CN114864757A - 垂直式发光二极管及其制造方法 - Google Patents

垂直式发光二极管及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114864757A
CN114864757A CN202210591669.7A CN202210591669A CN114864757A CN 114864757 A CN114864757 A CN 114864757A CN 202210591669 A CN202210591669 A CN 202210591669A CN 114864757 A CN114864757 A CN 114864757A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
metal layer
metal
epitaxial
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210591669.7A
Other languages
English (en)
Inventor
刘埃森
冯祥铵
陈筱儒
黄乙川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ingentec Corp
Original Assignee
Ingentec Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ingentec Corp filed Critical Ingentec Corp
Publication of CN114864757A publication Critical patent/CN114864757A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0095—Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/641—Heat extraction or cooling elements characterized by the materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0016—Processes relating to electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0025—Processes relating to coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0066—Processes relating to semiconductor body packages relating to arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种垂直式发光二极管及其制造方法，包括：提供形成有磊晶层的生长基板；于磊晶层上接合依序堆栈的第一、第二、第一金属层的金属组合基板，其一第一金属层接合于磊晶层，另一第一金属层远离磊晶层；剥离生长基板以获得磊晶结构；于磊晶结构上形成接触金属层；最后，蚀刻并去除第二金属层与远离磊晶层的第一金属层，由此保留接合磊晶层的第一金属层。通过上述制造方法制得的垂直式发光二极管具有较为轻薄的厚度、较强的机械强度、显著的光强度以及较佳的散热效果。

Description

垂直式发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的制造方法，特别是一种垂直式发光二极管的制造方法。
背景技术
随着显示面板薄型化的需求日益升高，仰赖背光层、液晶层与偏振片的液晶显示器(LCD)已无法满足目前的需求。虽然自体发光的有机发光二极管(OLED)能被制成较为轻薄且可弯折的显示面板，然而OLED属于有机物并且因电子频繁地迁移到其中的发光层，导致OLED的使用寿命短于LCD。因此，面板厂商正致力于研发具备LCD与OLED的优点却无缺点的微型发光二极管(Micro LED)。而在Micro LED的制程中，需要经过切割制程以获得多颗磊晶晶粒；接着，还需要利用静电转移、微转印(Micro Transfer)、流体组装或磁性转移等技术，将红光、蓝光与绿光发光二极管自中间基板拾取并且释放至目的基板，此过程称为巨量转移(Mass Transfer)。
