形成具有金属基板的发光二极管的方法
技术领域
本发明是有关于一种形成发光二极管方法,特别是有关于一种形成具有金属基板的发光二极管的方法。
背景技术
发光二极管的动作原理是将电流顺向流入半导体的主动层时便会发出光线。一般常见的发光二极管结构如图1A所示。在图1A中,发光二极管磊晶层110形成于基板117之上,并在结构的上下各形成P接合点126及N接合点118。而发光二极管磊晶层110包含N型半导体层112、主动层114及P型半导体层116。而这样结构的发光二极管的基板117的材质为导电的材质,使电流130由P接合点126进入,依序经过P型半导体层116、主动层114、N型半导体层112及基板117,最后由N接合点118流出。当主动层114的电流密度达到一临界值,就会发出光线。而N型半导体层112、主动层114及P型半导体层116合称为发光二极管磊晶层110。
上述的结构为垂直的结构,因此制程上相当简单,且仅具有单一的接合点,故在封装制程上,打线(Bonding)较容易,良率较高。但由于基板的散热效果并不好。因此,发光二极管的操作温度会较高,而造成发光二极管使用寿命的缩短,并降低发光二极管的可靠度。而且当发光二极管的操作温度提升的同时,也会使发光效率随之下降。再者,高功率的发光二极管需较高的电流来产生高亮度的发光,而高电流会带来更高的热量的产生。因此,高功率发光二极管必须具有更好的散热结构。而传统的这样发光二极管的结构无法提供良好的散热效果。
如图1B所示为氮化镓发光二极管,为另一种发光二极管的结构。其基板的材质为蓝宝石(sapphire),为不导电的材质,因此不同于图1A的基板为导电基板。在图1B中,于基板137之上依序成N型氮化镓半导体层132、主动层134及P型氮化镓半导体层136。由于基板为不导电的材质,故P接合点148及N结合点146均需形成于基板的另一侧,也就是需形成在同侧,因此,在氮化镓磊晶层140(包含N型氮化镓半导体层132、主动层134及P型氮化镓半导体层136)的部分区域进行蚀刻至暴露出部分的N型氮化镓半导体层的表面133,并在表面133上形成N电极146。而由于P型氮化镓半导体层136的导电性相当差,必须形成一接触层于P型氮化镓半导体层136之上,以辅助电流的扩散,又,为避免接触层对发光二极管产生的光有遮蔽的问题,故需为透明的导电材质。因此,在P型氮化镓半导体层136上需形成透明接触层139,并在透明接触层139形成一开口,使P电极148形成于开口上,与P型氮化镓半导体层136接触。
上述另一种发光二极管的结构非完全垂直的结构,相较于图1A的结构,制程的步骤较为繁杂。而且这样的结构在正面有两个结合点,造成封装时制程较为复杂,良率也会因此受到影响。再者,由于基板为不导电材质,其散热效果也较差,抗静电(ESD)的能力也较差。
因此,传统技术利用图1A的发光二极管结构,进一步于发光二极管磊晶层的基板相反侧表面上形成一永久基板,然后将原来的基板移除。如此,永久基板的材质可以直接使用符合所需(例如导电性佳,散热效果好)的材质。但是,永久基板一般使用晶片结合(Wafer Bonding)来与发光二极管磊晶层接合。而晶片接合需要在高温、高压的环境下执行,而且接合面的平坦度要求相当的高。因此,造成晶片接合的技术难度相当高,良率也相对地降低了。
发明内容
鉴于上述的发明背景中,传统方法所提供的形成发光二极管的方法所产生的诸多问题与缺点,本发明主要的目的在于提供一种形成具有金属基板的发光二极管的方法,利用形成一金属永久基板于发光二极管上,以形成一个具有良好散热效果的发光二极管结构。
本发明的另一目的为提供形成具有金属基板的发光二极管的方法,利用形成一金属永久基板于发光二极管上,以形成一个具有良好抗静电效果的发光二极管结构。
本发明的再一目的为提供形成具有金属基板的发光二极管的方法,由于发光二极管为垂直结构,且仅具有单一导电垫(Single Pad),因此相较于传统技术中接合点同侧的发光二极管结构,结构更简单且容易形成。
