TW200845424A - LED assembly having maximum metal support for laser lift-off of growth substrate - Google Patents

LED assembly having maximum metal support for laser lift-off of growth substrate Download PDF

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bonding metal
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Stefano Schiaffino
Daniel A Steigerwald
Mari Holcomb
Grigoriy Basin
Paul S Martin
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Philips Lumileds Lighting Co
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Description

200845424 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 此發明係關於發光二極體（led)且特定言之係關於用於 將一覆晶LED接合至一子基板用以堅固支撐易碎led之技 術。 本申清案為2005年6月9曰由John Epler等人申請之名 為”移除半導體發光裝置之成長基板之方法（Meth〇d 〇f Removing the Growth Substrate of a Semiconductor Light Emitting Device)"之美國申請案第號的部份接續 申請案，其讓與給現在之受讓人且其全文以引用的方式併 入本文中。 本申清案亦為2005年9月13曰由Stefano Schiaffino等人 申請之名為”用於半導體發光裝置之互連（Interc〇nnects f〇r
Semiconductor Light Emitting Device)’’之美國申請案第 1 1/226,151號的部份接續申請案，其讓與給現在之受讓人 且其全文以引用的方式併入本文中。 【先前技術】 半導體發光二極體（LED)係目前可用最具效率光源之 一。能夠橫跨可見光譜操作的高亮度發光裝置之製造中目 前感興趣的材料系統包括第m v族半導體；例如錄、銘、 鋼、敗、磷及砷之二元、三元及四元合金。m，置：跨 可見光譜發光。以GaAs及GaP為主裝置常用於在諸如普光 至紅光之更長波長下發光，而第ΠΙ族氮化物裝置常用於在 諸如近紫外線至綠光之更短波長下發光。 126505.doc 200845424 由於藍寶石之晶體結構類似於氮化鎵之晶體結構，氮化 鎵LED —般使用一透明藍寶石成長基板。 一些GaN LED形成覆晶，兩電極在相同表面上，其中該 等LED電極係不使用線接合而接合至在一子基板上的電 極。在此情況下，光會透射過該透明藍寶石基板，且led 層與該子基板相對。一子基板提供一在led與一外部電源 之間的介面。接合至該等led電極的在子基板上的電極可 延伸於LED之外或延伸至子基板之相對側用以線接合或表 面固定至一電路板。 圖1係一固定至一子基板12之GaN LED 10之一簡化斷面 圖。該子基板可由碎來形成或可能係一陶兗絕緣物。若該 子基板係矽，則一氧化物層可絕緣在該子基板表面上的金 屬圖案與矽，或者可實行不同離子注入方案以增加功能 性，例如靜電放電保護。 在該子基板上的金屬墊14係電接合至在（}_層18上的金 屬電極16，其中該等電極16係電接觸該led之n型及p型 層。該接合一般使用金凸塊20。金凸塊20 —般係球形金 球，其係放置於該等LED電極與該等子基板金屬墊之間的 各點處。由於必須個別放置該等金凸塊，故此係一耗時程 序。將壓力施加至LED結構，同時一超音波轉換器相對於 子基板快速地振動LED結構以在介面處產生熱。此引起該 等金凸塊表面在原子位準互相擴散進入該等LEd電極及子 基板電極内以產生一永久電連接。 其他類型的接合方法包括焊接、施加一導電漿及其他構 126505.doc 200845424 件。 在該# LED層與子基板表面之間的係一較大空洞，其係 填充有一環氧樹脂以提供機械支撐並密封區域。所產生的 環氧樹脂係稱為一侧填滿22。由於必須單獨側填滿各 LED，故侧填滿非常耗時，然後需要注入一精確數量的側 填滿並防止其以一不受控方式展開至不合需要表面上，例 如LED裝置表面或在子基板上的墊，其中必須單獨施加線 接合。
