TW201324843A - 發光二極體之製作方法 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體的製作方法包括形成一磊晶結構於一磊晶基板的一第一側之上；形成一反射層於磊晶結構之上；形成一第一接合層於反射層之上；提供一導電基板；形成一第二接合層於導電基板上，透過第一接合層與第二接合層以接合導電基板於反射層上；由磊晶基板的一第二側移除部份磊晶基板及磊晶結構，以形成至少一通道；分離磊晶基板及磊晶結構；以及形成一隔離溝槽於磊晶結構，隔離溝槽係暴露出反射層。

Description

發光二極體之製作方法

本發明係關於一種製作方法，特別是關於一種發光二極體的製作方法。

發光二極體是一種由半導體材料製作而成的發光元件，具有耗電量低、元件壽命長、反應速度快等優點，再加上體積小容易製成極小或陣列式元件的特性，因此近年來隨著技術不斷地進步，其應用範圍也由指示燈、背光源甚至擴大到了照明領域。

請參照圖1所示，其為習知製作發光二極體的流程示意圖。首先於一磊晶基板11形成具有一n-GaN層121、一多重量子井層122及一p-GaN層123的磊晶結構12，接著間隔形成具有鎳之一遮罩層13及一光阻層14於磊晶結構12上，具有鎳材質之遮罩層13可保護磊晶結構12，避免後續之製程損傷到磊晶結構12。

接續由遮罩層13及光阻層14之間，以蝕刻方式去除磊晶結構12直至暴露磊晶基板11，形成發光二極體元件之排氣通道，且透過排氣通道定義出單顆之發光二極體。之後，移除遮罩層13及光阻層14，並以蒸鍍之方式形成一反射層15及一接合層16於磊晶結構12上。接續，將導電基板17以接合的方式形成於接合層16，並以雷射聚焦於與磊晶基板11相連接之n-GaN層121，使磊晶基板11與磊晶結構12剝離(lift-off)。接下來，分別形成二電極18於相對的兩側，其中一電極18係設置於n-GaN層121之上，另一電極18係設置於導電基板17之下。最後，再以切割之方式形成複數發光二極體之晶粒。

於上述中之發光二極體之製作中，由於發光二極體排氣通道的設置，所以反射層15的周圍暴露於空氣中，容易使反射層15因化學藥劑及高溫製程的影響，使反射層15的邊緣有劣化及受損的情形產生，以導致反射率下降。

於另一習知製作發光二極體技術中，未於磊晶結構上設置排氣通道，而設置反射層及接合層於完整之磊晶結構上之後，接著以雷射之方式聚焦於與磊晶基板相連接之n-GaN層，使磊晶基板與磊晶結構玻璃剝離，最後再以蝕刻的方式去除部份磊晶結構、反射層、接合層及導電基板，以定義出單顆的發光二極體。此技術之製作中，反射層可以得到較好的保護，不容易有劣化及受損的現象產生。但是另一方面，在此一習知技術由於未設置排氣通道於磊晶結構中，因此磊晶結構應力無法得到釋放而使得磊晶結構產生翹曲現象，故當以雷射聚焦於磊晶結構的n-GaN層，以分離磊晶結構及磊晶基板時，磊晶層的應力以及n-GaN解離的氣體，易使得磊晶結構的邊緣破裂及受損。

因此，如何提供一種發光二極體的製作方法，可改善磊晶結構及反射層劣化受損情況，是業者一直努力的目標。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種發光二極體的製作方法，可減少磊晶結構翹曲及反射層的劣化受損情形，以確保磊晶結構及反射層的完整性，進而提高整體發光二極體的品質及發光效率。

為達上述之目的，本發明提供一種發光二極體的製作方法包括形成一磊晶結構於一磊晶基板的一第一側之上；形成一反射層於磊晶結構之上；形成一第一接合層於反射層之上；提供一導電基板；形成一第二接合層於導電基板上，透過第一與第二接合層以接合導電基板於反射層上；由磊晶基板的一第二側移除部份磊晶基板及磊晶結構，以形成至少一通道；分離磊晶基板及磊晶結構；以及形成一隔離溝槽於磊晶結構，隔離溝槽係暴露出反射層。

