TW200522393A - Light-emitting device and its manufacturing method - Google Patents
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Description
200522393 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一發光元件及其製造方法。 【先前技術】 以往,通常使用打線(wirebonding)或覆晶(flip_chip)接合的接 合技術將接合由發光二極體組成科導體發光元件接合在 -基材(substrate)上。因為這些技術需要高度精確的定位,所以預 期此等發光元件能贼絲φ接合技術雜次製程加以接合。 近來’大量運用-種使用氮化物(nitride)轉體的發光元件作 為半導體發光元件。藉由在-藍f^(sap幽e)的基材上沉積半導 體以製造此等發光元件,所以光線從鱗元件透過該透明的藍寶 石基材被萃取。不過介於半導體薄膜和藍寶石基材之間、藍寶石 基材和大氣之間,都存在有折射率的差異,如此,—部分的光線 被限制在該元件的-晶片之中,並以熱的形式被輻射。如果光線 係萃取自位於該藍寳石基材反面的該半導體表面,而且光線無法 牙透該藍寶石基材,則該元件接合可接合至該藍寳石基材侧,不 過由方、„亥藍寶石基材的阻礙,所以熱釋放的效率不理想。於是, 長:出個私除5亥藍寶石基材,並於該基材的移除處加入一熱槽的 技術(如日本專利早期公開號2000-196197)。 接著,說明上述#除該藍寶石基材的技術。該技術使用在雷 射二極體陣列(laserdi〇dearray)的生產中,其為多重雷射二極體之 200522393 集合。圖19AS19F顯示-系列雷射二極體陣列的製程。如圖i9A 所示’在該具有半導體102和電極m之薄膜層的藍寶石基材上 製作-雷射二極體陣列。其次,如圖削所示,該提供電極i2i 並位於該監賛石基材反面的表面被以蠟1〇3黏到該支撐基材川4 上,用以支撐該包含藍寶石基材的陣列。 在此情況下,將雷射光束1〇5經由該藍寶石基材施加到該半 導體1〇2上’在该半導體102表面預先形成的氮化鎵(Ga聊層可 被分解成金屬鎵和氮氣,並如圖19C所示,可分離出並移除該藍 寶石基材。 在下-步中’如圖19D所示,-金屬層祕形成於該藍寶石 基材已被移除之半導體102表面上,並且製作具有一金屬層1〇7 的熱導基材108 (假如使用金屬基材,金屬層1〇7就不需要)。其次, 如圖19E所示,半導體1〇2和熱導基材(熱槽)藉由焊接層 (solder layer) 109而於各金屬層處進行接合。如圖19F所示,熔化 该蠟103,以便完成由支撐在該熱導基材108之半導體102及電 極121所組成之雷射二極體陣列。 如上述,藉由移除一藍寶石基材並在該藍寶石基材所在處加 入-熱導基材,則可對陣列巾所有雷射二極體完成在—般表面上 的倒裝接點伽娜⑽她^此外’熱槽得以有效使用 。用以移 除藍寳石基材的技術不僅能運用在雷射二極體,亦能運用在半導 肪-發光元件例如發光二極體(LED) 〇 200522393 不過’如圖到撕或專利文件所示之上述用以齡㈣ 石基材而形成電減接合熱m方轉魏乡錄步驟,而^ 作該支撑細Μ冑。紅,目㈣㈣提供該電極= 表面,所以產生紐光元件之先線萃取效率變低的問題。 【發明内容】 本發明可解決該上述的問題並提供一發光元件及其製造方 法’其能藉由使絲祕合倾她讀針㈣接合,並 光線萃取效率且能以低成本製造。 门 為了實現上述之目的,根據本發明之—藉由沉積複數個Ρ型 和Ν型氮化物半導體層而形成的發統件包括: 複數個半導體表面電極,用以將電流施加至每-半導體層; 一絕緣層’用以支撐該等半導體層;以及 、妓數個表面接合電極,提供於該絕緣層之—表面上,該表面係 為桃緣層上製有該等半導體表面電極之另—表面的反面; 其中該等半導體層之—有—未沉積其它半導體層之非沉積區 域, 该等半導體表面電極之一係建立在該非沉積區域的表面上; 在該絕緣層中製作_透孔,使其電連接至轉半導 極:該等表面接合電極;並且 " 乂等半&肢表面電極,該絕緣層,以及該等表面接合電極係以 200522393 此順序建立在該等沉積半導體層之—側。 之構&目為透過透孔電連制該料導體表面電極 F曰妾。·电極係提供在該絕緣層的表面上,不同於打線、 由 P ChlP_b〇ndmg)或類似的半導體接合技術,所以能夠藉 垃人/面接合電極以及廣泛地運用在該印刷電路板製程之表面 合該發光元件。再者,因為在該等半導體層之表面 /又孤貝石基材或電極等會萃取出光束障礙物,與傳統元件不 同,所以能_接並有效地從該料導體層將光束萃取到外部。 