CN111525013A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种发光二极管及其制造方法。发光二极管包含主动层、第一型半导体层、第二型半导体层、连接层及薄膜牺牲层。第一型半导体层及第二型半导体层，分别配置于主动层的相对两侧。连接层配置于第二型半导体层上。薄膜牺牲层配置于连接层上，其中连接层位于薄膜牺牲层与第二型半导体层之间，且薄膜牺牲层的一厚度比第一型半导体层、主动层、第二型半导体层及连接层的总厚度薄。

Description

发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明是关于发光二极管及其制造方法。
背景技术
微型发光二极管(micro LED)为新一代的显示技术。微型发光二极管的优点包含低功耗、高亮度、高解析度以及高色彩饱和度。因此，微型发光二极管组成的显示面板被视为下一个世代的显示技术的主流。
然而，由于微型发光二极管的体积为微米等级，制程中需要经过多次的巨量转移。在巨量转移过程中，容易发生应力不均或对位的问题，且需要额外形成弱化结构，以使巨量转移良率提高。因此，需要一种新颖的微型发光二极管及其制程，减少巨量转移次数，并提高良率。
发明内容
根据本揭露的一态样，发光二极管包含主动层、第一型半导体层、第二型半导体层、连接层及薄膜牺牲层。第一型半导体层及第二型半导体层，分别配置于主动层的相对两侧。连接层配置于第二型半导体层上。薄膜牺牲层配置于连接层上，其中连接层位于薄膜牺牲层与第二型半导体层之间，且薄膜牺牲层的一厚度比第一型半导体层、主动层、第二型半导体层及连接层的总厚度薄。
根据本发明一或多个实施方式，第二型半导体层包含粗糙化上表面，粗糙化上表面与连接层接触。
根据本发明一或多个实施方式，薄膜牺牲层的厚度小于3微米。
根据本发明一或多个实施方式，薄膜牺牲层包含可被激光解离的材料。
根据本发明一或多个实施方式，发光二极管还包含一第一接触及一第二接触，第一接触与第一型半导体层电性连接，第二接触与第二型半导体层电性连接。
根据本发明一或多个实施方式，连接层包含氧化物、氮化物、高分子聚合物或其组合。
根据本发明一或多个实施方式，第一型半导体层及第二型半导体层的材料包含三五族半导体。
根据本揭露的一态样，发光二极管的制造方法，包含：提供第一基板；形成薄膜牺牲层于第一基板上；通过使用连接层让磊晶沉积体与薄膜牺牲层贴合，其中磊晶沉积体依序包含第一型半导体层、主动层、第二型半导体层及第二基板，其中第一型半导体层与连接层接触；移除第二基板；对薄膜牺牲层、连接层、第一型半导体层、主动层及第二型半导体层执行元件化制程，以在第一基板上形成彼此分离的多个发光二极管；以及对薄膜牺牲层执行一激光剥离制程，以使各该发光二极管自第一基板脱落。
根据本发明一或多个实施方式，移除第二基板包含执行一蚀刻制程。
根据本发明一或多个实施方式，元件化制程包含形成第一接触于第一型半导体层上以及形成第二接触于第二型半导体层上。
本发明提供的发光二极管及其制造方法可以减少巨量转移的次数，并提高制程良率。
附图说明
当结合随附附图阅读时，自以下详细描述将很好地理解本揭露。应强调，根据工业中的标准实务，各特征并非按比例绘制且仅用于说明的目的。事实上，为了论述清晰的目的，可任意增加或减小特征的尺寸。
图1绘示根据本发明一实施例的发光二极管100的剖面示意图；
图2绘示根据本发明另一实施例的发光二极管200的剖面示意图；
图3-8绘示根据本发明一实施例的发光二极管的制造方法的制程阶段之一的剖面示意图。
具体实施方式
以下揭示内容提供许多不同实施例或示例，用于实施本发明的不同特征。下文描述组件及排列的特定实例以简化本揭露书的内容。当然，该等实例仅为示例且并不意欲为限制性。举例来说，在以下描述中，第一特征形成于第二特征上或之上包含第一特征与第二特征直接接触的实施例，亦可以包含第一特征与第二特征未直接接触的实施例。
