CN103681982A - 发光二极管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光二极管的制作方法，其包括提供一外延基板，外延基板具有一第一表面与一第二表面，第一表面与第二表面分别位于外延基板的相反侧；形成一外延结构于外延基板的第一表面上，外延结构具有一第一半导体层及一第二半导体层；形成一沟槽于外延结构上，沟槽暴露出第一半导体层；提供一固定基板设置于外延结构及第一半导体层上；提供一能量由外延基板的第二表面进入外延基板，并聚焦于第一表面及第二表面之间；形成一反射层于外延基板的第二表面上；以及移除固定基板，并进行管芯劈裂，以形成多个发光二极管管芯。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作方法，特别是涉及一种发光二极管的制作方法。
背景技术
发光二极管（light emitting diode,LED）是一种由半导体材料制作而成的发光元件，具有耗电量低、元件寿命长、反应速度快等优点，再加上体积小容易制成极小或阵列式元件的特性，因此近年来随着技术不断地进步，其应用范围也由指示灯、背光源甚至扩大到了照明领域。
在高功率发光二极管的发展中，现有的水平导通式发光二极管的水平结构面积的增加却使得元件操作时所产生的热能更容易累积于发光二极管芯片上，造成元件的温度上升而影响其发光效率及产品可靠度。因此，在提升发光二极管的光取出能力上，散热能力也是不容忽视的一环。另外，目前有许多方法可用来提升发光二极管的输出亮度及改善其发光效率，其中一个可行方法就是在发光二极管的背面上镀一高反射率的金属反射镜，此反射镜不仅可提升发光二极管的输出亮度，还可帮助发光二极管进行散热。因此，金属反射镜的设置已是现有水平式高功率发光二极管的最佳选择。
请分别参照图1A至图1E所示，其分别为现有一种发光二极管的制作流程示意图。
首先，如图1A所示，在一外延基板11上形成具有一n-GaN层121、一多重量子阱层122及一p-GaN层123的一外延结构12。接着，如图1B所示，间隔形成一沟槽T于外延结构12上，以分别露出n-GaN层121。另外，再分别形成一第一电极P1及一第二电极P2于各p-GaN层123及各n-GaN层121上。接着，如图1C所示，在n-GaN层121上以激光预切方式进行切割，以形成多个切痕C。之后，如图1D所示，在外延基板11的下表面镀上一反射层13。最后，如图1E所示，进行管芯劈裂，以形成多个具有反射层13的发光二极管管芯。
在上述步骤中，当以激光预切方式进行切割时，会于芯片上留下黑色的熔渣，此熔渣必须利用化学药剂清除，以免影响成品后的发光二极管的发光亮度。然而，以化学药剂清除黑色熔渣时往往熔渣无法被去除干净，导致发光二极管的发光亮度衰减而影响其发光效率。因此，如何提供一种发光二极管的制作方法，可改善其发光效率，是业者一直努力的目标。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种发光二极管的制作方法，本发明的制作方法不会有激光切割所残留的黑色熔渣，因此不会导致发光二极管的发光亮度衰减而影响其发光效率。
为达上述的目的，本发明提供一种发光二极管的制作方法包括提供一外延基板，外延基板具有一第一表面与一第二表面，其中第一表面与第二表面分别位于外延基板的相反侧；形成一外延结构于外延基板的第一表面上，其中外延结构具有一第一半导体层及一第二半导体层；形成一沟槽于外延结构上，沟槽暴露出第一半导体层；提供一固定基板设置于外延结构及第一半导体层上；提供一能量由外延基板的第二表面进入外延基板，并聚焦于第一表面及第二表面之间；形成一反射层于外延基板的第二表面上；以及移除固定基板，并进行管芯劈裂，以形成多个发光二极管管芯。
在本发明的一较佳实施例中，外延结构还具有一有源层，有源层夹置于第一半导体层及第二半导层之间。
在本发明的一较佳实施例中，基板包含一胶带、一蜡、一光致抗蚀剂材料或一硬性基板，或其组合。
在本发明的一较佳实施例中，通过沟槽定义单颗的发光二极管管芯。
在本发明的一较佳实施例中，能量由一激光光照射所产生。
在本发明的一较佳实施例中，能量的照射位置与沟槽对应。
在本发明的一较佳实施例中，能量破坏外延基板的内部结构。