較佳者’在該發光元件中,該絕緣層係由樹脂、爾或石夕1 中之一所製。 a 藉由此-構造,可使此等發光元件依據製造成本或生產績 效,合理地選擇該絕緣層材料。 車乂佳者,在該發光元件中,該透孔中係填入導電體。 、错由此-構造,因為導電體通常是良好的鮮體,所以在構 成發光部分之半導體層·生的熱可透過填人觸透孔之導電體 有效輪射到與讀接合之電路板上,並可降低該發光元件的熱負 載,而且可獲致穩定的光線萃取以及長的發光元件壽命。 較佳者’在該發光元件巾,在鮮半導體層之表面或内部提 供石粦光體(phosphor)。 藉由此一構造,透過使用磷光體,可以高效率將該等半導體 層所發㈣之色調轉換為另—色調。另外,在以樹脂或相似物密 200522393 封=光元件之财,因為碟光體不會分散在該密封的樹脂中, 所以月b夠抑制該密封樹脂的劣化。 包括為了實現上述的目的,根據本發明,—發光元件的製造方法 體其係藉由在—具有部份非沉積部分的透明晶 體土材上"遗P型和N型氮化解賴層,並在鱗 提供半導體表面電極以施加電士曰 體基材,其中每-電極表面係曝露在母一方+向¥上體層而形成一半導 紐ΪΓ形程序,其係於_該_體_極之半導體 柳塊 =彡t嶋’藉_移崎彻表面電極上 所露出之梅’提供_咖緣體移除後 形成職細彻制之内壁上 該等半導%… 層表面上製作經由該透孔電連接到 寻丰w表面電極之表面接合電極’·以及 材鱼序,其係於該透孔成形程序之後_透明晶體基 材與斜+導體層加以分離。 造,可運_的_路_製造低成本且 絲/、 70件。亦即’在該透孔成形程序中,可藉由使用傳 、、先印刷電路板製程中 、 支撐僻半^^積豐(bulId-up)或基材沉積製程來形成用以 接二Γ因:絕緣層以及用以接合半導體叫^ ”'、私除翻晶體基材後所完成的發光元件在該絕緣 10
I 200522393 層的表面上具有表面接合電極,所以不必使用如* 等料體接合技術即可執行表面接合。另外復晶接合 材已加以分缝㈣,所柯直接從半導體=4明晶體基 取光束。如此,該發光元件在接合能力和發纽==萃 並且能以低本製造。 W者都很優良, 較佳者,在該發光元件的製造方法中,該絕 陶瓷或矽其中之一所製。 」由树月曰 藉由此-構造,可使此等發光元件依 效,合理地選擇該絕緣層材料。 錢成本或生產績 ㈣itr娜細峨撕,蝴物程序中 I成的魏緣層制—塗財樹脂之_絕緣材料所形成。 構造,可使用傳統印刷電路板製程之塗覆有樹脂之 亚可使用該傳統印刷電路板製程來進行該基材成形程序以及 該透孔成形程序。 序以及 =者,在該發光元件的製造方法中,在該透孔成形程序中 縣面電極上之該概之部份移除係先移除位在該 nr之銅的預定樹脂上的鋪,接著利用剩餘的銅箱作為 迟罩乂進行樹脂移除程序。 ,此-構造,在使用雷射光束來移除樹脂之例中,雷射光 來的定位即可以高精度處理該樹脂。而且,在使用電装 W/除如旨之辦,不需要準備任何遮罩物。 11 200522393 ’該透孔成形程序中位 移除係藉由將該絕緣層 較佳者’在該發光元件㈣造方法中 於該等半導面電極上之_脂之部份 曝露於雷射光束或電漿下而進行。 t精由此-構造,在使用雷射光束之例中,可藉_ 條件而選擇性地僅移除絕緣層,因此可進行高精度的處理。再者, 不需要真空_即可方便地在大氣巾進行高速處理。在使用電漿 之例中可處理大量的透孔’而且也能批次處理多個基材以有效地
較佳者,在該發光元件的製造方法中,於該基材分離程序時 使用雷射光束進行該透明晶體基材的分離。 一藉由此-構造,透過在空間及時間上集中能量,以儘量減少 對半導體之财的方式移_透體基材,並可方便地在大氣 中進行高速處理。 、触者,在紐光元件的製造方法中,在使用雷射光束使該 透月a曰版基材與該等半導體層分離的同時,於該等半導體層誘發镰 分離的表面上形成一粗糙結構。 藉由此構造,可減少設置或排列的操作。而且,在該等半 ‘體層表面上向外光之光反較到該料導體層表面上之粗糖結 構之抑制,所以完成的發光元件能有效地從該半導體層中萃取光 線到外部區域。 車乂佳者,在該發光元件的製造方法中,在該等半導體層表面 12 200522393 上之λ粗心、、、。構係藉由將用以形成該粗链結構之雷射光束以及用 以分離該透明晶體紐之雷射絲—起簡在鱗半導體 上而形成。 藉由此—構造,可透過調整複數個雷射光束的輻射干涉條 件,輕易地控制表面上之該細微結構形狀。 為了實現該上述的目的,根據本發明,-種發光元件的製造 方法包括: 、 基材成形轉,其絲纟在―具有部份非 體基材上沉積Ρ型和Ν型氮 :的透月日日 牛^肢層,亚在該等半導體層上 體表㈣極以施加電流到每—半導體層而形成一半導 一土 其中每一電極表面係曝露在一方向上; 透孔柄財’其聽—絕緣層,其具有絲 祕相對應之預成形透孔用孔洞 = 電極之半導縣材絲上,提 2有射+導體表面 面以及透孔物之内壁上形成接^在彻表面電極之表 =一連接物半導體一表二 材舆===_彡財術_晶體基 錯由此-構造,可運用傳統的 高效率製造發光元件。