TW201327914A

TW201327914A - 晶圓級發光二極體結構之製造方法

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Publication number: TW201327914A
Application number: TW100149473A
Authority: TW
Inventors: Yao-Jun Tsai; Chen-Peng Hsu; Kuo-Feng Lin; Hsun-Chih Liu; Hung-Lieh Hu; Chien-Jen Sun
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-07-01
Also published as: TWI466327B; CN103187491B; CN103187491A

Abstract

一種晶圓級發光二極體結構之製造方法，包含：提供一生長基板，其上依序成長有一第一半導體層、一發光層及一第二半導體層；對該第一半導體層、該發光層及該第二半導體層進行一圖形化製程，定義出複數第一凹陷區以及複數第二凹陷區，其中複數疊層結構係對應形成於該第二凹陷區內，以及一第一半導體層之延伸區係對應配置於與一預定切割線重疊的該第一凹陷區內；形成至少一第一電極於該第一凹陷區內之該第一半導體層延伸區；以及，形成一第二電極於該第二凹陷區內之疊層結構上。

Description

晶圓級發光二極體結構之製造方法

本發明係關於一種發光二極體結構之製造方法。

傳統薄膜發光二極體(thin Film LED)的製作可大略分為兩階段。第一階段係成長磊晶層(epi layers)於一生長基板之上，得到一磊晶晶圓(epi wafer)。該基板可為藍寶石或是碳化矽基板。磊晶層(epi layers)層的數量可依需要來加以設計。第二階段則係將磊晶晶圓(epi wafer)整片黏結到另一片載體基板(例如次基板(sub-mount)或封裝基板(packaging substrate))上，再把原始的生長基板去除，然後再接著作蝕刻、曝光、顯影、鍍膜、形成螢光粉層等製程。在傳統薄膜發光二極體製程，不易在製程中去量測光電性質(例如電流-電壓性質、驅動電壓或磊晶層發光光譜)。因此，傳統薄膜發光二極體製程係在第一及第二階段完成後才能對薄膜發光二極體進行檢查及量測。

在傳統薄膜發光二極體製程，尤其是第二階段，全部都是整片磊晶晶圓黏接到整片矽基板來製作，如果適合的晶片(chip)只有50%，則把那50%不適合的晶片也和載體基板作結合，然後接著再去作半導體製程，在這種情況下，該未達標準的晶片仍需與其對應的封裝單元結合並持續進行後續的製程。如此一來，白白浪費與其結合的載體基板，以及後續製程的時間及成本。

根據本發明一實施例，一種晶圓級發光二極體結構之製造方法，包含：提供一生長基板，其上依序成長有一第一半導體層、一發光層、及一第二半導體層；對該第一半導體層、該發光層、及該第二半導體層進行一圖形化製程，定義出複數第一凹陷區以及複數第二凹陷區，其中複數疊層結構係對應形成於該第二凹陷區內，以及一第一半導體層之延伸區係對應配置於與一預定切割線重疊的該第一凹陷區內；形成至少一第一電極於該第一凹陷區內之該第一半導體層延伸區；以及，形成一第二電極於該第二凹陷區內之疊層結構上。

根據本發明一實施例，一種晶圓級發光二極體結構之製造方法，包含：提供一生長基板，其上依序成長有一第一半導體層、一發光層、及一第二半導體層；對該第一半導體層、該發光層、及該第二半導體層進行一圖形化製程，定義出複數第一凹陷區以及複數第二凹陷區，其中複數疊層結構係對應形成於該第二凹陷區內，以及一第一半導體層之延伸區係對應配置於與一預定切割線重疊的該第一凹陷區內，且其中至少一第二凹陷區內並無配置該疊層結構；形成至少一第一電極於未配置疊層結構之該第二凹陷區內；以及形成一第二電極於該第二凹陷區內之疊層結構上。

根據本發明一實施例，一種晶圓級發光二極體結構之製造方法，包含：提供一生長基板，其上依序成長有一第一半導體層、一發光層、及一第二半導體層；對該第一半導體層、該發光層、及該第二半導體層進行一圖形化製程，定義出複數第一凹陷區以及複數第二凹陷區，其中複數疊層結構係對應形成於該第二凹陷區內，以及一第一半導體層之延伸區係對應配置於與一預定切割線重疊的該第一凹陷區內；形成至少一第一電極於該第一凹陷區內之該第一半導體層延伸區；形成一第二電極於該第二凹陷區內之疊層結構上；以及利用該第一電極及該第二電極測量該晶圓級發光二極體結構之光電性質。

根據本發明一實施例，一種發光二極體晶片，包含：一生長基板，具有一外圍邊界；一第一半導體層形成於該生長基板之上，其中該第一半導體層與該外圍邊界之最小水平距離係大於0；一發光層形成於該第一半導體層之上；一第二半導體層形成於該發光層之上；以及，一電極形成於該第一第二半導體層之上。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