本发明的又一目的为提供形成具有良好散热效果的发光二极管的方法,使发光二极管可操作于大电流,使发光二极管的的亮度可有效提升。
本发明的更一自的为提供一形成发光二极管的方法,以提升发光二极管的良率。
根据以上所述的目的,本发明提供了一种形成具有金属基板的发光二极管的方法,其特征在于,包含以下的步骤:
提供一暂时基板;
依序形成一发光二极管磊晶层及一第一电极层于该暂时基板之上;
形成一金属永久基板于该第一电极层之上;
移除该暂时基板,使该发光二极管磊晶层的一表面露出;
形成复数个第二电极于该发光二极管磊晶层的该表面上;以及
切割该金属永久基板、该第一电极层及该发光二极管磊晶层,以形成复数个发光二极管。
本发明一种形成具有金属基板的发光二极管的方法,其特征在于,包含以下的步骤:
提供一暂时基板;
形成一发光二极管磊晶层于该暂时基板之上;
蚀刻该发光二极管磊晶层至该暂时基板为止,以形成复数个发光二极管磊晶粒;
形成复数个第一电极层于各自对应的该复数个发光二极管磊晶粒之上;
形成一介电层,使该介电层填满该复数个发光二极管磊晶粒间空隙;
形成一金属永久基板、使该金属永久基板覆盖于该复数个发光二极管磊晶粒及该介电层之上;
移除该暂时基板,使该复数个发光二极管磊晶粒的表面露出;
移除该介电层;
形成复数个第二电极于各自对应的该复数个发光二极管磊晶粒的该表面上;以及
切割该金属永久基板,以形成复数个发光二极管。
本发明其中还包含形成一导电促进层于该第一电极层与该金属永久基板之间。
其中该介电层的材质是为二氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃、光阻、树脂、环氧树脂、压克力树脂、丙烯晴丁烯苯乙烯共聚合物、聚甲基丙烯酸甲脂、聚风物、聚醚醯亚胺、聚醯亚胺,聚醚风物、聚醯胺醯亚胺、聚甲苯硫化物、或其组合。
本发明一种形成具有金属基板的发光二极管的方法,其特征在于,包含以下的步骤:
提供一暂时基板;
形成一发光二极管磊晶层于该暂时基板之上;
蚀刻该发光二极管磊晶层至该暂时基板为止,以形成复数个发光二极管磊晶粒;
形成复数个第一电极层于各自对应的该复数个发光二极管磊晶粒之上;
形成一第一介电层,使该第一介电层填满该复数个发光二极管磊晶粒间空隙;
形成一导电促进层,使该导电促进层覆盖于该复数个第一电极层及该第一介电层之上;
形式一第二介电层在该导电促进层、对应于该第一介电层垂直方向的区域上;
形成一金属永久基板于该导电促进层之上,以填满该第二介电层间的空隙;
移除该暂时基板,使该复数个发光二极管磊晶粒的表面露出;
移除该第一介电层;
形成复数个第二电极于各自对应的该复数个发光二极管磊晶粒的该表面上;
移除该第二介电层;以及
切割该导电促进层,以形成复数个发光二极管。
其中该形成一金属永久基板的步骤是以电镀、金属冷成形、蒸镀、溅镀或其组合来完成。
其中该金属永久基板是为银、镍、钛、铬、铂、钯,锌,铝、铟、锡、铜、金,钼、锰、其合金或多层结构所形成。
其中该移除该暂时基板的步骤是由选择性蚀刻、研磨、抛光、晶片掀离或其组合来完成。
其中该发光二极管磊晶层的该表面是为该发光二极管磊晶层的一N型半导体层的一表面。
其中该第一介电层及该第二介电层的材质是为二氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃、光阻、树脂,环氧树脂、压克力树脂、丙烯晴丁烯苯乙烯共聚合物、聚甲基丙烯酸甲脂、聚风物,聚醚醯亚胺、聚醯亚胺、聚醚风物、聚醯胺醯亚胺、聚甲苯硫化物,或其组合。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容,以下结合实施例及附图详细说明如后,其中:
图1A到图1B是为传统技术中发光二极管的结构示意图;
图2A到图2G是为本发明的一较佳实施例的形成发光二极管的流程示意图;
图3A到图3J是为本发明的另一较佳实施例的形成发光二极管的流程示意图;以及