此外，本发明可在各实例中重复元件符号及/或字母。此重复是为了简化，并不指示所论述的各实施例及/或配置之间的关系。再者，在本发明中，以下的特征形成于、连接至及/或耦合至另一个特征可以包含特征形成直接接触的实施例，亦可以包含另外的特征插入形成的特征的实施例，以使特征并未直接接触。进一步地，为了便于描述，本文可使用空间相对性用语(诸如“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及类似者)来描述诸图中所图示一个元件或特征与另一元件(或多个元件)或特征(或多个特征)的关系。空间相对性用语意欲包含元件在使用或操作中的不同定向。
请参考图1，其绘示根据本发明一实施例的发光二极管100的剖面示意图。发光二极管100包含第一型半导体层120、主动层130、第二型半导体层140、连接层150及薄膜牺牲层160。在一些实施例中，主动层130是为具有多层结构的量子井(multiple quantum well,MQW)。量子井可以使电子与空穴有较高机会结合，并产生光线，提升发光二极管100的发光效率。因此，主动层130亦称为“发光层”。
第一型半导体层120及第二型半导体层140分别配置于主动层130的相对两侧。举例来说，第一型半导体层120配置于主动层130的第一表面，而第二型半导体层140配置于主动层130的第二表面。第一型半导体层120与第二型半导体层140的导电类型(conductivitytype)不同。在一些实施例中，第一型半导体层120为N型掺杂，而第二型半导体层140为P型掺杂。在某些实施例中，半导体层的材料包含三五族半导体，例如可为三族氮化物、三族磷化物、三族砷化物或三族磷砷化物。在本实施例中，第一型半导型体层120可为N型掺杂的铝铟镓磷(AlInGaP)，第二型半导体层140可为P型掺杂的铝铟镓磷。
连接层150配置于第二型半导体层140上。在一些实施方式中，连接层150是由可透光材料制成。此处的可透光材料是指可使主动层130发出的光穿透的材料。在一些实施例中，连接层150包含氧化硅(SiOx)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二钽(Ta2O5)、二氧化铪(HfO2)、氧化镁(MgO)、氮化硅(SiNx)、高分子聚合物或其组合。
薄膜牺牲层160配置于连接层150上。薄膜牺牲层160通过连接层150与第二型半导体层140贴合。换句话说，连接层150位于薄膜牺牲层160与第二型半导体层140之间。值得注意的是，薄膜牺牲层160的厚度比第一型半导体层120、主动层130、第二型半导体层140及连接层150的总厚度薄。在一些实施例中，薄膜牺牲层160的厚度小于3微米，例如2微米、1微米、0.5微米或0.1微米。在一些实施方式中，薄膜牺牲层160包含可被激光解离的材料(例如氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)或氮化铝(AlN))，因此薄膜牺牲层160可以做为激光剥离制程(laser lift off,LLO)的牺牲层。
在一些实施例中，发光二极管100还包含第一接触171及第二接触172。第一接触171与第一型半导体层120电性连接，而第二接触172与第二型半导体层140电性连接。详细而言，发光二极管100通过第一接触171及第二接触172与外部布线电性连接。
在某些实施例中，发光二极管100配置于基板110上。详细而言，发光二极管100通过连接件180与基板110贴合。
在一些实施例中，发光二极管100还包含绝缘层190。绝缘层190覆盖第一型半导体层120、主动层130及第二型半导体层140的侧壁上。绝缘层190除了提供绝缘之外，亦具有较佳的机械强度，避免第一型半导体层120、主动层130及第二型半导体层140受到损伤。
请参考图2，其绘示根据本发明另一实施例的发光二极管200的剖面示意图。为了方便说明的目的，在本发明的各绘示的实施例中，使用相同的标号标记相同的元件，故不再赘述重复部分。与发光二极管100不同，发光二极管200的第二型半导体层140包含粗糙化上表面141，其中粗糙化上表面141与连接层150接触。粗糙化上表面141可以避免主动层130产生的光在第一型半导体层120与第二型半导体层140之间持续发生全反射，因此可以提升发光二极管的取光率。
