CN108063173B - 发光元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光元件及其制造方法。该发光元件包含：半导体叠层具有第一半导体层，第二半导体层以及活性层位于第一半导体层及第二半导体层之间；环绕暴露区，位于半导体叠层的周围，暴露出第一半导体层的一表面；导电层，位于第二半导体层上，具有第一导电区延伸接触环绕暴露区内的表面；电极层，位于环绕暴露区上环绕半导体叠层并接触导电层，包含一电极垫与半导体叠层不重叠；外侧绝缘层，覆盖导电层的一部分及电极层，且包含一第一开口暴露导电层的另一部分；接合层，覆盖外侧绝缘层，并经由第一开口与导电层的另一部分电连接；以及一导电基板，其中半导体叠层位于接合层的一侧，导电基板位于接合层相对于半导体叠层的另一侧。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光元件及其制造方法，特别是涉及一种具有高亮度的发光元件。
背景技术
发光二极管(light-emitting diode,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，加上具有体积小、低耗电量、寿命长、反应速度快等优点，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。
发明内容
一种发光元件，包含：一半导体叠层具有一第一半导体层，一第二半导体层，以及一活性层位于第一半导体层及第二半导体层之间；一环绕暴露区，位于半导体叠层的周围，暴露出第一半导体层的一表面；一导电层，位于第二半导体层上，具有一第一导电区延伸接触环绕暴露区内的表面；一电极层，位于环绕暴露区上环绕半导体叠层并接触导电层，包含一电极垫与半导体叠层不重叠；一外侧绝缘层，覆盖导电层的一部分及电极层，且包含一第一开口暴露导电层的另一部分；一接合层，覆盖外侧绝缘层，并经由第一开口与导电层的另一部分电连接；以及一导电基板，其中半导体叠层位于接合层的一侧，导电基板位于接合层相对于半导体叠层的另一侧。
附图说明
图1A至图12为本发明一实施例中所揭示的发光元件1的制造方法的示意图；
图13A至图17B为本发明一实施例中所揭示的发光元件2的制造方法的示意图；
图18为本发明另一实施例中所揭示的发光元件1的制造方法的示意图。
符号说明
1、2：发光元件
1’、2’：叠层
10：半导体叠层
11：成长基板
12：导电基板
101：第一半导体层
102：第二半导体层
103：活性层
10s：半导体叠层的表面
15：环绕暴露区
16：反射结构
17：孔部暴露区
18：电流分散层
20：第一绝缘层
20a、20a’：第一绝缘层环绕区
20b、20b’：第一绝缘层覆盖区
26a：第一金属层
261、262、263：金属材料
26b：第二金属层
28a：第一接合层
28b：第二接合层
28’：接合结构
30、30’：电极层
30a、30a’：电极垫
30b、30b’：环形电极层
30c、30c’：连接电极层
301、301’：上表面
301a：接触区域
301b、301b’：暴露区域
303：电极垫突出部
36：打线垫
38：开口
42：波长转换层
50、50’：第二绝缘层
501：第一群组的第二绝缘层开口
502：第二群组的第二绝缘层开口
503：第二绝缘层突出部
60、60’：导电层
60a、60a’：第一导电区
60b、60b’：第二导电区
60c、60c’：缝隙
60d’：第三导电区
603：第二导电区突出部
70、70’：第三绝缘层
701、701’：第一群组的第三绝缘层开口
702：第二群组的第三绝缘层开口
80：保护层
S1：第一表面
S2：第二表面
S3：区域
E1：环绕暴露区的一区域
TS：粗化结构
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。
图11B为本发明一实施例中所揭示的一发光元件1；图1A～图11B揭示本发明发光元件1的制造方法。
如图1A的上视图及图1B沿图1A线段A-A’的剖视图所示，发光元件1的制造方法包含一平台形成步骤，其包含提供一成长基板11；以及形成一半导体叠层10于成长基板11上。其中半导体叠层10包含一第一半导体层101、一第二半导体层102，以及一活性层103位于第一半导体层101及第二半导体层102之间。半导体叠层10通过光刻、蚀刻的方式移除部分的第二半导体层102及活性层103，以暴露出第一半导体层101及第二半导体层102及活性层103的侧壁，形成多个暴露区。其中，暴露区包含位于半导体叠层10周围的环绕暴露区15，以及位于半导体叠层10内部的一或多个孔部暴露区17。由上视观之，其中环绕暴露区15中宽度较宽的区域为一区域E1。在本实施例中，除部分区域的第二半导体层102及活性层103被移除外，还更进一步移除部分第一半导体层101，在环绕暴露区15内形成一第一表面S1及在孔部暴露区17形成一第二表面S2。其中，第一半导体层101、第二半导体层102及活性层103的侧壁构成环绕暴露区15及一或多个孔部暴露区17的侧壁；第一半导体层101露出的第一表面S1构成环绕暴露区15的底面，第二表面S2构成孔部暴露区17的底面。由上视观之，环绕暴露区15围绕所有活性层103及第二半导体层102。第一表面S1与第二表面S2可于相同的蚀刻制作工艺中形成，因此第一表面S1与第二表面S2相对于半导体叠层10的顶面102s具有相同的深度。孔部暴露区17的形状包含圆形、椭圆形、矩形、多边形、或是任意形状，在本实施例中，包含多个孔部暴露区17，其形状呈条状，其中，多个孔部暴露区17的配置、数量及大小可依电流分布的需求及发光元件的大小而有不同的设计。
在本发明的一实施例中，半导体叠层10可仅包含环绕暴露区15而不包含孔部暴露区17。