抑p / 电路蝴程—低成本和 在該透孔成形程序中,可運用傳統 200522393 印刷電路板製程製造具有預成形孔之絕 層附著至兮本墓妒其从L 亚且猎由將此絕緣 ^至抖v體紐上,可姆製觸叫衛 絶緣層以及接合就叙表秘合電極。 传虹層之 除透明晶縣材後所完成的發光元件可進^目財法,移 等半導體層直鮮取紐,因此,該發=綠,且可從該 效率兩者都繼,並且能以低本製造。咐接合能力和發光 該絕緣層可由樹脂、 車父佳者,在該發光元件的製造方法中, 陶瓷或矽其中之一所製。 ‘產績效,合理地選 構造’如前述之相_,該絕_料的取得方 式乓加,則可使此發光元件依據製造成本或生 擇絕緣層材料。 較佳者,在該發光元件的製造方法中 ^ ^ ^ ^ Τ该荨位於該絕緣層之 洞係藉由將絕緣層曝露在雷射光束或電漿下而形成。 仃向精度的處理 藉由此-構造’在前述使用雷射光束之例中,可藉由調_ 製程條件而選擇性地僅移除絕緣層,因此可進个 " ^ 行向速處理。在使 而且也能批次處理多個基材以 再者,不需要真空系統即可方便地在大氣中進令 用電漿之例中可處理大量的透孔, 有效地形成透孔。 〜較佳者,在該發光元件的製造方法巾,錢基材分離程序中 係藉由使用雷射光束而進行該透明晶體基材之分離。 藉由此一構造,如前所述,透過在空間及時間上集中能量, 14 200522393 對半導體之損害的方式移除該透明晶體基材,並可方 便地在大氣中進行高速處理。 透明在紐光元件_造方法中,在制詩光束使該 =曰日體基材與該料導體層分離的同時,於該料導體層誘發 为離的表面上形成一粗糙結構。 藉由此-構造,如前所述,可減少設置和排列的操作。而且, 在該等半她表面上向外光之光反較物半_表面上 之粗键結構之抑制,所喊成的發技件能有效地從該半導體層 中萃取光線到外部區域。 較佳者,在紐光元件的製造綠巾,在該科導體層表面 上之雜赌構储由將用以形成該_結構之雷射光束以及用 以刀離該透明晶體基材之雷射絲—触射在該料導體層表面 上而形成。 藉由此-構造’如前所述,可透過調整複數個雷射光束的輕 射干涉條件,輕易地控制表面上之該細微結構形狀。 參 【實施方式】 執行本發明之最佳模式 根據本發明實施例之發光元件及其製造方法參考該等圖示加 以說明。目1和g 2顯示本發明之—發光元件卜該發光元件i 包含由複數個P型和N型氮化物半導體層所組成之半導體層2, 15
I 200522393 3 ’用以將•施加至該料導體層2,3之每1的半導體表面電 ㈣,Μ二支標該等半導體層2, 3之絕緣層4,以及提供於該絕 緣層4之-表面(圖中之上面)上的複數個表面接合電極$,該表面 係為該絕緣層上與該半導體表面電極21,31接觸之另一表面之反 面。t導體層2具有—非沉積區域2G,此處未沉積另—料體層 3而疋半導體表面電極a被建立在該非沉積區域如之表面。該 ==合電極5及該半導體表面電極21,31係藉由提供在該絕緣 :,之透孔(VIA)41之_上的導電體51電連接。該半導體 :::=,31 ’該絕緣層4 ’以及該表面接合電極5以此順序建 立在该儿積半導體層2, 3之一侧。 轉Γ來說’在該上述之發光树1中,該半導體層2是N型 g 辩導體層3是P型半導體。相反_序亦可行,亦 此P等^^層3是_半導體,而該半導體層2是卩型半導體。 主動/=/,3在形成該發光二極體(啦)之二層介面中有一 将—件1之沉積半導體層2,3的—表面(圖中之底面) /、-光線萃取表面H 本 接合電極5在該處形成。 接口表面,且該表面 表面=:,該發光元件1包含位於與該發光表面相反的 上之表面接合電極5,且藉此使該發光元们可作為接入在 Ρ刷魏板上之表邮合元件,而且娜卩路^ 方法能被於轉光元叙接合上。亦即,不需要打; 16
I 200522393 (金-bondnag) ’覆晶接合或此等半導體接合技術,而能利用焊接 回流(sdd㈣-flow)或此等表面接合技術。再者,因為該發光元件 1之光線萃取表面沒有藍寶石等透㈣體紐加以遮蓋,所以光束 能從該半導體層2, 3直接且有效地萃取出來。 ® 1和圖2所顯示之該發拉件為具有—對半導體表面電極 21, 31及-對與别者相關之表面接合電極& $之—單一元件類
