TW201306306A - 形成複數個半導體發光裝置的方法 - Google Patents
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Abstract
一種形成複數個半導體發光裝置的方法，包含：形成磊晶結構於第一暫時基材上，其中磊晶結構具有第一型摻雜層、發光層、第二型摻雜層；分離磊晶結構，使形成複數個磊晶結構；以第一黏著層將第二暫時基材耦接至複數個磊晶結構的上表面，並移除第一暫時基材；以第二黏著層將永久半導體基材耦接至複數個磊晶結構；移除第一黏著層與第二暫時基材；分離永久半導體基材成複數個部分，其中每個該部分具有對應的至少一該複數個磊晶結構，以形成複數個半導體發光裝置。
Description
本發明係與一種半導體發光元件有關，特別是與一種形成複數個半導體發光裝置的方法有關。
第一圖顯示一種習知水平式發光二極體(LED)的示意圖。參見第一圖，水平式發光二極體100包括磊晶基材102、磊晶結構104、電極單元106。磊晶結構104是利用ㄧ磊晶程序而成長於磊晶基材102上。電極單元106形成在磊晶結構104上，以提供其電能。磊晶基材102之材料例如藍寶石或碳化矽(SiC)，使得三族氮化物基可磊晶成長於磊晶基材102上，其中三族氮化物基例如氮化鎵基(GaN-based)或氮化銦鎵基(InGaN-based)等。
磊晶結構104通常是由氮化鎵基(GaN-based)或氮化銦鎵基(InGaN-based)等半導體的材質所製成。在磊晶過程中，氮化鎵基或氮化銦鎵基材料於磊晶基材102上成長，而形成N型摻雜層108與P型摻雜層110。當提供電能於磊晶結構104，位於N型摻雜層108與P型摻雜層110接合處(junction)的發光結構112會產生一電洞捕抓現象。藉此，發光部分112的電子能階會降低，而以光子形式釋放能量。例如，發光部分112是一種多重量子井(multiple quantum well，MQW)結構，可限制電子電洞的移動空間，以提升電子電洞的碰撞機率，因而增加電子電洞複合率，如此可提高發光效率。
電極單元106具有第一電極114與第二電極116。第一電極114與第二電極116分別與N型摻雜層108與P型摻雜層110歐姆接觸。電極114/116是用於提供電能予磊晶結構104。當施加一電壓於第一電極114與第二電極116，一電流從第二電極116通過磊晶結構104流向第一電極114，並在磊晶結構104內橫向分佈。因此，藉由磊晶結構104內的一光電效應產生一些光子。藉由橫向的電流分佈，水平式發光二極體100從磊晶結構104發出光。
水平式發光二極體100的製程雖然十分簡單，但也可能於製程中造成一些問題，例如電流擁擠(current crowding)、電流分佈不均，以及熱累積等問題。這些問題可能會降低發光二極體100的發光效率及/或損壞發光二極體100。
為克服上述問題，本領域發展出一種垂直式發光二極體。第二圖為傳統垂直式發光二極體的示意圖。垂直式發光二極體200具有磊晶結構204與電極單元206。電極單元206位於磊晶結構204上以提供其電能。類似於第一圖所示的水平式發光二極體100，磊晶結構204可利用磊晶程序，以氮化鎵基(GaN-based)或氮化銦鎵基(InGaN-based)等半導體材質製成。在磊晶過程中，氮化鎵基或氮化銦鎵基材料從一磊晶基材(未圖示)上成長，形成N型摻雜層208、發光結構212，與P型摻雜層210。接著，脫去磊晶基材，結合電極單元206與磊晶結構204。電極單元206具有第一電極214與第二電極216。第一電極214與第二電極216分別與N型摻雜層208及P型摻雜層210歐姆接觸。此外，第二電極216可連接一散熱基材202以增加散熱效率。當施加電壓於第一電極214與第二電極216，電流垂直流動，因而改善習知水平式發光二極體的電流擁擠、電流分佈不均，以及熱累積等問題。然而，如第二圖所示垂直式發光二極體200會有電極遮蔽效應，以及複雜製程等問題仍待克服。此外，散熱基材202與第二電極216的結合步驟可能會損壞磊晶結構204。