在本发明实施例中成长基板11的尺寸包含晶片级基板或管芯级基板，半导体叠层10包含晶片级半导体叠层或管芯级半导体叠层。此处所指的晶片不限于圆形，包含多边形或不规则形状。此处所指的晶片，可于后续制作工艺中分割成多个管芯等级的发光元件；也可以不进行分割直接形成发光元件。在本发明的各实施例中，为方便说明，附图中所绘示的各步骤的结构，例如成长基板11、半导体叠层10以单一发光元件表示，但本实施例并不限于此，平台形成步骤与后续各制作工艺都可在晶片等级下完成。
在本发明的一实施例中，成长基板11包括用以成长磷化铝镓铟(AlGaInP)的砷化镓(GaAs)晶片，或用以成长氮化铟镓(InGaN)的蓝宝石(Al2O3)晶片、氮化镓(GaN)晶片或碳化硅(SiC)晶片。在成长基板11欲形成半导体叠层10的表面上，可具有图案化结构(图未示)。此外，于此成长基板11上可利用有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相沉积法(HVPE)、蒸镀法或离子电镀方法形成具有光电特性的半导体叠层10，例如发光(light-emitting)叠层。
在本发明的一实施例中，在形成半导体叠层10之前，可在成长基板11上先形成一缓冲层(图未示)。缓冲层可减缓成长基板11与半导体叠层10之间晶格常数的不匹配，以改善外延品质。
在本发明的一实施例中，第一半导体层101与第二半导体102层具有不同的导电性、电性、极性或掺杂物以分别提供空穴与电子。极性可为n型或p型，使得电子与空穴可于活性层103中复合以产生光线。举例而言，第一半导体层101可为n型半导体层，第二半导体层102可为p型半导体层。半导体叠层10的材料包含Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，例如AlxInyGa(1-x-y)N或AlxInyGa(1-x-y)P，其中0≤x，y≤1；(x+y)≤1。依据活性层的材料，当半导体叠层10材料为AlInGaP系列材料时，可发出波长介于610nm及650nm之间的红光，波长介于530nm及570nm之间的绿光，当半导体叠层10材料为InGaN系列材料时，可发出波长介于450nm及490nm之间的蓝光，或是当半导体叠层10材料为AlGaN、AlGaInN系列材料时，可发出波长介于400nm及250nm之间的紫外光。活性层103可为单异质结构(singleheterostructure,SH)，双异质结构(double heterostructure,DH)，双侧双异质结构(double-side doubleheterostructure,DDH)，多层量子阱结构(multi-quantumwell,MQW)。活性层材料可为不掺杂掺杂物、掺杂p型掺杂物或掺杂n型掺杂物的半导体。
接续平台形成步骤，如图2A的上视图及图2B为沿着图2A线段A-A’的剖视图所示，发光元件1的制造方法包含一第一绝缘层20形成步骤。第一绝缘层20可通过蒸镀或沉积等方式形成一绝缘材料层于半导体叠层10上，再通过光刻、蚀刻的方式图案化绝缘材料层，得到第一绝缘层20覆盖环绕暴露区15的底面S1及孔部暴露区17的底面S2，并包覆半导体叠层10的侧壁。其中第一绝缘层20包含一第一绝缘层环绕区20a，覆盖环绕暴露区15的第一半导体层101的第一表面S1及半导体叠层10的侧壁；以及一第一绝缘层覆盖区20b，覆盖孔部暴露区17的第一半导体层101的第二表面S2及半导体叠层10的侧壁。第一绝缘层覆盖区20b彼此分离且分别对应多个孔部暴露区17。第一绝缘层20可为单层或多层的构造。当第一绝缘层20为单层膜时，第一绝缘层20可保护半导体叠层10的侧壁以避免活性层103被后续制作工艺所破坏。当第一绝缘层20为多层膜时，第一绝缘层20除了可保护半导体叠层10的侧壁外，还可包含不同折射率的两种以上的材料交替堆叠以形成一布拉格反射镜(DBR)结构，选择性地反射特定波长的光。第一绝缘层20为非导电材料所形成，包含有机材料，例如Su8、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、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)、或氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)，或是无机材料，例如硅胶(Silicone)、玻璃(Glass)，或是介电材料，例如氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiOx)，或氟化镁(MgFx)。
在本发明的一实施例中，接续第一绝缘层形成步骤，如图3A的上视图及图3B为沿着图3A线段A-A’的剖视图所示，发光元件1的制造方法包含一电流分散层18形成步骤。电流分散层18可通过蒸镀或沉积等方式形成于未被第一绝缘层20覆盖的第二半导体层102上，且与第二半导体层102电性接触，电流分散层18可以是金属或是透明导电材料，其中金属可选自具有透光性的薄金属层，透明导电材料对于活性层103所发出的光线为透明，包含铟锡氧化物(ITO)、氧化铝锌(AZO)、氧化镓锌(GZO)、或铟锌氧化物(IZO)等材料。
在本发明的一实施例中，在平台形成步骤之后，可先进行电流分散层18形成步骤，再进行第一绝缘层20形成步骤。
在本发明的一实施例中，在平台形成步骤之后，可省略第一绝缘层20的形成步骤，直接进行电流分散层18形成步骤。