型。此等發光元件1首先啸次程序在很多發光元件組成一平面 陣列之-結合狀態下製造,再加以切割成晶片。該平面陣列式發 光元件不論未經切割或切割成特定數目之小塊都能加以使用。X (製造流程) 以下說明發光元件i之製造流程,圖3A顯 程,若有需要可參考圖2。製造發光元件〗之第 材成形程序(S1)中,由在1亡 V /λ Ρ在》/基 雕甘 具有一部分非沉積區域20之透明曰 虹基材上沉積ρ型和Ν型半導體層2, 3,而且 /日 2, 3上提供用以將電流施加至該半導體層2,^每層 表面電極21,31而形成—半導體基材,其中,每—千曰導體 露在同一方向。 母电極表面均暴 其次,在透孔成形程序(S2)中,一絕緣層4 、 體表面電極2U1之該半導體基材表面上,而且、套供有半導 的表面形成。在 17 200522393 透孔成形程序(S2)中使用之兩種方法如後述。 Μ ’在基材分__)巾,翻晶縣材從該半導體層 2加以分離出並移除’以完成該發光元件 兩個如上述運用到透孔成形製程(S2)的方法顯示在圖邛和 3C。在透孔成形程序⑷,如圖3Β所示,首先在該半導體基材的 表面形成絕緣層(S11) ’接著在該絕緣層形成透孔_,最後使該 半導體表面雜和表面接合電㈣連接(Sb)。_職孔成形程 序㈧之過程顯示在後面的圖4A_4E,圖5a_5e ’圖6,圖7,圖8, 圖16 〇 在透孔成形程綱中,如圖3C所示,首先形成具有細 成形孔並熊料縣面電_叙縣卵21),歸將該絕緣 層層合至爾彻_知靖嶋細上(S22), 取後使斜導·面電極和表面接合電極電連接阳)。關於該透 孔成形程序⑼之過鋪示在後面的圖iW 及圖18C。 (發光元件製造之實例1) 以具體實例說明該發光亓视 順序顯示在製程中之典型tT之製造方法。圖4錢以時間 柄對應之透視圖。首先,又面圖’而圖_難顯示與圖 導體層2沉積在該透明晶體基#θ 和5Α所不,Ν型亂化物半 材6的表面上,且Ρ型氮化物半導 18
I 200522393 ::域2。上形成該半導體層2:=::: 半導體層3上形成半導體表面電门樣於 31,因而元成上述半導體基材。 」 在圖4B和5B所示,―絕緣層4和導電體層7 在该半導體層2, 3及半導體表面带 乂 ,, 、極21,31上。此物緣層4和 導電體層7藉由樹脂的運用以及如
至屬氣相沉積而獨立地形成。 在另-個針對該獨立成形的方法中,—塗覆有樹脂之銅,其為用 於積累__)餅之印猶顿㈣,可以—彳_層合至今 半導體表面電極21,31上。在肤々,丨士 " ^ ^ ,3丄上在此例中,該絕緣層4係由樹脂組成, 而該導電體層7係__。在該塗覆細旨之辦,該樹脂 可以是純樹絲包含如玻猶轉填絲之細旨。 曰
«亥使用塗復Μ %之銅作為絕緣層以層合至該半導體表面電極 21,31之例於此加以制。藉由使_塗覆有細旨摘,能夠輕易 地層合發光元件所需之絕緣層。例如,可使用如下由松下電工工 (Matush血Electric Works Ltd.)所製造的環氧樹脂型之具樹脂塗覆 之銅R-0880。該塗覆有樹脂之銅被放置在該半導體基材上,並由 -壓力機器加壓到3」MPa,而且在此情況下,使該樹脂包鋼的溫 度保持在攝氏165度達60分鐘或以上,然後藉由冷卻完成層合。 5亥程序較佳在13.3kPa的真空狀態中進行。在加壓層合期間,可在 半導體層出現的端面處包覆樹脂,如此可使包覆樹脂保護該半導 19 200522393 體層之端面。因4卜,少 __壞。 ‘程中,藉由周圍的樹脂抑制對該半導 _接者,在該導電體層7上製作透孔圖案,且如圖4C和5C所 不’在該半嶋喻21,31上她旨細 ::分移除。藉此程序形成透-。於― :以移除該半導體表面電極2i,3i表面上之該樹脂殘留物。 之透孔41内如壁藉由在該絕緣層之表面接合電極 表面接合電極5 ΓΓΓ 圖案的表面接合電極5和 上的透孔10。在透孔10中,該半導 21,31及該表面接人 、電極 D 呈電連接。可使用導電膠材填入該透孔 w T以侍致兩電極問 L 包連接。於上述之製程之後,在該透明晶
一土 上完成該發光元件1。兮丰導财U 以及表面接人W + 1斜W表面電極21,31、透孔1〇 程。 兒圣5之上述製程係為傳統上用在印刷電路板之製 基材6和二:及5E所示,在基材分離程序中,使該透明晶體 件1為單It 離以得致該發光元件1。因此,所得發光元 取得單一 ^ _件1之、、且士,如需要的話,可透過晶圓切片而 、★光元件卜縣離程序亦在後面說明。 (透孔之形成) 二4由移除絕緣層4以製造該透孔之方法於此處加以說 20 200522393 明。圖6顯示藉由雷射光束L1製作透孔41之情況。於此說明該 絕緣層4係藉由塗覆有樹月旨之銅所製之例子。雷射光束L1可用以 局4移除该絕緣層,亦即層合於該半導體表面電極21,31上之區 域,因而形成透孔41。在該製程中,可用的雷射為二氧化碳雷射、 諧波(h_onic)输石權石(yag)雷射、激態分子(exdmer)雷射或 其相似者。假如該·大於義胸,縣好_二氧化碳雷射, 假如小於OSO^zm,則最好採用諧波釔鋁石榴石^ag)雷射。 