TW201308664A - 發光二極體的製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體的製造方法，在基板的上表面實行雷射切割製程與側邊蝕刻製程以在磊晶層側邊形成斜面，另在基板的下表面實行隱形雷射切割製程以切割基板。在基板上表面的雷射畫線深度會小於磊晶層的厚度以避免在基板側邊產生燒痕，而側邊蝕刻製程所形成的斜面則可以增加發光效率。

Description

發光二極體的製造方法
本發明是有關於一種發光二極體的製造方法，且特別是有關於一種可提高取光效率的發光二極體的製造方法。
發光二極體(Light Emitting Diode,簡稱LED)主要由P型與N型的半導體材料組成，它能產生在紫外線、可見光以及紅外線區域內的自幅射光。一般可見光的發光二極體大部份應用在電子儀器設備的指示器或是照明，而紅外線的發光二極體則應用於光纖通訊方面。發光二極體初時多用作為指示燈、顯示板等，但隨著白光發光二極體的出現，也被用作照明。由於LED具有省電、壽命長、亮度高等諸多優點，近來在環保與節能省碳的趨勢下，LED的應用愈來愈廣泛，例如交通號誌、路燈、手電筒與液晶顯示的背光模組等。
傳統的發光二極體晶粒切割技術是利用鑽石畫線技術，以物理方式切割晶圓基板，然後以劈裂機作切段，使晶圓分裂為發光二極體晶粒。較先進的切割製程則是採用雷射切割機(laser scriber)來進行晶圓切割，其主要分為一般雷射切割(laser scribing)製程與隱形雷射切割(stealth dicing)製程兩種。雷射切割製程是直接在晶圓表面燒蝕畫線，而在隱形雷射切割製程則是穿透晶圓表面，使晶圓內部形成應力層(stress layer)，讓晶圓由內部劈裂。
傳統的雷射切割(laser scribing)會產生微塵以及雷射燒痕，容易影響發光二極體的發光效率。隱形雷射切換製程雖較不會有微塵噴濺的問題，但價格較為昂貴，且無法在磊晶層側邊形成倒角以協助取光。
本發明提供一種發光二極體的製造方法，其利用雷射切割製程與側邊蝕刻製程在磊晶層側邊形成斜面以增加出發光效率(Light Extraction Efficiency)，另，利用隱形雷射切割製程來切割基板，避免產生雷射燒痕而影響發光效率。
本發明實施例提出一種發光二極體的製造方法，包括下列步驟：提供一基板；在基板上表面形成一磊晶層；形成複數個發光二極體高台；對基板上表面進行一雷射切割製程或一乾蝕刻製程，以在發光二極體高台周圍形成溝槽；對發光二極體高台進行一側邊蝕刻製程；以及對基板下表面進行一隱形雷射切割製程。側邊蝕刻製程可以在磊晶層側邊形成斜面以增加出光效率，而雷射切割製程則可以避免切割時在基板側邊產生雷射燒痕而影響出光效率。
綜合上述，本發明所提出的發光二極體的製造方法，係利用雷射切割製程、側邊蝕刻製程與隱形雷射切割製程來切割基板，以提高發光二極體的發光效率。雷射切割製程與側邊蝕刻製程施加在基板正面，可以在磊晶層側邊形成倒角以增加出光，而切割基板時，採用背面切割的隱形雷射切割製程，可以避免產生雷射燒痕，而提高出光效率。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
在下文中，將藉由圖式說明本發明之實施例來詳細描述本發明，而圖式中的相同參考數字可用以表示類似的元件。
本發明實施例為一種發光二極體的製造方法，可以應用在一般的發光二極體製程中，以提高其出光效率。本實施例在形成發光二極體高台(mesa)後，會先對基板上表面(正面)使用雷射切割製程或乾蝕刻製程以在發光二極體高台周圍形成淺深度的溝槽，然後利用側邊蝕刻(sidewall etching)製程，在磊晶層側邊形成斜面，以提高取光效率(Light Extraction Efficiency)。然後，再經由基板背面施行隱形雷射切割製程以切割晶圓。藉由上述方式所產生的發光二極體晶粒，其磊晶層具有側邊蝕刻所產生的斜面可以增加出光效率，而基板側邊則是利用隱形雷射切割而避免燒結痕跡產生，同樣可以增添出光效率。值得注意的是正面雷射切割的深度會小於至等於磊晶層的厚度，以避免雷射劃線時，在基板側邊產生燒結痕跡而影響出光。
請參照圖1A~1G，其繪示本發明一實施例的製程示意圖。基板110的上表面形成磊晶層105，磊晶層105包括緩衝層120、N型半導體層130、主動層140與P型半導體層150，如圖2A所示。基板110的材質例如藍寶石(sapphire)、GaP、GaAs、AlGaAs、碳化矽(SiC)。本實施例的基板110以藍寶石基板為例說明，晶格方向例如為(0001)，但本發明不限制所使用的基板材質與晶格方向。基板110與N型半導體層130之間的緩衝層120可以是氮化鎵鋁(AlGaN)，但本實施例不限制於此。磊晶層105可以利用有機金屬化學氣相沉積法(metal organic chemical-vapor deposition,MOCVD)、液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy,LPE)或分子束磊晶法(Molecular Beam epitaxy,MBE)來形成，本實施例不限制磊晶方式。