接续电流分散层形成步骤，如图4A的上视图及图4B为沿着图4A线段A-A’的剖视图所示，发光元件1的制造方法包含一反射结构16形成步骤。反射结构16可由一反射层(图未示)及/或一阻障层(图未示)所组成，可通过蒸镀或沉积等方式直接形成于电流分散层18上，其中反射层位于电流分散层18及阻障层(图未示)之间。在本发明实施例中，在图4A上视图，反射结构16的外缘可设置于电流分散层18的外缘的内侧、外侧、或者与电流分散层18的外缘重合对齐，阻障层的外缘可设置于反射层的外缘的内侧、外侧、或者设置成与反射层的外缘重合对齐。在本发明的另一实施例中，可省略电流分散层18，以反射结构16直接形成于第二半导体层102上。
反射层可为一或多层的结构，多层结构例如为一布拉格反射(DBR)结构。反射层的材料包含反射率较高的金属材料，例如银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、钛(Ti)、铜(Cu)、铂(Pt)、镍(Ni)或铑(Rh)等金属或上述材料的合金。在此所述具有较高的反射率是指对于活性层103所发出光线的波长具有80％以上的反射率。在本发明的一实施例中，阻障层包覆反射层以避免反射层表面氧化而使反射层的反射率劣化。阻障层的材料包含金属材料，例如钛(Ti)、钨(W)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)、镍(Ni)、铂(Pt)、铬(Cr)、或锌(Zn)等金属或上述材料的合金。阻障层可为一或多层的结构，多层结构例如为钛(Ti)/铝(Al)，及/或钛(Ti)/钨(W)。
接续反射结构形成步骤，如图5A的上视图、图5B为图5A沿着A-A’的剖视图所示，发光元件1的制造方法包含一第二绝缘层50形成步骤。第二绝缘层50可通过蒸镀或沉积等方式形成一绝缘材料层于半导体叠层10上，再通过光刻、蚀刻的方式图案化绝缘材料层，以形成第二绝缘层50，其包含一第一群组的第二绝缘层开口501以裸露出第一半导体层101，以及一第二群组的第二绝缘层开口502以裸露出反射结构16。其中在图案化的过程中，在前述第一绝缘层20形成步骤中覆盖于环绕暴露区15的第一绝缘层环绕区20a及孔部暴露区17内的第一绝缘层覆盖区20b被部分蚀刻移除，以裸露出第一半导体层101的第一表面S1与第二表面S2，以形成一第一群组的第二绝缘层开口501、第一绝缘层环绕区20a’及第一绝缘层覆盖区20b’。在本实施例中，在图5A上视图所示，第一群组的第二绝缘层开口501及第二群组的第二绝缘层开口502具有不同的宽度、数目。第一群组的第二绝缘层开口501及第二群组的第二绝缘层开口502形状包含圆形、椭圆形、矩形、多边形、环形或是任意形状。在本实施例中，如图5A所示，第一群组的第二绝缘层开口501为长条状，彼此分离且分别对应多个孔部暴露区17，第二群组的第二绝缘层开口502为圆形，彼此分离且分布于第一群组的第二绝缘层开口501周围，呈矩阵式排列。
当第二绝缘层50为单层膜时，第二绝缘层50可保护半导体叠层10的侧壁以避免活性层103被后续制作工艺所破坏。当第二绝缘层50为多层膜时，第二绝缘层50可保护半导体叠层10的侧壁，且可包含不同折射率的两种以上的材料交替堆叠以形成一布拉格反射镜(DBR)结构，选择性地反射特定波长的光。第二绝缘层50为非导电材料所形成，包含有机材料，例如Su8、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、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)、或氟碳聚合物(FluorocarbonPolymer)，或是无机材料，例如硅胶(Silicone)、玻璃(Glass)，或是介电材料，例如氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiOx)、氧化铌(Nb2O5)，或氟化镁(MgFx)。
接续第二绝缘层形成步骤，如图6A的上视图、图6B为沿着图6A线段A-A’的剖视图所示，发光元件1的制造方法包含一导电层60形成步骤。导电层60可通过蒸镀或沉积等方式于第一半导体层101及第二半导体层102上形成一导电材料层，再通过光刻、蚀刻的方式图案化导电材料层形成导电层60。如图6A所示，导电层60包含一第一导电区60a与一第二导电区60b，彼此通过一环形缝隙60c在空间上相互分离。导电层60的第一导电区60a接触环绕暴露区15内的第一半导体层101(即第一表面S1)，同时通过第一群组的第二绝缘层开口501与所有孔部暴露区17内的第一半导体层101(即第二表面S2)接触，并延伸覆盖环绕暴露区15与孔部暴露区17的侧壁至一部分第二绝缘层50上表面。其中，区域E1的第一表面S1包含部分表面未被第一导电区60a覆盖，为一区域S3。在本实施例中，由上视观之，半导体叠层10的轮廓为一矩形，区域S3沿矩形的一边设置。在本发明另一实施例中，区域E1及区域S3可位于矩形的一或多个角落。导电层60的第二导电区60b分别填入各第二群组的第二绝缘层开口502，以接触反射结构16，在本实施例中第二导电区60b与反射结构16的阻障层接触，并覆盖另一部分第二绝缘层50上表面。如此一来，第一导电区60a与第一半导体层101形成电连接，并通过第二绝缘层50与第二半导体层102电性绝缘，而第二导电区60b与第二半导体层102形成电连接。导电层60的材料包含金属材料，例如铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、金(Au)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)、镍(Ni)、或铂(Pt)等金属或上述材料的合金或叠层。
在本发明的一实施例中，由上视观之，导电层60的面积大于所有活性层103的面积。