在使用二氧化碳雷射之例中,假如電導層(銅膜)7存在於該絕 緣層表面上,如目6所示,魏職要欲軸透减之銅膜 以得致開孔7丨。此等細可藉由光_魏晝及纖刻加以移 除。另外,也可以不使職塗覆翻之銅而僅職絕緣層4,並且 在該絕緣層以雷射光束L1製作透孔’然後在該絕緣層上製作表面 接合電極。 假如使用紀紹石權石(YAG)雷射,銅片可藉由雷射加以移除。 口此在此例中’上述製造開孔71的侧便不需要。於銅膜處理 與樹脂處理之間選擇不同齡能量,以避免對⑽,也就是對該 半導體表面電極从Μ的損害。激態分子雷射可用於處理大區域 以及製程品質重要的案例中。 當厚度60,之環氧樹脂以二氧化碳雷射處理時,該製程能量 每從丨㈣咖。在此等製程中,避免_半導體表面 電極發生她是很重要的。假如使用二氧化碳雷射進行處理,部 200522393 分樹脂會留在内部半導體表面電極21,31的表面。因此,以二氧 化碳雷射進行該絕緣層4之透孔處理之後,將該半導體基材浸入 高錳酸溶液或鉻酸溶液中以氧化並分解該樹脂,以除去殘留的樹 脂。高猛酸_溶液可用以取代高猛酸溶液,而鉻酸钾溶液可用以 取代鉻酸溶液。 以實例說明該使用高猛酸溶液的製程。該藉由上述之透孔製 程製造之絕緣層半導體基材於攝氏80度之MLB2n溶液中浸泡5 分鐘’該溶液由Shipley Company L.L.C·製造,於該膨潤程序之後,_ 為了氧化並分解該樹脂,該半導體基材於攝氏8〇度之MLB213溶 液浸泡5分鐘,該溶液為一包含高錳酸且亦由shipley c〇mpany L.L.C所製造。接著,於水洗後,將該半導體基材浸入ι〇%的硫酸 溶液5分鐘,以中和該殘留物,並進—步水洗。透過這些程序,· 在該半導體表面電極从之殘留樹脂可藉由該高鋪溶液加以· 移除。 如上述’藉由移除該半導體表面電極21,31上位在該透孔μ 麵之殘留概,該轉面電極4 Ή和鑛賴之電連接可 2殘留樹脂之影響’而且透過該等透孔41之顯,可維持半導 =面電極2〗,w和表面接合電極$間之電連接之可靠度。再者, 、、容t針對_留樹脂程賴如前述般藉域賴雜溶液或鉻酸 職財僅紐辭導縣材-該溶液即可 地進仃,且由於能一次處理狼多半導體基材,所以該程序能 22 200522393 以低成本和高速度進行。
圖7顯示-個以雷射形成透孔“之方法。其係藉由塗覆 之銅形成该絕緣層之案例加以說明。為了在表面上具有铜“、· 導電體之絕緣層4上製作該透孔4卜如前述,首先藉由移除= 片而製作開孔Ή ’其巾透孔係藉由使収_案及她刻而: 成。對雷射製程而言,該· 71.附近的銅膜可作為遮❺铜膜遮 罩)’因而雷射絲L2和半導體基制之精確定位變得不需要。* 因此’透孔41可透過將點徑尺寸大於該透孔^尺寸:雷射 光束L2經由該遮罩照射該樹脂而得到良好的位置精確度。例如γ
假如該開孔Ή的直徑是φ·,且精確度為±_牌,則可使用 直徑(D3GGem的f射光束。在紫外線雷射之例中,如譜波域石 權石(YAG)雷射絲態、分子魏,亦可使關罩。此時,可利用銅 膜和樹脂間之處理能量閥值的差異(銅膜的間值高於樹脂),亦即, 該雷射絲L2的能量已姆侧科會損_鮮,*且僅 脂被選擇性地處理。 3 圖8顯示另-個以雷射形成透孔41的方法。不同於上述兩種 方法,此處敘述的方法將運用於沒有銅膜的絕緣層4。利用一個具 有已加大圖案之透孔4丨及其佈触理圖細鮮a來照财 點,其中猶孔41係料縣束u製作。該縣42的影像藉由 聚無、透鏡43絲焦在該絕緣層4的處_上。糊來說,假如該 雷射處理光學系統的影像轉移(t_fer)比率為m㈣—糊〇〇_ 23
I 200522393 開孔的遮罩可被用於_〇_的圓形透孔,而—漏評的方形 開孔可姻於5(%m的方形透孔。2()(^之透孔㈣距離則使用 一厕胸開孔中間距離的遮罩。藉由使用此—具有加大處理圖形 式樣之遮罩42 ’可以批次進行二維處理,並可改善製造效率。 (藉由透孔和表面接合所進行之熱輕射) 以下况明猎由透孔改善熱輻射的成效。圖9顯示填滿的透 孔。當在該透孔41中填滿導電體51,其同時為—個好的熱導體, 而开4¾導體Μ 4,便完錢填充物的透孔結構,並且可以結構 改善該半導體層2, 3,亦即發光部份,的熱輻射情形。以該導電體 填入的動作可藉由_透孔41之㈣絲進行厚飾得。另外, 亦可於該透孔41中填人導轉材。高_綠的肺較適人 填入的材料。舉例來說,銅(細,哪 (細祕)便是此編。料,鞠L 41的柯峨大,敎 輻射的改善愈好。對發光她言,熱細改善導縣負義 抑制達成歡的光線萃取。 、 如另一顯示在圖l〇A Θ ^ 蚀田^ , 及1〇B中之透孔41填入方法所述,可 A材μ1 ’其中軟焊係用以將該元件接合到該接合 24 200522393 容易。 (基材分離程序) 以下說明將該透明晶體基材6與該發光元件丨分離的方法。 圖11A和11B高員示藉由雷射光束的照射進行基材分離程序。