在本发明的一较佳实施例中，反射层经过蒸镀或溅镀制作工艺，以形成于外延基板的第二表面上。
在本发明的一较佳实施例中，反射层为单层结构或多层结构。
在本发明的一较佳实施例中，反射层的材质包含银、铝、金、钛、铬、镍、铟锡氧化物，或其组合。
在本发明的一较佳实施例中，制作方法还包括于外延结构的第二半导体层上形成一电流阻障层。
在本发明的一较佳实施例中，制作方法还包括形成一第一电极于外延结构之上及形成一第二电极于第一半导体层之上。
在本发明的一较佳实施例中，制作方法还包括形成一保护层于外延结构上，其中保护层露出第一电极及第二电极。
在本发明的一较佳实施例中，制作方法还包括减薄外延基板。
承上所述，因依据本发明发光二极管的制作方法包括提供一外延基板，外延基板具有一第一表面与一第二表面，其中第一表面与第二表面分别位于外延基板的相反侧；形成一外延结构于外延基板的第一表面上，其中外延结构具有一第一半导体层及一第二半导体层；形成一沟槽于外延结构上，沟槽暴露出第一半导体层；提供一固定基板设置于外延结构及第一半导体层上；提供一能量由外延基板的第二表面进入外延基板，并聚焦于第一表面及第二表面之间；形成一反射层于外延基板的第二表面上；以及移除固定基板，并进行管芯劈裂，以形成多个发光二极管管芯。由此，与现有相较，本发明的发光二极管并不使用现有的激光预切方式进行管芯切割，因此不会有激光切割所残留的黑色熔渣，故不会有熔渣无法清除干净而导致发光二极管的发光亮度衰减而影响其发光效率。
附图说明
图1A至图1E分别为现有一种发光二极管的制作流程示意图；
图2为本发明较佳实施例的一种发光二极管的制作方法流程图；以及
图3A至图3H分别为本发明的发光二极管的制作过程示意图。
主要元件符号说明
11、21：外延基板
12、22：外延结构
121：n-GaN层
122：多重量子阱层
123：p-GaN层
13、23：反射层
211：第一表面
212、212a：第二表面
221：第一半导体层
222：有源层
223：第二半导体层
C：切痕
E：能量
F：固定基板
P1：第一电极
P2：第二电极
S01～S07：步骤
T：沟槽
具体实施方式
以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的一种发光二极管的制作方法，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。
请分别参照图2、图3A至图3H所示，其中，图2为本发明较佳实施例的一种发光二极管的制作方法流程图，而图3A至图3H分别为本发明的发光二极管的制作过程示意图。
本发明的发光二极管的制作方法包括步骤S01至步骤S07。
首先，在步骤S01中，如图3A所示，提供一外延基板21，外延基板21具有一第一表面211与一第二表面212，其中第一表面212与第二表面212分别位于外延基板21的相反侧。在此，第一表面211为外延基板21的上表面，而第二表面212为外延基板21的下表面。
另外，在步骤S02中，形成一外延结构22于外延基板21的第一表面211上，其中外延结构22具有一第一半导体层221及一第二半导体层223。本实施例的外延基板21以蓝宝石基板（Sapphire）为例。当然，外延基板21还可以是碳化硅、氧化铝、氮化镓、玻璃、石英、磷化镓或砷化镓基板等等。其中，形成外延结构22的主要外延方法有液相外延法（Liquid PhaseEpitaxy,LPE）、气相外延法（Vapor Phase Epitaxy,VPE）及有机金属气相外延法（Metal-organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD），并不加以限制。
另外，外延结构22以材料能隙来看，常用的Ⅲ族-Ⅴ族元素组成大至可分成四类，分别为：GaP/GaAsP系列、AlGaAs系列、AlGaInP系列、以及GaN系列。在此，外延结构22以具有一第一半导体层221、一有源层222及一第二半导体层223为例。靠近外延基板21至远离外延基板21依序为第一半导体层221、有源层222及第二半导体层223。第一半导体层221与第二半导体层223具有不同电性，例如当第一半导体层221为P型时，第二电性半导体层223为N型；而当第一半导体221层为N型时，第二半导体层223则为P型。在此，第一半导体层221为N型氮化镓（GaN），有源层222为多重量子阱（Multiple quantum-well,MQW）结构，而第二半导体层223以P型氮化镓为例。
