CN103682033A - 倒装式发光二极管结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种倒装式发光二极管结构及其制造方法。该倒装式发光二极管结构包括承载基板、发光管芯结构、反射层、开口、介电层、第一接合层及第二接合层。发光管芯结构位于承载基板上且包括第一型半导体外延层、第二型半导体外延层及发光层。发光层形成于第一型半导体外延层与第二型半导体外延层之间。反射层位于第一型半导体外延层上。开口贯穿发光管芯结构。介电层覆盖开口的内壁且延伸至部分反射层表面上。第一接合层设置在无介电层覆盖的反射层上。第二接合层设置在部分介电层上，且沟填开口，且经由开口电连接第二型半导体外延层。
Description
技术领域
本发明涉及一种倒装式发光二极管结构及其制造方法，且特别是涉及一种提高发光效率的倒装式发光二极管结构及其制造方法。
背景技术
传统发光二极管元件包含一硅基板及一半导体复合层，半导体复合层包含依序形成于硅基板上的第一型半导体层、发光层及第二型半导体层。硅基板可作为半导体复合层的载板。
然而，硅基板具有吸光性质，导致发光二极管元件的发光效率变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种倒装式发光二极管结构及其制造方法，一实施例中，可省略硅基板，以提升发光效率。
为达上述目的，根据本发明的一实施例，提出一种倒装式发光二极管结构。倒装式发光二极管结构包括一承载基板、一发光管芯结构、一反射层、一第一开口、一介电层、一第一接合层及一第二接合层。承载基板设有第一电极及第二电极。发光管芯结构位于承载基板上且包括一第一型半导体外延层、一第二型半导体外延层及一发光层。发光层形成于第一型半导体外延层与第二型半导体外延层之间。反射层位于第一型半导体外延层上。第一开口贯穿第一型半导体外延层、发光层以及第二型半导体外延层。介电层覆盖第一开口的内壁且延伸至部分反射层表面上。第一接合层设置在无介电层覆盖的反射层上。第二接合层设置在部分介电层上，且沟填第一开口，且经由第一开口电连接第二型半导体外延层。其中，第一电极及第二电极分别与第一接合层连接及第二接合层连接。
根据本发明的另一实施例，提出一种倒装式发光二极管结构的制造方法。制造方法包括以下步骤。形成一发光管芯结构于一成长基板上，其中发光管芯结构包括一第二型半导体外延层位于成长基板上、一发光层位于第二型半导体外延层上，及一第一型半导体外延层位于发光层上；形成一反射层于部分第一型半导体外延层上；于一预定的一第二电极区形成一第一开口贯穿第一型半导体外延层以及第二型半导体外延层；形成一介电层于第一开口内壁上，并延伸至部分反射层表面上；于一预定的一第一电极区形成一第一接合层于反射层上；形成一第二接合层于介电层上，并经由第一开口连接至第二型半导体外延层；移除成长基板，以露出第二型半导体外延层；以及，翻转发光管芯结构，通过位于第一、第二电极区的第一、第二接合层，与一表面包括有一第一、第二电极的承载基板接合固着，其中第一电极及第二电极分别与第一接合层连接及第二接合层连接。
根据本发明的另一实施例，提出一种倒装式发光二极管结构的制造方法。制造方法包括以下步骤。形成一发光管芯结构于一成长基板上，其中发光管芯结构包括一第一型半导体外延层位于成长基板上、一发光层位于第一型半导体外延层上，及一第二型半导体外延层位于发光层上；移除成长基板，以露出第一型半导体外延层；形成一反射层于部分第一型半导体外延层上；于一预定的一第二电极区形成一第一开口贯穿反射层、第一型半导体外延层以及第二型半导体外延层；形成一介电层于第一开口内壁上，并延伸至部分反射层表面上；于一预定的一第一电极区形成一第一接合层于反射层上；形成一第二接合层于介电层上，并经由第一开口连接至第二型半导体外延层；以及，通过位于该第一、第二电极区的该第一、第二接合层，与一表面包括有一第一、第二电极的承载基板接合固着，其中第一电极及第二电极分别与第一接合层连接及第二接合层连接。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1A为本发明一实施例的倒装式发光二极管结构的剖视图；
图1B为图1A的仰视图（未绘示承载基板）；
图1C为图1A的俯视图（未绘示承载基板）；
图2为本发明另一实施例的倒装式发光二极管结构的剖视图；
图3A至图3G为本发明一实施例的倒装式发光二极管结构的制造过程图；
图4A至图4G为本发明另一实施例的倒装式发光二极管结构的制造过程图。
主要元件符号说明
100、200：倒装式发光二极管结构
110：承载基板
111：第一电极
112：第二电极