图3至图8绘示根据本发明一实施例的发光二极管的制造方法的各个制程阶段的剖面示意图。请参考图3，提供第一基板210。第一基板210需可使后续剥离制程采用的激光穿透，例如蓝宝石(sapphire)、氮化铝(AlN)或玻璃(Glass)等。
请参考图4，形成薄膜牺牲层220于第一基板210上。如同前述，在一些实施例中，薄膜牺牲层220包含可被激光解离的材料，例如GaN、AlGaN或AlN。
值得注意的是，由于薄膜牺牲层220可以做为激光剥离制程的牺牲层，因此薄膜牺牲层220的材料需与第一基板210的材料不同。换句话说，薄膜牺牲层220的能隙需不同于第一基板210的能隙，避免激光剥离制程受到影响。
请参考图5，通过使用连接层230让磊晶沉积体240与薄膜牺牲层220贴合。磊晶沉积体240包含第一型半导体层241、主动层242、第二型半导体层243及第二基板244。第一型半导体层241、主动层242、第二型半导体层243及第二基板244是依序排列于连接层230之上，其中第一型半导体层241接触连接层230。
进一步说明，磊晶沉积体240可以由多个沉积制程形成。在一些实施例中，第二型半导体层243形成于第二基板244上，主动层242形成于第二型半导体层243上，而第一型半导体层241形成于主动层242上。在某些实施例中，在形成磊晶沉积体240之后，将磊晶沉积体240以晶圆接合(wafer bonding)方式贴附于薄膜牺牲层220上。举例来说，可以形成连接层230于薄膜牺牲层220上，再将磊晶沉积体240通过连接层230贴附于薄膜牺牲层220上。此外，亦可以形成连接层230于磊晶沉积体240之下，再通过连接层230将薄膜牺牲层220与磊晶沉积体240贴合。
在某些实施例中，第二基板244包含砷化镓(GaAs)、硅(silicon)或蓝宝石(sapphire)等。第一型半导体层241与第二型半导体层243的导电类型不同。举例来说，第一型半导体层241为P型掺杂，而第二型半导体层243为N型掺杂。主动层242可以为量子井，量子井可以使电子与空穴有较高机会结合，并产生光线。
请参考图6，移除第二基板244。在一些实施例中，可以使用蚀刻制程而移除第二基板244，例如湿蚀刻制程。
请参考图7，对薄膜牺牲层220、连接层230、第一型半导体层241、主动层242及第二型半导体层243执行元件化制程，以形成多个发光二极管300。详细而言，此元件化制程包含执行图案化制程，以形成图案化薄膜牺牲层220’、图案化连接层230’、图案化第一型半导体层241’、图案化主动层242’及图案化第二型半导体层243’。此外，在一些实施例中，元件化制程亦包含形成第一接触250及第二接触260，其中第一接触250位于第一型半导体层241上并与其电性连接，而第二接触260位于第二型半导体层243上并与其电性连接。在某些实施例中，元件化制程还包含形成绝缘层270覆盖图案化第一型半导体层241’、图案化主动层242’及图案化第二型半导体层243’的侧壁。绝缘层270除了提供绝缘外，亦可以提供较佳的机械强度，避免图案化第一型半导体层241’、图案化主动层242’及图案化第二型半导体层243’受到损伤。
在执行元件化制程之后，多个发光二极管300形成于第一基板210上，且这些发光二极管300彼此分离。在一些实施例中，各发光二极管300包含图案化薄膜牺牲层220’、图案化连接层230’、图案化第一型半导体层241’、图案化主动层242’、图案化第二型半导体层243’、第一接触250、第二接触260及绝缘层270。