近年來，本領域已發展出寬能隙的氮基發光二極體(wide-bandgap nitride-based LED)，其發射波長範圍介於紫外光至較短波長的可見光之間。發光二極體裝置因而可應用於新的顯示科技，例如交通號誌燈、液晶電視，以及行動電話的背光模組等。由於天然基材的缺乏，氮化鎵或相關氮基化合物通常是形成在藍寶石基材上。傳統發光二極體，例如前述者，因光子以全方向發光，使其發光效率不高。大比例的光被藍寶石基材限制，無法被利用。此外，藍寶石基材的熱傳導係數低，使發光二極體的散熱效率不佳。因此，需要一種獨立且不採用藍寶石基材的氮化鎵光電結構，來克服上述問題。磊晶轉移技術是一種目前已知的新方法，其係用於製作超高亮度的發光二極體。薄膜式P型朝上氮化鎵發光二極體利用一雷射剝離(laser lift-off)技術，並以矽基材取代藍寶石基材，且結合高反射性反光層以及N型氮化鎵層表面粗糙化處理等步驟所製成，上述結構及其製程方法可有效消除藍寶石發光限制的問題。薄膜式P型朝上氮化鎵發光二極體之結構與製程方法亦可增加氮化鎵基發光二極體的光萃取效率。然而，上述發光二極體的結構亦遭遇電極遮蔽問題，其所發出的光會被電極遮蔽或吸收，因而導致發光效率降低。
雖然具有一叉合內嵌電極(interdigitated imbedded electrodes)結構的薄膜式N型朝上發光二極體，可藉由降低部分電極遮蔽而改善發光效率。然而，為使N型朝上發光二極體能夠提供較好的效率，仍需進一步將薄膜式P型朝上發光二極體與N型朝上發光二極體的結構與製程作改良。
本發明一些實施例提供一種形成複數個半導體發光裝置的方法，其步驟包含：在一第一暫時基材上形成一磊晶結構，其中磊晶結構具有一第一型摻雜層、一發光層、一第二型摻雜層；分離磊晶結構，使形成複數個磊晶結構；藉由一第一黏著層將一第二暫時基材耦接至複數個磊晶結構的上表面，並移除第一暫時基材；藉由一第二黏著層將一永久半導體基材耦接至複數個磊晶結構；移除第一黏著層與第二暫時基材；分離永久半導體基材成複數個部分，其中每個該部分具有對應的至少一該複數個磊晶結構，以形成複數個半導體發光裝置。
在本發明一些實施例，磊晶結構被切割、蝕刻或使用雷射而分離，以形成複數個磊晶結構。在一些實施例，永久半導體基材被切割、蝕刻或使用雷射而分離，以形成複數個部分。在一些實施例，複數個磊晶結構作為切割永久半導體基材的依據。
在本說明書，「耦接」(coupled)係意謂為物件之間作直接連接或間接連接，其中間接連接就是例如一或多個中間層介於兩個物件之間。
第三圖顯示本發明一實施例的一種P型朝上氮化鎵(Gallium nitride，GaN)發光二極體。P型朝上氮化鎵發光二極體300包含P型氮化鎵摻雜層302、發光層304、N型氮化鎵摻雜層306。發光層304可例如是一多重量子井結構或一單層量子井結構。在一些實施例，P型朝上氮化鎵發光二極體300更包含一未摻雜層307，其係結合於N型氮化鎵摻雜層306的底面。未摻雜層307可作為磊晶緩衝層。在一些實施例，P型氮化鎵摻雜層302具有粗糙化的上表面，及/或未摻雜層307具有粗糙化的下表面。粗糙化的表面例如可使用濕蝕刻完成。表面粗糙化將有助於增加P型朝上氮化鎵發光二極體300的發光效率。
未摻雜層307的下表面利用黏著層308，而與反射層310結合，反射層310的下方再連接基材312。黏著層308具有低折射率(refractive index)，可例如是折射率約1.4的黏膠。反射層310可以是分佈型布拉格鏡面反射層(distributed Bragg reflector, DBR)、全方位鏡面反射層(Omidirectional Reflectors, ODR)、銀、鋁、鈦，及/或其他具有適當反射性的金屬。基材312的材質可包含矽(silicon)、氧化矽(silicon oxide)、金屬(metal)、陶瓷(ceramic)、聚合物(polymer)，或其他具有高熱傳導係數的材料。如果基材312的材質為矽，其熱傳導係數可大約為168 W/mK。
第一電極314與第二電極316可分別形成於P型氮化鎵摻雜層302與N型氮化鎵摻雜層306上。第一電極314作為P型氮化鎵摻雜層302的一接觸墊(contact)、第二電極316作為N型氮化鎵摻雜層306的一接觸墊。由於電極314/316形成在P型氮化鎵摻雜層302與N型氮化鎵摻雜層306上方，電極314/316阻擋了下方層部分的發光路徑，因此降低發光二極體300的發光效率。在某些實施例，第一電極314與P型氮化鎵摻雜層302之間可具有ㄧ透明導電層318，用於使電流分布平均，其上表面可被粗糙化、材質可以是氧化銦錫(ITO)，但不限於此。
第四A圖至第四F圖顯示本發明一實施例製造如第三圖P型朝上發光二極體300的方法。第四A圖顯示在第一基材400上形成磊晶結構402。第一基材400可以是暫時基材，例如藍寶石基材。可利用本領域傳統的磊晶技術，例如有機金屬化學氣相沈積(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，形成磊晶結構402。磊晶結構402可包含未摻雜層404、第一型摻雜層406、發光層408、第二型摻雜層410。在一些實施例，未摻雜層404、第一型摻雜層406、發光層408、第二型摻雜層410皆為利用多重沈積步驟形成的氮化鎵(GaN)層。