為達上述之目的，本發明提供一種發光二極體的製作方法包括形成一磊晶結構於一磊晶基板的一第一側之上；形成一反射層於磊晶結構之上；形成一第一接合層於反射層之上；提供一導電基板；形成一第二接合層於導電基板上，透過第一接合層與第二接合層以接合導電基板於反射層上；同一道雷射製程移除部份磊晶基板及磊晶結構，以形成至少一通道；分離磊晶基板及磊晶結構；以及形成一隔離溝槽於磊晶結構，隔離溝槽係暴露出反射層。

於本發明之一較佳實施例中，磊晶結構具有一第一半導體層、一主動層及一第二半導體層。

於本發明之一較佳實施例中，反射層係經過蒸鍍以及合金製程，以形成於磊晶結構之上。

於本發明之一較佳實施例中，第一接合層係以蒸鍍方式形成於反射層之上。

於本發明之一較佳實施例中，第一接合層與第二接合層係為複合金屬層。

於本發明之一較佳實施例中，於移除部份磊晶基板及磊晶結構之步驟前，更包括減薄磊晶基板。

於本發明之一較佳實施例中，係以研磨及拋光製程之方式減薄磊晶基板。

於本發明之一較佳實施例中，移除部份磊晶基板及磊晶結構，係以雷射照射磊晶基板及磊晶結構。

於本發明之一較佳實施例中，形成隔離溝槽之步驟前，更包括形成一遮罩層於磊晶結構。

於本發明之一較佳實施例中，形成隔離溝槽之步驟係以蝕刻方式進行。

於本發明之一較佳實施例中，隔離溝槽與通道係於相同位置。

於本發明之一較佳實施例中，以隔離溝槽定義單顆的發光二極體晶粒。

於本發明之一較佳實施例中，製作方法更包括形成一電流散佈層於磊晶結構之上。

於本發明之一較佳實施例中，製作方法更包括形成一第一電極於磊晶結構之上；以及形成一第二電極於導電基板。

承上所述，本發明發光二極體的製作方法係於接合導電基板及接合層之後，減薄磊晶基板，並自磊晶基板之第二側以雷射製程之方式移除部份磊晶基板及磊晶結構，以形成通道，藉此通道排放解離時所產生的氣體，並且因為通道係設置於至少部分磊晶結構中，原本在磊晶製程後磊晶結構會存在相當大的應力，而造成磊晶基板與磊晶結構的翹曲現象，透過該些通道的設置可以協助改善因磊晶結構應力之問題而產生的翹曲現象，進而可提高雷射聚焦的精準度。另外，本發明之製作方法係於切割晶粒時，才切穿反射層及接合層，據此於製作發光二極體的過程中，能降低反射層與空氣接觸的面積，有效保護反射層，避免因化學藥劑而使反射層產生劣化情形，進而提高發光二極體的品質並延展其壽命。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種發光二極體的製作方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

請參照圖2所示，其為依據本發明較佳實施例之一種發光二極體的製作方法流程圖。本實施例之製作方法係包括步驟S01至步驟S09。

請同時參照圖2、圖4及圖5所示，其中圖4及圖5為本發明之發光二極體於製作中的示意圖。於步驟S01中，係形成一磊晶結構22於一磊晶基板21的一第一側211之上。本實施例之磊晶基板21係以藍寶石基板(Sapphire)為例。當然磊晶基板21還可以是碳化矽、氧化鋁、氮化鎵、玻璃、石英、磷化鎵或砷化鎵基板等等。

形成磊晶結構22的主要磊晶方法有液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy,LPE)、氣相磊晶法(Vapor Phase Epitaxy,VPE)及有機金屬氣相磊晶法(Metal-organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)。另外，磊晶結構22以材料能隙來看，常用的Ⅲ族-Ⅴ族元素組成大至可分成四類，分別為：GaP/GaAsP系列、AlGaAs系列、AlGaInP系列、以及GaN系列。於此以具有一第一半導體層221、一主動層222及一第二半導體層223的結構為例。藉由靠近磊晶基板21至遠離磊晶基板21依序為第一半導體層221、主動層222及第二半導體層223。其中，第一半導體層221與第二半導體層223係具不同電性，當第一半導體層221為P型時，第二電性半導體層223為N型；而當第一半導體221層為N型時，第二半導體層223則為P型。於此，第一半導體層221係為N型氮化鎵(GaN)，主動層222係為多重量子井(Multiple quantum-well,MQW)結構，而第二半導體層223係為P型氮化鎵。