115：成长基板
120：发光管芯结构
121：第一型半导体外延层
122：发光层
123：第二型半导体外延层
130：反射层
140：第一开口
150：介电层
151：第二开口
160：第一接合层
162：第一电极区
170：第二接合层
171：第二电极区
180：透光材料层
181：第三开口
190：导电层
197：光转换层
195：透光基板
1951：粗糙结构
214：粘结层
215：暂时基板
G：间隙
具体实施方式
请参照图1A，其绘示依照本发明一实施例的倒装式发光二极管结构的剖视图。倒装式发光二极管结构100包括承载基板110、发光管芯结构120、反射层130、第一开口140、介电层150、第一接合层160及第二接合层170。
承载基板110例如是一封装基板。承载基板110上设有第一电极111与第二电极112，发光管芯结构120通过第一接合层160连接第一电极111，及通过第二接合层170连接第二电极112，以电连接承载基板110。
发光管芯结构120包括一第一型半导体外延层121、一发光层122及一第二型半导体外延层123，其依序形成于承载基板110上，其中发光层122形成于第一型半导体外延层121与第二型半导体外延层123之间。
发光管芯结构120可通过一般半导体制作工艺（例如薄膜沉积、光刻、蚀刻、掺杂）来形成。第一型半导体外延层121例如是P型半导体层，而第二型半导体外延层123则为N型半导体层；或是，第一型半导体外延层121是N型半导体层，而第二型半导体外延层123则为P型半导体层。其中，P型半导体层例如是掺杂硼（B）、铟（In）、镓（Ga）或铝（Al）等三价元素的氮基半导体层，而N型半导体层例如是掺杂磷（P）、锑（Ti）、砷（As）等五价元素的氮基半导体层。发光层122可以是三五族二元素化合物半导体（例如是砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)）、三五族多元素化合物半导体（例如是砷化铝镓(AlGaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、砷化铝铟镓(AlInGaAs)）或二六族二元素化合物半导体（例如是硒化镉(CdSe)、硫化镉(CdS)、硒化锌(ZnSe)）。
反射层130及发光层122分别形成于第一型半导体外延层121的相对第一面121s1与第二面121s2上，其中反射层130面向承载基板110，以将射向承载基板110的光线反射至上方出光。此外，反射层130例如是由金属制成。
本例中，第一开口140贯穿整个第一型半导体外延层121、整个发光层122及整个第二型半导体外延层123，亦即，第一开口140贯穿整个发光管芯结构120，然此非用以限制本发明实施例。
介电层150覆盖第一开口140的内壁，且延伸至反射层130的部分表面上。介电层150可隔离第二接合层170与第一型半导体外延层121，避免第二接合层170与第一型半导体外延层121电连接。
第一接合层160设置在未受到介电层150覆盖的反射层130上。
第二接合层170设置在部分介电层150上。第二接合层170沟填第一开口140，且经由第一开口140电连接第二型半导体外延层123。第二接合层170与第一接合层160之间存有一间隙G，其曝露出部分介电层150，以将发光管芯结构区分成一含有第一接合层160的第一电极区161与一含有第二接合层170的第二电极区171。承载基板110上的第一电极111与第二电极112分别与第一电极区161上的第一接合层160连接以及与第二电极区171上的第二接合层170连接。此外，第一接合层160和第二接合层170例如是金属共晶材质，例如是银锡合金（Ag-Sn）、锡铜合金（Sn-Cu）、锡铋合金（Sn-Bi）、银铟合金（Ag-In）或其它具有共晶点特性的合金。
此外，请参照图1B，其绘示图1A的仰视图（未绘示承载基板）。较佳但非限定地，第一接合层160与第二接合层170的面积至少大于发光二极管结构100的整个底部面积的20%。
如图1A所示，倒装式发光二极管结构100还包括透光材料层180及导电层190。透光材料层180形成于第二型半导体外延层123上，且具有一对准第一开口140的第三开口181。导电层190形成于透光材料层180上，并经由第三开口181连接至第一开口140中的第二接合层170。故，第二接合层170可通过透光材料层180与导电层190电连接于第二型半导体外延层123。
其中，透光材料层180的材质例如是透明导电材料(TransparentConductive Oxide,TCO)或透明的有机导电材料，其中，透明导电材料如铟锡氧化物（Indium Tin Oxide,ITO）或铟锌氧化物（indium zinc oxide,IZO）。