申請者正在研發在將LED結構接合至子基板之後移除藍 寶石基板之LED結構。由於該等LEE)層既很細薄又易碎， 故侧填滿用作他途以提供必要的機械支撐來防止該等脆弱 的LED層破裂。金凸塊20自身不會提供足夠支撐來防止該 等LED層破裂，由於給定其受限形狀，其間隔過遠。然 而，該側填滿需透過一複雜幾何形狀流動，才不會捕獲可 能導致較差支撐區域之任何氣泡。此外，側填滿材料一般 由有機物質組成並擁有很不同於金屬及半導體材料的熱膨 脹性質。此類虛膨脹行為在高操作溫度（在高功率led應用 中較典型）下會特別惡化，其中侧填滿材料接近其玻璃轉 變點並開始表現如同玻璃物質。此類熱膨脹行為錯配的淨 效應係在LED裝置上引發應力，從而限制或降低其在高功 率條件下的可操作性。最後，側填滿材料具有較低熱傳導 性質，從而導致不必要的高溫操作用於半導體裝置。 所冩要的係在一基板移 ▼ w㈣又讶碌寻細薄 ㈣層之技術，比較一側填滿，其⑴提供一更低成本且更 126505.doc 200845424 高產量的可製造解決方案’（ii)提供更均勻且無空洞的支 撐，（ill)提供一具有更密切匹配熱膨脹行為之支撐， 提供-具有高溫可操作性、不受有機材料之玻璃轉變點限 制的支撐及(V)提供一具有改良熱傳導性以獲得出色散熱之 支撐。 μ 【發明内容】 本文說明一種用以在將LED晶粒接合至一子基板之後使 用一雷射剝離支撐移除成長基板（例如藍寶石）來形成一 LED、、O構之程序。為了減輕在該子基板與該晶粒之間 使用一側填滿以支撐該晶粒之需要，該LED晶粒之下側已 在其上形成實質相同平面的陽極及陰極電極，其中該等電 極至少覆蓋85%的該led結構之背表面。該子基板具有一 對應的實質相同平面陽極及陰極電極布局。 該等LED晶粒電極及子基板電極係互連在一起，使得該 LED晶粒之整個表面事實上係由該等電極及子基板來支 撐。不使用任何侧填滿。可使用不同用於LED至子基板互 連之方法’例如超音波或熱音波金屬至金屬互相擴散（金 至金銅至銅 '其他易延展金屬或上述的一組合）或使用 不同合金組成物（例如金錫、金鍺、錫銀、錫鉛或其他類 似合金系統）之焊接。
接著使用一雷射剝離程序從該等led層移除形成該led 結構頂部之成長基板，該雷射剝離程序在該成長基板與該 等LED層之介面處剝蝕材料。在該雷射剝離程序期間所產 生之極局壓力由於該等電極及子基板大面積支撐該等LED 126505.doc 200845424 層而不會損壞該等LED層。還可使用其他基板移除程序。 說明各種用於接觸p及η層並在其極易斷裂之邊緣周圍支 撐該LED晶粒之布局。 【實施方式】 在圖示中顯示各種中間LED結構，說明依據本發明之一 具體實施例形成一 LED中的關鍵步驟。 在圖2中，使用傳統技術在一藍寶石基板28上成長一η型 GaN層26。GaN層26可能係包括一包覆層的多個層。GaN 層26可包括A卜In及一η型摻雜物。接著在GaN層26上成長 一 4用層3 0。作用層3 0 —般會係多個以G aN為主層且其組 成物（例如InxAlyGai+yN)取決於所需光發射波長及其他因 素。作用層30可能係傳統的。接著在該作用層上成長一 p 型GaN層32。GaN層32可能係包括一包覆層的多個層並也 可能係傳統的。GaN層32可能包括A卜In及一 p型摻雜物。 圖2之LED結構係稱為一雙異質結構。 在一具體實施例中，該基板大約90微米厚，而該等GaN 層具有大約4微米的一組合厚度。 儘管在範例中使用具有一藍寶石成長基板的一以GaN為 主LED，但使用諸如SiC(用以形成一 InAlGaN LED)及 GaAS(用以形成一 AlInGaP LED)之其他基板的其他類型 LED亦可受益於本發明。 圖3係相對於基板侧的一 LED背部圖，顯示在圖4至6所 示之程序之後的完成金屬接合層。η接合金屬34與p接合金 屬36事實上覆蓋該LED之整個背表面，例如大於85%。在 126505.doc 11 200845424 該等η及p接合金屬部分之間存在一間隙（例如27微米）用以 電絕緣。該間隙較佳的係小於5〇微米。如稍後詳細所述， η接合金屬34係採用十六個接觸區域38經由在p-GaN層32與 作用層30内所餘刻之開口而連接至心^心層26(圖2)。