發光層408可例如是一多重量子井結構或一單層量子井結構。在一些實施例，第一型摻雜層406為N型摻雜層，第二型摻雜層410為P型摻雜層。在某些實施例，第二型摻雜層410的上表面，可利用一程序，例如濕蝕刻，使其粗糙化。可利用將發光層408與第二型摻雜層410圖案化，以暴露出第一型摻雜層406的部分上表面。第一電極412可形成在第一型摻雜層406的上表面。第二電極414可形成在第二型摻雜層410的上表面。可利用光學微影技術定義電極412/414的尺寸與形狀。
如第四B圖所示，於第一基材400上形成磊晶結構402後，可藉由第一黏著層418，將第二基材416與第四A圖所繪結構的上表面作結合。此外，在結合之前或之後，可倒置所製作的結構，使未摻雜層404在磊晶結構402的最上方，而第二型摻雜層410在磊晶結構402的最下方。第二基材416可以是一暫時基材，其材質例如玻璃、藍寶石，或其他適合的絕緣材料。第一黏著層418可以是環氧樹脂膠(epoxy glue)、臘(wax)、旋塗氧化物(spin-on-glass；SOG)、光阻(photoresist)、單體(monomer)、聚合物(polymer)，或其他本領域所知悉用於結合氮化鎵層與陶瓷(ceramic)或玻璃層的膠狀材料，但不限於上述材料。在某些實施例中，對於2英吋厚的基材，利用第一黏著層418結合磊晶結構402與第二基材416的製程條件為：溫度介於大約200oC至300oC之間，壓力介於大約5 公斤至30公斤之間。
如第四C圖所示，在結合第二基材416後，將磊晶結構402上的第一基材400移除。移除第一基材400的方法例如一雷射剝離法(laser lift-off，LLO)。移除第一基材400後，即暴露出未摻雜層404的上表面。如第四D圖所示，在某些實施例，未摻雜層404的上表面可被粗糙化，例如，利用一濕蝕刻方法，來完成表面粗糙化。
如第四E圖所示，接著，以第二黏著層424結合第四D圖的結構與第三基材420。此外，在結合之前或之後，可倒置所製作的結構，使得第三基材420位於結構的最下方。在某些實施例，第三基材420可具有反射層422，且反射層422位於第三基材420的上表面。第三基材420可例如為氧化矽(silicon oxide)基材或其他具有適當熱傳導係數的基材。第三基材420可作為磊晶結構402的永久基材。反射層422的材質可包含鋁、鈦，及/或其他反射導電材料。第二黏著層424的材質可與前述第一黏著層418相同或相異。例如，在某些實施例，第一黏著層418是一種乙醚基(ether-based)的化合物，而第二黏著層424是一種矽膠基(silicone-based)或硫亞氨基(imide-based)的化合物。在某些實施例，對於2英吋厚的基材，第二黏著層418的結合條件為：溫度介於大約150oC至200oC之間，壓力介於大約300公斤至400公斤之間。
如第四F圖所示，在結合第三基材420後，移除第一黏著層418與第二基材416。移除第一黏著層418與第二基材416的方法，例如一雷射剝離法(LLO)、一酸蝕刻法，或其他適當的蝕刻技術。移除後的結構，如第四F圖所示，即為一P型朝上發光二極體426。P型朝上發光二極體426的特徵在於其第二型摻雜層(P型氮化鎵摻雜層)410位於磊晶結構402的最上方，並暴露出電極412/414作為接觸墊。
第五圖顯示本發明一實施例的N型朝上氮化鎵發光二極體。N型朝上氮化鎵發光二極體500包括N型氮化鎵摻雜層502、發光層504、P型氮化鎵摻雜層506。發光層504可以是多重量子井結構或單層量子井結構。在某些實施例，未摻雜層507耦接(coupled)於P型氮化鎵摻雜層506的下表面。未摻雜層507可以作為一磊晶緩衝層(epitaxial buffer layer)。在某些實施例，N型氮化鎵摻雜層502可具有表面粗糙化(roughened)的上表面，及/或未摻雜層507可具有表面粗糙化的下表面。表面粗糙化可利用濕蝕刻完成。藉由表面粗糙化，可增加N型朝上氮化鎵發光二極體500的發光效率。
未摻雜層507的下表面可利用黏著層508，而與反射層510結合，而反射層510可與基材512結合。黏著層508可具有低折射率(refractive index)，例如折射率大約1.4的黏膠。反射層510可包含鋁、鈦，及/或其他反射性金屬。基材512的材質可包含矽(silicon)、氧化矽(silicon oxide)，或其他具有高熱傳導係數的材料。若基材512的材質為矽，其熱傳導係數可大約為168 W/mK。