另外，在步骤S03中，如图3B所示，形成一沟槽T于外延结构22上，其中沟槽T暴露出外延结构22的第一半导体层221。更详细来说，可利用黄光光刻制作工艺以光致抗蚀剂材料形成掩模层（图未显示）为蚀刻掩模，然后再利用蚀刻制作工艺以移除未被掩模层所覆盖的部分外延结构，直至暴露第一半导体层221，以形成于后续可定义发光二极管管芯的沟槽T之后，再去除掩模层。在此，蚀刻的技术可为感应耦合等离子体离子蚀刻。通过沟槽T的形成可以定义出单颗的发光二极管管芯。在本实施例中，以形成两沟槽T为例，以定义出3颗发光二极管管芯。其中，以垂直外延基板21的第一表面211的方向来说，沟槽T去除部分外延结构22直至暴露部分第一半导体层221。而在其他实施例中，为了确定沟槽T可以暴露出部分的第一半导体层221，也可以控制蚀刻制作工艺直到去除部分的第一半导体层221，以确保沟槽T可以暴露出第一半导体层221。
另外，在其它的实施态样中，制作方法还可包括于外延结构22的第二半导体层223上形成一电流阻障层（图未显示）。电流阻障层可避免大量电流直接灌至发光二极管中而造成电流拥塞情形，可提高发光二极管的发光效率。其中，可以光刻、蒸镀与浮离制作工艺的方式形成电流阻障层，而其材质可为一氧化硅（SiOx）或氮化硅(SiNx)的绝缘透明膜。而该制作方法还可包括于外延结构22的第二半导体层223与电流阻障层（图未显示）上形成一欧姆接触的透明导电层（图未显示）。其中，该透明导电层可以光刻、蒸镀与浮离或蚀刻制作工艺的方式形成，而其材质可为一铟锡氧化物（ITO）的透明导电膜。
再者，如图3C所示，在形成沟槽T之后及执行下一步骤S04之前，制作方法还可包括：形成一第一电极P1于外延结构22之上及形成一第二电极P2于第一半导体层221之上。更详细来说，第一电极P1及第二电极P2分别设置于外延结构22的第二半导体层223及第一半导体层221。其中，可以光刻、蒸镀与浮离或蚀刻制作工艺的方式形成第一电极P1及第二电极P2，且第一电极P1及第二电极P2可为复合金属层，其材质例如可为钛/铂/金或铬/铂/金。另外，在执行步骤S04之前，制作方法还可包括形成一保护层（图未显示）于外延结构22上，保护层并不覆盖第一电极P1及第二电极P2，以使第一电极P1及第二电极P2可露出，以外接电源。其中，可以光刻、蒸镀与浮离或蚀刻制作工艺的方式形成保护层，而其材质可为一氧化硅（SiOx）或氮化硅（SiNx）的绝缘透明膜。此外，如图3D所示，在执行步骤S04之前，制作方法还可包括减薄外延基板21。本实施例以研磨及抛光等制作工艺减少外延基板21的厚度。原本外延基板21的厚度约为440μm，可先将外延基板21研磨至50～100μm，最后再以抛光制作工艺将外延基板21减薄至20～40μm。在此，减薄后的外延基板21的下表面仍称为外延基板21的第二表面，以下均以212a标示之。
接着，在步骤S04中，如图3E所示，提供一固定基板F设置于外延结构22及第一半导体层221上。在此，固定基板F例如可为一软性胶带以粘贴的方式覆盖于外延结构22及第一半导体层221之上；也可以使用蜡或光致抗蚀剂材料涂布于外延结构22及第一半导体层221上当作固定基板F；或者可以使用一硬性基板搭配粘着剂当作固定基板F，其中，粘着剂可例如是胶水或任何可以用来结合硬性基板与外延结构22与第一半导体层221的粘性物体，以将硬性基板结合于外延结构22及第一半导体层221之上。
接着，执行步骤S05，如图3F所示，提供一能量E由外延基板21的第二表面212a进入外延基板21，并聚焦于第一表面211及第二表面212a之间。在本实施例中，以激光光由外延基板21的第二表面212a（由下表面往上）照射外延基板21的内部，以提供一隐形激光切割方式。其中，激光光聚焦于外延基板21的内部，且能量E的照射位置与原先的沟槽T的位置对应。由于激光光的能量E聚焦于外延基板21的内部，故会解离及破坏部分外延基板21的内部结构，但对外延基板21的第二表面212a或第一表面211并不造成损伤（没有实际的切痕）。另外，为了怕激光光的能量E伤害外延结构22而影响制作工艺良率，因此，激光光由第二表面212a进入外延基板21并聚焦于外延基板21内部。此外，由于已将外延结构22及外延基板21固定于固定基板F上，故经隐形激光切割后的外延基板21及外延结构22不会受应力的影响而碎裂，也不会产生翘曲的现象。