p接 合金屬36係採用若干接觸區域4〇經由形成於一絕緣層内的 開口而連接至p-GaN層32(圖2)。該些點狀接觸區域38/4〇可 採取一圓形形狀外的其他形狀。接觸面積數目並不很關 鍵，但是更多接觸區域提供更多功率耦合至該等η及pGaN 層用以獲得一更明亮且更均勻的發射。在一實際具體實施 例中，P接合金屬36部分並非矩形而係扇貝形以大約延伸 於相鄰n GaN層接觸區域38之間的中途來增加p接合金屬區 域。 在圖3所不之具體實施例中，沿該LED底部邊緣處存在 一 η接合金屬34窄條。在另一具體實施例中，在p接合金屬 36矩形之底部邊緣與該LED晶粒之底部邊緣之間不存在任 何狹窄η接合材料金屬條。藉由排除該狹窄金屬條，更易 於在該子基板上提供導體，其接觸ρ接合金屬36並從該 LED晶粒邊緣伸出以在該子基板上的一線接合墊或表面固 定墊内終止。 圖4係在一程序中間階段時（即在圖2及3所示之階段之 間）沿圖3内線4-4所截取之LED之一部分斷面圖。在此中門 階段，該LED係一包含許多其他LED之晶圓之部分。不必 說明在形成GaN LED技術中可能較傳統或熟知的步驟細 節’且可能存在許多形成圖中所示相同結構之方法。 匕類 126505.doc -12- 200845424 細節可能較傳統或為人所熟知，包括清洗、沈積技術（例 如濺鍍、CVD、電鍍等）、微影技術、遮罩技術、蝕刻技 術、金屬剝離技術、光阻剝除技術及晶粒與晶圓分離。 出於簡化，在圖中未顯示該LED之作用層。 在圖4中，在p-GaN層32上沈積一傳導性反射層42。反射 層42可能係一 7埃Ni層後面跟隨一 1000埃厚Ag層。在Ag層 上的額外金屬層（例如TiW/TiW:N/TiW/AuZn)，總共7000 埃，可作為中間阻障及接合層來沈積用以一後續金屬沈 積。此類額外層為人所熟知，故出於簡化未加以顯示。此 類額外層可藉由濺鍍沈積及剝離技術來加以形成（以避免 蝕刻）。假定在圖4内的反射層42包含所有此類層，同時將 Ag/Ni薄層直接形成於p-GaN層32上。 接著遮罩並蝕刻該晶圓以透過反射層42、p-GaN層32及 該作用層來形成孔46以曝露n-GaN層26。圖3說明該些孔46 之位置，其在圖3中標注為接觸區域38。對於不同材料使 用各種#刻技術。 接著在該晶圓表面上沈積一絕緣層44(例如SiNx)並加以 蝕刻以透過該等孔46曝露n-GaN層26。還蝕刻絕緣層44以 曝露反射層42之頂部表面。曝露反射層42之該等區域對應 於圖3内的p接觸區域40。 在圖4中顯示在晶圓上的一晶粒區域之一左邊緣。在各 晶粒之整個邊緣周圍曝露n-GaN層26用以後續接觸金屬。 在圖5中，將一金屬接合層（例如TiAu或A1)形成於該晶 圓上以形成η接點5 0與p接點52。可藉由在不需要該等金屬 126505.doc -13- 200845424 接點之位置處形成一遮罩層來圖案化該等接點，接著在整 個晶圓上沈積該金屬接觸層’並接著剝除該遮罩層來剝離 沈積其上的金屬。應注意，該金屬還在該晶粒邊緣周圍接 觸n-GaN層26以形成一邊緣接點54。較佳的係，邊緣接點 54根據實際靠近該等LED層邊緣延伸以在後續基板移除程 序期間支撐該等LED層之邊緣部分。 該等金屬層還可藉由類似沈積堆疊毯覆金屬層並接著使 用一遮罩方案選擇性將其餘刻回來加以負圖案化。 在圖6中，將一厚（〜20-25 um)Au、Cu、Al、Ni或其他延 展性材料金屬層或此類層之一組合形成於n接合金屬34與口 接合金屬36上。此厚金屬層可電化學（例如電鍍）或使用其 他實體沈積方法（例如蒸鍍或濺鍍）來加以沈積。上述該等 層之一組合可能較有利於效能及成本最佳化··厚Au層傾向 於較昂貴，而Cu提供一具有潛在更高熱、機械及電效能之 更低成本方案。在此類情況下，但是仍可能需要一更細薄 A u覆蓋以在晶粒接合步驟期間防止氧化並促進超音波或熱 音波金原子至金原子互相擴散。此外，該晶粒封裝程序可 在共晶組成物或其附近下或在一不同化學計量點下（若回 焊冶金術要求如此的話）基於產業中一般所利用之標準合 金系統之任一者（例如金錫、金鍺、錫銀、錫鉛及其他者 之不同組成物）使用任一焊接回焊技術來加以執行。在圖3 中顯示在此一厚金屬沈積步驟之後在晶圓内各LED之背表 面‘管在該等圖中顯示各種金屬，但還可另外使用任一 其他適當金屬。 126505.doc •14- 200845424 接著切斷該晶圓以分離出LED晶片。 先沿該^圓邊緣切割該晶圓，然後在面 曲脆弱日日0以沿該等切割線斷裂該晶圓。在斷裂之前 ㈣延伸塑膠片’並在沿 ， 晶圓之後，延伸該片以分離該晶粒，同時該晶;==