以垂直式发光二极管为例，传统的结构主要包括：硅基板、接合在硅基板上的磊晶层、以及形成在磊晶层上的电极单元，其中，硅基板的厚度可能高达100μm，这将不利于实现显示面板的轻薄化。然而若舍去硅基板，直接将铜基板接合于磊晶层，那么铜基板与磊晶层之间将会因为热膨胀系数不匹配而发生热应力。热应力可能会使磊晶层因高收缩应力(压力)产生凸出物，或使磊晶层因伸张式应力(张力)而发生破裂与脱落。为避免发生前述缺陷，现有的制程可以采用电镀制程以将铜金属沉积于累积层上。举例来说，在台湾专利公告号I562404公开一种形成发光二极管结构的方法，其中记载「传导晶种层(即Ni层524)允许厚的铜电镀或无电沉积以形成铜层525。该无电沉积或电镀铜层528的厚度可高于或等于约150微米。该厚度经选择以使得该LED结构在用于层转移制程的基板移除期间不遭受显著的弯曲或破裂…」。然而通过这样的制程，电镀在磊晶层上的铜金属的厚度大于150μm，这不仅不利于显示面板的轻薄化，也大幅度降低发光二极管的发光效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垂直式发光二极管，其仅具有单一金属层，该金属层具有低厚度、高热导率与低热容量，从而有效地散热并维持良好的发光效果。
为满足上述目的，本发明提供一种垂直式发光二极管的制造方法，步骤包括：提供一生长基板，该生长基板上形成有一磊晶层；在磊晶层上接合一金属组合基板，该金属组合基板包括二第一金属层与堆栈于该些第一金属层之间的第二金属层，一第一金属层接合于磊晶层，另一第一金属层远离磊晶层；去除该生长基板，以获得至少一磊晶结构；在至少一磊晶结构上形成一接触金属层；以及，蚀刻并去除金属组合基板中的第二金属层与远离磊晶层的第一金属层，由此保留接合磊晶层的第一金属层。
在一些实施例中，在至少一磊晶结构上形成接触金属层的步骤前，对磊晶层进行蚀刻制程以定义出多个该磊晶结构，并且根据磊晶结构之间的间隔，切断该些第一金属层与第二金属层。
在一些实施例中，在接合金属组合基板的步骤前，该些第一金属层的热膨胀系数均选用大于第二金属层的热膨胀系数的材料，并且该些第一金属层的厚度均小于第二金属层的厚度。
在一些实施例中，接合于磊晶层的第一金属层、第二金属层、以及远离磊晶层的第一金属层是按照1：2.5～3.5：1的厚度比例形成。
在一些实施例中，该些第一金属层是选用铜来形成，第二金属层是选用铟瓦合金来形成。
在一些实施例中，在蚀刻并去除金属组合基板的步骤前，还提供一保护层，保护层包覆金属组合基板中接合于磊晶层的第一金属层。
在一些实施例中，在至少一磊晶结构上形成接触金属层的步骤后，在至少一磊晶结构上形成一钝化层，钝化层暴露接触金属层。
在一些实施例中，在蚀刻并去除金属组合基板的第二金属层与远离磊晶层的第一金属层的步骤中，选用氨水(NH4OH)及双氧水(H2O2)的混合溶液作为蚀刻液。
本发明还提供一种垂直式发光二极管，其通过前述制造方法而得，垂直式发光二极管包括：第一金属层；磊晶结构，设置于第一金属层上；以及，接触金属层，设置于磊晶结构上。
在一些实施例中，第一金属层的材质为铜金属层，且第一金属层的厚度介于10至20μm。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中一实施例的制造方法的流程图；
图2为对应步骤S100中生长基板的上方形成磊晶层后的结构图；
图3为对应步骤S110中接合一金属组合基板至磊晶层上的结构图；
图4为对应步骤S120中除去生长基板，保留金属组合基板与磊晶层，翻转叠层结构，使磊晶层与金属组合基板的相对位置上下对调后的结构图；
图5为对应步骤S120后对磊晶层进行蚀刻，获得多个磊晶结构的结构图；
图6为对应步骤S130中当磊晶结构的数量为多个时，在各个磊晶结构上分别对应形成有一接触金属层后的结构图；
图7为本发明中另一实施例的制造方法的结构；
图8为对应步骤S140中，蚀刻并去除金属组合基板的第二金属层与第一金属层，保留第一金属层后的结构图；
图9为为对应步骤S140中除去第一金属层后的结构图；
图10为为对应步骤步骤S140中除去第二金属层后的结构图；
图11为本发明的垂直式发光二极管的结构图；
图12为传统的与本发明的垂直式发光二极管的物理性质对比示意图；
图13为本发明的垂直式发光二极管的物理性质示意图；
图14为传统的垂直式发光二极管的物理性质示意图。
符号说明：
200-生长基板；300-磊晶层；310-磊晶结构；311-N型半导体层；313-发光层；315-P型半导体层；400-金属组合基板；410-第一金属层；420-第二金属层；430-第一金属层；500-接触金属层；600-保护层；700-钝化层；L-厚度；W-宽度。
具体实施方式
本发明的实施例将通过下文配合相关图式进一步加以解说。尽可能的，于图式与说明书中，相同标号是代表相同或相似构件。于图式中，基于简化与方便标示，形状与厚度可能经过夸大表示。可以理解的是，未特别显示于图式中或描述于说明书中的元件，为所属技术领域中具有常规技术者所知的形态。本领域的常规技术者可依据本发明的内容而进行多种的改变与修改。