在本发明的一实施例中，当发光元件1同时具有环绕暴露区15与一或多个孔部暴露区17，一外部电流注入发光元件1时，电流通过第一导电区60a同时传导至环绕暴露区15内与孔部暴露区17内的第一半导体层101，通过将一或多个孔部暴露区17分散配置，以及将环绕暴露区15围绕孔部暴露区17，可使发光元件1的光场分布均匀化，并可降低发光元件的正向电压。
在本发明的一实施例中，当半导体叠层10不具有一或多个孔部暴露区17，第一导电区60a仍可通过接触环绕暴露区15内的第一半导体层101与其达成电连接。当一外部电流注入发光元件1时，电流通过第一导电区60a传导至环绕暴露区15内的第一半导体层101，亦即电流的注入区域相当于环绕半导体叠层10，可使发光元件1的光场分布均匀化，并可降低发光元件的正向电压。
接续导电层形成步骤，如图7A的上视图、图7B为沿着图7A线段A-A’的剖视图所示，发光元件1的制造方法包含一电极层30形成步骤。电极层30可通过蒸镀或沉积等方式于第一半导体层101及第二半导体层102上形成一导电材料层，再通过光刻、蚀刻的方式图案化导电材料层以形成电极层30。如图7A所示，电极层30包含一电极垫30a、一由电极垫延伸出的环形电极层30b，以及一与电极垫30a和环形电极层30b在空间上都相互分离的连接电极层30c。电极垫30a及环形电极层30b沿着环绕暴露区15设置，其形状大致上对应于环绕暴露区15。更详言之，环形电极层30b形成于环绕暴露区15内的第一导电区60a上，并接触第一导电区60a，亦即，由上视观之，环形电极层30b接触第一导电区60a的周围；电极垫30a形成于区域S3上，并接触区域S3的第一半导体层101。电极垫30a邻近半导体叠层10的一侧与第一导电区60a的边缘接触并重叠。如此一来，电极垫30a与环形电极层30b与第一半导体层101达成电连接。在本实施例中，由上视观之，电极垫30a为单一长条矩形并设置于基板11的一边，电极垫30a与环形电极层30b构成一封闭图案，此封闭图案即对应环绕暴露区15。多个连接电极层30c对应形成于各第二导电区60b上，连接电极层30c的面积小于第二导电区60b的面积，且不超出各第二导电区60b范围。电极层30的材料包含金属材料，例如铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)、镍(Ni)、或铂(Pt)等金属或上述材料的合金或叠层。
在本发明一实施例中，电极层30可包含一或多个电极垫30a，一或多个电极垫30a可设置于基板11的一或多个角落。
在本发明一实施例中，电极垫30a、环形电极层30b与连接电极层30c可同时形成，且电极垫30a、环形电极层30b与连接电极层30c具有相同材料。
在本发明一实施例中，可先形成电极垫30a与环形电极层30b，再形成连接电极层30c；也可先形成连接电极层30c，再形成电极垫30a与环形电极层30b，且电极垫30a、环形电极层30b与连接电极层30c可具有不同材料。
接续电极层形成步骤，发光元件1的制造方法包含一第三绝缘层70形成步骤，在第三绝缘层70形成步骤完成后，则形成如图8A的上视图及图8B为沿着图8A线段A-A’的剖视图所示的叠层1’。第三绝缘层70可通过蒸镀或沉积等方式于半导体叠层10上形成一绝缘材料层，并覆盖电极层30及导电层60，再通过光刻、蚀刻的方式图案化绝缘材料层，以形成第三绝缘层70中的第一群组的第三绝缘层开口701。第一群组的第三绝缘层开口701对应形成于第二群组的第二绝缘层开口502与第二导电区60b上，以裸露出连接电极层30c与第二导电区60b。第一群组的第三绝缘层开口701的宽度不大于第二导电区60b的宽度，且不小于连接电极层30c的宽度，使得各连接电极层30c可通过第一群组的第三绝缘层开口701完整裸露出。如同第二绝缘层50，第三绝缘层70可为单层或多层的构造。当第三绝缘层70为多层膜时，可包含不同折射率的两种以上的材料交替堆叠以形成一布拉格反射镜(DBR)结构，选择性地反射特定波长的光。
在本发明一实施例中，电极层可不具有连接电极层30c。当电极层30不具有连接电极层30c时，第一群组的第三绝缘层开口701裸露出各第二导电区60b。
接续第三绝缘层形成步骤，发光元件1的制造方法包含一接合步骤，如图9A与图9B的剖视图所示，形成一第一金属层26a于第三绝缘层70上，接着形成一第一接合层28a于第一金属层26a上；以及提供一导电基板12，形成一第二金属层26b于导电基板12上，接着形成一第二接合层28b于第二金属层26b上。在高于室温的加热温度下，接合第一接合层28a及第二接合层28b，在本实施例中，加热温度低于200℃。其中导电基板12的材料可包含半导体材料例如硅(Si)，或金属材料例如铜(Cu)、钼(Mo)、钨(W)或前述材料的合金或复合材料。第一金属层26a材料包含具有较高熔点的金属材料，例如镍(Ni)、钛(Ti)、铜(Cu)、金(Au)、铂(Pt)、铑(Rh)。第二金属层26b材料包含具有较低熔点的金属材料，例如镉(Cd)、锡(Sn)、铟(In)。在本发明的一实施例中，所述具有较低熔点的金属材料指熔点低于200℃的金属材料，例如铟(In)。所述具有较高熔点的金属材料指熔点高于200℃的金属材料，例如钛(Ti)、金(Au)。接合方式可倒置叠层1’于导电基板12上对位接合，或者倒置导电基板12于叠层1’上对位接合。当接合步骤完成后，第一金属层26a、第一接合层28a、第二金属层26b及第二接合层28b形成一接合结构28’，如图9B所示。接合结构28’填入第一群组的第三绝缘层开口701，与连接电极层30c及第二导电区60b接触。如此一来，导电基板12经由第一群组的第三绝缘层开口701，与第二导电区60b及第二半导体层102达成电连接。
在本发明的一实施例中导电基板12的尺寸包含晶片级基板或管芯级基板。此处所指的晶片不限于圆形，包含多边形或不规则形状。此处所指的晶片，可于后续制作工艺中分割成多个管芯等级的发光元件；也可以不进行分割直接形成发光元件。