於步驟S02中，係形成一反射層23於磊晶結構22之上。經過電子槍蒸鍍或濺鍍製程以將反射層23設置於磊晶結構22上，並於325～550℃的溫度中進行合金(annealing)步驟，透過合金步驟以熱量來減少磊晶結構22與反射層23間的接觸電阻，並能提高反射層23對光線的反射率。另外，本實施例之反射層23係為複合層，反射層23之材質依蒸鍍順序可依序為鎳/銀/鎳/鉑/金或鎳/銀/鈦/鉑/金。

形成反射層23於磊晶結構22之後，係執行步驟S03，形成一第一接合層24於反射層23之上。第一接合層24亦以蒸鍍方式形成於反射層23之上。本實施例之第一接合層24係為複合金屬層，其材質例如依序為鉻/鉑/金或鈦/鉑/金，其中鉻或鈦是作為與反射層23接著之用，而鉑則作為阻擋層用以阻止鉻與金原子互相擴散，金則是用以後續製程的接合。

接著參照圖2及圖6所示，圖6為本發明較佳實施之發光二極體於製作中的示意圖。於步驟S04及步驟S05，提供一導電基板25，並形成一第二接合層26於導電基板25上，透過第二接合層26與第一接合層24以接合導電基板25於反射層23上。更詳細來說，先將第二接合層26以例如蒸鍍之方式形成於導電基板25之上，再將第二接合層26接合於第一接合層24，俾使得導電基板25接合於反射層23。其中，第二接合層26之材質依序為鉻/鉑/金或鈦/鉑/金，藉由將第一接合層24之金與第二接合層26之金加熱加壓而使第一接合層24與第二接合層26相接合，因此，第二接合層26的最下層之材質係為金，而第一接合層24的最上層之材質亦為金。

請參照圖2、圖3、圖7及圖8所示，其中圖3為本發明之發光二極體製作方法的另一流程圖；圖7及圖8為本發明之發光二極體於製作中的示意圖。於接合導電基板25於反射層23之後，係執行步驟S51，減薄磊晶基板21。本實施例係以研磨及拋光等製程，減少磊晶基板21的厚度。原本磊晶基板21的厚度約為大於440μm，可先將磊晶基板21研磨至50～100μm，最後再以拋光製程將磊晶基板21減薄至20～40μm。

接續，於步驟S05或步驟S51之後，係執行步驟S06或步驟S07，其中步驟S06係為，由磊晶基板21的一第二側212移除部份磊晶基板21及磊晶結構22，以形成至少一通道27。其中，通道27的作用將詳述於後。更詳細來說，步驟S06係由磊晶基板21相對於設有磊晶結構22的一側，也就是說由磊晶基板21的第二側212，移除部份磊晶基板21及磊晶結構22，由圖7的圖面來說，係由下往上以直線方向移除磊晶基板21及部分磊晶結構22，但未完全移除磊晶結構22，藉此形成通道27於磊晶基板21及磊晶結構22之間，且通道27與反射層23之間係仍具有部分磊晶結構22。另外，本實施例係可例如以雷射照射之方式移除部份磊晶基板21及磊晶結構22，然非限用於本發明。

步驟S07係為，同一道雷射製程移除部份磊晶基板21及磊晶結構22，以形成至少一通道27。其中，通道27的作用亦詳述於後。更詳細來說，步驟S07係以雷射製程之方法同時移除部份的磊晶基板21及磊晶結構22，由圖7的圖面來說，係自磊晶基板21的第二側212由下往上，以雷射之方式移除磊晶基板21及部分磊晶結構22，但未完全移除磊晶結構22，藉此形成通道27於磊晶基板21及磊晶結構22之間，且通道27與反射層23之間係仍具有部分磊晶結構22。