該可延伸片。-自動取置裝置接著從該片移除各晶粒，將 該晶粒固定在-子基板上，並將LED上之該Au接合金屬直 接超音波或熱音波溶接至在該子基板上的_對應Au接合金 屬圖案。不使用任何金凸塊。如上所解釋，還可使用—焊 料層。較佳的係，在該等相對接合層之間不存在任何間 隙，例如使用金凸塊本來會產生的間隙。 如圖7所示，在-子基板56之表面上形成_Au接合金屬 圖案，其實質匹配圖3之n&p接合金屬圖案。在圖7中，〇 接合金屬58匹配在該LED上的11接合金屬h，而？接合層^ 匹配在該LED上的p接合金屬36。較佳的係，該等接合金 屬之介面係在一單一平面内。所示特定電極圖案包含又合 的金屬指狀物，從而提供較佳電流散佈。該Au金屬圖案可 藉由傳統技術來形成，例如在子基板上的一絕緣層上網版 印刷或蝕刻一金屬圖案，接著使用Au，鍍該金屬圖案。— 傳導層部分61從該p及n接合金屬伸出並連接至相對較厚的 至屬塾62及63用以線接合至一電源。傳導層部分6〗可能在 其上具有一絕緣層。或者，透過子基板56的傳導通道 66(圖8)允許從子基板56底部進行電源連接，例如用於一表 面固定。在圖8中，顯示底部η及ρ接合墊68及69。 126505.doc -15- 200845424 可能存在許多通道，出於簡化，在圖8中僅顯示兩個通 道。可能存在多於一個通道用以圖7内的三個P接合金屬6〇 部分之各個，其係電連接至在該子基板底部表面上的一單 一 P接合藝。可設計多位準金屬化圖案（其中各金屬層藉由 一絕緣層來與另一金屬層絕緣）用於該子基板之頂部或底 部表面，故可在其他金屬導體上佈線金屬導體而不短路。 該等金屬圖案取決於該LED結構之特定應用。 在一具體實施例中，使在該等LED層及子基板上的該等 陽極及陰極金屬部分之間的間隙為最低實用者，以便最大 化電極覆蓋率。 儘管完美匹配在該LED上圖案的在該子基板上的一圖案 在晶粒附著封裝期間提供最佳可能的機械支撐，但由於需 要在相對極性之迹線之間的很小分離，故一較小未對齊仍 可能導致該裝置電性短路。一替代性具體實施例（如圖9所 示）係用以形成一子基板電極圖案，其邊緣從該Led電極圖 案形狀凹陷以最小化此未對齊短路該等L E d電極之風險。 該子基板可能係一陶瓷而非矽，且可將該等金屬圖案直 接形成於陶瓷表面上。 該基板還可具有整合特徵（例如離子植入物）來實現齊納 (Zener)二極體以獲得放電保護。 一超音波轉換器施加向下壓力至該LED結構並相對於子 基板5 6快速振動該LED晶粒，使得來自相對接合金屬的該 等Αιι原子合併以在該LED晶粒與該子基板之間產生一電及 機械連接。如先前所述，可使用其他用於LEd至子基板互 126505.doc -16- 200845424 連之方法，例如熱音波金屬至金屬互相擴散或使用一焊接 層。 在圖中，-準分子雷射束72透射過透明藍f石基板28 並蒸鍍η-GaN層26之-頂㈣。此在基板/n_Ga_26介面 處產生巨大壓力。若非在該LED晶粒/子基板介面處來自該 接合金屬之較大面積支撐，則此壓力會使該等細薄㈣層 破裂。由於不存在任何金凸塊且金屬接合層“及％具有很 小間隙及迹線分離’故不需要一側填滿支撐該㈣晶粒。 該壓力強制基板28脫離，接著將該基板移 除，如圖11所示。 在-具體實施例中，當接合至一子基板結構時，LED晶 粒及該成長基板仍係一單一晶圓之部分。移除作為一單一 晶圓之藍寶石基板允許再利用該基板。在移除該基板之 後，可使用標準技術來切割並分離該子基板/晶粒。 在圖12中藉由光電化學蝕刻或藉由小規模印記或研磨來 粗糙化n-GaN層26之頂部表面，以降低内反射並增加lED 之光擷取效率。粗糙化還包括在該表面上形成稜鏡或其他 光學元件以增加光擷取並改良輻射圖案之控制。 该LED晶粒之邊緣在其於該接合金屬上如懸臂向外延伸 時或在該子基板金屬接合圖案沿該LED晶粒邊緣不完全支 撐該金屬接合圖案時特別脆弱。為了增加該LED晶粒邊緣 之強度，可使電鍍在該LED晶粒背部上的金屬（Au、Cu或 上述其他延展性金屬材料）更加細薄（例如大於2〇微米）並延 伸至該裝置之最邊緣。接著可使用直接透過金屬循跡之劃 126505.doc -17· 200845424 線來切割並分割該裝置。此方法還允許最大化該㈣裝置 之可用區域。 在圖3中，沿該LED晶粒之較低邊緣存在—細薄邊緣區 域，其中對於Au電鍍所提供之邊緣幾乎沒有任何支撐，且 .該n GaN層26接觸孔靠近該邊緣，從而進一步弱化該邊 緣。甚至可排除接觸該n GaN層的此細薄金屬邊緣。由於p •導體僅需要跨越在p接合金屬36與該LED晶粒邊緣之間的 一狹窄η金屬條，故該非對稱設計對於將在該子基板上的 • -ρ電導體從該LED晶粒邊緣伸出較有益。然而，ρ接觸區 域與Ρ接合金屬36部分可能更多偏向該LED晶粒之中央， 以產生一對稱接合圖案，使得在所有邊緣周圍存在相等的 LED晶粒支撐。此對稱設計係如圖13所示。 圖13顯示在一LED晶粒背部上的金屬圖案，其中n接合 金屬80係連接至用於心以”層26的圓形接點（圖6)。至卜