图4A到图4L是为本发明的又一较佳实施例的形成发光二极管的流程示意图。
具体实施方式
本发明的一些实施例会详细描述如下。然而,除了详细描述的实施例外,本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行,且本发明的范围不受限定,其以之后的申请专利范围为准。
再者,为提供更清楚的描述及更易理解本发明,图示内各部分并没有依照其相对尺寸绘图,某些尺寸与其他柜关尺度相比已经被夸张;不相关的细节部分也末完全绘出,以求图示的简洁。
本发明的精神为形成一金属永久基板,并移出发光二极管磊晶时所用的基板。而金属基板除了有助于移除发光二极管操作时所产生的热量,以增加发光二极管的散热效果外。而且由于形成的永久基板的材质为金属,可提供一个相当良好的抗静电效果。再者,由于本发明的发光二极管为垂直结构,且仅有单一的导电垫,因此构造相当简单、易于形成、故可提高发光二极管的生产良率。
另外,本发明的形成方法也可选择将发光二极管的部分结构层先行形成预切槽沟,使发光二极管在磊晶层剥离时及最后各自切割分离成单独的发光二极管晶粒时所需切割的厚度降低,使发光二极管更易于切割分离。
本发明以氮化镓发光二极管(GaN-based LED)磊晶结构成长于蓝宝石暂时基板之上为例。而本发明的金属永久基板可以电镀、金属冷成形(Metal Cold-Forming)、蒸镀或溅镀方式来完成,下述本发明的实施例以电镀方式来说明本发明,并非用以限制本发明形成金属永久基板的形成方法。
图2A到图2G是为本发明的一较佳实施例的形成发光二极管流程的示意图。
首先,如图2A所示,形成一发光二极管磊晶层12于暂时基板10之上。发光二极体磊晶层12依序包含一N型半导体层、一主动层及一P型半导体层。然后,如图2B所示,形成一第一电极层14于发光二极管磊晶层12之上。第一电极层14可与发光二极器磊晶层12形成良好的欧姆接触,降低接触阻抗并使电流能有效地扩散到整个发光二极管。第一电极层14的较佳材质为氧化镍及金。接着,于第一电极层14之上形成导电促进层16,如图2C所示。导电促进层16主要作用为辅助金属永久层20的形成。例如:导电促进层16于电镀时作为后续电镀时的电镀种晶导电层,以促进金属永久层20的形成。如上述,本发明也可以以电镀以外的方式来形成金属永久层20,因此,导电促进层16的形成是一个可选择的制程步骤。
再来,形成金属永久基板20于导电促进层16之上,如图2D所示。金属永久基板20的材质可视所欲形成的发光二极管所需来选择,较佳的材质有银、镍、钛、铬、铂、耙、锌、铝、锢、锡、铜、金、钼、锰,或者上述金属的合金或多层结构。不同的金属有适合的形成方式。例如:金、铂、铬、钯、铝、锌、镍、钛、钼、锰及其合金等适合以蒸镀或溅镀方式形成;镍、铬、锌、银、锡、铜、金、银、钼及锰适合以电镀方式;而耙、锢、锡或其合金适合以金属冷成形方式形成。而金属永久基板20较佳的厚度范围为10微米到300微米,尤其以40到150微米更佳。
接下来,移除暂时基板10,如图2E所示。而移除暂时基板10的方法可以是选择性蚀刻(Selectively Etching)、研磨/抛光(Lapping/Polishing)、晶片掀离(Wafer Lift-off)或其组合方式。移除暂时基板10后,发光二极管磊晶层12原先与暂时基板10连接的一表面会露出。
如图2F所示,将发光二极管结构翻转,使上述发光二极管磊晶层12的裸露表面朝上,然后于裸露表面的上形成复数个第二电极22。每一个第二电极22对应到一个欲形成的发光二极管。最后,如图2G所示,沿着切割虚线30切割上述发光二极管结构(包含金属永久基板20、导电促进层16、第一电极层14及发光二极管磊晶层12),以形成复数个发光二极管。