值得注意的是，以實質上垂直磊晶結構22的堆積方向來說，步驟S06及S07係移除磊晶基板21至部分磊晶結構22，其中移除磊晶結構22的厚度範圍並非限用於限制本發明，可依據實施例的不同，而移除不同厚度的磊晶結構22，例如但不限於3μm或5μm等，以不切穿磊晶結構22為最佳。另外，本實施例之通道27由如圖7的俯視方向來看的話，係可以形成於預設之發光二極體晶粒的周圍，以形成至少一多邊形為例，然非限用於本發明，於其他實施例中，可依設計及應用的環境不同，而將通道形成不同尺寸及形狀，如長方形或圓形等。

參照圖2、圖3、圖7、圖9至圖11所示，其中圖9至圖11為本發明之發光二極體於製作中的示意圖。接續，於步驟S08中，分離磊晶基板21及磊晶結構22。本實施例係以雷射聚焦於磊晶結構22之第一半導體層靠近磊晶基板21之一側，透過雷射聚焦解離部份之第一半導體層，以分離磊晶基板21及磊晶結構22。由於，以雷射聚焦於半導體層而造成解離時會產生氣體，而這些氣體則可以藉由通道27將氣體排出。

接續，於步驟S81，形成一遮罩層28於磊晶結構22。其中，遮罩層28係可透過微影、蒸鍍與浮離(lift-off)等製程而間隔設置於磊晶結構22，通道27係於遮罩層28之間，並未被遮罩層28覆蓋。於此，遮罩層28的材質係例如可包含鈦、鎳或兩者之組合。

接續，於步驟S09中，形成一隔離溝槽29於磊晶結構22，隔離溝槽29係暴露出反射層23。更詳細來說，利用蝕刻製程且以遮罩層28為蝕刻遮罩，以移除未被遮罩層28所覆蓋的部份磊晶結構22，直至暴露反射層23，而形成於後續可定義發光二極體晶粒之隔離溝槽29。在本實施例中由於通道27係位於遮罩層28之間，亦即由通道27以蝕刻方式移除部份磊晶結構22，進而延長了通道27的深度而形成隔離溝槽29，其中，通道27與隔離溝槽29係可設置於相同位置。此外，藉由隔離溝槽29的形成可以定義出單顆的發光二極體晶粒。以垂直方向來說，隔離溝槽29係切穿磊晶結構22直至暴露部分反射層23。其中，蝕刻之技術可為感應耦合電漿離子蝕刻(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etch,ICP-RIE)。

於步驟S91及步驟S92，先移除遮罩層28，再形成一電流散佈層30於磊晶結構22。其中，係可以微影、蒸鍍與浮離製程之方式形成電流散佈層30。本實施例之電流散佈層30係為一銦錫氧化物(ITO)之透明導電膜。

接著，步驟S93，形成一第一電極31於磊晶結構22之上及形成一第二電極32於導電基板25。更詳細來說，第一電極31及第二電極32係分別設置於發光二極體的相對兩側，第一電極31形成於電流散佈層30之上；而第二電極32形成於導電基板25之下。其中，第一電極31及第二電極32也為複合金屬層，其材質係為鈦/鉑/金或鉻/鉑/金。

請參照圖3及圖12所示，圖12為本發明較佳實施例之發光二極體的示意圖。最後，步驟S94，切割發光二極體2以形成複數發光二極體晶粒。本實施例之發光二極體2係為垂直導通式。

綜上所述，本發明發光二極體的製作方法係於接合導電基板及接合層之後，減薄磊晶基板，並自磊晶基板之第二側以雷射製程之方式移除部份磊晶基板及磊晶結構，以形成通道，藉此通道排放解離時所產生的氣體，並且因為通道係設置於至少部分磊晶結構中，原本在磊晶製程後磊晶結構會存在相當大的應力，而造成磊晶基板與磊晶結構的翹曲現象，透過該些通道的設置可以協助改善因磊晶結構應力之問題而產生的翹曲現象，進而可提高雷射聚焦的精準度。另外，本發明之製作方法係於切割晶粒時，才切穿反射層及接合層，據此於製作發光二極體的過程中，能降低反射層與空氣接觸的面積，有效保護反射層，避免因化學藥劑而使反射層產生劣化情形，進而提高發光二極體的品質並延展其壽命。