此外，第一電極514與第二電極516可分別形成於P型氮化鎵摻雜層506與N型氮化鎵摻雜層502上。第一電極514作為P型氮化鎵摻雜層506的一接觸墊、第二電極516作為N型氮化鎵摻雜層502的一接觸墊。第一電極514與第二電極516可被嵌入於發光二極體500，如此可減少電極遮蔽效應，以增加其發光效率。
第六A圖至第六E圖顯示本發明一實施例製造如第五圖N型朝上發光二極體500的方法。第六A圖顯示在第一基材600上形成磊晶結構602。第一基材600可以是暫時基材，例如藍寶石基材。可利用本領域傳統的磊晶技術，例如有機金屬化學氣相沈積(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，形成磊晶結構602。磊晶結構602可包含未摻雜層604、第一型摻雜層606、發光層608、第二型摻雜層610。於本實施例，未摻雜層604、第一型摻雜層606、發光層608、第二型摻雜層610皆為利用多重沈積步驟形成的氮化鎵(GaN)層或氮化鎵基(GaN-based)層。
發光層608可例如為一多重量子井結構或一單層量子井結構。於本實施例，第一型摻雜層606為N型摻雜層，第二型摻雜層610為P型摻雜層。在某些實施例，第二型摻雜層610的上表面，可利用一製程方法，例如濕蝕刻，使之粗糙化。可將發光層608與第二型摻雜層610圖案化，以暴露出第一型摻雜層606的部分上表面。第一電極612可形成在第一型摻雜層606的上表面。第二電極614可形成在第二型摻雜層610的上表面。可利用一光學微影技術定義電極612/614的尺寸與形狀。
如第六B圖所示，於第一基材600上形成磊晶結構602後，可利用第一黏著層618結合第二基材616與第六A圖所繪結構的上表面。此外，在結合之前或之後，可倒置所製作的結構，使未摻雜層604在磊晶結構602的最上方，而第二型摻雜層610在最下方。第二基材616可作為磊晶結構602的永久基材，其材質例如矽，或其他具有適合熱傳導係數的材料。在某些實施例，第二基材616的上表面具有反射層620及/或絕緣層622。反射層620可包含鋁、鈦，及/或其他反射性導電材質。絕緣層622可包含氧化物、氮化物，及/或其他具有高透明度的適當電絕緣材料。第一黏著層618可例如是環氧樹脂膠(epoxy glue)或其他本領域所知悉用於結合氮化鎵層與矽或氧化矽層的膠狀材料。
如第六C圖所示，在結合第二基材616後，移除第一基材600。移除第一基材600的方法，例如雷射剝離法(laser lift-off，LLO)。移除第一基材600後，即暴露出未摻雜層604的上表面。
如第六D圖所示，在移除第一基材600後，再移除部分未摻雜層604與部分第一型摻雜層606，暴露出至少部分的第一電極612與至少部分的第二電極614。移除部分未摻雜層604與部分第一型摻雜層606的方法，例如為一非等方向蝕刻(anisotropic etching)法，其包含一感應耦合電漿(inductively coupled plasma，ICP)反應離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)法。
如第六E圖所示，在某些實施例，未摻雜層604的上表面被粗糙化。表面粗糙化之方法可利用一濕蝕刻法，例如一氫氧化鈉(sodium hydroxide) 濕蝕刻法或一磷酸(phosphoric acid)濕蝕刻法。如第六E圖所示的結構，即為一N型朝上發光二極體624。N型朝上發光二極體624的特徵在於其第一型摻雜層(N型摻雜層)606位於磊晶結構602的最上方，並暴露出電極612/614作為接觸墊，且電極612/614不會遮蔽發光層608所發出的光。
在某些實施例，複數個發光二極體(例如複數個磊晶結構)被形成在單一基材上。可利用磊晶沈積技術，在整片基材上形成單一磊晶結構，再由單一磊晶結構形成複數個磊晶結構。例如，單一磊晶結構，其包含摻雜/未摻雜層及發光層，可先被形成(例如利用MOCVD形成)在整片基材上，然後再劃分成複數個磊晶結構。根據上述製造方法，這些磊晶結構是同步形成的，因此可減少製程變異，使得其所製造的發光二極體具有發光均勻的特性。
然而，在同一基材上製作複數個發光二極體可能會遭遇某些困難，尤其是利用磊晶轉移技術形成複數個發光二極體。例如先前所述，將一藍寶石基材上的磊晶結構轉移至一矽基材上時。待克服難題之一為在結合程序時，由於高壓，例如高於大約9.8 MPa時，會造成磊晶結構破裂。其他可能產生的問題包含當使用兩個以上的結合程序時，黏著成分的混合會使得磊晶結構中存在許多間隙，且黏著層產生許多空隙，因此難以降低黏著層的厚度，及/或在結合過程中磊晶結構會流動(floating)。