當雷 射光束透過騎明晶縣材6照賴辭導體層2的表面時,如 技藝背景所述,在該轉體層2表面之纽物半導體,如氮化錯 層被分解成金屬鍺和氮氣,以及如圖lm所示,使該透明晶體基 材6分離並發光元件丨移除。該可祕基材分離 態分子雷射(峨XeC1,氟化氪聊,氟化氬祕,氟氣^ THG-釔紹石權石陶)雷射(第三諸波雷射),咖姻卻石 =酬第四諧波雷射)’紫外線雷射以及小於枷波長的:短 /田射(鈦.監寶石和其諧波雷射,激態分子f物或其相似者。 假如以藍寶石作為該透明晶體基材卜因為藍寶石對從紅外線 =大、=ΓΓ波長的光線是可穿透的,所叫絲11的雷射光束 :1離藍寶石基材。在將藍寶石用於氮化鍺層上之 域的ΓΓ70件1的溫度,而非在該雷射照射下,該雷射照射區 &_咖之彳__卩可。触表 t 例如從2至丨丨m τ/ 9 田射亂置岔度 m〇m、T/mm2,射_可_針光树描該處理表 25 200522393 ==或同1度的大區域雷料束—次_全部表面的方法 藍寶石基材移除之後,可能發生金屬鍺留在氮化錯表面的情 該鍺為氮化錯分解成金屬鍺和氮氣後之—個成分。這些錯可 藉由酸洗來移除,例如使用氣酸氫溶液。 (發光表面處理) 下面說明幾個用以處理發光元件的表面(發絲面)的方法。圖籲 以和m顯示藉由使用雷射以形成一婦結構。在該分離程序 期間’該翻晶縣材6 II由使”射光束L5而加以移除,一粗 糙結構22同時形成於魏化物轉體層2的表面,耕在面對該 透明晶體基材6的表社。該粗糙結構22係_人射的雷射光束· 和散射/反射的雷射絲之間或多個光束之間的干涉而形成。該粗 糙結構22可改善該光線萃取效率。 —藉由提供周期性處理予該粗縫結構22,該光線萃取效率可進修 —步改善。改善的理由為由於折射率的差異,使限制在該發光元 件内的光束透過姆結構所致繞射現象的作㈣鮮取出。以一 位於亂化物轉體層2表面上具有麵_週雛和画聰深度 AUf 22為例’絲料喊率為兩倍。具有測職週期 、矛750nm /罙度的粗糙結構22有相同的效果。如上述,可利用該 ⑽造結構22有效地從該發光元件】萃取光束到外部,且由於可於 26 200522393 ϊ 該分離程序同時形成該轉結構22 得到效果。 口此错由少數製程步驟即可 圖13顯示另_個藉纟使用雷射 以雷射光束L6進行該透明晶體基材6的分離子。當 該粗糙結構22的雷射光束L7, ^、他專用於形成 在該氮化物丰導俨居〇从* ”田射先束L6 一起被使用以 =4化物料體層2的表面上,卿面對該翻 、面’形成該《I結構22。該雷射光束Μ從垂直方狀的 發光元件1的前面,而該等專用於成 °刚進“亥 L7, L8從斜向前進。假如〜;、&結構22的雷射光束 假如使用多個雷射光束來 束,並使其干涉來形成該粗糙結 一'、田、光 構_ & _ f I 22達成絲面微結 ,而且也_該結構的職性。如上述,藉由提 周期性予該結構,可進―步改善該發光树1的光線萃取效率。 結構==另;^了峨線萃取效率的目輸行之粗链 井总 / 妨法中,將—具有—微粗槪構表面的透明 2兀件8放在該氮化辨_ 2的表面,在咖透明晶體 土材6已被猶。該氮化物半導峨化鍺爾射率為μ,這是 :常南的。另—方面光線被萃取入的大氣之折射率為L0,因而兩 、率為2·5因此’在該條件下,對於從該半導體層2前進到 〇氣中之光線而言,其臨界角㈣㈣_很小,然後該光線易 *全反射而被捕捉’所以光線萃取漏失大。於是,該具有一微粗 構表面的透明光學元件8係以折射率值超過X/3+Y之此等透 27 200522393 r 明材料形成,其令又係 而Y係該域之折_ ^ 間的差, ^# 、叙么者,该粗糙結構有從0.〗到i〇(^m 的表面粗籍度’並具有周期性 %- 為該翻絲树8 _擔,^ 破璃作 aw, “々 冊"折射率大約Μ,氮化錯的折射率 改呈光線萃取 =折射率為L〇 ’因此可滿足上述的條件’因而可 可2ΪΓ 翻光學树8的折群愈高愈好,因此 了使用監寳石(折射率I·77)。
圖=顯示該半導體表面有關色調轉換(波長_的處理方 ==輸1_轉_2 _嶋伽9,可利 r體9以高效率將該發光元…發出之―^ 個色调。另外,在以樹脂或其相似物密封該發光元件!之例中, 撕咖,更可嶋密封樹脂的劣化。 於以刖述方法移除該透明晶體基 雷射光束細峨則爾_;^嘛絲程序中的