倒装式发光二极管结构100还包括透光基板195及光转换层197，光转换层197位于透光基板195与透光材料层180之间。光转换层197可将来自于发光管芯结构120的光线转换成具有预期光色的光线。光转换层197例如是包括荧光粉（未绘示）及透明封胶（未绘示），其中荧光粉掺杂于透明封胶内，其中透明封胶的折射率介于1.3至2.0之间，且穿透率大于85%，然此非用以限制本发明实施例；或者，光转换层197包括荧光粉及透明板，其中荧光粉掺杂于透明板内，透明板例如单晶基板、多晶基板、或由透明石英材料、透明玻璃材料或透明高分子聚合物材料所制成的基板。
透光基板195的一表面上还包括至少一粗糙结构1951，其邻接光转换层197。透光基板195例如单晶基板、多晶基板、或由透明石英材料、透明玻璃材料或透明高分子聚合物材料所制成的基板。本例中，透光基板195的剖面是矩形；另一例中，透光基板195的剖面可以是梯形、三角形、任意曲线构成的形状或其组合。
请参照图1C，其绘示图1A的俯视图（未绘示承载基板）。导电层190是长条形导电层，且沿透光材料层180的边缘延伸。此外，导电层190可以是单层或多层结构，以多层结构来说，其选自于铬层、铂层、金层、铝层及其组合所构成的群组。
请参照图2，其绘示依照本发明另一实施例的倒装式发光二极管结构的剖视图。倒装式发光二极管结构200包括承载基板110、发光管芯结构120、反射层130、第一开口140、介电层150、第一接合层160、第二接合层170、透光材料层180、透光基板195及光转换层197。
第一开口140贯穿整个第一型半导体外延层121、整个发光层122及部分第二型半导体外延层123，亦即，第一开口140仅贯穿部分发光管芯结构120，未贯穿整个发光管芯结构120。
第一接合层160与第二接合层170之间存有一间隙G，其曝露部分介电层150，以将发光管芯结构区分成一含有第一接合层160的第一电极区161与一含有第二接合层170的第二电极区171。介电层150具有第二开口151，其位于第一电极区161内，且暴露部分反射层130，其中第一接合层160经由第二开口151电连接反射层130。此外，相似的第二开口151也可应用于上述倒装式发光二极管结构100中。
请参照图3A至图3G，其绘示依照本发明一实施例的倒装式发光二极管结构的制造过程图。
如图3A所示，采用例如是半导体制作工艺，形成发光管芯结构120于成长基板115上，其中发光管芯结构120包括第一型半导体外延层121、发光层122及第二型半导体外延层123，第一型半导体外延层121形成于成长基板115上，发光层122形成于第一型半导体外延层121上，而第二型半导体外延层123形成于发光层122上。此处的半导体制作工艺例如是金属有机化学气相沉积（Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）外延制作工艺、薄膜沉积、光刻、蚀刻及/或掺杂。
如图3A所示，可采用例如是溅镀制作工艺，形成透光材料层180于第二型半导体外延层123上，其中透光材料层180具有第三开口181。
如图3A所示，形成导电层190于透光材料层180上，其中导电层190延伸至第三开口181内。另一实施例中，也可省略透光材料层180，在此设计下，导电层190直接形成于第二型半导体外延层123上。
如图3B所示，可采用涂布制作工艺，形成光转换层197于透光材料层180上，并覆盖导电层190。当上述透光材料层180被省略，光转换层197可直接形成于第二型半导体外延层123。另一例中，光转换层197也可预先形成于透光材料层180上，然后再通过透光材料层180贴附于第二型半导体外延层123上。
如图3B所示，可采用贴合制作工艺，形成透光基板195于光转换层197上，其中透光基板195具有至少一粗糙结构1951，粗糙结构1951嵌入光转换层197内。
如图3C所示，移除成长基板115，以露出第一型半导体外延层121。
如图3D所示，于一预定的第二电极区171形成第一开口140贯穿整个第一型半导体外延层121、整个发光层122及整个第二型半导体外延层123，以露出导电层190。第一开口140对准透光材料层180的第三开口181，其中，第一开口140的开口面积大于第三开口181的开口面积；另一例中，第一开口140的开口面积可小于或等于第三开口181的开口面积。此外，第一开口140与第三开口181也可于同时形成。
如图3E所示，可采用例如是溅镀制作工艺，形成反射层130于部分第一型半导体外延层121上。涂布制作工艺例如是印刷、喷涂或旋涂。