请参考图8，对图案化薄膜牺牲层220’执行激光剥离制程，以使发光二极管300自第一基板210脱落。激光穿透第一基板210照射于图案化薄膜牺牲层220’，使图案化薄膜牺牲层220’吸收激光的能量后分解，而形成图案化薄膜牺牲层220”。在图案化薄膜牺牲层220’包含GaN的实施例中，GaN吸收激光而分解为镓以及氮气。因此，在执行激光剥离制程之后，形成的图案化薄膜牺牲层220”的厚度会变薄。在一些实施例中，图案化薄膜牺牲层220”的厚度比图案化第一型半导体层241’、图案化主动层242’、图案化第二型半导体层243’及图案化连接层230’的总厚度薄。在一些实施例中，图案化薄膜牺牲层220”的厚度小于3微米，例如2微米、1微米、0.5微米或0.1微米。
值得注意的是，本发明使用的激光剥离制程可以选择性的照射于各个发光二极管300的图案化薄膜牺牲层220’。换句话说，可以选择性的转移任何一个发光二极管300至另一个基板。
在一些实施例中，自第一基板210脱落的发光二极管300通过连接件280配置于第三基板310上。
本发明提供的发光二极管及其制造方法可以减少巨量转移的次数，并提高制程良率。此外，本发明不需要额外形成弱化结构，因此亦减少了制程步骤。
上文概述若干实施例或示例的特征，使得熟悉此项技术者可更好地理解本发明的态样。熟悉此项技术者应了解，可轻易使用本发明作为基础来设计或修改其他制程及结构，以便实施本文所介绍的实施例的相同目的及/或实现相同优点。熟悉此项技术者亦应认识到，此类等效结构并未脱离本发明的精神及范畴，且可在不脱离本发明的精神及范畴的情况下产生本文的各种变化、替代及更改。

Claims (10)

1.一种发光二极管，其特征在于，包含：
一主动层；
一第一型半导体层及一第二型半导体层，分别配置于该主动层的相对两侧；
一连接层，配置于该第二型半导体层上；以及
一薄膜牺牲层，配置于该连接层上，其中该连接层位于该薄膜牺牲层与该第二型半导体层之间，且该薄膜牺牲层的一厚度比该第一型半导体层、该主动层、该第二型半导体层及该连接层的总厚度薄。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该第二型半导体层包含一粗糙化上表面，该粗糙化上表面与该连接层接触。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该薄膜牺牲层的厚度小于3微米。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该薄膜牺牲层包含可被激光解离的材料。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包含一第一接触及一第二接触，该第一接触与该第一型半导体层电性连接，该第二接触与该第二型半导体层电性连接。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该连接层包含氧化物、氮化物、高分子聚合物或其组合。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该第一型半导体层及该第二型半导体层的材料包含三五族半导体。
8.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包含：
提供一第一基板；
形成一薄膜牺牲层于该第一基板上；
通过使用一连接层让一磊晶沉积体与该薄膜牺牲层贴合，其中该磊晶沉积体依序包含一第一型半导体层、一主动层、一第二型半导体层及一第二基板，其中该第一型半导体层与该连接层接触；
移除该第二基板；
对该薄膜牺牲层、该连接层、该第一型半导体层、该主动层及该第二型半导体层执行一元件化制程，以在该第一基板上形成彼此分离的多个发光二极管；以及
对该薄膜牺牲层执行一激光剥离制程，以使各该发光二极管自该第一基板脱落。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，移除该第二基板包含执行一蚀刻制程。
10.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，该元件化制程包含形成一第一接触于该第一型半导体层上以及形成一第二接触于该第二型半导体层上。
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