氮化物半導體層2的表面上,係提供在該 或I雜在該半導體層2的内部。闕 機^光體9的種類,在藍色發光氮化解導體部分例如可· =色無輸卿,峨㈣ 外光發光細彻输_1峨,纟f咖色^ :。藉由在該氮化物半導體表面或内部提峨體,可有效胖 樹闕衝,物#_刪峨元件之㈣ 28 200522393 首先藉由麟絲面,例如以雷射絲概表面,將該鱗光 體摻入該氮化物半導體層的表面(或内部區域),其次以加速的罐光 體粒子照射該軟化表面。用以軟化該表面的雷射條件如⑴針對毫 微微秒(femto-second)雷射:波長·M,脈衝寬度·s,脈衝重 複頻率腦z,處職量密度a._/mm2,靖觀態分子 毫微微秒雷射:波長撕麵,脈衝寬鳩,脈衝重 複頻率3逢,而㈣_度_·1施m2。假如使用毫微米 (_ne㈣尺寸之加速碟光體粒子,則可以高效率轉換色調。 # (另一個絕緣層成形實例) ,、參考圖16說鶴發光元件丨之另—個製造的方法實例。在此. k方法巾制與Μ姑法_之透孔成雜序(A),而且於在 該表面料體層上形成該絕緣層4後,於舰緣層中形成透孔。 Γ於上述的樹脂或覆有樹脂之銅,於此說明之例中係使用陶竞 夕作為心彖層4的椅料。陶究或石夕晶圓被結合至該等半導體㊣φ 轉縣材解物表面賴Μ1。可使職土料 L ® °其表面間可藉由在乾淨與活化表面條件下加壓而結 關於上述的結合,有韋 散社人數種用於金屬與金屬結合的結合方法(擴 月文、、,口 5、加壓焊合、翻立 ’、 I 3波結合等等),而在絕緣半導人 中,可利用氬離子撞擊钍 豕千Vl 口之例 表面進行清洗,並藉由將兩晶圓之清 29 200522393 潔表面相向疊合,在室溫下加_ 在絕緣層4和轉體基材的結合 4序叫行結合。 該玻璃來結合亦可行。如此_、σ上低炫點破螭,並利用 叮如此衣侍之結合在該半 層4可如上述般進行處理, 4上之絕緣 的該絕緣層4 ”作透孔,、…触制㈣如岐或矽做成 電極。4舰轉由魏軸_觀和表面接合 假如該絕緣層4係由御製 製作。 &錢孔可触驗刻加以 (發光元件之製造實例2) 參考圖17Α姻峨發缸们㈣-师造方法。該 造方法使箱示在圖3C之該透孔成雜序⑻。如圖μ所示 其中具有獅成之與半導縣面電極μ〗對應之透孔^的絕
層4並層合並連結辦導體層2, 3以及該轉體基材的半導體 面電極21,31上。 排龄用之絕緣層4材料可以使用樹脂,塗覆有樹脂之銅,如 恭等陶兗以及石夕。在這些材料所製之該絕緣層中製造透孔41 的方法貫際上與上述相5,可_驗用雷射光束的方法。在石夕 的例子中’透孔41可籍由電漿糊製作而成。在喊的例子中, /陶竟、、、巴、、、彖層4可藉由在綠片(牌如也⑽)中對應透孔4工製作孔洞 亚燒制(firing)該綠片而製得。在樹脂或塗覆有樹脂之銅的例子 30 200522393 申透孔41可藉由打洞或鑽孔而輕易地被開孔,因為這些孔為穿 透孔。 —, 圖17B顯示將該絕緣層4結合至該半_基材上的情況。假 如巴、’彖層4為樹脂,該結合可以上述的R_〇_型環氧樹脂使用 上述方法it行。假如魏_ 4是财切,縣合可以參考圖 ⑽明的方法被進行。該表面接合電極5的職、㈣沉所示 電極間透過在_孔41中之該導電體51所達成的電連接,以及 顯示在圖17D中辭導體基材的分離_由上財法之—來進 (發光元件製造實例3) 在此18A’_發光树1的其崎造方法。 錢方法中’以參考圖7A所述之相同方法使透孔4丨預先成 形於絶緣層4巾,而且在絕緣層4 _ 、 接合電極5和導_51 ^ 先她^41中的表面 驗)和¥私肢5卜另外,與該半導體 的透孔電極52也形成於絕緣層4表面 I ,射應 ^極52係以具電性與可靠打職,叫解魏= 縣面電㈣,31。在財法中,_ 4於結合前 = 怨之接觸透孔10和表面接合電極5。 /、有取、、、狀 =由使狀—具有_透孔1Q和麵接 4,如圖18B所示,發光元 之'、、巴緣層 π由將娜料4和 200522393 結合在-起而形成。該結合可藉由使用… 1用=18C_ ’ΓΓ除該透明晶體基材之發光元^^丁藉^ 明完整地敘述之但已:由舉例物^ 此技藝之人士岐麵㈣;:。 變化態飾對熟習 【圖式簡單說明】 =係根據本發明之—實施例,顯示—發光元件的部分剖面之透 圖2係顯社紐紅叙; 的根據本發明之實施例,顯示一發光元件之製造 為上輕紗雜_轉顯示之雜財之發光元件 圖5Α-5Ε係上述圖4Α-4Ε之透視圖; 圖6係上賴造方法中透孔顧彡程序的剖面圖; =:示上述ί造方法中另一例透孔成形程序的剖面圖; 示上述製造方法中又—例透孔成形程序的剖面圖; 圖9域示本發明發光元件之另—實例的剖關; 和細林㈣讀技狀接合程相 ΠΒ係顯示上述製造方法中基材分離程序的剖二 =圖场⑽侧社·造方法巾其他基材分離辦實例的剖 ^ ;13係顯示上述製造方法中更進—步基材分離程序實例的剖面 32 200522393 5的在抖¥體層之表面具有—_結構之本發明發光元 圖15係顯示在該半導體層之表面具有碟光 剖面圖; 體 之本發明發光元件的 圖16係顯示用於本發明之發光元件 造方法之其它實例的剖面 圖HA-lTD係顯示用於本發曰月之發光元件制 剖面圖; 衣W方法之其它實例的 圖18A ’ 18B和18c顯示用於本發曰月之發 步實例的剖面_ ; 尤疋件製造方法之進一 圖19A-19F_示傳統雷射二極體陣列之製程的气面圖 圖, 製