與習知技術相比較，本發明之發光二極體的製作方法，可降低磊晶結構及反射層的毀損及劣化情形，以確保磊晶結構及反射層的完整性，進而提高整體發光二極體的品質及發光效率。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

11、21．．．磊晶基板

12、22．．．磊晶結構

121．．．n-GaN層

122．．．多重量子井層

123．．．p-GaN層

13、28．．．遮罩層

14．．．光阻層

15、23．．．反射層

16．．．接合層

17、25．．．導電基板

18．．．電極

2．．．發光二極體

211．．．第一側

212．．．第二側

221．．．第一半導體層

222．．．主動層

223．．．第二半導體層

24．．．第一接合層

26．．．第二接合層

27．．．通道

29．．．隔離溝槽

30．．．電流散佈層

31．．．第一電極

32．．．第二電極

S01～S09、S51、S81、S91～S94．．．步驟

圖1為習知製作發光二極體的流程示意圖；

圖2為本發明較佳實施例之一種發光二極體製作方法的流程圖；

圖3為本發明之發光二極體製作方法的另一流程圖；

圖4至圖11為本發明較佳實施例之之發光二極體於製作中的示意圖；以及

圖12為本發明較佳實施例之發光二極體的示意圖。

S01～S09．．．步驟

Claims (15)

1. 一種發光二極體的製作方法，包括：形成一磊晶結構於一磊晶基板的一第一側之上；形成一反射層於該磊晶結構之上；形成一第一接合層於該反射層之上；提供一導電基板；形成一第二接合層於該導電基板上，透過該第一接合層與該第二接合層以接合該導電基板於該反射層上；由該磊晶基板的一第二側移除部份該磊晶基板及該磊晶結構，以形成至少一通道；分離該磊晶基板及該磊晶結構；以及形成一隔離溝槽於該磊晶結構，該隔離溝槽係暴露出該反射層。
2. 一種發光二極體的製作方法，包括：形成一磊晶結構於一磊晶基板的一第一側之上；形成一反射層於該磊晶結構之上；形成一第一接合層於該反射層之上；提供一導電基板；形成一第二接合層於該導電基板上，透過該第一接合層與該第二接合層以接合該導電基板於該反射層上；同一道雷射製程移除部份該磊晶基板及該磊晶結構，以形成至少一通道；分離該磊晶基板及該磊晶結構；以及形成一隔離溝槽於該磊晶結構，該隔離溝槽係暴露出該反射層。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製作方法，其中該磊晶結構具有一第一半導體層、一主動層及一第二半導體層。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製作方法，其中該反射層係經過蒸鍍以及合金製程，以形成於該磊晶結構之上。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製作方法，其中該第一接合層係以蒸鍍方式形成於該反射層之上。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製作方法，其中該第一接合層與該第二接合層係分別為複合金屬層。
7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製作方法，其中移除部份該磊晶基板及該磊晶結構之步驟前，更包括：減薄該磊晶基板。
8. 如申請專利範圍第7項所述之製作方法，其中係以研磨及拋光製程之方式減薄該磊晶基板。
9. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中移除部份該磊晶基板及該磊晶結構，係以雷射照射該磊晶基板及該磊晶結構。
10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製作方法，其中形成隔離溝槽之步驟前，更包括：形成一遮罩層於該磊晶結構。
11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製作方法，其中形成該隔離溝槽之步驟，係以蝕刻方式進行。
12. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製作方法，其中該隔離溝槽與該通道係於相同位置。
13. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製作方法，其中以該隔離溝槽定義單顆的發光二極體晶粒。
14. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製作方法，更包括：形成一電流散佈層於該磊晶結構之上。
15. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製作方法，更包括：形成一第一電極於該磊晶結構之上；以及形成一第二電極於該導電基板。