GaN層26的下面圓形接點區域顯示為沿ρ接合金屬之邊 ❿ 緣的圓形區域38。P接合金屬82接觸直接接觸p_GaN層32的 下面金屬（圖6)。在兩金屬部分之間存在一較小間隙（例如 27微米）。 圖14說明在子基板85表面上的金屬圖案。僅顯示該子基 板之一部分。n接合金屬以與卩接合金屬“對應於在該 晶粒背部上的該等圖案。 在一具體實施例中，如圖8，透過該子基板形成傳導性 通道，其接觸圖14之n&p接合金屬之下側。在一具體實施 例中，沿該ρ接合金屬之中央區段存在兩個接觸？接合金屬 126505.doc -18- 200845424 88之通道以更佳地分佈電流。類似於圖丨2所示，該等通道 係連接至在該子基板底部表面上的一p金屬墊。類似地， 分佈通道將η接合金屬86連接至在該子基板底部表面上的 一 η金屬墊。 或者，在該子基板頂部表面上的一絕緣金屬層可連接於 Ρ接合金屬88與在該子基板頂部表面上的一ρ金屬墊之間。 η接合金屬86還會連接至在該子基板頂部表面上的一 η金屬 墊。在另一具體實施例中，一墊可在該子基板頂部表面上 而另一墊可在底部表面上。 圖15說明在該LED晶粒背表面上的另一接合金屬圖案， 顯示η接合金屬90與ρ接合金屬92。必要時，從該led GaN 層邊緣向後拉動該η接合金屬，以在該晶圓之雷射切割及 斷裂期間改良晶粒分離。藉由一絕緣層與該η接合金屬絕 緣之一下面Ρ金屬層可能接觸圓形ρ接合金屬92並接觸ρ_ GaN層32之各區域以散佈電流。多位準金屬化係一熟知技 術。 圖16說明在子基板93表面上的金屬化。η接合金屬94與p 接合金屬96—般對應於在該LED晶粒上的圖案。例如用於 一線接合至一電源的一 ρ墊98係藉由一金屬條1〇〇而連接至 P接合金屬96，該金屬條在下面並與η接合金屬94絕緣。n 接合金屬94係連接至一 η接合墊1 〇2。 在圖4之具體實施例中，該等晶粒邊緣由於移除一些 GaN材料而不牢固。可藉由進一步遠離該邊緣蝕刻一 η層 接觸溝槽，使得全部GaN層仍沿著邊緣來強化該等邊緣， 126505.doc •19- 200845424 如圖17所示。圖17僅顯示該LED結構之邊緣部分。接著將 金屬沈積於該溝槽内以接觸該11型（]^^^層。此舉的一缺點 在於，沿邊緣隔離該p 〇3]^層，從而降低該led之亮度。 或者，如圖18所示’可沿各晶粒之㈣邊緣來形成一矩 形裱的光阻105，以在將該LED固定至該子基板之後在該 基板剝離程序期間支撐該邊緣。該光阻厚得足以接觸該子 基板或在該子基板上用於支撐的接合金屬層。在移除該基 板之後，接著剝除該光阻。 本文所述之金屬互連系統擁有熱匹配且均勻膨脹行為， 以便最小化在半導體材料上的熱致應力。此外，具有一很 大面積之金屬互連系統提供一最佳散熱功能以最大程度降 低裝置之操作溫度。 在-具體實施例中’在該LED上的接合金屬係藉由拋光 而加以平坦化以確保一完美平直表面用以改良支撐。 可組合在各種結構内的該等特徵之任一組合。 圖19係在上述程序之一具體實施例中識別特定步驟之一 流程圖。在步驟111中，在一基板（例如一藍寶石）上成長 LED層。在步驟112中，在頂部?層上形成一反射金屬以及 阻障金屬層。在步驟113上，透過該p層及作用層形成接觸 孔，以曝露該η層之多個部分。在步驟114中，形成一絕緣 層以絕緣該等孔壁與該反射層頂部表面之多個部分。在步 驟115中，在該等孔内及在該反射層上沈積一金屬（例如 TiAu)以單獨接觸該η層與ρ層。在步驟U6中，使用來電 鍍該接觸金屬以形成一厚接合層。 126505.doc -20- 200845424 在步驟117中，在一子基板上形成一對應接合金屬圖 案。在步驟118中，將在該LED上的接合金屬直接超音波 接合至在該子基板上的接合金屬，使得該子基板支撐led 晶粒之85%以上。在步驟119中，藉由雷射剝離移除該基 板，從而在該等LED層上產生一高壓，且該接合金屬之廣 面積支撐防止該等LED層破裂。在步驟120中，粗糙化曝 露η層用以增加光擷取。 在該LED晶粒上附接並模製一透鏡以影響光發射並保護 該 LED 〇 經過對本發明的詳細說明，習知此項技術者應明白，根 據本揭示内容，可對本發明作修改而不背離本文所述之精 神與創新概念。因此並不期望本發明之範疇限於所示及所 述的特定具體實施例。 【圖式簡單說明】 圖1係一接合至一子基板之先前技術LED晶粒之一 圖，包括一透明成長基板。 圖2係在一依據本發明之一具體實施例而執行的程序 在一中間階段期間一以GaN為主LED結構之一斷面圖。中