另外，在步骤S06中，如图3G所示，形成一反射层23于外延基板21的第二表面212a上。本实施例经由电子枪（E-Gun）蒸镀或溅镀（sputter）制作工艺将一高反射率的反射层23设置于外延基板21的第二表面212a上，以反射光线。在此，为向上发光为例。另外，本实施例的反射层23可为单层高反射率的金属层或为多层高反射率的金属层，而其材质可例如包含银、铝、金、钛、铬、镍、铟锡氧化物，或其组合，并例如可为单层的银、双层的镍/银，或双层的铟锡氧化物/银等。使用高反射率的反射层23可改善现有多层膜布拉格反射镜的较窄的反射频宽，以提供一全波段的反射光谱，不仅可提高发光二极管的发光效率，还可帮助发光二极管进行散热。
最后，执行步骤S07，如图3H所示，移除固定基板F，并进行管芯劈裂，以形成多个发光二极管管芯。在此，发光二极管为一水平导通式发光二极管。
综上所述，包括提供一外延基板，外延基板具有一第一表面与一第二表面，其中第一表面与第二表面分别位于外延基板的相反侧；形成一外延结构于外延基板的第一表面上，其中外延结构具有一第一半导体层及一第二半导体层；形成一沟槽于外延结构上，沟槽暴露出第一半导体层；提供一固定基板设置于外延结构及第一半导体层上；提供一能量由外延基板的第二表面进入外延基板，并聚焦于第一表面及第二表面之间；形成一反射层于外延基板的第二表面上；以及移除固定基板，并进行管芯劈裂，以形成多个发光二极管管芯。由此，与现有相比较，本发明的发光二极管并不使用现有的激光预切方式进行管芯切割，因此不会有激光切割所残留的黑色熔渣，故不会有熔渣无法清除干净而导致发光二极管的发光亮度衰减而影响其发光效率。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的权利要求中。
Claims (14)
1.一种发光二极管的制作方法，包括：
提供一外延基板，该外延基板具有第一表面与第二表面，其中该第一表面与该第二表面分别位于该外延基板的相反侧；
形成一外延结构于该外延基板的该第一表面上，其中该外延结构具有第一半导体层及第二半导体层；
形成一沟槽于该外延结构上，其中该沟槽暴露出该第一半导体层；
提供一固定基板设置于该外延结构及该第一半导体层上；
提供一能量由该外延基板的该第二表面进入该外延基板，并聚焦于该第一表面及该第二表面之间；
形成一反射层于该外延基板的该第二表面上；以及
移除该固定基板，并进行管芯劈裂，以形成多个发光二极管管芯。
2.如权利要求1所述的制作方法，其中该外延结构还具有有源层，该有源层夹置于该第一半导体层及该第二半导体层之间。
3.如权利要求1所述的制作方法，其中该固定基板包含胶带、蜡、光致抗蚀剂材料或硬性基板，或其组合。
4.如权利要求1所述的制作方法，其中通过该沟槽定义单颗的发光二极管管芯。
5.如权利要求1所述的制作方法，其中该能量由一激光光照射所产生。
6.如权利要求1所述的制作方法，其中该能量的照射位置与该沟槽对应。
7.如权利要求1所述的制作方法，其中该能量破坏该外延基板的内部结构。
8.如权利要求1所述的制作方法，其中该反射层经过蒸镀或溅镀制作工艺，以形成于该外延基板的该第二表面上。
9.如权利要求1所述的制作方法，其中该反射层为单层结构或多层结构。
10.如权利要求1所述的制作方法，其中该反射层的材质包含银、铝、金、钛、铬、镍、铟锡氧化物，或其组合。
11.如权利要求2所述的制作方法，还包括：
在该外延结构的该第二半导体层上形成一电流阻障层。
12.如权利要求1所述的制作方法，还包括：
形成一第一电极于该外延结构之上；及
形成一第二电极于该第一半导体层之上。
13.如权利要求12所述的制作方法，还包括：
形成一保护层于该外延结构上，其中该保护层露出该第一电极及该第二电极。
14.如权利要求1所述的制作方法，还包括：
减薄该外延基板。
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