目前一顆顆薄膜發光二極體結合至載體基板之製程，由於無法在前段製程(磊晶晶圓製作)時，就把不良品或規格不符的晶片篩選出來，因此大幅減少製程之良率。本發明提出一種新穎的發光二極體結構、晶片及包含其之封裝結構，來解決上述問題，改善發光二極體晶片的製程良率，並提升生產效能。

根據本發明一實施例，發光二極體結構10，具有如第1圖所示實施例之結構。該發光二極體結構10，包含一生長基板12，其上配置有一第一半導體層14於該生長基板12之上，其中該第一半導體層14包含一延伸部11及一突出部13，且該延伸部11與該突出部13具有一高度差H；一發光層16配置於該第一半導體層14之該突出部13上；一第二半導體層18配置於該發光層16上；一第一電極20配置於該第一半導體層14之延伸部11上；以及，一第二電極22配置於該第二半導體層18上，其中該第二電極22對發光層所發出的主波長(dominant wavelength)之垂直入射光可具有一反射率大於70%。該生長基板12之材質可為任何適合一發光二極體半導體層成長的基板，例如：氧化鋁基板(藍寶石基板)、碳化矽基板或砷化鎵基板等，而該生長基板12之厚度可大於150μm，或是大於200μm(若該生長基板為碳化矽基板、或砷化鎵基板時)。

該發光層16係為一半導體材料層，可具有為多重量子井(Multiple Quantum Well，MQW)結構，可選自於Ⅲ-V族之化學元素、Ⅱ-Ⅵ族之化學元素、Ⅳ族之化學元素、Ⅳ-Ⅳ族之化學元素、或其組合，例如：AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、GaP、GaAsP、GaInP、AlGaInP、或AlGaAs。該第一半導體層14及該第二半導體層18係分別為一N型磊晶層及一P型磊晶層，當然其亦可互換，於此並不加以限制，其材質同樣可分別選自於Ⅲ-Ⅴ族之化學元素、Ⅱ-Ⅵ族之化學元素、Ⅳ族之化學元素、Ⅳ-Ⅳ族之化學元素、或其組合。舉例來說，若第一半導體層14為N型氮化鎵系半導體，則第二半導體層18係為P型氮化鎵系半導體，若第一半導體層14係為P型氮化鎵系半導體，則第二半導體層18係為N型氮化鎵系半導體，且發光層16可為氮化鎵系半導體。該第二電極22可包含歐姆接觸材料(例如：鈀、鉑、鎳、金、銀、或其組合)、擴散阻障層、金屬結合層(metal bonding layer)、透明導電膜(例如：氧化鎳、氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化鋅鋁、或氧化鋅錫)、反射層或上述之組合。該第一電極20之厚度可大於2000或大於5000、1μm或以上，可為歐姆接觸材料、銦球、或厚金屬墊(適合下探針點測)。

請參照第2圖之實施例，第二電極22可包含一反射層21及一金屬結合層23配置於該反射層21之上，其中該反射層21的面積可大於該金屬結合層23的面積，以加大反射面並提升反射效率；又或者在其它的實施態樣中，也可以使反射層21的面積小於金屬結合層23(請參照第31圖)，特別是當反射層21材料選用銀為反射材質時，銀在加熱的情況下會有遷移的行為發生，因此，金屬結合層23可具體包覆反射面，使同時具有反射發光層16所發出光線，並且保持反射層21固定與穩定，而不至損壞發光二極體結構10。另請參照第3圖之實施例，本發明對該第一電極20及該第二電極22之形狀不無限定，可為任何形狀，例如多邊形、圓形、或其結合，不過此處為簡化圖式，僅以矩形表示。此外，該第二電極22亦可為一圖形化的電極圖形，可具有複數個不連續或連續的島狀結構，如此可使得金屬結合層在黏接之後的形狀接近期望之設計，比如說黏接之後，其金屬結合層不易外溢到晶片外圍而使得金屬跟發光層接觸，避免產生漏電流或是增加吸光等造成之LED發光效率下降問題。

請參照第1圖之實施例，本實施例所述之發光二極體結構10，由於其在第一半導體層14及第二半導體層18上分別具有第一電極20及第二電極22，因此由該第一半導體層14、發光層16及第二半導體層18所構成的疊層結構(發光二極體晶片半成品)25，可以在前段製程(磊晶晶圓製作)時，藉由第一電極20及第二電極22來對該疊層結構25進行電流電壓特性或光譜特性等項目的量測，把不良品或規格不符的晶片先行篩選出來。

請參照第4圖揭露之另一實施例，發光二極體結構10之第二電極22可僅配置於部份第二半導體層18上，並露出部份該第二半導體層18之上表面19。上述結構可增加第二電極22與第二半導體層18間的適應性。為了在後續雷射剝離製程時，加強第二電極22與一載體基板(在後續內容將加以說明)間的結合強度，該第二電極22與第二半導體層18間較佳係具有較大的接觸面積。第二電極22與第二半導體層18間的接觸面積與第二半導體層18上表面19的面積比值較佳係等於或大於30%，以增加發光二極體晶粒的散熱能力與接著力，以及後續固晶後，在移除生長基板12時的可靠度。