图3A到图3J是为本发明的另一较佳实施例的形成发光二极管流程的示意画。相较于图2A到图2G所示的实施例,图3A到图3J的实施例,其暂时基板10与发光二极管磊晶层12的接触面部分改成与介电层18接触,故暂时基板移除10较为容易,而且进行发光二极管切割时仅需切割较少的层数、较容易切割。
如图3A到图3B所示,先形成一发光二极管磊晶层12于暂时基板10之上,然后蚀刻发光二极管磊晶层12至暂时基板10为止,以形成发光二极管磊晶粒12A。接着,如图3C所示,于每个发光二极管磊晶粒12A各自形成第一电极层14A。第一电极层14A的较佳材质为氧化镍及金,可与发光二极管磊晶粒12A形成良好的欧姆接触,而降低接合阻抗。上述蚀刻发光二极管磊晶层12及形成第一电极层14A两步骤的顺序是可以互换而不影响本发明发光二极管的形成。
然后,于各个发光二极管磊晶粒12A间的间隙中填入介电层18至约略与发光二极管磊晶粒12A同高;随后,再形成导电促进层16于第一电极层14A及介电层18之上,如图3D到图3E所示。同样的,本发明也可以以电镀或其他以外的方式来形成金属永久层20,因此,导电促进层16的形成是一个可选择的制程步骤。而介电层18的较佳材质有二氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃(SOG)、光阻或高分子。而高分子可以是树脂(ABS resin)、环氧树脂(Epoxy)、压克力树脂(PMMA)、丙烯晴丁烯苯乙烯共聚合物(acrylonitirle butadjenestyrenecopolymer)、聚甲基丙烯酸甲脂(polymethyl methacrylate),或是聚风物(polysulfones)、聚醚醯亚胺(polyetherimides)、聚醯亚胺(polyimides)、聚醚风物(polythersul fones)、聚醯胺醯亚胺(polyamideimidc)、聚甲苯硫化物(polyphenylenesulfide)等热塑性聚合物。
再来,形成一金属永久基板20于导电促进层16之上,如图3F所示。金属永久基板20的材质可视所欲形成的发光二极管所需来选择,较佳的材质有银、镍、钛、铬、铂、钯、锌、铝、铟、锡、铜、金、钼、锰,或者上述金属的合金或多层结构。如上所述,不同的金属有适合的形成方式,例如有蒸镀、溅镀、电镀或金属冷成形方式。
接下来,移除暂时基板10,如图3G所示,而移除暂时基板10的方法可以是选择性蚀刻(Selectively Etching)、研磨/抛光(Lapping/Pol ishing)、晶片掀离(Wafer Lift-off)或其组合方式。移除暂时基板10后,发光二极管磊晶粒12A原先与暂时基板10连接的一表面会露出。
如图3H及图3I所示,将发光二极管结构翻转,使上述发光二极管磊晶粒12A的裸露表面朝上,然后于各个发光二极管磊晶粒12A的裸露表面上形成第二电极22并移除各个发光二极管磊晶粒12A间的介电层18。而移除介电层18与形成第二电极22这两个步骤其顺序是可互换而不影响的。最后,如图3J所示,沿着切割虚线30切割上述发光二极管结构(包含金属永久基板20及导电促进层16),以形成复数个发光二极管。
图4A到图4L是为本发明的又一较佳实施例的形成发光二极管流程的示意图。相较于上述的两个实施例,发光二极管切割时所需切割厚度更薄,故更容易切割。
如图4A到图4C所示,先形成一发光二极管磊晶层12于暂时基板10之上,然后蚀刻发光二极管磊晶层12蚀刻至暂时基板10为止,以形成发光二极管磊晶粒12A。接着,于每个发光二极管磊晶粒12A各自形成第一电极层14A。第一电极层14A的较佳材质为氧化镍及金,可与发光二极管磊晶粒12A形成良好的欧姆接触,而降低接合阻抗。上述蚀刻发光二极管磊晶层12及形成第一电极层14A两步骤的顺序是可以互换而不影响本发明发光二极管的形成。
然后,于各个发光二极管磊晶粒12A间的间隙中填入第一介电层18至约略与发光二极管磊晶粒12A同高;随后,再形成导电促进层16于第一电极层14A及第一介电层18之上,如图4D到图4E所示。同样的,本发明也可以以电镀或其他以外的方式夹形成金属永久层20。