当形成第一金属层26a及第一接合层28a时，连接电极层30c可减缓因第三绝缘层70的厚度在第一群组的第三绝缘层开口701内所形成的高低落差，以提升接合的良率。在本发明一实施例中，电极层30不具有连接电极层30c，第一金属层26a填入第一群组的第三绝缘层开口701，与第二导电区60b接触。当接合步骤完成后，导电基板12可同样与第二导电区60b及第二半导体层102达成电连接。
在本发明一实施例中，在第一金属层26a的形成步骤中，可通过分次在叠层1’上不同区域形成金属材料来达成。例如，如图18所示，当叠层1’中各层结构的厚度差异太大时，特别是在环绕暴露区15的边缘以及电极垫30a的邻近区域，易发生第一金属层26a高低落差大的问题；因此，可先在整个第三绝缘层70上形成一厚金属材料261，接着在厚金属材料261高低落差大的区域，再分次形成金属材料262与263，以形成一较平坦的第一金属层26a，提升接合步骤的良率。分次形成的金属材料可为相同材料或不同材料。
接续接合步骤，发光元件1的制造方法包含一移除成长基板11步骤，如图10A的剖视图所示，在本实施例中，叠层1’倒置接合于导电基板12后，接着利用例如激光剥离(LaserLift-Off)制作工艺，自成长基板11的背面，即成长基板11远离导电基板12的表面提供一激光(图未示)，以移除成长基板11并裸露出半导体叠层10的表面10s。
在本发明一实施例中，接续移除成长基板步骤，发光元件1的制造方法可包含一粗化步骤。如图10B的剖视图所示，提供一蚀刻液对半导体叠层10的表面10s进行蚀刻，以在表面10s形成粗化结构TS，可增进发光元件的出光效率。粗化结构TS可以是规则或不规则的粗糙面。蚀刻液的材料可包含碱性溶液，例如氢氧化钾(KOH)或是氢氧化钠(NaOH)。
在本发明一实施例中，在移除成长基板11后，可进一步利用干式蚀刻、湿式蚀刻或两者搭配来移除残留在表面10s的缓冲层(图未示)，再进行粗化步骤。
在本发明一实施例中，在移除残留在表面10s的缓冲层(图未示)的同时，可通过调整蚀刻的制作工艺条件来形成粗化结构TS。
接续粗化步骤，发光元件1的制造方法包含一打线垫36形成步骤。首先，如图11A的剖视图所示，可在粗化步骤前或后，利用干蚀刻及/或湿蚀刻的方式，由半导体叠层10的表面10s或粗化结构TS移除电极垫30a上方局部的第一半导体层101，使得电极垫30a裸露出来。此裸露区域可视为一非封闭式开口38，其形状由上视观之，大致上对应于电极垫30a。在非封闭式开口38未形成之前，环绕暴露区15内第一表面S1具有一宽度W1。W1大于非封闭式开口38的一宽度W2，因此环绕暴露区15及非封闭式开口38先后形成后，电极垫30a连接于第一表面S1侧，且形成于环绕暴露区15中而与非封闭式开口38对应，电极垫30a并具有一宽度W3大于W2，由上视观之，电极垫30a设置于发光元件1的一边；当电极层30包含一或多个电极垫30a，电极垫30a可设置于发光元件1的一或多个角落。电极垫30a的上表面301具有一接触区域301a连接第一半导体层101的第一表面S1，在一实施例中，接触区域301a经由第一导电区60a连接于第一半导体层101的第一表面S1；在另一实施例中，接触区域301a除了经由第一导电区60a电连接于第一表面S1外，还可包含一区域直接连接第一半导体层101的第一表面S1；电极垫30a的上表面301另具有一被非封闭式开口38所暴露的暴露区域301b，与半导体叠层10不重叠。第一半导体层101的厚度可为3～4μm之间，可区分为第一部分101a与第二部分101b。第一部分101a的厚度与非封闭式开口38深度相当，约为1.5～3μm，第二部分101b的厚度对应环绕暴露区15，约为1～1.5μm。电极垫30a可电连接于第一半导体层101但并非形成于出光面上，因此不会对发光元件1的光线产生遮光效应。
在本发明一实施例中，在移除电极垫30a上方局部的第一半导体层101以形成非封闭式开口38的同时，可进一步蚀刻移除其他部分的第一半导体层101，暴露出部分第三绝缘层70，做为后续切割步骤的切割道。通过多个切割道定义出各发光元件1的位置及尺寸。
接着，如图11B所示，在暴露区域301b上形成一打线垫36，打线垫36与相邻的半导体叠层10之间具有一间隙而不直接接触半导体叠层10。由上视观之，打线垫36的形状大致上与电极垫30a相同，打线垫36的宽度及面积小于电极垫30a的宽度及面积。在后续打线作业中，可将焊球(图未示)设置于打线垫36上方，使发光元件1与外部电源或其他电子元件连接。
接续打线垫形成步骤，如图11B的剖视图所示，发光元件1的制造方法包含一保护层80形成步骤。保护层80可通过蒸镀或沉积等方式形成于发光元件1上，覆盖发光元件1相对于导电基板12的表面，再通过光刻、蚀刻的方式进行图案化，以形成保护层开口801，裸露出打线垫36。保护层80覆盖半导体叠层10的表面及侧壁，并覆盖打线垫36与半导体叠层10的间隙，可对发光元件1提供保护作用，避免外在环境的温度、湿度及静电等对发光元件1的效能产生不良影响。在本发明一实施例中，导电基板12及半导体叠层10为晶片级，在保护层80形成步骤后，可对晶片级的导电基板12进行切割，切割步骤包含经由切割道对保护层80、导电基板12与接合结构28’进行切割，以形成多个发光元件1。切割道是在上述非封闭式开口38形成步骤中，通过蚀刻移除第一半导体层101而形成。切割方式包含切割刀或激光切割。
图12为本发明一实施例中所揭示的一发光元件1a的剖视图，其与发光元件1的差异在保护层80形成步骤之后，可选择性地形成一波长转换层42在保护层80上，波长转换层42可为荧光粉层或量子点材料，半导体叠层10所发出的光的波长可经由波长转换层42转换为不同波长的光。波长转换层42形成步骤于切割步骤之前完成。