第七圖至第十二圖顯示本發明一實施例在單一基材上形成複數個P型朝上發光二極體的方法。此方法利用磊晶轉移技術，且在轉移之前使個別的發光二極體之間互相分離或絕緣。如第七圖所示，複數個磊晶結構402A、402B、402C被形成在第一基材400上。第一基材400可例如是一藍寶石基材。可利用本領域習知磊晶技術，例如金屬有機化學氣相沈積法，在第一基材400上形成複數個磊晶結構402A、402B、402C。每一磊晶結構402A/402B/402C可分別包含第一型摻雜層406A/406B/406C，發光層408A/408B/408C，以及第二型摻雜層410A/410B/410C。在某些實施例，更包含未摻雜層位於第二型摻雜層410A/410B/410C與第一基材400之間。
發光層408A/408B/408C可例如是多重量子井結構或一單層量子井結構。在一些實施例，第一型摻雜層406A/406B/406C為N型摻雜層，第二型摻雜層410A/410B/410C為P型摻雜層。在某些實施例，第二型摻雜層410A/410B/410C的上表面，可利用一程序，例如濕蝕刻，使之粗糙化。可將發光層408A/408B/408C與第二型摻雜層410A/410B/410C圖案化，以暴露出第一型摻雜層406A/406B/406C的部分上表面，使得電極可設置於第一型摻雜層的上表面。如此，磊晶結構402A/402B/402C即為P型朝上發光二極體。
使磊晶結構互相分離或絕緣的方法，例如，先沈積各磊晶結構於基材各處，接著，將磊晶結構分離或絕緣，以形成複數個磊晶結構402A/402B/402C，如第七圖所示。利用分離或絕緣形成複數個磊晶結構的方法，可包含切塊(dicing)、切鋸(cutting saw)或雷射切割等方法，但不限於上述。在一些實施例，利用一蝕刻製程，以分離/絕緣在第一基材400上的磊晶結構，以形成複數個互相分離的磊晶結構402A/402B/402C。
如第八圖所示，在形成複數個分離的磊晶結構402A/402B/402C後，可利用第一黏著層418將磊晶結構的上表面與第二基材416結合。為求簡潔，在第八圖至第十二圖中的磊晶結構402A/402B/402C並未繪出細節。在某些實施例，第二基材416為玻璃基材，而第一黏著層418為環氧樹脂。如第八圖所示，第一黏著層418會流入磊晶結構402A/402B/402C之間的間隙。
如第九圖所示，在結合第二基材416後，從磊晶結構402A/402B/402C上移除第一基材400。例如，可使用雷射剝離(LLO)法移除第一基材400。在某些實施例，可利用一濕蝕刻程序，使磊晶結構402A/402B/402C暴露出的表面粗糙化。
如第十圖所示，在移除第一基材400後，可利用第二黏著層424結合磊晶結構402A/402B/402C與第三基材420。在某些實施例，第三基材420具有一反射層，反射層位於第三基材420與第二黏著層424之間。第三基材420可例如為一氧化矽基材或其他具有適當熱傳導係數的基材。第三基材420可作為磊晶結構402A/402B/402C的永久基材。
如第十圖所示，在某些實施例，在磊晶結構402A/402B/402C之間的間隙或其附近，第一黏著層418會流入第二黏著層424，或與第二黏著層424混合。兩黏著層的混合，是因為使用第二黏著層結合時，在較高製程溫度下加壓所造成。例如，當使用第二黏著層424作結合時，其製程溫度至少約為200℃，壓力約為9.8 MPa以上。因此，在此製程溫度與壓力下，第一黏著層418與第二黏著層424將會於間隙中互相接觸，而互相混合。
如第十一圖所示，因為第一黏著層418與第二黏著層424混合，在移除第一黏著層418與第二基材416時，可能會在第二黏著層424上形成空隙450(voids)。移除第一黏著層418與第二基材416的方法，例如，可利用一酸蝕刻程序。在磊晶結構402A/402B/402C之間的間隙，或鄰近於這些間隙，會有空隙450的形成。在後續的製程步驟中，這些空隙450可能會造成磊晶結構402A/402B/402C破裂。例如，在接觸墊的打線接合程序中，因為接觸墊可能位在空隙450上方，會造成磊晶結構可能因此破裂。
在一些實施例，若第一黏著層418的熔點高於第二黏著層424的熔點，應可避免兩黏著層的混合所造成的問題。若第一黏著層418的熔點高於第二黏著層424的熔點，在使用第二黏著層424結合時，會使第一黏著層418處於固化的狀態，因此可避免兩黏著層的混合。因此，亦可避免如第十一圖所述的空隙450的形成。