N型半導體層130例如是矽(Si)參雜的氮化鎵(GaN)，P型半導體層150例如是鎂(Mg)參雜的氮化鎵(GaN)，主動層140則可以是多重量子井(Multiquantum Well,MQW)結構，例如為氮化銦鎵/氮化鎵(In0.3Ga0.7N/GaN)量子井結構，但本實施例不限制於此。
接下來，在形成磊晶層105後，蝕刻磊晶層105以形成複數個發光二極體高台(Mesa)101、102，如圖1B所示。蝕刻的方式例如為乾蝕刻(Dry etching)，但本實施例不受限於此。發光二極體高台101、102的周圍會露出N型半導體層130，以便蒸鍍金屬電極。
然後，在發光二極體高台101、102周圍形成溝槽(trench)160，以便切割晶圓為發光二極體晶粒，如圖1C所示。溝槽160可以利用雷射切割製程(雷射畫線)或是乾蝕刻(dry etching)製程形成，本實施例並不限制所使用的製程。值得注意的是，正面雷射畫線或乾蝕刻的深度會小於至等於磊晶層105的厚度以避免在基板110側邊產生雷射燒痕，而影響出光效率。在本實施例中，溝槽160的深度會小於10um，並且不會超過緩衝層120。
接下來，對發光二極體高台101、102側邊進行側邊蝕刻製程以產生斜面170，如圖1D所示。斜面170與基板110之間所形成的小於90度的夾角α，例如為40(±5)度或60(±5)度，但本實施例不限制於此。側邊蝕刻製程可以利用高溫磷酸濕式化學蝕刻技術來實現，但本實施例不限制於此。側邊蝕刻可以去除雷射畫線所產生的粉塵，並且可以在磊晶層105(P型半導體層150與主動層140)的側邊形成斜面以增加出光效率。
值得注意的是，在進行側邊蝕刻製程時，可以在磊晶層105上形成二氧化矽以作為蝕刻遮罩層，然後利用高溫磷酸與硫酸混合液蝕刻磊晶層105，但本實施例不限制所使用的蝕刻溶液與方式。
然後，在發光二極體高台101、102上形成電流阻擋層(current blocking layer)181、電流擴散層182與導電電極183、184，如圖1E所示。電流阻擋層181例如為二氧化矽(SiO2)，其厚度例如為0.8~2.4k埃()，但本實施例不限制於此。電流擴散層182的厚度為1~3 k(埃)，可利用具有低側向電阻的材料形成，使電流容易向側邊擴散，其材質例如是氧化銦錫(ITO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)以及鎳/金(Ni/Au)等，但本實施例不限制於上述材質。電流擴散層182覆蓋在電流阻擋層181之上，可以讓電流分散至電流阻擋層181以外的區域，以增加出光效率。導電電極183可由蒸鍍Cr/Pt/Au(鉻/鉑/金)或Ni/Au(鈦/金)形成，導電電極184可由蒸鍍Cr/Pt/Au(鉻/鉑/金)或Ti/Al/Pt/Au(鈦/鉑/金)形成，膜厚範圍15~22 k，但本實施例不限制於此。導電電極183、184可利用蒸鍍方式形成的低電阻介面，可做為金屬與半導體之間的雙向溝通，形成歐姆接觸(ohmic contact)。
接下來，對基板110下表面(底部)進行隱形雷射切割製程，其切割位置190與正面的雷射切割製程的畫線位置相對應，如圖1F所示。也就是說，切割位置190與溝槽160的位置相對應。換言之，本實施例在基板110正面使用雷射切割製程與側邊蝕刻製程，以在發光二極體高台101、102側邊形成斜面170與夾角α以提高出光效率，另外在基板110背面利用隱形雷射切割製程來切割晶圓以避免在基板110側邊產生雷射燒痕而影響出光效率。
值得注意的是，為避免正面的雷射切割製程在基板110側邊產生燒痕，所以正面的雷射切割製程的深度小於磊晶層105的厚度，且小於10um。另外，隱形雷射切割製程的深度例如為40um至60um，但本實施例並不限制於此。
在完成隱形雷射切割製程後，基版110可以經由劈裂(breaking)製程形成複數個發光二極體晶粒(LED cell)，如圖1G所示。上述切割晶圓的製程中，更包括貼膠(mounting on tape)、延展(expand)與封裝等製程細節，本技術領域具有通常知識者應可經由上述實施例推知其實現方式，在此不加贅述。
上述圖1A~1G中的發光二極體製程僅為示意，其製程細節所包括之曝光、微影、蝕刻、磊晶、劈裂等半導體製程可依照設計需求調整，本技術領域具有通常知識者應可經由上述實施例推知其實施細節，在此不加贅述。另外，上述圖1A~1G中的發光二極體結構可以依照設計需求調整，例如進行基板背面粗糙化(Sapphire Backside Roughing;SBR)等製程來增加發光效率。
由上述圖1A至圖1G，可以歸納出一種發光二極體的製造方法，如圖2所示，其繪示本發明一實施例的發光二極體的製造方法流程圖。首先，提供一基板(步驟S201)，然後在基板110的上表面形成一磊晶層(步驟S210)。接著形成複數個發光二極體高台(步驟220)。接下來，對基板110的上表面進行雷射切割製程或乾蝕刻製程，以在該些發光二極體高台101、102周圍形成溝槽160(步驟S230)。然後，對該些發光二極體高台101、102進行一側邊蝕刻製程，以形成倒角(步驟S240)。在步驟S240後，對基板110的下表面進行隱形雷射切割製程，以切割基板110(步驟S250)。在完成隱形雷射切割製程後，對基板110進行劈裂(breaking)製程以形成複數個發光二極體晶粒(步驟S260)。