自從該第二電極22係配置於該第二半導體層18之上，由該疊層結構25所產生的熱可藉由該第二半導體層18轉移至該第二電極22。因此，該第二電極22可作為一散熱單元。在該第二電極22與該第二半導體層18間的熱介面(或接觸表面)面積愈大愈好，以增加散熱能力並加強疊層結構25與載體基板間的結合能力。舉例來說，第二電極22與第二半導體層18間的接觸面積與第二半導體層18上表面19的面積比值可介於30%~99%。較佳地，該第二電極22與第二半導體層18間的接觸面積與第二半導體層18上表面19的面積比值可介於71%~95%，但不依此為限。在一些實施例中，該第二電極22與第二半導體層18間的接觸面積與第二半導體層18上表面19的面積比值亦可介於51%~70%。

請參照第5圖揭露之實施例，發光二極體結構10可更包含一保護層24，配置於該第二半導體層18上，且該保護層24與該第二電極22之間保持一間距G。覆蓋該第二半導體層18露出的上表面19，其中該保護層24的材質可為介電材質或蕭特基(Schottky)接觸材料，例如：氧化矽、氮化矽、氮化鋁、氧化鈦、氧化鋁或其組合。在一些實施例中，該保護層24亦可進一步延伸，以至少覆蓋該發光層16的側壁以避免發光漏電流。該保護層24與該第二電極22之間的間距G，可避免在與一載體基板結合時使該保護層變形。

此外，請參照第6圖之實施例，第二電極22可包含一反射層21以及一金屬結合層23。請參照第7圖之實施例，保護層24係為一絕緣層，該第二電極22可進一步形成並覆蓋該保護層24。請參照第7圖，該保護層24可形成於第一半導體層14及第二半導體層18之側壁，以防止該等膜層在後續製程受到損害。

此外，請參照第8圖之實施例，一圖形化保護層24可配置於該第二電極22與第二半導體層18之間，且未被該圖形化保護層24所覆蓋的第二半導體層18係與該第二電極22直接接觸，由於該保護層24係為一不導電的膜層，因此圖形化保護層24可構成一電流改良結構，增加電流擴散的均勻性。

請參照第9圖之實施例，係為第1圖所述實施例之發光二極體結構10的上視視圖(第1圖係為第9圖沿1-1’切線的剖面)。由第9圖可得知，該第一電極20係配置於第一半導體層14上，並為一點狀結構。因此，只需提供欲量測之疊層結構(發光二極體晶片半成品)25上的第二電極22及相鄰之第一電極20一電位差，可量測出該疊層結構25的電流電壓特性與光譜特性，把將不良品或規格不符的晶片先行篩選出來。此外，請參照第10A圖之實施例，配置於第一半導體層14上之複數個第一電極20A-20D可以一導電線路27達到彼此的電性連結，即構成一線狀結構或網狀結構。第一電極20A-20D係互相連結並環繞該疊層結構25，當提供一壓差於該第二電極22以及第一電極20A-20D時，電流分佈均勻性可被大幅改善。再者，請參照第10B圖之實施例，亦可將第一電極20環繞該疊層結構(發光二極體晶片半成品)25，可使電流散佈較均勻，降低電流叢聚效應(current crowding)，使得電壓不會升高。如此一來，所量測到的光電性質，會跟之後切割成晶片的真實情況較接近。此外，亦可設計一較大的第一電極圖形20，請參照第10C圖(係為第10B圖沿切線4-4’剖面示意圖)之實施例，以方便點測機點測。

請參照第11圖之實施例，其中複數個第一電極20係經由導電線路27達到部份相連。該第一電極20彼此間的連結可讓設計者依實際電流分佈的需要來進行調整。值得注意的是該疊層結構25的形狀可以使用微影蝕刻技術來達到不同之形狀。請參照第12圖之實施例，該疊層結構25可為一矩形。此外，上述之疊層結構(發光二極體晶片半成品)25除為一多邊體外，亦可依實際需求來加以設計。

以下，請配合圖式，來詳細說明第1圖所述實施例之發光二極體結構10的製造方法。

首先，請參照第13A圖及第13B圖(係為第13A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，提供一生長基板12，並於該生長基板12上成長一第一半導體層14、一發光層16及一第二半導體層18，其中，該第一半導體層14、發光層16及第二半導體層18之長成方法並無限定，例如：化學氣相磊晶法(chemical vapor deposition，CVD)、有機金屬化學氣相磊晶法(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)、離子增強化學氣相磊晶法(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)、(Molecular beam epitaxy)分子束磊晶法、氫化物氣相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy)或濺鍍法(sputter)。