如第十二圖所示，在移除第一黏著層418與第二基材416後，藉由分離第三基材420以及對應的磊晶結構402A/402B/402C，以形成發光二極體426A/426B/426C。分離第三基材420的方法，例如為切、割、鋸，及/或雷射。在某些實施例，利用一蝕刻程序，來分離第三基材420。沿著磊晶結構402A/402B/402C之間的間隙所延伸的方向，第三基材420被分離。在某些實施例，磊晶結構402A/402B/402C的分離狀態作為分離第三基材420的依據。分離後，發光二極體426A包含磊晶結構402A與基材420A，發光二極體426B包含磊晶結構402B與基材420B，發光二極體426C包含磊晶結構402C與基材420C。
第十三圖至第十八圖顯示本發明一實施例在一基材上形成複數個P型朝上發光二極體的方法。此方法利用磊晶轉移技術，且在轉移之後使個別的發光二極體之間互相分離或絕緣。如第十三圖所示，在第一基材400上形成複數個磊晶結構402A、402B、402C。第一基材400可例如是一藍寶石基材。可利用本領域習知磊晶技術，例如金屬有機化學氣相沈積，形成磊晶結構402A、402B、402C在第一基材400上。磊晶結構402A、402B、402C可分別包含第一型摻雜層406A/406B/406C，發光層408A/408B/408C，以及第二型摻雜層410A/410B/410C。在某些實施例，更包含未摻雜層，未摻雜層位於第二型摻雜層410A/410B/410C與第一基材400之間。
發光層408A/408B/408C可例如是多重量子井結構或一單層量子井結構。在一些實施例，第一型摻雜層406A/406B/406C為N型摻雜層，第二型摻雜層410A/410B/410C為P型摻雜層。在某些實施例，第二型摻雜層410A/410B/410C的上表面，可利用一程序，例如濕蝕刻，使之粗糙化。可將發光層408A/408B/408C與第二型摻雜層410A/410B/410C圖案化，以暴露出第一型摻雜層406A/406B/406C的部分上表面，使得電極可設置於第一型摻雜層的上表面。
如第十三圖所示，然而，此時磊晶結構402A/402B/402C尚未被分離或絕緣。第十三圖至第十七圖的虛線表示磊晶結構402A/402B/402C稍後將沿著此虛線被分離。因此，在第十三圖至第十七圖中，第一型摻雜層406A/406B/406C是一連續的第一型摻雜層，而第二型摻雜層410A/410B/410C與發光層408A/408B/408C因為經過圖案化而互相分離，並暴露第一型摻雜層的上表面以提供電極的設置。
如第十四圖所示，在第一基材400上形成磊晶結構402A/402B/402C後，可利用第一黏著層418將磊晶結構的上表面與第二基材416結合。為求簡潔，在第十四圖至第十八圖中的磊晶結構402A/402B/402C並未繪出細節。在某些實施例，第二基材416為玻璃基材，而第一黏著層418為環氧樹脂。由於磊晶結構402A/402B/402C尚未被分離，第一黏著層418不會流入磊晶結構402A/402B/402C之間不存在的間隙中。
如第十五圖所示，在結合第二基材416後，從磊晶結構402A/402B/402C上移除第一基材400。移除第一基材400的方法，例如，可使用雷射剝離(LLO)法。在某些實施例，可利用一濕蝕刻程序，使磊晶結構402A/402B/402C暴露出的表面粗糙化。
如第十六圖所示，在移除第一基材400後，可利用第二黏著層424將磊晶結構402A/402B/402C與第三基材420結合。在某些實施例，第三基材420具有一反射層，反射層位於第三基材420與第二黏著層424之間。第三基材420可例如是一氧化矽基材或其他具有適當熱傳導係數的基材。第三基材420可作為磊晶結構402A/402B/402C的永久基材。
由於磊晶結構402A/402B/402C尚未分離，它們彼此之間不存在間隙，使得在進行第十六圖的結合程序時，第一黏著層418與第二黏著層424不會互相混合。此外，由於磊晶結構402A/402B/402C尚未分離，因此在進行任一結合程序時，磊晶結構402A/402B/402C不會流動(floating)。與第十圖實施例相較，第十六圖進行結合程序時，施加於磊晶結構402A/402B/402C的壓力可以更高。這是因為磊晶結構402A/402B/402C尚未分離，所以不用顧慮第一黏著層418與第二黏著層424因施壓而混合的可能性。於黏著層結合時施加較高壓力，可減少第二黏著層424於結合時與結合之後的厚度。當第二黏著層424的厚度減少，可提高由磊晶結構402A/402B/402C所製成的發光二極體的發光效率。