此外，值得注意的是，上述發光二極體的製造方法中更包括電流阻擋層181、電流擴散層(透明電極)182與導電電極184的製作，以及元件封裝等製程，本技術領域具有通常知識者應可經由上述實施例推知其實施方式，在此不加贅述。此外，本發明的製造方法可適用於不同結構的發光二極體，並不限制於上述圖1A至圖1G。
綜上所述，本發明利用雷射切割製程與側邊蝕刻製程，在基板正面的磊晶層側邊形成倒角，以增加出光效率，並且利用隱形雷射切割製程，由基板背面進行雷射切割，以避免產生雷射燒痕，而影響出光效率。
雖然本發明之較佳實施例已揭露如上，然本發明並不受限於上述實施例，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明所揭露之範圍內，當可作些許之更動與調整，因此本發明之保護範圍應當以後附之申請專利範圍所界定者為準。
101、102．．．發光二極體高台
105．．．磊晶層
110．．．基板
120．．．緩衝層
130．．．N型半導體層
140．．．主動層
150．．．P型半導體層
160．．．溝槽
170．．．斜面
181．．．電流阻擋層
182．．．電流擴散層
183、184．．．導電電極
190．．．切割位置
α．．．夾角
S201~S260．．．步驟
圖1A~1G繪示本發明一實施例的製程示意圖。
圖2繪示本發明一實施例的發光二極體的製造方法流程圖。
S201~S260．．．步驟

Claims (13)

  1. 一種發光二極體的製造方法，包括：提供一基板於基板一上表面形成一磊晶層；形成至少一發光二極體高台對該基板的該上表面進行一雷射切割製程或一乾蝕刻製程，以在該些發光二極體高台周圍形成溝槽；對該些發光二極體高台進行一側邊蝕刻製程；以及對該基板的一下表面進行一隱形雷射切割製程。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製造方法，其中在對該基板的該上表面進行該雷射切割製程或該乾蝕刻製程之步驟中，該雷射切割製程的切割深度小於至等於該磊晶層的厚度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製造方法，其中在對該基板的該上表面進行該雷射切割製程或該乾蝕刻製程之步驟中，該乾蝕刻製程的蝕刻深度小於至等於該磊晶層的厚度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製造方法，其中在進行該側邊蝕刻製程之步驟中，該側邊蝕刻製程係用以清除雷射畫線時所產生的粉塵。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製造方法，其中在進行該側邊蝕刻製程之步驟中，該側邊蝕刻製程係用以在該些發光二極體高台的側邊形成斜面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製造方法，其中該雷射切割製程與該隱形雷射切割製程的切割位置相對應。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製造方法，其中該基板為藍寶石基板。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製造方法，其中各該發光二極體高台至少包括一N型半導體層、一主動層與一P型半導體層。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製造方法，更包括：對該基板進行一劈裂製程以形成複數個發光二極體晶粒。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製造方法，其中該雷射切割製程或乾蝕刻製程的切割深度係根據該磊晶層厚度調整，且小於等於10微米。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製造方法，其中該隱形雷射切割製程的深度為40微米至60微米。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製造方法，其中在該側邊蝕刻製程使該些發光二極體高台的側邊形成斜面，該些發光二極體高台的斜面與該基板之間的夾角為α，α小於90度。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的製造方法，其中在進行該側邊蝕刻製程後，更包括：形成一電流阻擋層；形成一電流擴散層；以及形成一第一導電電極與一第二導電電極於對應之發光二極體高台上。
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