CN105322057A - 发光元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发光元件及其制造方法，其发光元件包含提供一发光二极管晶片，包含一基板以及一半导体叠层位于基板上；以一第一激光光束于发光二极管晶片，以切割半导体叠层至基板的一深度；以一第二激光光束聚焦基板内部，在基板中形成多条粗化痕；提供一外力于发光二极管晶片，使发光二极管晶片分离成多个发光二极管管芯。

Description

发光元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，特别是涉及一种发光二极管晶片的分割技术。

背景技术

发光二极管(light-emittingdiode,LED)为p型半导体与n型半导体所组成的光电元件，通过p-n接面上载流子的结合放出光线，可广泛地使用于光学显示装置、交通号志、数据存储装置、通讯装置、照明装置与医疗器材等。传统的发光二极管制作工艺，是在一基板上以外延技术成长半导体叠层，形成晶片，外延完成后需进行切割制作工艺，将晶片分割成多个发光二极管管芯。

现有的晶片切割技术先自发光二极管晶片的表面上形成两组彼此互相垂直的切割线，接着以劈刀对准两方向垂直线进行劈裂，使得晶片沿着切割线裂开而分离成多个发光二极管管芯。然而受限于此切割技术，倘若基板厚度增加，将造成劈裂良率不佳。此外，晶片在切割制作工艺中所产生的碎屑或微尘易残留于管芯上，造成吸光而使得管芯整体出光效果不佳、亮度降低。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种发光元件制造方法，包含：提供一发光二极管晶片，包含一基板以及一半导体叠层位于基板上；提供一第一激光光束于发光二极管晶片，以切割半导体叠层至基板的一深度；提供一第二激光光束聚焦于基板内部，在基板中形成多条粗化痕；提供一外力于发光二极管晶片，使发光二极管晶片分离成多个发光二极管管芯。

一发光二极管管芯，包含：一基板，包含一上表面、一下表面及多个侧面；以及一半导体叠层，位于基板的上表面；其中多个侧面包含靠近上表面的一第一区，具有一第一粗糙度(RMS)；一第二区，具有单条或多条大致平行于上表面或下表面的粗化痕，且单条或多条粗化痕具有一第二粗糙度；以及一第三区，介于第一区及第二区之间或/及多条粗化痕之间，且具有一第三粗糙度；其中第一粗糙度不大于第二粗糙度，且第三粗糙度小于第一粗糙度。

附图说明

图1A至图1F为本发明的制造方法的一实施例示意图；

图2为本发明的制造方法的另一实施例示意图；

图3为本发明的制造方法的另一实施例示意图；

图4为本发明的一实施例的结构示意图；

图5A及图5B为本发明的一实施例的电子显微镜扫描图；

图6为本发明的另一实施例的结构示意图；

图7为本发明的制造方法所量测在不同厚度基板下的发光二极管管芯的功率比较图。

符号说明

1晶片

3发光二极管管芯

10基板

20半导体叠层

22第一半导体层

24活性层

26第二半导体层

32第一电极

34第二电极

50第二激光光束

60反射结构

100切割痕

101第一表面

102第二表面

103侧表面

200、210、220、230、240粗化痕

250刻痕

300第一区

400第三区

具体实施方式

本发明的实施例会被详细地描述，并且绘制于附图中，相同或类似的部分会以相同的号码在各附图以及说明出现。

依本发明的发光二极管管芯制造方法的第一实施例，如图1A所示，提供一基板10，包含一第一表面101及一第二表面102，以外延制作工艺在第一表面101上成长半导体叠层20，成为晶片1。基板10可为蓝宝石(Sapphire)基板、硅(Silicon)基板、碳化硅(SiC)基板、氮化镓(GaN)基板、或砷化镓(GaAs)基板。基板10的厚度不小于150μm，优选地，可介于150μm至250μm。半导体叠层20包含了第一半导体层22、第二半导体层26、以及一活性层24位于第一半导体层22及第二半导体层26之间。其中第一半导体层22与第二半导体层26具有不同电性。半导体叠层20的材料包含至少一种元素选自于由铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、氮(N)、磷(P)、砷(As)及硅(Si)所构成的群组，例如为AlGaInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN等的半导体化合物。活性层24的结构可为单异质结构(singleheterostructure；SH)、双异质结构(doubleheterostructure；DH)、双面双异质结构(double-sidedoubleheterostructure；DDH)或多重量子阱结构(multi-quantumwellstructure；MQW)。

接着，如图1B所示，以蚀刻制作工艺移除部分区域的第二半导体层26及活性层24，并暴露出第一半导体层22，以形成多蚀刻平台201。再以一第一激光光束从半导体叠层20的一表面照射，经由第一激光切割制作工艺将晶片1的表面形成多条切割线100，切割线100穿透半导体叠层20，划切到基板10至一深度。图1C为经由第一激光光束所照射后的上视图，切割线100包含多条第一切割线103以及多条第二切割线104，且通过多蚀刻平台201的排列，第一切割线103与第二切割线104可大致上相互垂直。接着，如图1D所示，在半导体叠层20上形成电流阻挡层(图未示)、电流扩散层(图未示)、一第一电极32与一第二电极34。接着，如图1E所示，以第二激光光束50沿着上述切割线100从基板10的第二表面102照射，将第二激光光束聚焦于基板内部，在基板10中形成与切割线100相对应的粗化痕200。第二激光光束可为隐形切割(StealthDicing)激光，粗化痕200即是隐形切割线。为了避免半导体叠层20受激光光束散射等影响而受损，导致电性失效，在基板10内部第二激光光束聚焦及形成粗化痕200的位置，应至少距离半导体叠层2080μm以上。

上述步骤完成后，对晶片施1以外力，将晶片1分离成多个发光二极管管芯3，如图1F所示。由于上述第一或第二激光切割制作工艺中，晶片或基板容易产生微尘或碎屑等残留物，一但此残留物附着于发光二极管管芯的表面或侧表面，会吸光而造成管芯出光效果不佳，亮度降低等不良影响。因此，在上述第一及/或第二激光切割制作工艺实施后，可采用一湿式蚀刻制作工艺，将残留物从管芯表面上去除，湿式蚀刻液可采用酸性溶液，包含但不限于磷酸溶液、硫酸溶液或两者的混合溶液等。

图2为本发明的发光二极管管芯制造方法的另一实施例。在本实施例中，使用较厚的基板10以增加发光二极管管芯的出光面积及出光角度，而外延成长制作工艺、第一激光切割制作工艺、电极形成等制作工艺与第一实施例中所述相同，故不再赘述。当基板厚度增加，可沿着前述的切割线100对基板10的第二表面102实施多次隐形切割激光，以在基板10内部的同一截面上形成多条不同的隐形切割线210及220，例如，多次的隐形切割激光可先聚焦在基板中深度较深处(即较接近半导体叠层的深度处)，之后的隐形切割激光会聚焦在基板中深度较浅处(即较远离半导体叠层的深度处)，依序进行，也可以在一次的隐形切割激光中即形成两条隐形切割线，但本发明的实施方式不限于此。接着，如前面实施例中所述，在实施多次的隐形切割激光制作工艺后，以外力将晶片分离成多个发光二极管管芯。多条隐形切割线可导引后续劈裂制作工艺中的裂痕方向，使分离管芯时不沿着晶格易裂方向裂开，而是沿着切割应力方向垂直向下裂开，缩减斜裂距离，提升切割良率。实施隐形切割激光的次数可依基板厚度来决定，重复次数不大于(基板厚度-100)(单位μm)÷50无条件进位至整数的数值。例如，当基板厚度介于150μm至200μm，可于基板实施不超过两次隐形切割激光制作工艺；当基板厚度为200μm至250μm，可于基板实施不超过三次隐形切割激光制作工艺，以此类推。当采用厚基板时，实施隐形切割激光制作工艺次数若不足，会造成切割良率不佳；而在特定基板厚度下，若实施隐形切割激光制作工艺次数过多时，除了使得成本增加外，由于多次的激光能量可能散射至半导体叠层，会造成损伤导致发光二极管管芯的电性劣化，例如漏电流增加等不良影响。

在本发明的发光二极管管芯制造方法的另一实施例中，同样先对具有厚度不小于150μm基板的晶片表面照射第一激光光束，再对基板的第二表面实施多次隐形切割激光。为了避免半导体叠层20受激光光束散射等影响而受损，在基板10内部接近半导体叠层20的一深度处实施隐形切割激光时，其功率可小于在较远离半导体叠层20的另一深度处实施隐形切割激光的功率，而其切割速度可大于在较远离半导体叠层20的另一深度处实施激光的切割速度。亦即，在基板10内部接近半导体叠层20处所实施的隐形切割激光，可采用低功率及高切割速度的激光规格，在优选实施例中，隐形切割激光的功率可介于0.05至0.15W(瓦特)，其切割速度可介于400至1000mm/sec(毫米/秒)。

图3为本发明的发光二极管管芯制造方法的另一实施例。在本实施例中，在实施隐形切割激光制作工艺后，在基板10的第二表面102形成反射结构60，以反射来自半导体叠层20的光，增进管芯出光效率，后续再进行管芯分离的制作工艺。反射结构60的材料可为金属材料，包含但不限于铜(Cu)、铝(Al)、锡(Sn)、金(Au)、银(Ag)、铅(Pb)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、钨(W)或上述材料的合金等。反射结构60也可以是布拉格反射镜(distributedBraggreflector,DBR)，包含至少两种以上折射率不同的材料交互堆叠形成。布拉格反射结构可为绝缘材料或导电材料，绝缘材料包含但不限于聚亚酰胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、氧化镁(MgO)、Su8、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(AcrylicResin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(FluorocarbonPolymer)、玻璃(Glass)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化镁(MgO)、氧化硅(SiO_x)、氧化钛(TiO₂)、氧化钽(Ta₂O₅)、氮化硅(SiN_x)、旋涂玻璃(SOG)或四乙氧基硅烷(TEOS)。导电材料包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)或氧化铟锌(IZO)。反射结构60也可以是由介电层与金属层所形成的全方向反射镜(omnidirectionalreflector,ODR)。

图4为依据本发明的一制造方法所形成的发光二极管管芯结构示意图。发光二极管管芯包含基板10，基板具有一第一表面101、一第二表面102以及多个侧表面103，以及设置于基板10第一表面101的半导体叠层20。基板厚度不小于150μm，优选地，介于150μm至250μm。多个侧表面103具有一第一区300、一包含单条或多条大致平行于第一表面101或第二表面102的粗化痕210/220的第二区200、以及一介于第一区300与第二区200之间或/及介于多条粗化痕200之间的第三区400。第一区300是经由第一激光切割制作工艺划切基板10至一深度所形成，位于基板侧表面103接近半导体叠层20处，且具有一第一表面粗糙度(RootMeanSquare,RMS)。第二区200的单条或多条粗化痕210/220乃是经由实施单次或多次第二激光切割制作工艺所形成，即隐形切割线，粗化痕210/220具有一第二表面粗糙度。第三区400为基板劈裂面，具有一第三表面粗糙度。于较佳实施例中，第一区300的第一表面粗糙度(RMS)不大于1μm，第二区200中粗化痕210/220的第二表面粗糙度(RMS)介于1μm至5μm，第三区400的表面粗糙度(RMS)小于第一表面粗糙度及第二表面粗糙度。此外，本实施例在基板10的第二表面102可包含一反射结构(图未示)，以增进整体管芯出光效率。

具体来说，图5A为依据本发明的一制造方法所形成的发光二极管管芯的电子显微镜扫描图，基板侧表面接近半导体叠层处具有第一区300、包含多条粗化痕210/220/230的第二区200以及第三区400，图5B为图5A中粗化痕200的局部放大图，每条粗化痕由多条大致垂直于基板10第一表面或第二表面的条状刻痕250所组成。在优选实施例中，单条或多条粗化痕200在基板10侧表面上的宽度(即刻痕250的长度)小于60μm，与半导体叠层20的距离不小于80μm，但本实施例并不限于此。

图6为依据本发明的另一制造方法所形成的发光二极管管芯结构示意图。在接近半导体叠层20的基板10侧表面103上具有一第一粗化痕230，在较远离半导体叠层的基板侧表面上具有一第二粗化痕240。与图4所示的发光二极管管芯结构示意图的差异在于，由于在基板10中接近半导体叠层20处所实施的隐形切割激光制作工艺为采用低功率及高切割速度的激光规格，第一粗化痕230中刻痕间距大于第二粗化痕240中刻痕间距。

图7为采用不同厚度基板的发光二极管管芯依本发明的制造方法，在不同切割制作工艺条件下所测量的功率(Power)比较图。A组为仅采用由半导体叠层的表面进行照射的激光切割技术，即仅采用第一激光切割制作工艺，B组为采用第一激光切割并搭配单次隐形切割激光，C组为采用第一激光切割并搭配两次隐形切割激光，D组为采用第一激光切割并搭配三次隐形切割激光。在本实验中，以150μm基板的晶片实施第一激光切割技术，以外力分离后所得的发光二极管管芯作为对照组，亦即，将其测得功率值定为100％。将各组切割制作工艺条件所得的发光二极管管芯测得的功率值与对照组相比，搭配隐形切割激光的实验组在各个基板厚度下，功率可提升0.7％以上，当基板厚度为250μm时，约可提升至4％。而200μm基板的发光二极管在实施激光切割并搭配三次隐形切割激光后，所测得的功率下降，推估为过多次的隐形切割激光造成半导体叠层的电性异常。

在本发明中使用厚度不小于150μm的基板，可获得较多出光面积及出光角度，使用激光切割制作工艺搭配单次或多次的隐形激光切割制作工艺，以提升切割良率。此外，基板侧表面上的粗化痕可对管芯侧表面形态进行调整，避免光滑面所造成的内部全反射效应，增进管芯侧面出光及散射效果，而达到改善发光二极管管芯的整体出光效率。

但是上述实施例仅为例示性说明本申请案的原理及其功效，而非用于限制本申请案。任何本申请案所属技术领域中具有通常知识者均可在不违背本申请案的技术原理及精神的情况下，对上述实施例进行修改及变化。因此本申请案的权利保护范围应以附上的权利要求为准。

Claims (12)

1.一种发光元件制造方法，包含：

提供一发光二极管晶片，包含一基板以及一半导体叠层位于该基板上；

提供一第一激光光束于该发光二极管晶片，以切割该半导体叠层至该基板的一深度；

提供一第二激光光束聚焦该基板内部，在该基板中形成多条粗化痕；

提供一外力于该发光二极管晶片，使该发光二极管晶片分离成多个发光二极管管芯。

2.如权利要求1所述的发光元件制造方法，其中该第二激光光束为一隐形切割(StealthDicing)激光光束，其于该基板中进行多次照射，以在该基板中同一截面上形成多条不同的粗化痕。

3.如权利要求2所述的发光元件制造方法，其中该隐形切割激光光束于该基板中的照射次数取决于该基板的厚度，该基板的厚度不小于150μm，该照射次数不大于(该基板厚度-100)(单位μm)÷50无条件进位至整数的数值。

4.如权利要求2所述的发光元件制造方法，其中于该基板中进行多次照射的该隐形切割激光光束包含：

提供一具有第一能量及一第一切割速度的第一隐形切割激光光束；以及

提供一具有第二能量及一第二切割速度的第二隐形切割激光光束于该基板中，

其中该第一隐形切割激光光束在该基板中的位置较该第二隐形切割激光光束接近该半导体叠层，且该第一能量小于该第二能量，该第一切割速度高于该第二切割速度。

5.如权利要求1所述的发光元件制造方法，还包含以一蚀刻制作工艺清除该第一激光及/或该第二激光所造成的残留物。

6.一发光二极管管芯，包含：

基板，包含上表面、下表面及多个侧面；以及

半导体叠层，位于该基板的该上表面；

其中该多个侧面包含：

靠近该上表面的一第一区，具有一第一粗糙度(RMS)；

第二区，具有单条或多条大致平行于该上表面或该下表面的粗化痕，且该单条或多条粗化痕具有一第二粗糙度；以及

第三区，介于该第一区及该第二区之间或/及该多条粗化痕之间，且具有一第三粗糙度；

其中该第一粗糙度不大于第二粗糙度，且该第三粗糙度小于该第一粗糙度。

7.如权利要求1所述的发光元件制造方法或权利要求6所述的发光二极管管芯，其中该粗化痕的粗糙度(RMS)及/或该第二粗糙度介于1μm至5μm。

8.如权利要求1所述的发光元件制造方法或权利要求6所述的发光二极管管芯，其中该基板的厚度不小于150μm。

9.如权利要求1所述的发光元件制造方法或权利要求6所述的发光二极管管芯，其中该粗化痕距离该半导体叠层不小于80μm及/或该粗化痕在该基板的厚度方向上的宽度小于60μm。

10.如权利要求6所述的发光二极管管芯，其中该第一粗糙度不大于1μm。

11.如权利要求6所述的发光二极管管芯，其中该粗化痕的数量取决于该基板的厚度，且该粗化痕的数量不大于(该基板厚度-100)(单位μm)÷50无条件进位至整数的数值。

12.如权利要求6所述的发光二极管管芯，其中该粗化痕由多条大致垂直于该上表面或该下表面的刻痕所组成，较靠近该半导体叠层的该粗化痕中的该刻痕间距大于较远离该半导体叠层的该粗化痕中的该刻痕间距。