接著，請參照第14A圖及第14B圖(係為第17A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，對該第一半導體層14、該發光層16、及該第二半導體層18進行一圖形化製程，定義出複數個第一凹陷區30及複數個第二凹陷區32。在該圖形化製程後，在該些第一凹陷區30僅留下第一半導體層14之延伸部11於該磊晶生長基板12上，而在該第二凹陷區32留下該第一半導體層14之突出部13、該發光層16、及該第二半導體層18於該磊晶生長基板12上。其中，該圖形化製程可為一微影蝕刻製程。

最後，請參照第15A圖及第15B圖(係為第15A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，形成複數個第一電極20於該第一凹陷區30的該第一半導體層14之上，並形成複數個第二電極22分別於該第二區32的該第二半導體層18之上。另一方面，亦可以先形成該第二電極22，再形成該第一電極20。

此外，根據其他實施例，發光二極體結構10之製造方法，在形成該第二電極之前，可更包含形成一圖形化保護層24於該第二半導體層18之上，而該保護層24可進一步延伸至該第二半導體層18的側壁、該發光層16的側壁及該第一半導體層14的側壁，請參照第7及8圖之實施例。再者，該保護層24亦可在形成該第二電極22後再形成於部份第二半導體層18之上，請參照第5及6圖之實施例。

當完成發光二極體結構10之製程後，可利用第一電極20及第二電極22對疊層結構(發光二極體晶片半成品)25進行電流電壓特性與光譜特性量測，並將合乎標準的晶片進行標示。值得注意的是：第一電極，可以相對多數個疊層結構而存在，舉例而言，以一個第一電極搭配多數個疊層結構，依序去量測電流電壓特性或光譜特性，由於第一電極被賦予的任務為對該些疊層結構提供量測之用，因此，在設計上可不需對應該些疊層結構個數而設計，可以以最少數目達到量測的需要，同時可以節省成本及製程的繁複。

請參照第39A及39B圖(係為第39A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，當上述量測完成後，可對該第一半導體層14之延伸部11進行蝕刻，以形成獨立的第一半導體層14B，並露出部份該生長基板12的上表面。接著，一保護層24至少形成於該發光層16的側壁。該保護層24亦可進一步覆蓋該第二半導體層18以及該第一半導體層14的側壁。接著，進行一乾蝕刻以將該第一半導體層14的突出部13與獨立的第一半導體層14B分離。藉由此步驟，所得之第二半導體層18、發光層16以及該突出部13的第一半導層14可大體上具有平整的側壁。如此一來，有利於形成平滑的保護層24。再者，當對該晶圓級發光二極體結構進行切割時，可預先決定該切割線50的寬度，使得所得之發光晶片其生長基板12的投影面積大於位於突出區13之該第一半導體層14面積。在進行雷射剝離生長基板12的步驟時，藉由預留一水平距離於該第一半導體層14及該突出區13之間，可防止在做雷射剝離製程時因為雷射光束在晶片邊緣的地方能量分佈不均，而破壞GaN，因此可以避免半導體層破裂。最後，請參照第40A及40B圖(係為第40A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，沿著該切割線50對該晶圓級發光二極體結構進行一切割分離製程，得到複數個發光晶片。於此同時，藉由先前量測及標記的步驟，合乎標準的晶片可以被確認出來並進行後續步驟(例如：粘接、雷射剝離、或其他封裝步驟)。而不符合標準的晶片，亦可藉由上述步驟預先被辨識出來，免除不必要的後續製程，節省製程的時間及成本。

請參照第16A到18B圖之實施例，係顯示具有不同寬度的切割線50。如第16A及16B圖所示，該切割線50寬度可小於該第一凹陷區30的寬度。當該切割線50進行切割時，所得之發光二極體晶片由於具有第一半導體層14的餘留部14A，因此大體係呈現一倒T型的形狀。該第一半導體層餘留部14A可避免該第一半導體層14在雷射剝離製程時發生破裂。如第17A及17B圖所示，該切割線50寬度可等於該第一凹陷區30的寬度。再者，如第18A及18B圖所示，該切割線50寬度可大於該第一凹陷區30的寬度。

根據本發明其他實施例，請參照第19A及19B圖(係為第19A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)所示之實施例，係可使用雙切割線50方式，對同一第一凹陷區30進行切割，此作法可以減少第一凹陷區30所經雷射剝離(laser lift-off)之後所產生的破裂(crack)現象。一般製程下可以使切割線50與該些第二電極22存在一間距，如此在切割時該些第二電極22的材料不致於濺射至疊層結構25的側壁而造成晶片的損傷。