如图3E所示，可采用例如是涂布制作工艺，形成介电层150于第一开口140的内壁上，并延伸至部分反射层130的表面上。介电层150可隔离第一型半导体外延层121与后续形成的第二接合层170。本例中，介电层150是一薄层，其并未填满第一开口140。
如图3F所示，于预定的第一电极区161形成一第一接合层160于反射层130上。
如图3F所示，形成第二接合层170于介电层150上，并经由第一开口140连接至第二型半导体外延层123。由于介电层150的隔离，避免第二接合层170与第一型半导体外延层121电连接。
如图3G所示，设置发光管芯结构120于一表面包括有第一电极111及第二电极112的承载基板110上，其中发光管芯结构120通过位于第一电极区161的第一接合层160及第二电极区162的第二接合层170与承载基板110接合固着。更详细地说，发光管芯结构120通过第一接合层160连接第一电极111，及通过第二接合层170连接第二电极112，以电连接承载基板110。
然后，可切割图3G的结构，以形成至少一如图1A所示的倒装式发光二极管结构100。另一例中，切割步骤也可于接合步骤（图3G）前执行。
请参照图4A至图4G，其绘示依照本发明另一实施例的倒装式发光二极管结构的制造过程图。
如图4A所示，可采用例如是外延技术，形成发光管芯结构120于成长基板115上，其中发光管芯结构120包括第一型半导体外延层121、发光层122及第二型半导体外延层123，其中第二型半导体外延层123形成于成长基板115上，发光层122形成于第二型半导体外延层123上，而第一型半导体外延层121形成于发光层122上。
如图4A所示，于预定的第二电极区171形成第一开口140贯穿整个第一型半导体外延层121、整个发光层122及部分第二型半导体外延层123。
如图4B所示，形成反射层130于部分第一型半导体外延层121上。
如图4C所示，形成介电层150于第一开口140的内壁上，并延伸至部分反射层130的表面上。介电层150可隔离第一型半导体外延层121与后续形成的第二接合层170。本例中，介电层150是一薄层，其并未填满第一开口140。
如图4C所示，形成第二开口151于部分介电层150上，以露出反射层130的部分表面，使得后续形成的第一接合层160可经由第二开口151连接至反射层130。
如图4D所示，于预定的第一电极区161形成一第一接合层160于反射层130上。
如图4D所示，于预定的第二电极区171形成第二接合层170于介电层150上，并经由第一开口140连接至第二型半导体外延层123。由于介电层150的隔离，避免第二接合层170与第一型半导体外延层121电性短路。
如图4E所示，移除成长基板115，以露出第二型半导体外延层123。移除成长基板115之前，可以具有粘结层214的暂时基板215黏住第一接合层160及第二接合层170，以利成长基板115的移除。
如图4F所示，可采用涂布制作工艺，形成光转换层197于第二型半导体外延层123上。
如图4F所示，可采用贴合制作工艺，形成透光基板195于光转换层197上。透光基板195具有至少一粗糙结构1951，粗糙结构1951嵌入光转换层197内。
然后，可分离暂时基板215与发光管芯结构120，以露出第一接合层160及第二接合层170。
然后，翻转发光管芯结构120，使第一接合层160及第二接合层170朝下，通过位于第一电极区161的第一接合层160及第二电极区171的第二接合层170与一表面包括有第一电极111及第二电极112的承载基板110接合固着，而形成至少一如图2所示的倒装式发光二极管结构200。
综上所述，虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (20)
1.一种倒装式发光二极管结构，包括：
承载基板，设有第一电极及第二电极；
发光管芯结构，位于该承载基板上，且包括：
第一型半导体外延层；
第二型半导体外延层；及
发光层，形成于该第一型半导体外延层与该第二型半导体外延层之间；
反射层，位于该第一型半导体外延层上；
第一开口，贯穿该第一型半导体外延层、该发光层以及该第二型半导体外延层；
介电层，覆盖该第一开口的内壁且延伸至部份该反射层表面上；
第一接合层，设置在无该介电层覆盖的该反射层上；以及
第二接合层，设置在部份该介电层上，且沟填该第一开口，且经由该第一开口电连接该第二型半导体外延层；
其中，该第一电极及该第二电极分别与该第一接合层连接及该第二接合层连接。
2.如权利要求1所述的倒装式发光二极管结构，其中该第一接合层与该第二接合层之间存有一间隙，曝露部分该介电层，以将该发光管芯结构区分成一含有该第一接合层的第一电极区与一含有该第二接合层的第二电极区。