在说明书及申请专利范围中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所属技术领域中具有常规知识者应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及申请专利范围并不以名称的差异做为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来做为区分的基准。在说明书及申请专利范围所提及的「包含」为开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。
于下文中关于“一个实施例”或“一实施例”的描述是指关于至少一实施例内所相关连的一特定元件、结构或特征。因此，于下文中多处所出现的“一个实施例”或“一实施例”的多个描述并非针对同一实施例。再者，于一或多个实施例中的特定构件、结构与特征可依照一适当方式而结合。
除非特别说明，一些条件句或字词，例如「可以」、「可能」、「也许」，或「可」，通常是试图表达本案实施例具有，但是也可以解释成可能不需要的特征、元件，或步骤。在其他实施例中，这些特征、元件，或步骤可能是不需要的。
本发明提供一种垂直式发光二极管(Vertical Light Emitting Diode)的制造方法，前述垂直式发光二极管的一侧是单一金属层，相对的另一侧是接触金属层500。请参照图1，图1绘示根据本发明中一实施例的制造方法流程图。首先说明步骤S100，提供一生长基板200。生长基板已预先经过磊晶生长制程，因此生长基板的上方形成有磊晶层300(如图2所示)。前述磊晶生长可采用化学气相沉积法(CVD)、有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、气相磊晶法(VPE)、液相磊晶法(LPE)或分子束磊晶法(MBE)而得。作为发光层的磊晶层300具体可为依序堆栈的缓冲层、第一半导体层、主动层、第二半导体层。缓冲层生长于生长基板上，使得缓冲层上方的第一半导体层具有较少的缺陷密度。主动层为提高电子电洞对复合效率的多重量子井(MQW)。第一半导体层与第二半导体层可分别为n型半导体层与p型半导体层，其具有大于主动层的能隙以将载子集中在多重量子井中。后续的制程将以红光二极管为范例进行说明，因此生长基板可以采用砷化镓(GaAs)或磷化镓(GaP)基板，而磊晶层300可以采用砷化铝镓(AlGaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、磷化铝铟镓(AlGaInP)、或磷化镓等三五族化合物半导体，以提高晶格匹配率、降低晶格错位的发生。然而本发明不应以此为限制，本发明的制造方法可适用于蓝光或绿光二极管的制程。因此生长基板可以采用蓝宝石(Sapphire，即Al2O3)、碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)基板，磊晶层300可以采用氮化镓、氮化铟镓(InGaN)、或氮化铝镓(AlGaN)等三五族化合物半导体。此外，本发明的制造方法还可适用于红外光二极管或垂直共振腔面射雷射(VCSEL)等光电元件的制程，因此磊晶层300可包含上下两层的布拉格反射镜(DBR)与发光活性层。
接下来说明步骤S110，接合一金属组合基板400至磊晶层300上(如图3所示)。金属组合基板400是利用MOCVD、雷射切割、真空加热及研磨抛光的制程所形成，并且依序堆栈有第一金属层410、第二金属层420与另一第一金属层430。第一金属层410接合于磊晶层300，另一第一金属层430远离磊晶层300，第二金属层420堆栈于第一金属层410与另一第一金属层430之间，并且第一金属层410与第一金属层430的热膨胀系数均大于第二金属层420的热膨胀系数。本实施例中的研磨抛光可采用半导体制程的化学机械研磨(CMP)或铜金属抛光方法，无论使用何种研磨抛光方法，均可将第一金属层410的表面抛光为0.5～0.01μm的表面粗糙度，从而可作为接触磊晶层300的接合面。本实施例中的雷射切割采用UV-雷射(266nm)规格，真空加热温度范围设置为150～250度，压力可控制在100～250托(Torr)的范围，加热时间为10～30分钟，从而消除金属组合基板400的应力。为了有效地控制金属组合基板400的热膨胀系数，在一些实施例中，第一金属层410与第一金属层430是选用相同的金属材料并形成为具有相同的厚度；而第二金属层420则选用另一金属材料并形成为具有大于第一金属层410的厚度。第一金属层410，430与第二金属层420的形成方式例如可透过沉积或化学机械研磨(CMP，Chemical Mechanical Polishing)等方式。为了将金属组合基板400的热膨胀系数调整至与磊晶层300的热膨胀系数相当，在一些实施例中，第一金属层410、第二金属层420、第一金属层430是按照1：2.5～3.5：1的厚度比例进行沉积。第一金属层410与第一金属层430的厚度可为10～20μm；相应地，第二金属层420的厚度为20～60μm。在一些实施例中，第一金属层410与第一金属层430的材质是选用铜，第二金属层420的材质是选用铟瓦合金(Invar)，由此形成铜-铟瓦合金-铜(CIC)的磁性基板。前述磁性基板可应用于垂直式发光二极管，并且具有低热膨胀系数(6.1x 10-6K)与高热导系数(180W/mK)等的技术优势。