另一方面，根據本發明其他實施例，請參照第20A及20B圖(係為第20A圖沿3-3’切線的剖面剖面圖)之實施例，本發明所述用來量測疊層結構(發光二極體晶片半成品)25其電流電壓特性與光譜特性的該第一電極20，亦可設置於非切割線上，例如，第一電極20也可以設計在原發光二極體晶片半成品(即疊層結構25)預定區。更精確的說，該第一凹陷區30可被形成於至少一原發光二極體晶片半成品(即疊層結構25)預定區內。在該第一凹陷區30所在的預定區內，在圖形化後僅有該第一半導體層14及該生長基板存在。在圖形化之後，該第一電極20係配置於預定區內該第一半導體層14之上。因此，切割線在此實施態樣中不需設置第一電極20，因此切割線變窄進而縮小相鄰晶片之間的距離，增加每一生長基板12可承載的晶片數量。

另一方面，根據本發明其他實施例，請參照第21A及21B圖(係為第21A圖沿4-4’切線的剖面剖面圖)之實施例，用來量測疊層結構(發光二極體晶片半成品)25其電流電壓特性或光譜特性的該第一電極20，亦可設置於該晶圓的周圍區域。舉例來說，該第一電極20可配置於該晶圓周圍區域的任一側，如第21A、22及23圖所示之實施例。由於晶圓周圍區域的電性較中心區域來的差，比較不適合作為發光二極體的預定區，因此該第一電極20設置於周圍區域，可增加晶圓中心區域的使用率。

此外，為複查該疊層結構之光電性質，該第一電極可以同時配置於該晶圓的周圍區域及中心區域，請參照第24圖。在其他實施例，為增加製程速率，該第一電極20可以設置於周圍區域，例如複數排第一電極配置方式，請參照第25圖之實施例。

第一電極20，例如一N型接觸墊，可被形成於N型之第一半導體層14之上，以互相形成一歐姆接觸。同樣地，該第一電極20可為一P型接觸墊，並進一步形成於P型之第一半導體層14之上。此外，該第二電極22(P型接觸墊)可除了含有P型歐姆接觸層外，亦含N型歐姆接觸層，如此一來可減少一步製程步驟。再者，在本發明另一實施例中，第一電極20(N型接觸墊)及第二電極22(P型接觸墊)同時都含有N型歐姆接觸層，而不具有P型歐姆接觸層，這是由於P型半導體具有穿隧效應(tunneling effect)的結構，可使得形成N型歐姆接觸。

再者，在設計的時候，亦可在該第二電極22區域形成覆晶(flip chip)結構，因為量測完畢後，可以使得原本當N極點測點的地方，不再只是個點測點，不會量測完後就沒有用處，因為它本身可以是同時具有P極與N極的發光二極體，進而增加晶圓(wafer)的使用面積與利用率。

根據其他實施例，在完成晶片光電特性量測後，可以形成一保護層24於該生長基板12之上，並接著對該保護層24進形一平坦化製程(例如一化學機械研磨)以露出該第二電極22，請參照第26A及第26B圖所示之實施例。

接著，延著該切割線50對該生長基板12進行切割，請參照第26C圖。藉由該保護層的形成，可避免晶片在切割步驟中的損害。最後，得到該發光二極體晶片100，請參照第26D圖。所留下來的保護層24可覆蓋該第一半導體層14、發光層、及該第二半導體層18的側壁，增加疊層結構在後續製程的可靠度。在其他實施例，該保護層可視需要被移除。

根據另一實施例，當完成晶片流電壓特性或光譜特性量測後，該保護層24可形成於該第二半導體層18的上表面，以及至少該發光層的側壁，以避免漏電流。如果該保護層24係形成於該第一半導體層14的上表面，則位於該切割線50範圍內的該保護層24可以事先被移除。因此，一切割工具不會直接切割到該保護層24。此外，該保護層24亦可直接被形成於生長基板12上非切割線的區域，請參照第27A圖之實施例。因此，切割工具不會直接切割到該保護層24(請參照第27B圖)，可獲得複數之發光二極體晶片(請參照第27C圖)。請參照第27C圖之實施例，由於梯形結構第一半導體層14未完全被保護層24所覆蓋。被避免在後續與一載體基板結合時，外溢出來的金屬結合層接觸到該第一半導體層14的側壁導致短路，該第一半導體層14之材質可為未摻雜(un-doped)的半導體材料(例如：un-doped GaN)。如此一來，即使該保護層24未完全覆蓋該第一半導體層14，也不會造成嚴重的漏電流問題。

請參照第28圖之實施例，係顯示經第16B圖所示切割方式所得之該發光二極體晶片100之剖面示意圖。該發光二極體晶片100包含一生長基板12，其具有一外圍邊界80。一第一半導體層14配置於該生長基板12之上。一發光層16配置於該第一半導體層14上，以及一第二半導體層18配置於該發光層16上。值得注意的是，該發光二極體晶片100僅有一第二電極22(即正極或負極)存在，該第二電極22係配置於該第二半導體層18之上。