圖3說明在已形成一接合金屬圖案以接觸該 a μ ^ GaN 層之後圖2之LED結構之底部表面。 圖4係在一中間階段期間，其中已蝕刻該p層中之開口、 曝露下面η層且已在該LED表面之多個部分上彡 ^ 層，沿圖3中線4-4，圖2之LED結構之一部分斷面圖。 圖5說明在已在該LED結構表面上形成一金屬層以電接 126505.doc -21- 200845424 觸該等η及p GaN層之後在圖4上的LED結構。 圖6說明在該金屬層已在其上（經由電鑛、蒸鍛、機錢或 其-他適當沈積技術）形成金、一金合金、銅、鋁、鎳或^他 延展性金屬之後圖5之LED結構，其中該沈積金屬層形成該 LED接合金屬層（圖3)用以直接接合至金子基板接合材料。 圖7係該子基板之一俯視圖，顯示對應於在該led結構 背部上之接合金屬圖案（圖3)的一凸起金圖案。在該子基板 上的線接合墊或表面固定墊延伸於該LED晶粒之外以連接 至一電源。 圖8係固定在該基板上的圖6LED結構之一部分斷面圖， 其中在該LED及子基板上的該接合金屬係超音波而不使用金 凸塊熔接在一起且其中幾乎該LED結構之整個背部表面係由 該4接合金屬層及子基板而不使用一側填滿來加以支撐。 圖9係顯示如何凹陷子基板電極邊緣以免由於在該等 LED層與子基板之間的未對齊而短路在該等led層上的該 等陽極及陰極電極之一簡化側視圖。 圖ίο說明用於移除該藍寶石基板，同時在該LED結構上 產生源自半導體剝蝕及熱氣體形成之巨大向下壓力之雷射 剝離程序。 圖π係在已移除該基板之後該led結構及子基板之一部 分斷面圖。 圖12說明在粗縫化該曝露n層以改良光擷取效率之後的 圖11之結構。 圖13說明在該LED結構背部上之一接合金屬圖案之另一 126505.doc -22- 200845424 具體實施例。 圖14說明對應於在圖13所示LED晶粒上之接合金 “ _圖案 之一子基板接合金屬圖案。 圖15說明在該LED結構背部上之一接合金屬圖案 具體實施例。
圖16說明對應於在圖15所示LED晶粒上之接合金 之一子基板接合金屬圖案。 圖17說明該LED結構之一邊緣部分，其中一用沐略
'、電接_ 該η型層之溝槽遠離邊緣而形成（對比圖4)，使得該邊緣人 由該電極金屬及半導體材料來更佳地支撐。 “ 圖18說明該LED結構之一邊緣部分，其中在該基板雷射 剝離程序期間使用光阻來支撐該LED晶粒之邊緣。 圖19係顯示用於依據本發明之一具體實施例形成一 led 結構之特定步驟之一流程圖。 【主要元件符號說明】 12 子基板 14 金屬墊 16 金屬電極 18 GaN層 20 金凸塊 22 侧填滿 26 η型GaN層 28 成長基板/藍寶石基板 30 作用層 126505.doc -23- 200845424 32 34 陰極/η接合金屬 36 陽極/ρ接合金屬 38 陰極/接觸區域/接合金屬 40 陽極/接觸區域/接合金屬 42 傳導性反射層 44 絕緣層 46 孔/開口 50 η接點 52 Ρ接點 54 邊緣接點 56 子基板 58 陰極/接合金屬 60 陽極/ρ接合層/接合金屬 61 傳導層部分 62 金屬墊 63 金屬墊 66 傳導通道 68 η接合墊 69 ρ接合墊 72 準分子雷射束 80 η接合金屬 82 Ρ接合金屬 85 子基板 126505.doc _24· 200845424 η接合金屬 Ρ接合金屬 η接合金屬 ρ接合金屬 子基板 η接合金屬 ρ接合金屬 Ρ墊 金屬條 η接合墊 光阻（層） 126505.doc

Claims (1)