经本实施例制造方法所形成的发光元件1中，如图11B所示，当外部电流由打线垫36及导电基板12注入发光元件1时，电流首先传递至电极垫30a以及环型电极层30b，再经由第一导电区60a扩散开来，同时传导至环绕暴露区15内与孔部暴露区17内的第一半导体层101。如此一来，电流可在半导体叠层10内均匀散布，进而使得发光元件1的光场分布均匀化，并可降低发光元件1的正向电压。此外，第三绝缘层70可将电极垫30a与环型电极层30b绝缘于第二半导体层102及活性层103，且电极垫30a及环型电极层30b与活性层103位于发光元件1水平方向的不同区域，而由图11B观之，半导体叠层10倒置于导电基板12上，因此活性层103整体位于反射结构16及第二导电区60b上方；打线垫36设置于非封闭式开口38中，对应于电极垫30a的位置，在发光元件1对应活性层103的出光面无设置任何的电极结构；因此活性层103所发出的光线不会被发光元件1的电极结构所遮蔽，提升发光效率。
图17B是本发明一实施例中所揭示的一发光元件2；图13A～图17B是本发明发光元件2的制造方法。
发光元件2的制造方法包含平台形成步骤、第一绝缘层20形成步骤、电流分散层18形成步骤以及反射结构16形成步骤。上述步骤与各层结构与前述发光元件1的制造方法中所述相同，因此不再赘述。
如图13A的上视图、图13B为图13A沿着A-A’的剖视图所示，发光元件2的制造方法在完成上述反射结构形成步骤后，包含一第二绝缘层50’形成步骤。第二绝缘层50’形成步骤与前述发光元件1的制造方法相似，差别在于，第二绝缘层50’还包含一第二绝缘层突出部503朝环绕暴露区15的区域E1延伸突出，形成于环绕暴露区15的第一表面S1上。多了两个第二绝缘层突出部503的第二绝缘层50’所覆盖环绕暴露区15的第一表面S1的面积，相较于无第二绝缘层突出部503的矩形轮廓的第二绝缘层覆盖环绕暴露区15的第一表面S1的面积来得大。其中，环绕暴露区15的区域E1具有较宽的宽度，其第一表面S1包含一区域S3，其表面未被第一绝缘层20及第二绝缘层50’所覆盖。在本实施例中，半导体叠层10为一矩形，区域S3沿矩形的一边设置。在本发明另一实施例中，区域S3可位于矩形的一或多个角落。
如同发光单元1的制造方法，其中在第二绝缘层50’图案化的过程中，在前述第一绝缘层20形成步骤中，覆盖于环绕暴露区15的第一绝缘层环绕区20a及孔部暴露区17内的第一绝缘层覆盖区20b被部分蚀刻移除，以裸露出第一半导体层101的第一表面S1与第二表面S2，形成一第一群组的第二绝缘层开口501、第一绝缘层环绕区20a’及第一绝缘层覆盖区20b’。第二绝缘层突出部503正下方的第一绝缘层环绕区20a’被保留，如图13B所示。
接续第二绝缘层50’形成步骤，如图14A的上视图、图14B为沿着图14A线段A-A’的剖视图所示，发光元件2的制造方法包含一导电层60’形成步骤。导电层60’形成步骤与前述发光元件1的制造方法相似，差别在于，如图14A所示，导电层60’包含第一导电区60a’、第二导电区60b’以及一第三导电区60d’，彼此通过一缝隙60c’在空间上相互分离。在本实施例中，第一导电区60a’呈不连续的环型条状图案，包含环绕半导体叠层10三个侧边的U型条状图案以及邻近环绕暴露区15中区域E1的直条状图案。第一导电区60a’接触环绕暴露区15内的第一半导体层101(即第一表面S1)，与第一半导体层101电连接，并覆盖第二绝缘层50’的周围，与第二半导体层102电性绝缘。第二导电区60b’位于第二半导体层102上方，覆盖第二绝缘层50’上表面并填入各第二群组的第二绝缘层开口502，以接触反射结构16，与第二半导体层102电连接。其中，如图14A所示，第二导电区60b’包含一与第二绝缘层突出部503对应的第二导电区突出部603，第二导电区突出部603自第二导电区60’延伸出，覆盖并接触第二绝缘层突出部503，如此一来，第二导电区突出部603与第一表面S1之间具有第二绝缘层突出部503，因此第二导电区突出部603与第一半导体层101为电性绝缘。由上视观之，除了第二导电区突出部603的区域以外，第二导电区60b’的边缘不会超出第二半导体层102的范围；在本实施例中，两个第二导电区突出部603设置于第一导电区60a’的不连续处，即U型条状图案的第一导电区60a’与直条状图案的第一导电区60a’之间。第三导电区60d’对应孔部暴露区17，并经由第一群组的第二绝缘层开口501与第一半导体层101的第二表面S2接触，与第一半导体层101电连接，并覆盖孔部暴露区17附近的第二绝缘层50’。导电层60’的材料与前述发光元件1的导电层60的材料相同，因此不再赘述。
在本发明的一实施例中，由上视观之，导电层60’的面积大于所有活性层103的面积。
在本发明的一实施例中，当发光元件2同时具有分散配置的孔部暴露区17以及环绕暴露区15围绕孔部暴露区17的结构配置，当一外部电流注入发光元件2时，电流可通过第一导电区60a’分别与环绕暴露区15内的第一半导体层101，以及孔部暴露区17内的第一半导体层101接触形成多个电流注入区，可使注入电流均匀分散，进而降低发光元件2的正向电压，并可使发光元件2的光场分布均匀化。
在本发明的一实施例中，当半导体叠层10不具有一或多个孔部暴露区17，第一导电区60a’仍可通过接触环绕暴露区15内的第一半导体层101与其达成电连接。当一外部电流注入发光元件2时，电流通过第一导电区60a’传导至环绕暴露区15内的第一半导体层101，亦即电流的注入区域相当于环绕半导体叠层10，可使发光元件2的光场分布均匀化，并可降低发光元件2的正向电压。