根據本發明另一實施例，第二電極22與該外圍邊界80之間距有一最小水平距離W，其中該最小水平距離W係大於或等於3μm，較佳係大於或等於10 μm。該發光二極體晶片100的第二電極22係配置於部份該第二半導體18之上，並露出該第二半導體層18的一上表面19，請參照第29圖。尤其，該第二電極22與第二半導體層18間的接觸面積與第二半導體層18上表面19的面積比值較佳係等於或大於30%。

此外，根據本發明另一實施例，發光二極體晶片100可更包含一保護層24形成於該露出的第二半導體層18的上表面19，並進一步覆蓋該第二半導體層18、發光層16、及第一半導體層14(位於突出部13內)的側壁，請參照第30圖之實施例。再者，該保護層24亦可再進一步延伸至該第一半導層14延伸部11的上表面。該保護層24可對疊層結構的側壁產生保護作用，避免後續製程中漏電流的產生。

此外，請參照第31圖之實施例，發光二極體晶片100的第二電極22可包含一反射層21及一金屬結合層23，其中該反射層21係與該保護層24相隔一特定距離，而該金屬結合層23覆蓋部份之該保護層24及完整包覆該反射層21，其完整包覆該反射層理由已如前述，茲此不重複贅述。

該金屬結合層23之面積係小於該第二半導體層18的上表面19，如此，在後續晶粒固晶的過程中，燒熔的金屬結合層23因面積小於該第二半導體層18的上表面19，因此不致延伸到疊層結構的側壁，造成後續的電性短路。值得注意的是：在本實施例已先在疊層結構進行保護層24的處理，金屬結合層23的面積也已不用小於第二半導體層18的上表面19的截面積。如果該金屬結合層23的面積小於該第二半導體層18的上表面19，該保護層24可不需要形成。在此，由於該金屬結合層23之面積係小於該第二半導體層18的上表面19，如此，在後續晶粒固晶的過程中，燒熔的金屬結合層23因面積小於該第二半導體層18的上表面19，因此不致延伸到疊層結構的側壁，造成後續的電性短路。

該保護層24可為一圖形化保護層24，且配置於該第二半導體層18與該第二電極22之間，且未被該圖形化保護層24所覆蓋的第二半導體層18係與該第二電極22直接接觸，構成一電流改良結構，請參照第32圖。在該實施例中，同樣的，該保護層24亦可進一步延伸至該第二半導體層18的側壁、該發光層16的側壁、及該第一半導層14突出部13的側壁。再者，該保護層24亦可再進一步延伸至該第一半導體層14延伸部11的上表面，請參照第33圖。根據本發明另一實施例，該第二電極22亦可進一步延伸至該保護層24上，並以該保護層24與該發光層16、及該第一半導體層14相隔，請參照第34圖。藉由上述結構，該疊層結構的側壁係穩固地被該保護層24及延伸第二電極22所保護，可避免在後續雷射剝離製程中受到損傷。

根據本發明其他實施例，請參照第35圖之實施例，發光二極體晶片100亦可具有傾斜側壁14，並向生長基板12側逐漸內縮，以增加出光效率，減少全反射的產生。

在本發明其他實施例中，發光二極體晶片100可進一步與一載體基板，例如：一次基板110結合(其上可具有接觸墊123)，得到一發光二極體封裝結構200，請參照第36圖。再者，該發光二極體晶片100亦可進一步與載體基板(例如為一封裝基板或電路板)進行結合，得到該發光二極體封裝結構200。此外，作為載體基板的次基板110，除了具有接觸墊123用以與發光二極體晶片100之一側第二電極22接觸外，可更具有一接觸墊124用以與發光二極體晶片100之後續所形成的另一側電極(圖未揭示)接觸(例如以連接導線方式接觸)，請參照第37圖之實施例。

再者，發光二極體晶片100亦可進一步與載體基板(例如為一封裝基板120(其上具有電路125))進行結合，得到該發光二極體封裝結構200，請參照第38圖之實施例。所得之該發光二極體封裝結構200可再進行後續的製程步驟，例如：雷射剝離(laser lift-off)以將生長基板去除、將第一半導體層14進行表面粗化以增加取光效率、電極製作、接觸墊製作、打線、螢光粉塗佈、封裝基板切割、以及依電性功能分類。

此外，實際觀察切割磊晶晶圓後所得之晶片，可以發現在生長基板側壁的地方其實並不平整。根據經驗，這會導致之後製作平面走線電極(例如使用一透明導電膜)的時候，側壁的保護層容易破裂，產生漏電流甚至短路。此外，在後續進行雷射剝離生長基板的步驟中，不平整生長基板側壁會造成雷射能量散射，而使得雷射能量光不能有效打到半導體層，而無法使晶片有效的跟生長基板分解與剝離，如此一來易造成晶片側邊破裂。基於上述，根據本發明其他實施例，係提供一發光二極體結構製程，以避免上述問題發生。