  1. 200845424 十、申請專利範圍： 1. 一種發光二極體（LED)結構，其包含： LED層，形成一LED晶粒，在一成長基板（28)上包含 一 η型層（26)、一作用層及一 p型層（32)，該p型層及作用 層具有開口（46)以曝露該η型層之區域； • 一第一金屬部分（34、50)，其延伸穿過該等開口以電 • 接觸該η型層； 一第二金屬部分（42、52、36)，其用以電接觸該卩型 Φ 層； 其中該第一金屬部分與該第二金屬部分在該LED晶粒 之一背表面上形成一第一接合金屬（34、36、38、40)， 該第一接合金屬覆蓋該LED晶粒之大多數背表面； 在一子基板（56)上的一第二接合金屬（58、60)，其一 般對應於在該LED晶粒上的該第一接合金屬；以及 該第一接合金屬，其係接合至該第二接合金屬，在該 第一接合金屬與該第二接合金屬之間實質上不存在任何 ^ 間隙，使得該LED晶粒之該背表面係由該第一接合金 屬、該第二接合金屬及該子基板來加以支撐， ^ 其中在將該LED晶粒接合至該子基板之後已從該LED 晶粒移除該成長基板，且其中在該子基板與該等LED層 之間不存在任何側填滿以在移除該基板期間支撐該等 LED 層。 2. 如請求項1之結構，其中該LED晶粒之該背表面之至少 85%係直接由該第一接合金屬（34、36、38、40)、該第 126505.doc 200845424 二接合金屬（58、60)及該子基板（56)來加以支撐。 3·如請求項1之結構，其中在將該LED晶粒接合至該子基板 (56)之後已使用一雷射剝離程序（72)來移除該基板。 4.如請求項1之結構，其中該第一金屬部分（34、5〇)與該第 二金屬部分（42、52、36)包含電接觸該n型層（26)與該p 型層（3 2)之電鍍金屬區域，以在該LED晶粒之該背表面 上形成該第一接合金屬（34、36、38、4〇)。 5·如睛求項丨之結構，其中該第一金屬部分、5〇)與該第 一金屬邛分（42、52、36)包含具有一超過2〇微米之厚 度，以在該基板移除程序期間提供支撐該LED晶粒之金 屬。 、 6·如請求項1之結構 一金屬部分（42、 電絕緣。 ，其中該第一金屬部分（34、50)與該第 52、36)分離一小於50微米之間隙用以
    如明求項1之結構，其中該等LED層形成一實質矩形表 面二其中該第—接合金屬延伸至該矩形表面之一邊緣， 使侍該矩形表面之—周邊係直接由該第一接合金屬(Μ、 36、、38、叫、該第二接合金屬（58、6())及子基板（56)之 至少部分來加以支撐。 8 如請求項1之牡捲 、°構，其中該等LED層形成一實質矩形表 面’其中該第一垃人人庙 钱5金屬（34、36、38、40)實質延伸至 該矩形表面之―邊緣。 、 月求項1之結構，其中該第一接合金 、3 40)與該第二接人^ 一牧δ金屬（58、60)實質上熱匹配，以便具有 126505.doc 200845424 均句膨服行為以限制在該等LED層上的熱致應力。 ίο.如請求項！之結構，其中該第二接合金屬（58、6〇)且有介 於陽極與陰極部分之間的間隙，其精確匹配在該第_接 合金屬（34、36、38、4〇)之-布局内的間隙。 a如請求机結構’其中該第二接合金屬(58、6〇)具有介 於陽極與陰極部分之間的間隙，其大於在該第一接合金 屬（34、36、38、40)之一布局内的間隙 52、36)包 12. 如請求項丨之結構，其中該第二金屬部分 含一反射金屬用以將光反射朝向該n型層（26) 36、38 13. 如請求項丨之結構，其中該第—接合金屬（34 4〇)之陽極及陰極部分形成又合的金屬指狀物 52、36)形 14·如請求項丨之結構，其中該第二金屬部分（42 成一點圖案，各點接觸該p型層（32)之一區域。 15·如請求項14之結構，其中一點係實質圓形。 16·如請求項1之結構，其中料LED層形成―實質矩形表 面’其中該矩形表面之-周邊係由-光阻層來加以支 樓’該光阻層在移除該基板（28)期間接觸該子基板或該 第二接合金屬（5 8、60)。 17. 如請求項1之結構，其中該第-接合金屬（34、36、38、 4〇)係超音波熔接至該第二接合金屬(58、6〇)。 18. 如請求項1之結構’其中該第-接合金屬(34、36、38、 4〇)係熱音波溶接至該第二接合金屬⑼、 19. 如請求項1之結構，其中該第-接合金屬(34、36、38、 40)係藉由一焊料層而接合至該第二接合金屬(58, 126505.doc 200845424 2〇_如請求項丨之結構，其中該第一接合金屬（34、％、刊、 4〇)之一第一接合表面係金或銅，而該第二接合金屬 (5 8、60)之一第二接合表面係金或銅，且該第一接合表 面係直接接合至該第二接合表面，之間沒有任何中間金 屬。 