如第十七圖所示，在結合第三基材420與磊晶結構402A/402B/402C後，自磊晶結構上移除第一黏著層418與第二基材416。例如，可使用雷射剝離(LLO)法或一酸蝕刻程序，以移除第一黏著層418與第二基材416。
如第十八圖所示，在移除第一黏著層418與第二基材416後，可沿著第十七圖所示的虛線分離第三基材420以及對應所需的磊晶結構402A/402B/402C，以形成發光二極體426A/426B/426C。分離第三基材420與磊晶結構402A/402B/402C的方法，例如，可包含切、割、鋸，及/或雷射。在某些實施例，利用一蝕刻程序分離第三基材420與磊晶結構402A/402B/402C。如第十八圖所示，發光二極體426A包含磊晶結構402A與基材420A，發光二極體426B包含磊晶結構402B與基材420B，發光二極體426C包含磊晶結構402C與基材420C。
前述第七圖至第十二圖的實施例，與第十三圖至第十八圖的實施例，利用一磊晶轉移技術形成複數個發光二極體在同一基材上。在某些實施例，第七至十二圖實施例的磊晶結構402A/402B/402C的厚度可較第十三至十八圖實施例的磊晶結構402A/402B/402C的厚度更薄。後者的磊晶結構使用較厚的厚度是為了避免磊晶結構在結合程序中破裂。例如，如果磊晶結構的厚度太薄，在結合程序進行時，第一型摻雜層406A/406B/406C上部分暴露的上表面可能會破裂。由於在第七至十二圖實施例的磊晶結構402A/402B/402C之間存在間隙，部分黏著層會流入間隙，並將施加於磊晶結構較薄區域的壓力釋放。此壓力釋放可允許使用較薄厚度的磊晶結構。
本發明並未侷限於所描述的實施例，應包含其可能的變化。本說明書所使用的術語僅為描述實施例所需，不應作為限制。除非特別說明，數量詞「一」與「該」也可能指的是複數。例如，「一裝置」包含兩個以上裝置的組合，「一材料」包含一複合材料。
根據本說明書，本領域熟悉技藝人士可據以做各種修飾、改變或替換。因此，本說明書僅是用於教示本領域熟悉技藝人士，例示如何實踐本發明，所述的實施例僅為較佳實施例。本領域熟悉技藝人士閱讀本案說明書後，知悉本案實施例中的哪些元件與材料可做替換，哪些元件或製程步驟順序可變更，哪些特徵可被單獨應用。凡其他未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包括在下述之申請專利範圍內。
100．．．水平式發光二極體
102．．．磊晶基材
104/204．．．磊晶結構
106/206．．．電極單元
108/208．．．N型摻雜層
110/210．．．P型摻雜層
112/212．．．發光結構
114/214．．．第一電極
116/216．．．第二電極
200．．．垂直式發光二極體
202．．．散熱基材
300．．．P型朝上氮化鎵發光二極體
302．．．P型氮化鎵摻雜層(第二型摻雜層)
304．．．發光層
306．．．N型氮化鎵摻雜層(第一型摻雜層)
307．．．未摻雜層
308．．．黏著層
310．．．反射層
312．．．基材
314．．．第一電極
316．．．第二電極
318．．．透明導電層
400/600．．．第一基材
402/402A/402B/402C/602．．．磊晶結構
404/604．．．未摻雜層
406/406A/406B/406C/606．．．第一型摻雜層
408/408A/408B/408C/608．．．發光層
410/410A/410B/410C/610．．．第二型摻雜層
412/612．．．第一電極
414/614．．．第二電極
416/616．．．第二基材
418/618．．．第一黏著層
420/420A/420B/420C．．．第三基材
422/620．．．反射層
424．．．第三黏著層
426/426A/426B/426C．．．P型朝上發光二極體
450．．．空隙
500．．．N型朝上氮化鎵發光二極體
502．．．N型氮化鎵摻雜層
504．．．發光層
506．．．P型氮化鎵摻雜層
507．．．未摻雜層
508．．．黏著層
510．．．反射層
512．．．基材
514．．．第一電極
516．．．第二電極
622．．．絕緣層
624．．．N型朝上發光二極體
以下將以圖式與其敘述詳細說明本發明較佳實施例的特徵與優點，但實施例僅作為例式而非限制，其中：
第一圖例示一種習知水平式發光二極體的結構。
第二圖例示一種習知垂直式發光二極體的結構。
第三圖顯示本發明一實施例的P型朝上氮化鎵(GaN)發光二極體。
第四A圖至第四F圖顯示本發明一實施例製造P型朝上發光二極體的方法。