接下来说明步骤S120，利用剥离法(Lift-Off)、雷射切割、化学机械研磨或湿式蚀刻等半导体制程除去生长基板，以保留金属组合基板400与磊晶层300(如图4所示)。接着，翻转叠层结构，使磊晶层300与金属组合基板400的相对位置上下对调：即磊晶层300在上，金属组合基板400在下(如图4所示)。剥离法可为雷射剥离(Laser Lift-Off,LLO)或光阻剥离(Photoresist Lift-Off,PLO)，但不应以此为限。采用雷射剥离制程者，其具体可包含以下步骤：在生长基板的上方形成有磊晶层300前，预先涂布透光的牺牲层(图未示)，牺牲层应包含苯环丁烯(Benzocyclobutene)等可被雷射解离的有机材料；接着，在本步骤中利用雷射光照射牺牲层以使牺牲层分解，由此，磊晶层300自生长基板剥离。在选用湿式蚀刻移除生长基板时，应避免磊晶层300被一并蚀刻。为此，需要根据生长基板的半导体材料，采用对其具有高选择性蚀刻比的化学溶液，例如：氨水(NH4OH)及双氧水(H2O2)的混合溶液，其有助于蚀刻以除去砷化镓基板。
在步骤S120结束后，可以理解为获得了单一个磊晶结构(即磊晶层300)。然而，应注意的是，在实务制程上往往会需要形成有多颗发光二极管，此时则需对磊晶层300进行蚀刻以获得多个磊晶结构310(如图5所示)。各个磊晶结构310均为平台的态样。每个磊晶结构310之间具有间隔。前述制程又被称为平台蚀刻(MESAEtching)，其具体来说包括以下多个步骤：(1)对磊晶层300实施微影制程以定义出待蚀刻区域(如图5中，各个磊晶结构310的左右两侧)。微影制程主要包含光阻涂布、曝光与显影制程；依高分辨率的需求，可选择性地安排烘烤和冷却制程。(2)对待蚀刻区域进行湿式蚀刻，例如使用溴与甲醇的混合液进行蚀刻。
接下来说明步骤S130，通过微影制程与蚀刻制程在磊晶结构上形成一接触金属层以作为垂直式发光二极管的电极单元。承前所述，当磊晶结构310的数量为多个时，则在各个磊晶结构310上分别对应形成有一接触金属层500(如图6所示)。较佳的，接触金属层500可以采用金属网格、奈米碳管、石墨烯或导电高分子制成。接触金属层500也可为氧化铟锡材质制成的透明导电膜层，即ITO(Indium Tin Oxide)，由此提升磊晶层的发光面积。另一方面，本发明的制程顺序不应以前述说明为限。在一些实施例中，当磊晶结构310的数量为多个时，步骤S130也可被安排在MESA蚀刻制程之前。具体来说，当生长基板被从磊晶层300剥离后，翻转叠层结构，使磊晶层300与金属组合基板400的相对位置上下对调：即磊晶层300在上，金属组合基板400在下。接着，在磊晶层300上形成接触金属层500，进行微影制程以对接触金属层500定义至少一个待蚀刻区域，并利用干式蚀刻或湿式蚀刻以除去前述待蚀刻区域。随后接续步骤S130，对磊晶层300进行MESA蚀刻制程以定义出多个磊晶结构310。由于本发明提供垂直式发光二极管的制造方法，因此每一个待蚀刻区域分别对应一个磊晶结构310。
在一些实施例中，当磊晶结构310的数量为两个以上时(如图5与图6所示)，则在接续步骤S130后安排切割制程。具体来说，根据各个磊晶结构310之间的间隔，切断其中的第一金属层410、第二金属层420以及第一金属层430(如图7所示)。切割制程可采用雷射切割或化学蚀刻。为避免切割过程中，因各个磊晶结构310与其下方的金属组合基板400发生晃动，进而导致切割位置发生偏离，因此在切割制程前可预先将金属组合基板400黏着紫外线可解黏胶带上(UV Tape)。UV Tape还可以避免磊晶结构310在切割过程中发生脱落或飞散。待切割制程结束后，仅须利用紫外线照射UV Tape以降低UV Tape的黏着力，便可轻易且清洁地剥除UV Tape。