再来,如图4F所示,形成第二介电层24于导电促进层16之上。第二介电层24的位置对应于第一介电层18的位置。一般,第二介电层24的厚度应与金属永久基板20厚度相当。第二介电层24较佳的厚度范围为10微米到300微米,尤其以40微米到150微米更佳。
而第一介电层18及第二介电层24的较佳材质有氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃,光阻或高分子。而高分子可以是树脂(ABS resin)、环氧树脂(Epoxy)、压克力树脂(PMMA)、丙烯晴丁烯苯乙烯共聚合物(acrylonitirlebutadicne styrene copolymer)、聚甲基丙烯酸甲脂(polymethylmethacrylate),或是聚风物(polysulfones)、聚醚醯亚胺(polyetherimides)、聚醯亚胺(polyimides)、聚醚风物(polythersulfones)、聚醯胺醯亚胺(polyamideimide)、聚甲苯硫化物(polyphenylene sulfide)等热塑性聚合物。
接着,形成一金属永久基板20以填满第二介电层24的间隙至约略与第二介电层24同高,如图4G所示。金属永久基板20的材质可视所欲形成的发光二极管所需来选择,较佳的材质有银、镍、钛、铬、铂、钯,锌、铝、铟、锡、铜、金、钼、锰,或者上述金属的合金或多层结构。如上所述,不同的金属有适合的形成方式,例如有蒸镀,溅镀,电镀或金属冷成形方式。
接下来,移除暂时基板10,如图4H所示。而移除暂时基板10的方法可以是选择性蚀刻(Selectively Etching),研磨/抛光(Lapping/Polishing)或晶片掀离(wafer Lift-off)。移除暂时基板10后,发光二极管磊晶粒12A原先与暂时基板10连接的一表面会露出。
如图4I及图4J所示,将发光二极管结构翻转,使上述发光二极管磊晶粒12A的裸露表面朝上,然后于各个发光二极管磊晶粒12A的裸露表面上形成第二电极22并移除各个发光二极管磊晶粒12A间的第一介电层18,同样的,移除第一个电层18与形成第二电极22这两个步骤其顺序是可互换而不影响的。
最后,移除第二介电层24,并沿着切割虚线30切割上述发光二极管结构(即,导电促进层16),如图4K到图4L所示,以形成复数个发光二极管。由于导电促进层16不厚,容易断裂,因此仅要施加一轻微的力即可使发光二极管各自分离。
另外,在本发明中,发光二极管的磊晶层中的N型半导体层12会与第二电极22接触,也就是发光二极管磊晶层的裸露表面是为发光二极光磊晶层12的N型半导体层表面。而由于本发明的N型半导体层的电流扩散效果良好,因此可不需于N型半导体层会与第二电极22间形成一电流扩散层。当然,本发明也可选择性形成电流扩散层于N型半导体层与第二电极22间,以帮助电流更能扩散至发光二极管的各个部分,以提高发光二极管的整体发光效率。
本发明形成一金属永久基板于发光二极管约结构上,利用金属的良好散热性,可以使发光二极管于操作时所产生的热量可迅速地带走,以降低发光二极管操作的温度。并且,由于金属的良好的散热效果,也可以使发光二极管可承受的电流值可有效提升。
再者,由于永久基板的材质为金属,故可以作为制程中抗静电的保护层,以避免发光二极管受到制程中所产生的静电的侵害。本发明所形成的发光二极管结构为垂直结构,且仅具有单一导电垫(singe Pad),因此结构相当的简单且容易形成,故可提升发光二极管的良率。
对熟悉此领域技术者,本发明虽以一较佳实例阐明如上,然其并非用以限定本发明精神。在不脱离本发明的精神与范国内所作的修改与类似的安排,均应包含在下述的申请专利范围内,这样的范围应该与覆盖在所有修改与类似结构的最宽广的诠释一致。因此,阐明如上的本发明一较佳实例,可用来监别不脱离本发明的精神与范围内所作的各种改变。