請參照第41圖係顯示經第40圖所示切割方式所得之發光二極體晶片100之剖面示意圖。由圖可知，即使切割後所得之發光二極體晶片100具有不平整側壁的生長基板12，不過由於所得之發光二極體晶片100其具有內縮的第一半導體層14結構(即第一半導體層14並未完全覆蓋該生長基板12)，因此在後續進行雷射剝離生長基板的步驟中，雷射可直加施加於第一半導體層14與生長基板間，不會因為不平整生長基板側壁會造成雷射能量散射所造成的能量分佈不均，而使得磊晶層破裂。此外，如圖27C所示，對於半導體層14所延伸到切割道的側翼的部份也可以是小於1um的厚度，根據實驗，其厚度小於1um，或小於0.5um，僅管會破裂，也易破的很完整。

此外，自從該切割線可以事先被預設，使得該第一半導體層14的突出部13可具有梯形結構，請參照第42圖之實施例。該突出部13的梯形結構可增加光取出效率。再者，根據本發明其他實施例，當該第二電極22下表面總面積小於該第二半導體層18的上表面總面積時，由於後續固晶製程第二電極22內含的金屬結合層已不致因熱熔延伸到該發光二極體晶片100的側壁，該發光二極體晶片100亦可不具有保護層24。

根據本發明其他實施例，請參照第43圖之實施例，發光二極體晶片100亦可具有傾斜側壁，並向生長基板12側逐漸內縮，以增加出光效率，減少全反射的產生。

此外，為降低本發明所述之發光二極體晶片(結合於載體基板之後)在進行後續雷射剝離製程時，雷射光束散射破壞GaN導致半導體層破裂，根據本發明一實施例，發光二極體結構可利用兩段式圖形化製程來進行製備。

首先，請參照第44圖之實施例，提供一生長基板12，並依序於該生長基板12上成長一第一半導體層14、一發光層16、透明導電膜一第二半導體層18，其中該第一半導體層14、發光層16、及第二半導體層18之組成及形成方式同上所述。接著，請參照第45圖，對該第一半導體層14、該發光層16、及該第二半導體層18進行第一次圖形化製程(第一次蝕刻製程)，定義出複數個第一凹陷區30及複數個第二凹陷區32。在該圖形化製程後，在該些第一凹陷區30僅留下第一半導體層14之延伸部11於該磊晶生長基板12上，而在該第二凹陷區32留下該第一半導體層14之突出部13、該發光層16、及該第二半導體層18於該磊晶生長基板12上。

接著，請參照第46圖，形成複數個第一電極20於該第一凹陷區30的該第一半導體層14之上，並形成複數個第二電極22分別於該第二凹陷區32的該第二半導體層18之上。另一方面，亦可以先形成該第二電極22，再形成該第一電極20。再者，該第二電極22可例為一歐姆接觸材料、透明導電膜、反射層、擴散阻障層、或上述之結合，舉例來說該第二電極22可為一包含透明導電膜、反射層、擴散阻障層的複合膜層，而第一電極20係與該擴散阻障層時在同一步驟以相同材料所同時形成。接著，利用該第一電極20及該第二電極22對疊層結構(發光二極體晶片半成品)25進行電流電壓特性與光譜特性量測。

在量測完畢後，接著，對該第一半導體層14之部份延伸部11進行第二次圖形化製程(第二次蝕刻製程)，以露出該生長基板12，請參照第47圖之實施例。在第二次蝕刻製程之後，該第一半導體層14可形成具有平整側壁的第一半導體層14之突出部13；此外，在第二次蝕刻製程之後，亦可有部份第一半導體層14之延伸部殘留於該突出部13上，形成具有階梯狀的側壁，請參照第48圖之實施例。最後，請參照第49圖，可沿著一切割線50對該晶圓級發光二極體結構進行一切割分離製程，得到發光二極體晶片100，請參照第50圖。值得注意的是，根據上述步驟所得之發光二極體晶片100，該第一半導體層14與該生長基板12之外圍邊界80具有一最小水平距離W₁，而該最小水平距離W₁係大於0。如此一來，可確保在進行後續雷射剝離製程時，雷射光束照射的位置可避開生長基板12的切割面，可避免因生長基板不規則切割面將雷射光散射，導致半導體層破裂。