第五圖顯示本發明一實施例的N型朝上氮化鎵(GaN)發光二極體。
第六A圖至第六E圖顯示本發明一實施例製造N型朝上發光二極體的方法。
第七圖顯示本發明一實施例中複數個已被分離的磊晶結構。
第八圖顯示以第一黏著層結合第七圖的結構與第二基材。
第九圖顯示自第八圖的結構中移除第一基材。
第十圖顯示以第三黏著層結合第九圖結構的磊晶結構與第三基材。
第十一圖顯示自第十圖結構的磊晶結構移除第一黏著層與第二基材。
第十二圖顯示自第十一圖結構分離第三基材以形成複數個發光二極體。
第十三圖顯示本發明一實施例在第一基材上未分離的磊晶結構。
第十四圖顯示以第一黏著層結合第十三圖的結構與第二基材。
第十五圖顯示自第十四圖的結構中移除第一基材。
第十六圖顯示以第二黏著層結合第三基材與第十五圖結構中的磊晶結構。
第十七圖顯示自第十六圖的結構中移除第一黏著層與第二基材。
第十八圖顯示自第十七圖的結構中，分離磊晶結構與第三基材，以形成複數個發光二極體。
以上本發明的各圖示可能不依照比例繪製，且所描述的具體細節僅作為例示而非限制。
第一圖例示一種習知水平式發光二極體的結構。
第二圖例示一種習知垂直式發光二極體的結構。
第三圖顯示本發明一實施例的P型朝上氮化鎵(GaN)發光二極體。
第四A圖至第四F圖顯示本發明一實施例製造P型朝上發光二極體的方法。
第五圖顯示本發明一實施例的N型朝上氮化鎵(GaN)發光二極體。
第六A圖至第六E圖顯示本發明一實施例製造N型朝上發光二極體的方法。
第七圖顯示本發明一實施例中複數個已被分離的磊晶結構。
第八圖顯示以第一黏著層結合第七圖的結構與第二基材。
第九圖顯示自第八圖的結構中移除第一基材。
第十圖顯示以第三黏著層結合第九圖結構的磊晶結構與第三基材。
第十一圖顯示自第十圖結構的磊晶結構移除第一黏著層與第二基材。
第十二圖顯示自第十一圖結構分離第三基材以形成複數個發光二極體。
第十三圖顯示本發明一實施例在第一基材上未分離的磊晶結構。
第十四圖顯示以第一黏著層結合第十三圖的結構與第二基材。
第十五圖顯示自第十四圖的結構中移除第一基材。
第十六圖顯示以第二黏著層結合第三基材與第十五圖結構中的磊晶結構。
第十七圖顯示自第十六圖的結構中移除第一黏著層與第二基材。
第十八圖顯示自第十七圖的結構中，分離磊晶結構與第三基材，以形成複數個發光二極體。
以上本發明的各圖示可能不依照比例繪製，且所描述的具體細節僅作為例示而非限制。
402A/402B/402C．．．磊晶結構
420A/420B/420C．．．第三基材
426A/426B/426C．．．P型朝上發光二極體
Claims (10)
- 一種形成複數個半導體發光裝置的方法，包括：
在一第一暫時基材上，形成一磊晶結構，其中該磊晶結構具有一第一型摻雜層、一發光層、一第二型摻雜層；
分離該磊晶結構，使在該第一暫時基材上形成複數個磊晶結構；
藉由一第一黏著層將一第二暫時基材耦接至該複數個磊晶結構的一上表面；
移除該第一暫時基材，以暴露出該複數個磊晶結構的一底面；
藉由一第二黏著層將一永久半導體基材耦接至該複數個磊晶結構的該底面；
移除該第一黏著層與該第二暫時基材；以及
分離該永久半導體基材成複數個部分，其中每個該複數個部分包含至少一該複數個磊晶結構，以形成複數個半導體發光裝置。 - 如申請專利範圍第1項的方法，更包含切割、蝕刻或使用一雷射將該磊晶結構分離，而形成該複數個磊晶結構。
- 如申請專利範圍第1項的方法，更包含以該複數個磊晶結構作為依據，切割、蝕刻或使用一雷射將該永久半導體基材分離，而形成該複數個部分。
- 如申請專利範圍第1項的方法，更包含形成一反射層位於該永久半導體基材與該第二黏著層之間。
- 如申請專利範圍第1項的方法，更包含形成複數個第一接觸墊在該第一型摻雜層上，形成複數個第二接觸墊在該第二型摻雜層上，使得每個該半導體發光裝置的該第一型摻雜層上具有至少一該第一接觸墊，以及該第二型摻雜層上具有至少一該第二接觸墊。
- 如申請專利範圍第1項的方法，其中該第一型摻雜層包含N型摻雜層，該第二型摻雜層包含P型摻雜層，該發光層包含一多重量子井結構或一單層量子井結構。
- 如申請專利範圍第1項的方法，更包含將該磊晶結構的該底面粗糙化。
- 如申請專利範圍第1項的方法，更包含利用一雷射剝離法以移除該第一暫時基材，而暴露出該複數個磊晶結構的該底面。
- 如申請專利範圍第1項的方法，更包含利用一酸蝕刻程序，將該第一黏著層與該第二暫時基材由該複數個磊晶結構的該上表面移除。
- 如申請專利範圍第1項的方法，其中該第一黏著層的熔點高於該第二黏著層的熔點。
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