在一些实施例中，在形成接触金属层500后，还可形成钝化层700(如图6所示)。钝化层700主要覆盖接触金属层500的一部分与接触金属层500以外的区域。换句话说，钝化层700系暴露该接触金属层500，使得接触金属层500的上表面是裸露的。钝化层700的材料可以是氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、适用的类似材料、或上述的任意组合。钝化层700可以通过化学气相沉积、电浆辅助化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、或适用的类似制程形成。
接下来说明步骤S140，蚀刻并去除金属组合基板400的第二金属层420与第一金属层430，由此保留第一金属层410(如图8至图10的变化所示)以获得垂直式发光二极管。具体来说，先采用对铜具有高选择性的蚀刻溶液，例如含有柠檬酸及过硫酸铵的混合溶液，由此除去第一金属层430(如图9所示)。接着，采用对Invar具有高选择性的蚀刻溶液，例如含有过氧化氢与HNO3的混合溶液，由此除去第二金属层420(如图10所示)。在一些实施例中，可提供保护层600，由此接触金属层500、磊晶结构310以及第一金属层410可预先被保护层600所包覆，以避免该接触金属层500、磊晶结构310以及第一金属层410在第一金属层430与第二金属层420的蚀刻过程中遭到一并除去(如图8至图10所示的虚线区域)。保护层600可为液态蜡或抗酸碱的胶质。形成的保护层600应至少渗透到磊晶层300和与第一金属层410的侧壁。即使一并包覆第二金属层420及/或第一金属层430的侧壁，步骤S410仍能顺利完成，理由如下：蚀刻第一金属层430时使用的对铜具有高选择性的蚀刻溶液不会蚀刻第二金属层420的Invar，因此仅需避免第一金属层410的侧壁被蚀刻；另一方面，蚀刻第二金属层420时使用的对Invar具有高选择性的蚀刻溶液，虽然不会蚀刻第一金属层410的铜，但可能会蚀刻磊晶结构310，因此渗透到磊晶层300的侧壁的保护层600便能起到保护作用。
通过上述制造方法所制成的垂直式发光二极管(如图11所示)，主要包括接触金属层500、磊晶结构310以及第一金属层410。接触金属层500设置在磊晶结构310的上表面，第一金属层410设置在磊晶结构310的下表面。在一些实施例中，第一金属层410可以是厚度L介于10至20μm的铜材质。磊晶结构310包含N型半导体层311、发光层313以及P型半导体层315。N型半导体层可为第一磷化铝镓铟(AlGaInP)层，例如n-AlGaInP。发光层为多重量子井层。P型半导体层可为第二磷化铝镓铟层，例如p-AlGaInP。在一些实施例中，垂直式发光二极管更包括包覆磊晶结构310与部分第一金属层500的钝化层700。
对比本发明的制造方法，一种传统的垂直式发光二极管的制造方法包括以下步骤：提供一上表面成长有磊晶层的蓝宝石基板，其中，磊晶层堆栈有N型半导体层、发光层以及P型半导体层，N型半导体层接触蓝宝石基板；接着，将一硅基板接合在前述P型半导体层上；倒置前述结构后，进行雷射剥离制程，其中，当激光束照射在N型半导体与蓝宝石基板的接面后，N型半导体与蓝宝石基板分离；最后，对硅基板上的磊晶层进行MESA蚀刻、形成电极单元以及晶粒切割以形成垂直式发光二极管。从上述可知，传统的垂直式发光二极管包括以下结构：硅基板、接合在硅基板上的磊晶层以及形成在磊晶层上的电极单元。实务上硅基板的厚度约达100μm。
对比前述传统的垂直式发光二极管，经由本发明的制造方法所制得的垂直式发光二极管具有轻薄的厚度与较高的热传导系数。请参阅图12，图12为传统的与本发明的垂直式发光二极管的物理性质示意图。纵轴表示发光二极管的光源自穿透基板而出的光强度，单位是毫坎德拉(mcd)；横轴表示通过磊晶层300的电流，单位是毫安(mA)；虚线表示传统的垂直式发光二极管中的硅基板，其厚度约为100μm、波长Wd约为620nm；实线表示本发明的垂直式发光二极管中以铜作为材质时的第一金属层410为例，其厚度约为20μm、波长Wd约为620nm。从图12中可以看出，当约为350mA电流分别通过传统的与本发明结构中的磊晶层300时，从硅基板与从第一金属层410穿透而出的光强度约分别为15000mcd与18450mcd。对比硅基板，轻薄的第一金属层410多出23％光强度。当约为1000mA电流分别通过传统的与本发明结构中的磊晶层300时，从硅基板与从第一金属层410穿透而出的光强度约分别为27500mcd与34000mcd。另一方面，本范例中采用铜作为材质的第一金属层410具有380(W/m-K)的热传导系数，优于热传导系数为190(W/m-K)的硅基板。接下来请一并参照图13与图14，图13为本发明的垂直式发光二极管的物理性质示意图，图14为传统的垂直式发光二极管的物理性质示意图。应注意的，这两张图中的箭号分别表示第一金属层410与硅基板的物理性质，箭号右侧的数据则表示经封装制程的垂直式发光二极管的其他封装材料的物理性质。经由这两张图的箭号，第一金属层410具有0.053(K/W)的热阻与不小于0.0001(Ws/K)的热容量，优于热阻为0.526(K/W)与小于0.0001(Ws/K)的硅基板。