【主要元件符號說明】 1 發光元件 2, 3 半導體層 4 絕緣層 5 表面接合電極 6 透明晶體基材 7 導電體層 8 ·· 透明光學元件 9 : 磷光體 10 ·· 接觸透孔 20 •非沉積區域 21,31 :半導體表面電極
22 •粗趟結構 33 200522393 41 :透孔(VIA) 51 :導電體 52 :透孔電極 71 :開孔
Claims (1)
- 200522393 十、申凊專利範園: 1 一種藉由沉積P型和N型氮化 包括: 層而形成的發光元件, 複數個半導體表面電極,用以將電产 、;_,用、等半導體層二:母-.導體層; 後數個表面接合電極,提供於 該絕緣層上製有該等半導體表面電極之另4二该表面係為 其中該等半導體声 表面的反面,· 域; 之―有—枝料它半物奴非沉積區 在該絕緣㈣作接觸透孔,使峨_^^面上面 極以及該等表面接合電極;並且 科¥體表面電 該等半導體表面電極,該絕闕,以七轉 〃 此順序建立在該等沉積半導體層之—側。、。电極係以 2.如申請專·撕狀發光 脂、陶莞或石夕其中之-所製。 ”中“緣層是由樹 7申請專利範,項所述之發光树,其中該透孔係 填充。 《如申請專利範圍第!項所述之發光元件,其中在該半導體層之表 面或内部提供磷光體(phosphor)。 < 5·—種發光元件之製造方法,包括: -種基材成形程序,其係藉由在-具有部份非沉積部分的透明 35 * I 200522393 晶體基材上_ p撕N魏 上提供半導體表面電極以施^ ά 亚在该科導體層 田⑽叫加電流到每一半導體層 導體基材,其中每一電極表面係曝露在—方向上;- j孔成形程序’其係於提供有該等半導體表面電極之半導體基 义面上形成-絕緣層’藉由部份移除該等半導體表面電極上方 的該絕輸製得透孔用孔洞,提賴 =出之半導編電吻_卿纖== 等半導體声面上製作經由該透孔電連接到該 專丰¥體表面笔極之表面接合電極;以及 基材分離㈣,麵_透孔細彡 與該等半導體層加以分離。 還月曰曰體基材 6. 如申請__ 5項所述之發光元件製造方 是由樹脂,陶竟或石夕其中之—㈣。 中I、巴、,彖層 7. 如申請專利嶋5項所述之^爾造方法 成形程序中所形成之該絕 在"透孔 料所形成。 。由i復有树月曰之銅的絕緣材 8. 如申請專利範圍第7項所述 成形程序中位於該等 先:件抑方法’其中在該透孔 先移除位電極上之該樹脂之部份移除係 餘_1^^樹脂之銅的預定樹脂上的峨,接著利用剩 餘的銅泊作為遮罩以進行樹脂移除程序。 9. 如申請專利範圍第5項所述之發光元件製造方法,其中該透孔成 36 200522393 形程序中位於該等半導體表面 系藉 由將該絕緣層曝露於雷射光束或電裝下而亥之部份移除倍 進行。 0β·材之分_藉由_雷射光束而 η·如申請專利l_1G項所述之發光元㈣造村 束使該透啦體基触轉铸體層分 等半導體層分離的表面上形成-祕結構。於該 12. 如^專利範圍第Η項所述之發光元件製造方法,其中 表面上之該粗趟結構係藉由將用以形 構之 雷射先束以及用以分離該透明晶 。構之 該等半導體編加M。 起照射在 13. —種發光元件之製造方法,包括·· 一基材成形程序’其储由在—具有部鱗沉積部分的透明曰 ==?細嫩晴跡蝴等半導體層: 體基材,其巾每—電極表面鱗露在—方向上; 透孔成形料,其雜-絕簡,其具核轉铸 自_合讀峨料導體二 之翁表面上,提供導魏財半導縣岭 以及透孔祕洞之_上形絲_孔,並且在魏緣層表面上 37 200522393 面接合電 製作經由該透孔電連接_等轉體表面電 極;以及 、表 體基材 基材分離程序’其缺該透孔成形料之後將該透明 契遺4半導體層加以分離。 14. 如懈侧第13項所述之發光權造方法,其中該絕緣 層是由樹脂,陶瓷或矽其中之一所製。 Λ e、 15. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件製造方法,其中該等位於該絶緣層之孔洞係藉由將絕緣層曝露在雷射光束或電 形成。 16.如申請專利範圍第1S項所述之發光元件製造方法,其中在該基 材刀離私序巾係藉由使时射光束而進行該翻晶體基材之分 17.如申請專利範圍帛16項所述之發光元件製造方法,其中在使用 雷射光束使該透明晶體基材與該等半導體層分離的同時,於該 等半導體層誘發分離的表面上形成一粗糙結構。 18·如申清專利範圍第17項所述之發光元件製造方法,其中在該等 半導體層表面上之該粗鏠結構係藉由將用以形成該粗糙結構之雷 射光束以及用以分離該透明晶體基材之雷射光束一起照射在該等 半導體層表面上而形成。 38
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