第二半导体层；
对该第一半导体层、该发光层、及该第二半导体层进行一第一图形化制程，定义出多个第一凹陷区以及多个第二凹陷区，其中多个叠层结构是对应形成于该第二凹陷区内，以及一第一半导体层的延伸区是对应配置于与一预定切割线重叠的该第一凹陷区内；
形成至少一第一电极于该第一凹陷区内的该第一半导体层延伸区；以及
形成一第二电极于该第二凹陷区内的叠层结构上。
2.根据权利要求1所述的晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，还包含：
利用该第一电极及该第二电极测量该晶片级发光二极管结构的电流-电压性质、驱动电压、或发光光谱。
3.根据权利要求2所述的晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，还包含：
依测量的结果，对该晶片级发光二极管结构进行分类标示或分类选定。
4.根据权利要求3所述的晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，还包含：
形成一保护层以包覆该第二半导体层的侧壁、该发光层的侧壁以及在第二凹陷区内的该第一半导体层的侧壁。
5.根据权利要求2所述的晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，还包含：
在形成该第二电极于该第二凹陷区内的叠层结构上之后，对该第一半导体层的延伸区进行蚀刻，以露出该生长基板。
6.根据权利要求5所述的晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，还包含：
沿该预定的切割线对该生长基板进行切割，得到多个发光二极管芯片，其中该预定的切割线宽度小于或等于该第一凹陷区截面宽度。
7.根据权利要求5所述的晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，该第一电极是设置在该预定切割线之内或之外。
8.根据权利要求5所述的晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，还包含：
设置两条预定的切割线分别于该第一电极的两侧；以及
沿该预定的切割线对该生长基板进行切割，得到多个发光二极管芯片。
9.一种晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，包含：
提供一生长基板，其上依序成长有一第一半导体层、一发光层、及一第二半导体层；
对该第一半导体层、该发光层、及该第二半导体层进行一图形化制程，定义出多个第一凹陷区以及多个第二凹陷区，其中多个叠层结构是对应形成于该第二凹陷区内，以及一第一半导体层的延伸区是对应配置于与一预定切割线重叠的该第一凹陷区内，且其中至少一第二凹陷区内并无配置该叠层结构；
形成至少一第一电极于未配置叠层结构的该第二凹陷区内；以及
形成一第二电极于该第二凹陷区内的叠层结构上。
10.根据权利要求9所述的晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，未配置叠层结构的该第二凹陷区并未与该预定的切割线重叠。
11.根据权利要求9所述的晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，未配置叠层结构的该第二凹陷区是位于该生长基板的一周围区域内。
12.根据权利要求9所述的晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，未配置叠层结构的该第二凹陷区是位于该生长基板的一中央区域内。
13.根据权利要求9所述的晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，未配置叠层结构的该第二凹陷区是同时位于该生长基板的一周围区域及一中央区域内，以复核该叠层结构的光电性质。
14.一种晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，包含：
提供一生长基板，其上依序成长有一第一半导体层、一发光层、及一第二半导体层；
对该第一半导体层、该发光层、及该第二半导体层进行一图形化制程，定义出多个第一凹陷区以及多个第二凹陷区，其中多个叠层结构是对应形成于该第二凹陷区内，以及一第一半导体层的延伸区是对应配置于与一预定切割线重叠的该第一凹陷区内；
形成至少一第一电极于该第一凹陷区内的该第一半导体层延伸区；
形成一第二电极于该第二凹陷区内的叠层结构上；以及
利用该第一电极及该第二电极测量该晶片级发光二极管结构的光电性质。
15.根据权利要14所述的晶片级发光二极管结构的制造方法，其特征在于，该光电性质包含电流-电压性质、驱动电压、或是发光光谱。
16.一种发光二极管芯片，其特征在于，包含：
一生长基板，具有一外围边界；
一第一半导体层形成于该生长基板之上，其中该第一半导体层与该外围边界的最小水平距离大于0；
一发光层形成于该第一半导体层之上；
一第二半导体层形成于该发光层之上；以及
一电极形成于该第一第二半导体层之上。
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