综合上述，通过本发明的制造方法所获得的垂直式发光二极管具有以下优势：较为轻薄的厚度，有助于实现显示面板的薄型化；较强的机械强度，提升晶粒切割与转移等制程中的良率；显著的光强度以及较佳的散热效果，避免温度过高引发的元件形变，并有效维持良好的发光效果。值得一提，本发明提供的制造方法可适用于VSCEL、红外发光二极管(IRLED)等制程。对于所属技术领域中具有常规知识者而言，可以在不经由过度实验的情况下，将本发明提供的制造方法进行转用。因此，任何经过简单变更或转用的实施方式均适用于本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：
提供一生长基板，该生长基板上形成有一磊晶层；
于该磊晶层上接合一金属组合基板，该金属组合基板包括二第一金属层与堆栈于该些第一金属层之间的第二金属层，其中，一该第一金属层接合于该磊晶层，另一该第一金属层远离该磊晶层；
去除该生长基板，以获得至少一磊晶结构；
在该至少一磊晶结构上形成一接触金属层；
以及
蚀刻并去除该金属组合基板的该第二金属层与远离该磊晶层的该第一金属层，由此保留接合该磊晶层的该第一金属层。
2.根据权利要求1所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，在该至少一磊晶结构上形成该接触金属层的步骤前，还包括：对该磊晶层进行蚀刻制程以定义出多个该磊晶结构；根据该些磊晶结构之间的间隔，切断该些第一金属层与该第二金属层。
3.根据权利要求1所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，在接合该金属组合基板的步骤前，该些第一金属层的热膨胀系数均选用大于该第二金属层的热膨胀系数的材料，并且该些第一金属层的厚度均小于该第二金属层的厚度。
4.根据权利要求3所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，接合于该磊晶层的该第一金属层、该第二金属层、远离该磊晶层的该第一金属层是按照1：2.5～3.5：1的厚度比例形成。
5.根据权利要求3所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，该些第一金属层是选用铜来形成，该第二金属层是选用铟瓦合金来形成。
6.根据权利要求1所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，在蚀刻并去除该金属组合基板的部分的步骤前，还包括：提供一保护层，该保护层包覆该金属组合基板中接合于该磊晶层的该第一金属层。
7.根据权利要求1所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，在该至少一磊晶结构上形成该接触金属层的步骤后，在该至少一磊晶结构上形成一钝化层，该钝化层系暴露该接触金属层。
8.根据权利要求1所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，在该蚀刻并去除该金属组合基板的该第二金属层与远离该磊晶层的该第一金属层的步骤中，选用氨水及双氧水的混合溶液作为蚀刻液。
9.一种垂直式发光二极管，其特征在于，基于权利要求1至8任一项的制造方法制造而成，该垂直式发光二极管包括：
该第一金属层；
该磊晶结构，设置于该第一金属层上；以及
该接触金属层，设置于该磊晶结构上。
10.根据权利要求9所述的垂直式发光二极管，其特征在于，该第一金属层的材质为铜，且该第一金属层的厚度介于10至20μm。
CN202210591669.7A 2021-11-26 2022-05-27 垂直式发光二极管及其制造方法 Pending CN114864757A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110144108A TWI817264B (zh) 2021-11-26 2021-11-26 垂直式發光二極體及其製造方法
TW110144108 2021-11-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114864757A true CN114864757A (zh) 2022-08-05

Family

ID=82640878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210591669.7A Pending CN114864757A (zh) 2021-11-26 2022-05-27 垂直式发光二极管及其制造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230170434A1 (zh)