接续导电层形成步骤，如图15A的上视图、图15B为沿着图15A线段A-A’的剖视图所示，发光元件2的制造方法包含一电极层30’形成步骤。电极层30’形成步骤与前述发光元件1的制造方法相似，差别在于，如图15A所示，电极层30’包含彼此在空间上都为相互分离一电极垫30a’、一环形电极层30b’以及一连接电极层30c’。环形电极层30b’沿着环绕暴露区15设置，形成于环绕暴露区15内的第一导电区60a’上，并接触第一导电区60a’，亦即，由上视观之，环形电极层30b’与第一导电区60a’同样呈不连续的环型条状图案，包含环绕半导体叠层10三个侧边的U型条状图案以及邻近环绕暴露区15中区域E1的直条状图案。环形电极层30b’的线宽小于第一导电区60a’的线宽。电极垫30a’形成于区域S3上，并接触区域S3的第一半导体层101。电极垫30a’邻近半导体叠层10的一侧具有电极垫突出部303，与第二导电区突出部603的突出方向相对并与其重叠且接触。在本实施例中，由上视观之，电极垫30a’设置邻近于环绕暴露区15中区域E1。多个连接电极层30c’对应形成于各第二导电区60d’上，连接电极层30c’的面积小于第二导电区60d’的面积，且不超出各第二导电区60d’范围。电极层30’的材料包含金属材料，例如铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)、镍(Ni)、或铂(Pt)等金属或上述材料的合金或叠层。
在本发明一实施例中，电极层30’可包含一或多个电极垫30a’，一或多个电极垫30a’可设置于基板11的一或多个角落。
在本发明一实施例中，电极垫30a’、环形电极层30b’与连接电极层30c’可同时形成，且电极垫30a’、环形电极层30b’与连接电极层30c’具有相同材料。
在本发明一实施例中，可先形成电极垫30a’与环形电极层30b’，再形成连接电极层30c’；也可先形成连接电极层30c’，再形成电极垫30a’与环形电极层30b’，且电极垫30a’、环形电极层30b’与连接电极层30c’可具有不同材料。
接续电极层形成步骤，发光元件2的制造方法包含一第三绝缘层70’形成步骤。在第三绝缘层70’形成步骤完成后，则形成如图16A的上视图、图16B为沿着图16A线段A-A’的剖视图所示的叠层2’，第三绝缘层70’形成步骤与前述发光元件1的制造方法相似，差别在于，如图16A所示，第三绝缘层70’包含相互分离的第一群组的第三绝缘层开口701’与第二群组的第三绝缘层开口702。第一群组的第三绝缘层开口701’对应形成于第一导电区60a’上，在本实施例中，由上视观之，第一群组的第三绝缘层开口701’与第一导电区60a’同样具有不连续的环型条状图案，且第一群组的第三绝缘层开口701’的开口宽度可小于第一导电区60a’的宽度，以裸露出部分第一导电区60a’与环型电极层30b’。在本发明另一实施例中，第一群组的第三绝缘层开口701’可对应形成于环型电极层30b’上以裸露出环形电极层30b’；在本发明另一实施例中，第一群组的第三绝缘层开口701’裸露出第一导电区60a’。第二群组的第三绝缘层开口702对应形成于孔部暴露区17上，裸露出部分第三导电区60d’与电极连接层30c’。
在本发明一实施例中，电极层30’可不具有连接电极层30c’。当电极层30’不具有连接电极层30c’时，第二群组的第三绝缘层开口702裸露出各第三导电区60d’。
接续第三绝缘层70’形成步骤，发光元件2的制造方法包含接合步骤、移除成长基板11步骤与粗化步骤。上述步骤与接合结构与前述发光元件1的制造方法中所述相同，因此不再赘述。在本发明的一实施例中导电基板12的尺寸包含晶片级基板或管芯级基板。此处所指的晶片不限于圆形，包含多边形或不规则形状。此处所指的晶片，可于后续制作工艺中分割成多个管芯等级的发光元件；也可以不进行分割直接形成发光元件。当上述步骤完成后，如图17A所示，接合结构28’填入第一群组的第三绝缘层开口701’，与环型电极层30b’及/或第一导电区60a’接触，以及填入第二群组的第三绝缘层开口702，与连接电极层30c’及/或第三导电区60d’接触。如此一来，导电基板12与第一半导体层101达成电连接。
其中当形成接合结构28’时，连接电极层30c’可减缓因第三绝缘层70’、导电层60’、第二绝缘层50’以及反射结构16的厚度在第二群组的第三绝缘层开口702所形成的高低落差，以提升接合的良率。在本发明一实施例中，电极层30’不具有连接电极层30c’，接合结构28’填入第二群组的第三绝缘层开口702，与第三导电区60d’直接接触。当接合步骤完成后，导电基板12同样与第一半导体层101达成电连接。
如同前述发光元件1制造方法，在本发明一实施例中，在发光元件2制造方法中第一金属层26a的形成步骤，也可通过分次在叠层2’上不同区域形成金属材料来达成。
如同前述发光元件1制造方法，在本发明一实施例中，接合方式可倒置叠层2’于导电基板12上对位接合，或者倒置导电基板12于叠层2’上对位接合。
接续粗化步骤，如图17A的剖视图所示，发光元件2的制造方法包含一打线垫36形成步骤。首先，如同前述发光单元1制造方法，先形成非封闭式开口38，其形状由上视观之，大致上对应于电极垫30a’中电极垫突出部303以外的区域。在非封闭式开口38未形成之前，环绕暴露区15内第一表面S1具有一宽度W1。W1大于非封闭式开口38的一宽度W2，因此环绕暴露区15及非封闭式开口38先后形成后，电极垫30a’连接于第一表面S1，且形成于环绕暴露区15中而与非封闭式开口38对应，电极垫30a’具有一宽度W3大于W2。电极垫突出部303直接接触并连接第二导电区突出部603，与第二半导体层102电连接；电极垫30a’的上表面301’具有一被非封闭式开口38所暴露的暴露区域301b’，与半导体叠层10不重叠。第一半导体层101的厚度可为3～4μm之间，可区分为第一部分101a与第二部分101b。第一部分101a的厚度与非封闭式开口38深度相当，约为1.5～3μm，第二部分101b的厚度对应环绕暴露区15，约为1～1.5μm。电极垫30a’可电连接于第二半导体层102但并非形成于出光面上，因此不会对发光元件2的光线产生遮光效应。在本发明一实施例中，电极层30’可包含一或多个电极垫30a’，一或多个电极垫30a’可设置于基板11的一或多个角落。