此外，根據本發明其他實施例，在進行第二次蝕刻製程之後以及切割分離製程之前，可更包含形成一圖形化保護層24於該第二半導體層18之上，而該保護層24可進一步延伸至該第二半導體層18的側壁、該發光層16的側壁、及該第一半導體層14的側壁，請參照第51及52圖之實施例。請參照第53圖，係為形成該保護層24後，對第52圖所示發光二極體封裝結構進行切割所得之發光二極體晶片100，其中該第一半導體層14的突出部13可具有梯形結構。上述作法的優點在於，在進行第二次蝕刻時，發光層並沒有被蝕刻，故先前所進行的光電性質量測結果不會被第二次蝕刻製程所影響。值得注意的是，根據本發明一實施例，除了使用兩道遮罩來分別進行該第一次及第二次蝕刻外，為避免光電性質量測結果不會被第二次蝕刻製程所影響，亦可進一步結合該部份第一遮罩及第二遮罩來進行第二次蝕刻製程。請參照第54圖之實施例，係顯示使用第一遮罩33來進行第一次蝕刻，所得之結構如第45圖所示；在完成使用該第一遮罩33所進行的第一次蝕刻後，為使後續所進行的第二次蝕刻不會去傷害到原本的第二半導體層18及發光層16，在移除該第一遮罩33時，可僅移除位於第二半導體層18上表面部份的第一遮罩33，保留位於第二半導體層18上表面邊緣的第一遮罩33A，請參照第55圖，後續所形成的第二電極22仍可形成於第二半導體層18上表面中間部份。最後，請參照第56圖之實施例，形成該第二遮罩34於該第二電極22及第二半導體層18之上，由於第二半導體層18上表面邊緣仍覆蓋著第一遮罩33A，因此在進行第二次蝕刻時，可確保第二次蝕刻的範圍不會進一步影響到該第二半導體層18及發光層16，因此使得第一次蝕刻與第二次蝕刻有相同的蝕刻範圍，免光電性質量測結果不會被第二次蝕刻製程所影響。

綜合上述，本發明所述之新穎的發光二極體結構、晶片及包含其之封裝結構，具有高的製程良率，可降低製造成本及提升生產效能。

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1-1’．．．切線

2-2’．．．切線

3-3’．．．切線

4-4’．．．切線

10．．．發光二極體結構

11．．．延伸部

12．．．生長基板

13．．．突出部

14．．．第一半導層

14A．．．第一半導體層餘留部

14B．．．獨立的第一半導層

16．．．發光層

18．．．第二半導體層

19．．．第二半導體層之上表面

20．．．第一電極

21．．．反射層

22．．．第二電極

23．．．金屬結合層

24．．．保護層

25．．．疊層結構(發光二極體晶片半成品)

27．．．導電線路

30．．．第一凹陷區

32．．．第二凹陷區

33、33A．．．第一遮罩

34．．．第二遮罩

50．．．切割線

80．．．外邊圍界

100．．．發光二極體晶片

110．．．次基板

111．．．傾斜側壁

120．．．封裝基板

123．．．接觸墊

124．．．接觸墊

125．．．電路

200．．．發光二極體封裝結構

D．．．特定距離

H．．．高度差

W．．．最小水平距離

以及

W₁．．．最小水平距離

第1圖係繪示本發明一實施例所述之發光二極體結構之剖面結構。

第2圖至第8圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體之剖面結構。

第9圖係為第1圖所述之發光二極體結構之上視視圖，而第1圖係為第9圖沿1-1’切線的剖面結構。

第10A圖及第10B圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體結構之上視圖。

第10C圖為第10B圖沿4-4’切線的剖面結構圖。

第11圖及第12圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體結構之上視圖。

第13A圖至第15A圖係為一系列的上視圖，用以說明第1圖所述之發光二極體結構其製造流程。

第13B圖至第15B圖係為一系列的剖面結構圖，分別對應第13A圖至第15A圖，用以說明第1圖所述之發光二極體結構其製造流程。

第16A圖至第20A圖係為一系列的上視圖，用以說明本發明所述之發光二極體結構其切割方式。

第16B圖至第20B圖係為一系列的剖面結構圖，分別對應第16A圖至第20A圖，用以說明本發明所述之發光二極體結構其切割方式。

第21A圖係為一上視圖，用以說明本發明一實施例所述之晶圓級發光二極體結構。

第21B圖係為一剖面結構圖，對應第20A圖，用以說明本發明一實施例所述之晶圓級發光二極體結構。

第22圖至第25圖係繪示本發明其他實施例所述之晶圓級發光二極體結構的剖面結構。

第26A至26D圖係繪示本發明其他實施例所述之晶圓級發光二極體結構的製造流程。

第27A至27C圖係繪示本發明其他實施例所述之晶圓級發光二極體結構的製造流程。

第28圖至第35圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體晶片的剖面結構。

第36圖至第38圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體封裝結構的剖面結構。

第39A圖及第40A圖係為一系列的上視圖，用以說明本發明所述之發光二極體結構其切割方式。

第39B圖及第40B圖係為一系列的剖面結構圖，分別對應第39A圖及第40A圖，用以說明本發明所述之發光二極體結構其切割方式。

第41圖至第43圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體晶片的剖面結構。

第44圖至第49圖係為一系列的剖面結構圖，用以說明本發明一實施例所述之發光二極體結構其製造流程。

第50圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體晶片的剖面結構。

第51及52圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體封裝結構的剖面結構。

第53圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體晶片的剖面結構。

第54-56圖係為一系列的剖面結構圖，用以說明本發明一實施例所述之發光二極體結構其製造流程。