CN (1) CN114864757A (zh)
TW (1) TWI817264B (zh)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI469382B (zh) * 2009-03-30 2015-01-11 Ind Tech Res Inst 發光二極體結構與元件以及其製造方法
TWI635631B (zh) * 2017-11-17 2018-09-11 晶呈科技股份有限公司 垂直型發光二極體晶粒的結構及其製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW202322419A (zh) 2023-06-01
US20230170434A1 (en) 2023-06-01
TWI817264B (zh) 2023-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7244628B2 (en) Method for fabricating semiconductor devices
US9349712B2 (en) Doubled substrate multi-junction light emitting diode array structure
US8735185B2 (en) Light emitting device and fabrication method thereof
JP5270088B2 (ja) 垂直型発光素子及びその製造方法
US7129527B2 (en) Light emitting diode and method of making the same
US6838704B2 (en) Light emitting diode and method of making the same
US8004001B2 (en) Fabrication of semiconductor devices for light emission
JP4295669B2 (ja) 半導体素子の製造方法
US20030222263A1 (en) High-efficiency light-emitting diodes
US7391061B2 (en) Light emitting diode with thermal spreading layer
JP2002246640A (ja) 発光ダイオードとその製造方法
WO2021081308A1 (en) Method of fabricating a resonant cavity and distributed bragg reflector mirrors for a vertical cavity surface emitting laser on a wing of an epitaxial lateral overgrowth region
US20230238477A1 (en) Transfer process to realize semiconductor devices
JP2010225852A (ja) 半導体素子及びその製造方法
US7910389B2 (en) Vertical semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same
US8368111B2 (en) Semiconductor light emitting device and method for manufacturing thereof
JP2007235122A (ja) 半導体発光装置及びその製造方法
US20230299119A1 (en) Light emitting array
TWI786503B (zh) 發光元件及其製造方法
TWI817264B (zh) 垂直式發光二極體及其製造方法
KR101158077B1 (ko) 고효율 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법
JP2006135222A (ja) エッチング方法及び半導体素子の製造方法
TW202310444A (zh) 發光元件及其製造方法
KR101124474B1 (ko) 반도체 발광소자를 제조하는 방법
CN118431356A (zh) 发光二极管的转移方法及发光二极管

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination