CN1630108A - 发光二极管元件与其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一种发光二极管元件与其形成方法。此发光二极管元件具有菱形轮廓，其电极位于菱形较长的对角线两端，因此其电极距离较远且发光面积仍够大。因形成菱形轮廓且顺着基板的自然劈裂面进行，使制造过程中的合格率大为提高。此外，该发光二极管元件并可以做成较小的覆晶封装元件。

Description

发光二极管元件与其形成方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管元件与其形成方法，特别是一种具有高制程良率及较大发光面积的发光二极管元件与其形成方法。

背景技术

近年来发光二极管产业的发展朝向氮化镓(Gallium Nitride)基半导体，例如氮化镓化合物半导体，作为用以发出光波长范围介于绿光、蓝光与紫外光之间的短波长发光二极管。短波长发光二极管由于具有高频率或短波长可用作为绿光及蓝光于全彩的应用，蓝光与紫光发光二极管更可通过能量转换做成白光光源。

传统上，为了增加氮化镓/蓝宝石发光二极管的发光面积，而将电极接点置于对角线两端以增加发光面积。但是为了将电极接点与外界连接以驱动发光二极管，必须将电极接点以导线穿过一形成于发光二极管顶端的金属垫(Pad)或电极接垫(Contact Pads)。这样的设计会造成发光二极管的发光面积遭到遮蔽，特别是俯视发光二极管时，亦即发光二极管的发光面积实质上变小。此外，此传统结构易造成电流过度集中于两个金属垫之间，亦即造成电流堵塞而影响元件寿命。

如上所述，此化合物半导体发光二极管必须以电极接点置于发光面对角线两端。由于为了将电极接点与外界连接以驱动发光二极管，必须将电极接点以导线与外界连接以驱动发光二极管，而电极接点与导线体积不可能太小，故将造成发光二极管的发光面积实质缩小。此外，当元件尺寸缩小时，一般具正方形轮廓的发光二极管由于其电极接点位于其对角线两端，此时电极接点将十分接近且更容易形成电流堵塞而影响元件特性，如可靠度降低且因电极过度接近，打线良率将因而降低。另外，由于蓝宝石底材属六方晶格(Hexagonal Lattice)结构，将发光二极管切成正方形容易造成元件劈裂使得制程良率(合格率)降低。

有鉴于上述传统元件结构与制程的缺点，因此有必要发展出一种新颖进步的元件结构与制程，此元件结构与制程能克服上述传统元件结构与制程的限制。

发明内容

本发明所欲解决的技术问题为提高元件切割(Scribing)的良率。

本发明所欲解决的技术问题为提供一尺寸缩小的覆晶封装发光二极管元件。

本发明所欲解决的技术问题为提供一当元件尺寸缩小时仍具有足够电极间距离的发光二极管元件。

本发明所欲解决的技术问题为提供一种亮度均匀的发光二极管元件。

本发明所欲解决的技术问题为提供一种能增加生产良率与产量的发光二极管元件制程。

本发明所欲解决的技术问题为提供一种在同样元件大小情况下，具有大发光面积的发光二极管元件结构与制程。

在一实施例中，本发明解决问题的技术手段包含下列步骤。首先提供一底材，接着形成一具有一第一导电型的第一掺杂半导体层于该底材上。然后形成一发光主动层于该第一掺杂半导体层上。接着形成一具有一第二导电型的第二掺杂半导体层于该发光主动层上。然后形成一透光导体层于该第二掺杂半导体层上，并转移复数个位于复数个第一菱形图案较长的对角线一端的第一电极图案进入该透光导体层、该第二掺杂半导体层与发光主动层并至该第一掺杂半导体层的一预定深度，其中该第一菱形图案的一边与该底材的易劈裂方向平行。接着形成一介电层覆盖该底材，并转移位于复数个第二菱形图案较长的对角线二端的复数个该第一与第二电极图案至该介电层并暴露出该透光导体层与该第一掺杂半导体层，其中该第二菱形图案的一边与该底材的易劈裂方向平行。然后形成复数个第一电极与第二电极于该第一掺杂半导体层与该透光导体层。沿该底材的易劈裂方向切割出复数个具有菱形轮廓的元件及通过覆晶封装方式将该元件的该第一电极与该第二电极以焊接凸块连接至二元件固定电极。

对照本发明与先前技术的功效，由于传统的化合物半导体发光二极管必须以电极接点置于发光面对角线两端，故将造成发光二极管的发光面积实质缩小，且亮度将较为不均匀。本发明利用蓝宝石底材晶格排列的特性，沿其晶格易劈裂方向切割晶圆，并形成一具有菱形轮廓的发光二极管元件，因此能提供具有较大发光面积的发光二极管元件，同时能增加发光二极管元件制程生产良率与产量。另外，由于使用覆晶封装的制程及将电极置于菱形轮廓对角线。故较小的元件仍能可靠地被制程为覆晶式元件。

上述有关发明的内容及以下实施方式的说明仅为范例并非限制。其它不脱离本发明的精神的等效改变或修饰均应包含在的本发明的专利范围之内。

为了能让本发明上述的其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所示附图，作以详细说明。

附图说明

图1显示本发明的一实施例中一半导体发光二极管元件；

图2显示一包含图1所示的半导体发光二极管元件的晶圆的俯视图；

图3显示本发明一实施例的半导体发光二极管元件的俯视图；

图4显示本发明另一实施例的半导体发光二极管元件的俯视图；

图5显示本发明另一实施例的半导体发光二极管元件的俯视图；

图6显示本发明的半导体发光二极管元件通过覆晶封装的方式以固定于元件固定电极上；及

图7显示本发明的半导体发光二极管元件通过覆晶封装的方式以固定于电路板上。

图中符号说明：

1     晶圆

10    发光二极管元件

12    电极

14    电极

16    凸块

18    凸块

102   底材

104   透光导体层

106   半导体层

108   主动(发光)导体层

110   半导体层

112   介电层

114   电极

116   电极

118   导体层

120   电极接触垫

122   电路板

具体实施方式

在此必须说明的是以下描述的制程步骤及结构并不包含完整的制程及结构。本发明可以通过各种制程技术来实施，在此仅提及了解本发明所需的制程技术。

以下将根据本发明所示附图做详细的说明，请注意附图均为简单的形式且未依照比例描绘，而尺寸均被夸大以利于了解本发明。

参考图1所示，显示本发明的一实施例中一发光二极管元件10。此发光二极管元件10包含一底材102，此底材102上可形成多层化合物半导体结构，例如氮化镓相关化合物半导体层。此多层化合物半导体层可由金属有机化学气相沉积(MOCVD)法形成，但也可由分子束磊晶(MBE)或其它化学气相沉积法形成。此多层化合物半导体层包含半导体层106、108与110。

发光二极管元件还包含透光导电层104。此透光导电层104以制程形成而非磊晶形成。透光导电层104为一透光导体层(TransparentConductive Layer，TCL)，而半导体层108包含一主动(发光)层(ActiveLayer)。半导体层106与110包含具有相反导电性质(N型或P型)的半导体层，亦即半导体层106与110可包含多层结构。此多层结构可包含未掺杂的半导体层以作为缓冲层(Buffer Layer)或包覆(CladdingLayer)层，或是AlGaN/GaN及InGaN等层的组合。

本发明的具有菱形轮廓的发光二极管元件，可利用各种制程形成。一种形成方法为例如首先利用磊晶形成半导体层106、108与110，接着蚀刻半导体层110、108与106的一部分形成一凹槽以容纳一电极并连接半导体层106，再以制程形成透光导电层104与透明介电层112。接着再形成电极于菱形图案较长的对角线两端，最后再以图2所示的切割方式形成本发明的发光二极管元件。本发明的具有菱形轮廓的发光二极管元件亦可以其它形成方法制成。图1所示的电极114、116与导体层118仅为范例，并非限制。电极114与116可使用相同材料且同时形成，或使用不同材料。甚至电极118可省略。菱形图案与电极的形成可利用光罩、微影与蚀刻制程。电极114与116与118及透光导电层104可由微影与物理/化学沉积法或传统的蒸镀方式形成。介电层112将半导体层106与110隔开。而半导体层106与110透过电极116与114连接至驱动电路。介电层112可为二氧化硅层，但不限于二氧化硅层，例如氮化硅或透明的高分子层。而介电层112可由微影、蚀刻与化学气相沉积法或传统的蒸镀法形成。介电层112对于覆晶元件为必备，但对于非覆晶元件则或可省略。

若使用氮化镓(GaN)化合物半导体，则底材102包含六方晶格(Hexagonal Lattice)的蓝宝石(Sapphire)底材。半导体层106与110包含一具有一第一导电型的第一掺杂氮化镓半导体层与一具有一第二导电型的第二掺杂氮化镓半导体层。半导体层106与110可同时包含未掺杂氮化镓缓冲层(Buffer Layer)或包覆(Cladding Layer)层。半导体层106与110为N型层与P型层，而电极114与116则为P型电极与N型电极层。此外底材102亦可为碳化硅(SiC)底材或其它耐高温且透明的底材。

参考图2所示，显示一包含图1所示的发光二极管元件10的晶圆1的俯视图。图1所示的发光二极管元件10具有俯视菱形轮廓，而电极114与118则位于较长的对角线两端上，如图3所示。图4与图5则显示不同构形的电极114与118。图4所示的电极114具有二延伸区域，使电极114与118间的距离不论于何处均不至于差距过大。图5所示的电极114与118各自具有一延伸区域，使电极114与118之间距不论于何处均十分均匀。为了利于切割，可形成沟槽于发光二极管元件图3所示的切割线上。

参考图6所示，本发明的发光二极管元件10以凸块(Bump)16与18固定于元件固定电极12与14上。电极12与14则连接至电路，使本发明的发光二极管元件10成为发光二极管灯(Lamp)。发光二极管元件10以覆晶(Flip Chip)封装的方式，以电极114与118分别与凸块16与18接合。但上述的结构不限于以覆晶封装的方式结合，亦可以表面黏着(Surface Mounting)技术接合。图1所示电极118并非必要，亦可省略。而图6中的凸块(Bump)16与18亦可以导电胶取代。上述的结构不限于以覆晶封装的方式结合，亦可以表面黏着(Surface Mounting)技术接合。

参考图7所示，本发明的发光二极管元件10以覆晶封装的方式固定于电路板122的电极接触垫120上。电极接触垫120则连接至电路。发光二极管元件10以覆晶封装的方式，以电极114与118分别与接触垫120以焊接或导电胶接合，亦可用凸块16与18接合。上述的结构不限于以覆晶封装的方式结合，亦可以表面黏着技术接合。

本发明利用蓝宝石底材晶格排列的特性，沿其晶格易劈裂方向切割晶圆并形成一具有菱形轮廓的发光二极管元件，因此能提供具有大发光面积、电极距离较远的发光二极管元件，同时能增加发光二极管元件制程生产良率与产量，特别是切割(Scribing)时的良率与当元件尺寸缩小时可避免电流堵塞。另外，由于使用覆晶封装的制程及将电极置于菱形轮廓对角线，发光亮度均匀，并可做成较小的覆晶封装元件。

上述有关发明的详细说明仅为范例并非限制。其它不脱离本发明的精神的等效改变或修饰均应包含在的本发明的专利范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管元件，该发光二极管元件包含：

一底材；

一具有菱形轮廓的多层化合物半导体结构，该多层化合物半导体结构位于该底材上，其中该菱形轮廓的一对平行边与该底材的易劈裂方向平行；及

分别位于该菱形轮廓较长的对角线二端的一第一电极与一第二电极，使电流分布均匀。

2.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中上述的该底材包含一蓝宝石底材。

3.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中上述的该多层化合物半导体结构包含：

一第一导电型的第一掺杂半导体层于该底材上；

一发光主动层于该第一掺杂半导体层上；

一具有一第二导电型的第二掺杂半导体层于该发光主动层上；

一透光导体层于该第二掺杂半导体层上；

一位于该菱形轮廓较长的对角线一端的凹槽，该凹槽深度及该第一掺杂半导体层以容纳该第二电极并连接该第一掺杂半导体层并曝露部份的该第二掺杂半导体层、部份的该发光主动层与部份的该第一掺杂半导体层；及

一介电层覆盖该透光导体层、曝露的该第二掺杂半导体层、曝露的该发光主动层与曝露的该第一掺杂半导体层，以隔离该第一电极与该第二电极。

4.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中更包含二端分别形成于该第一电极与该第二电极上的凸块以进行覆晶封装。

5.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中更包含二端分别形成于该第一电极与该第二电极上的凸块以进行表面黏着接合。

6.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中更包含二端分别形成于该第一电极与该第二电极上的导电胶以进行覆晶封装。

7.如权利要求1所述的发光二极管元件，其中更包含二端分别形成于该第一电极与该第二电极上的导电胶以进行表面黏着接合。

8.一种形成发光二极管元件的方法，该形成发光二极管元件的方法至少包含下列步骤：

提供一底材；

形成一具有一第一导电型的第一掺杂半导体层于该底材上；

形成一发光主动层于该第一掺杂半导体层上；

形成一具有一第二导电型的第二掺杂半导体层于该发光主动层上；

形成一透光导体层于该第二掺杂半导体层上；

转移复数个位于复数个第一菱形图案较长的对角线一端的第一电极图案进入该透光导体层、该第二掺杂半导体层与发光主动层并至该第一掺杂半导体层的一预定深度，其中该第一菱形图案的一边与该蓝宝石底材的易劈裂方向平行；

形成一介电层覆盖该底材；

转移位于复数个第二菱形图案较长的对角线二端的复数个该第一与第二电极图案至该介电层并暴露出该透光导体层与该第一掺杂半导体层，其中该第二菱形图案的一边与该底材的易劈裂方向平行；

形成复数个第一电极与第二电极于该第一掺杂半导体层与该透光导体层；及

沿该底材的易劈裂方向切割出复数个具有菱形轮廓的元件。

9.如权利要求8所述的形成发光二极管元件的方法，其中上述的该第一掺杂半导体层与该第二掺杂半导体层以金属有机化学气相沉积法形成。

10.如权利要求8所述的形成发光二极管元件的方法，其中上述的该第一掺杂半导体层与该第二掺杂半导体层以分子束磊晶形成。

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