在本发明一实施例中，在移除电极垫30a’上方局部的第一半导体层101以形成非封闭式开口38的同时，可进一步蚀刻移除其他部分的第一半导体层101，暴露出部分第三绝缘层70’，做为后续切割步骤的切割道。通过多个切割道定义出各发光元件2的位置及尺寸。
接着，如图17B所示，在暴露区域301b’上形成一打线垫36，打线垫36的结构、位置、功能与在发光元件1中所述相同，因此不再赘述。
接续打线垫36形成步骤，发光元件2制造方法同样包含保护层80形成步骤，接续保护层80形成步骤，可对晶片级的导电基板12进行切割，切割步骤包含经由切割道对保护层80、导电基板12与接合结构28’进行切割，以形成多个发光元件2。切割道是在上述非封闭式开口38形成步骤中，通过蚀刻移除第一半导体层101而形成。切割方式包含切割刀或激光切割。此外，也可在切割步骤之前，选择性地形成波长转换层42在保护层80上。
经本实施例制造方法所形成的发光元件2中，如图17B所示，当外部电流由打线垫36及导电基板12注入发光元件2时，电流首先传递至电极垫30a’，再经由电极垫突出部303与第二导电区突出部603的接触，在第二导电区60b’扩散开来，传导至第二半导体层102。此外，利用环型第一导电区60a’包围配置在其中的第三导电区60d’，可使得电流同时传导至环绕暴露区15内与孔部暴露区17内的第一半导体层101。如此一来，电流可在半导体叠层10内均匀散布，进而使得发光元件2的光场分布均匀化，并可降低发光元件2的正向电压。第三绝缘层70’可将电极垫30a’与第二导电区60b’绝缘于第一半导体层102，且电极垫30a’及环型电极层30b’与活性层103位于发光元件2水平方向的不同区域，而由图17B观之，半导体叠层10倒置于导电基板12上，因此活性层103整体位于反射结构16与第二导电区60b’的上方；打线垫36设置于非封闭式开口38中，对应于电极垫30a’的位置，在发光元件2对应活性层103的出光面无设置任何的电极结构；因此活性层103所发出的光线不会被发光元件2的电极结构所遮蔽，提升发光效率。
上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本发明所属技术领域中具有通常知识者均可在不违背本发明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。因此本发明的保护范围如附上的权利要求所列。
Claims (16)
1.一种发光元件，包含：
半导体叠层，具有第一半导体层、第二半导体层以及活性层位于该第一半导体层及该第二半导体层之间；
环绕暴露区，位于该半导体叠层的周围，暴露出该第一半导体层的一表面；
一或多个孔部暴露区，位于该半导体叠层内，暴露出该第一半导体层；
导电层，具有第一导电区及第二导电区，其中该第一导电区延伸接触该环绕暴露区内的该表面及该一或多个孔部暴露区内的该第一半导体层，该第二导电区与该第二半导体层电连接，该第一导电区的一部分及该第二导电区位于该第二半导体层上且通过一缝隙于该第二半导体层上在空间上相互分离；
电极层，位于该环绕暴露区内的该第一导电区上，环绕该半导体叠层并接触该导电层，包含一电极垫，其中该电极垫还包含一暴露区域，与该半导体叠层不重叠；
外侧绝缘层，覆盖该导电层的一部分及该电极层，且包含第一开口暴露该导电层的另一部分；
接合层，覆盖该外侧绝缘层，并经由该第一开口与该导电层的该另一部分电连接；以及
导电基板，其中该半导体叠层位于该接合层的一侧，该导电基板位于该接合层相对于该半导体叠层的另一侧。
2.如权利要求1所述的发光元件，其中该导电层的该另一部分为该第二导电区，且该第一开口暴露该第二导电区。
3.如权利要求2所述的发光元件，其中该接合层电连接该第二导电区。
4.如权利要求1所述的发光元件，还包含一内侧绝缘层位于该导电层与该半导体叠层之间。
5.如权利要求1所述的发光元件，其中该电极层另包含一与该电极垫相连接的一环形电极层，该环形电极层接触该第一导电区。
6.如权利要求5所述的发光元件，其中该电极层另包含一与该电极垫在空间上相互分离的一连接电极层，位于该第一开口内。
7.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一导电区为环形，该导电层另包含与该第一导电区在空间上相互分离的第三导电区，该第三导电区与该一或多个孔部暴露区内的该第一半导体层接触。
8.如权利要求7所述的发光元件，其中该电极层另包含一与该电极垫在空间上相互分离的环形电极层，该环形电极层接触该第一导电区，该电极垫接触部分该第二导电区。
9.如权利要求8所述的发光元件，其中该第一开口暴露该环形电极层及/或该第一导电区。
10.如权利要求8所述的发光元件，其中该外侧绝缘层另包含第二开口，该第二开口暴露该第三导电区。
11.如权利要求10所述的发光元件，其中该电极层另包含一与该电极垫及该环形电极层在空间上都相互分离的连接电极层，位于该第二开口内。
12.如权利要求1所述的发光元件，还包含一反射结构位于该第二半导体层上。
13.如权利要求1所述的发光元件，还包含一电流分散层位于该第二半导体层上。
14.如权利要求1所述的发光元件，其中该电极垫位于该发光元件的一边。
15.如权利要求1所述的发光元件，其中该电极垫位于该发光元件的一角落。
16.如权利要求1所述的发光元件，还包含一打线垫位于该电极垫的该暴露区域上。
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