秦 21·如請求項1之結構，其中該第一接合金屬（34、％、38、 40)之一第一接合表面係金或焊料，該焊料包含、 Au-Ge或Sn_Ag，而該第二接合金屬（58、6〇)之一第二接 籲 合表面係金或焊料，該焊料包含Au-Sn、Au-Ge或Sn- Ag，且該第一接合表面係直接接合至該第二接合表面， 之間沒有任何中間金屬。 22· —種製造一發光二極體（LED)結構之方法，其包含： 在一成長基板（28)上成長一 η型層（26)、一作用層及一 ρ型層（32)，形成LED層； 在該p型層及作用層内形成開口（46)以曝露該n型層之 區域 形成一第一金屬部分（34、50)，其延伸穿過該等開口 以電接觸該η型層； • 形成一第二金屬部分（42、52、36)，其用以電接觸該？ 型層； 其中該第一金屬部分與該第二金屬部分在一 led晶粒 之一背表面上形成一第一接合金屬（34、36、38、4〇)， 該第一接合金屬覆蓋該LED晶粒之大多數背表面； 在一子基板（56)上形成一第二接合金屬、6〇)，其 126505.doc -4- 200845424 一般對應於在該LED晶粒上的該第一接合金屬； 互連該第一接合金屬與該第二接合金屬，在該第一接 合金屬與該第二接合金屬之間實質上不存在任何間隙， 使得該LED晶粒之該背表面係由該第一接合金屬、該第 一接合金屬及該子基板來加以支撐；以及 藉由將該LED晶粒曝露於一雷射束，在一雷射剝離程 序（72)期間從該LED晶粒移除該基板，以允許從該led 曰曰粒剝離該基板，而不使用在該子基板與該等led層之 間的一側填滿在該雷射剝離程序期間支撐該等led層。 23.如請求項22之方法，其中該LED晶粒之該背表面之至少 85%係直接由該第一接合金屬（34、％、38、40)、該第 二接合金屬（5 8、60)及該子基板（56)來加以支撐。 24·如請求項22之方法，其中形成該第一金屬部分 與該第二金屬部分（42、52、36)包含電鍍電接觸該η型層 與該Ρ型層之金屬區域，以在該LED晶粒之該背表面上形 成該第一接合金屬（34、36、38、40)。 25·如請求項22之方法，其中該第一金屬部分（34、5〇)與該 第二金屬部分（42、52、36)包含具有一超過2〇微米之厚 度以在該雷射剝離程序（72)期間提供支撐該等LEd層之 金屬。 26·如請求項22之方法，其中該第一金屬部分（34、5〇)與該 第二金屬部分（42、52、36)分離一小於50微米之間隙用 於電絕緣。 ' 27·如請求項22之方法，其中該等led層形成一實質矩形表 126505.doc 200845424 面，其中該第一 形表面之一邊緣 第一接合金屬、 接合金屬（34、36、38、4〇)延伸至該矩 ，使得該矩形表面之一周邊係直接由該 該第二接合金屬（58、60)及子基板(56) 28. 之至少部分來加以支撐。 如請求項22之方法，其中該等LED層形成—實質矩形表 面:其^該矩形表面之—周邊係由-光阻層（105)來加以 支樓’該光阻層在該雷射剝離程序（72)期間接觸該子基 板（56)。
    29. 如請求項22之方法 其中該等LED層形成一實質矩形表 面’其中該第一接合金屬（34、36、38 該矩形表面之一邊緣。 4〇)實質延伸至 30. 31.
    如清求項22之方法，其中該第一接合金屬（34、36、38、 4〇)與該第二接合金屬（58、6G)實質上熱匹配，以便具有 均勾膨脹行為以限制在該等㈣層上的熱致應力。 如請求項22之方法，17 、 其中在一子基板（56)上形成一般對 應於該LED晶粒上之該第—接合金屬（34、％、％、4〇) 之-第二接合金屬（58、6〇)之該步驟包含：形成該第二 接合金屬以具有介於陽極及陰極部分之間的間隙，其精 確匹配在該第一接合金屬之一布局内的間隙。 32. 如請求項22之方法，其中在一子基板(56)上形成一般對 應於該LED晶粒上之該第—接合金屬⑼、％、38、叫 之-弟二接合金屬（58、6〇)之該步驟包含：形成該第二 接合金屬以具有介於陽極及陰極部分之間的間隙，其大 於在》亥第-接合金屬之一布局内的間隙。 126505.doc 200845424 33.如請求項 _ 包含-反射金屬用以將光I:向金^ 认如請求項22之方法，其中該第—接合金屬 4〇)之陽極及陰極部分形^ 35.如⑽22之方法’其中該第二金屬部分(42、52、36、 形成一點圖案，各點接觸該P型層之一區域。 36·如請求項35之方法’其中-點係實質圓形。
    126505.doc
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