3.如权利要求2所述的倒装式发光二极管结构，其中在该第一电极区还包括第二开口，位于该介电层上而暴露部份该反射层，该第一接合层经由该第二开口电连接该反射层。
4.如权利要求1所述的倒装式发光二极管结构，其中该倒装式发光二极管结构还包括：
透光材料层，形成于该第二型半导体外延层上，且具有一对准该第一开口的第三开口；以及
导电层，形成于该透光材料层上，并经由该第三开口连接至形成于该第一开口中的该第二接合层。
5.如权利要求4所述的倒装式发光二极管结构，其中该导电层是长条形导电层，且沿该透光材料层的边缘延伸。
6.如权利要求5所述的倒装式发光二极管结构，还包括：
透光基板；以及
光转换层，位于该透光材料层与该透光基板之间。
7.如权利要求6所述的倒装式发光二极管结构，其中该透光基板还包括一粗糙结构，嵌入该光转换层内。
8.如权利要求1所述的倒装式发光二极管结构，其中该第一开口贯穿部分或全部的该第二型半导体外延层。
9.如权利要求1所述的倒装式发光二极管结构，其中该第一接合层与第二接合层是金属共晶材质。
10.一种倒装式发光二极管结构的制造方法，包括：
形成一发光管芯结构于一成长基板上，其中该发光管芯结构包括一第二型半导体外延层位于该成长基板上、一发光层位于该第二型半导体外延层上，及一第一型半导体外延层位于该发光层上；
于一预定的一第二电极区，形成一第一开口经过该第一型半导体外延层、该发光层及该第二型半导体外延层；
形成一反射层于部分该第一型半导体外延层上；
形成一介电层于该第一开口内壁上，并延伸至部份该反射层表面上；
于一预定的一第一电极区形成一第一接合层于无该介电层覆盖的该反射层上；
形成一第二接合层于该介电层上，并经由该第一开口连接至该第二型半导体外延层；
移除该成长基板，以露出该第二型半导体外延层；以及
翻转该发光管芯结构，通过位于该第一、第二电极区的该第一、第二接合层，与一表面包括有第一、第二电极的承载基板接合固着，其中该第一电极及该第二电极分别与该第一接合层连接及该第二接合层连接。
11.如权利要求10所述的制造方法，还包括：
形成一透光材料层于该第二型半导体外延层上，其中该透光材料层上具有第三开口，该第三开口对准该第一开口；以及
形成一导电层于该透光材料层上，其中该导电层延伸至该第三开口内；
其中，对准该第一开口的该第三开口可于形成该第一开口的该步骤中直接贯穿该发光管芯结构而形成，或者在该第一开口形成后，再于该透光材料层上另外形成。
12.如权利要求11所述的制造方法，其中该导电层是长条形导电层，且沿该透光材料层的边缘延伸。
13.如权利要求12所述的制造方法，还包括：
形成一光转换层于该第二型半导体外延层上。
14.如权利要求13所述的制造方法，其中该光转换层直接形成于该第二型半导体外延层上，或者先形成于该透光材料层后再贴附于该第二型半导体外延层上。
15.如权利要求14所述的制造方法，其中于形成该第一开口的该步骤中，该第一开口贯穿部分的该第二型半导体外延层的厚度。
16.如权利要求10所述的制造方法，其中该第一接合层及该第二接合层分别由金属共晶材质所构成。
17.如权利要求13所述的制造方法，还包括：
透光基板，具有粗糙结构，该些粗糙结构嵌入该光转换层内。
18.一种倒装式发光二极管结构的制造方法，包括：
形成一发光管芯结构于一成长基板上，其中该发光管芯结构包括第一型半导体外延层位于该成长基板上、发光层位于该第一型半导体外延层上，及一第二型半导体外延层位于该发光层上；
移除该成长基板，以露出该第一型半导体外延层；
于一预定的一第二电极区，形成一第一开口经过该第一型半导体外延层及该第二型半导体外延层；
形成一反射层于部分该第一型半导体外延层上；
形成一介电层于该第一开口的内壁上，并延伸至部份该反射层表面上；
于一预定的一第一电极区，形成一第一接合层于无该介电层覆盖的该反射层上；
形成一第二接合层于该介电层上，并经由该第一开口连接至该第二型半导体外延层；以及
通过位于该第一、第二电极区的该第一、第二接合层，与一表面包括有第一、第二电极的承载基板接合固着，其中该第一电极及该第二电极分别与该第一接合层连接及该第二接合层连接。
19.如权利要求18所述的制造方法，其中于形成该介电层于该第一开口内壁上的该步骤后，还包括形成一第二开口露出该反射层，使得该第一接合层经由该第二开口连接至该反射层。
20.如权利要求18所述的制造方法，其中于形成该第一开口的该步骤中，该第一开口贯穿整个该第二型半导体外延层的厚度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140326 |