TW201409744A - 發光二極體晶粒的製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體晶粒的製造方法，包括步驟：提供一預成型的發光二極體結構，其包括第一基板、及依次形成於基板上的成核層、緩衝層、N型層、量子阱層、P型層；在該P型層表面形成至少一絕緣塊；在該P型層表面形成一反射層並覆蓋所述絕緣塊；在該反射層表面形成一第二基板，所述第二基板為導電基板；移除第一基板，使所述成核層下表面外露；及在成核層外露的表面對應絕緣塊的區域設置N電極。

Description

發光二極體晶粒的製造方法
本發明涉及一種發光二極體晶粒的製造方法，尤其涉及一種電流分佈均勻的發光二極體晶粒的製造方法。
發光二極體(Light Emitting Diode，LED)是一種可將電流轉換成特定波長範圍的光的半導體元件。發光二極體以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路匹配、驅動簡單、壽命長等優點，從而可作為光源而廣泛應用於照明領域。
在LED工作的過程中，電流由P電極流向N電極時容易彙集在P電極和N電極之間的最短路徑上，電流的彙集會造成電流擁擠效應，由於電流過於集中，靠近電極處的亮度最強，導致LED元件出光面的亮度不均勻；同時電流擁擠處溫度越來越高，此高溫將影響LED的使用壽命。所以如何使電流分佈均勻，又能保證LED元件的使用壽命，是目前LED產業努力的課題。
鑒於此，有必要提供一種電流分佈均勻的發光二極體晶粒的製造方法。
一種發光二極體晶粒的製造方法，包括步驟：提供一預成型的發光二極體結構，其包括第一基板、及依次形成於基板上的成核層、緩衝層、N型層、量子阱層、P型層；在該P型層表面形成至少一絕緣塊；在該P型層表面形成一反射層並覆蓋所述絕緣塊；在該反射層表面形成一第二基板，所述第二基板為導電基板；移除第一基板，使所述成核層下表面外露；及在成核層外露的表面對應絕緣塊的區域設置N電極。
藉由本發明製造出方法形成的發光二極體晶粒，由於N電極對應該絕緣塊區域設置，當電流由第二基板流向N電極時受到絕緣塊的阻擋，電流繞過絕緣塊從兩側均勻傳導，避免集中在第二基板和N電極之間的最短路徑上，從而使得形成的發光二極體晶粒發光均勻，且製成簡便、成本較低。
下面參照附圖，結合具體實施例對本發明作進一步的描述。
請參閱圖1至圖6，本發明第一實施例提供的發光二極體晶粒100的製造方法。
首先請參閱圖1， 提供一預成型的發光二極體結構10，其包括第一基板11、形成於第一基板11表面的成核層12，形成於成核層12表面的緩衝層13，形成於緩衝層13表面的N型層14，形成於N型層14表面的量子阱層15及形成於量子阱層15表面的P型層16。
所述第一基板11呈規則的平板狀，其可由藍寶石(sapphire)、碳化矽(SiC)、矽(Si)或氮化鎵(GaN)等材料製成，本實施例中優選為藍寶石。
所述成核層12、緩衝層13、N型層14、量子阱層15及P型層16可藉由有機金屬化學氣相沉積法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy; MBE)或氫化物氣相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE)等方式依次生長於第一基板11表面。該成核層12可增強後續生長的各半導體層與第一基板11之間的結合能力。由於緩衝層13是為了減少各半導體層在生長過程中由於晶格不匹配所產生的缺陷而形成的。因此其可由晶格常數與半導體層相匹配的材料製成。本實施例中，N型層14優選為N型氮化鎵層，量子阱層15優選為多重量子阱(muti-quantum well)層，P型層16優選為P型氮化鎵層。
請參閱圖2，在所述P型層16的表面形成一絕緣層20。所述絕緣層20可由二氧化矽（SiO2）、氮化鋁(AlN)、氮矽化合物（SixNy）等材料的其中一種製成。本實施例中優選為二氧化矽。
請參閱圖3，蝕刻所述絕緣層20形成複數相互間隔的絕緣塊21。該複數絕緣塊21可藉由光微影及蝕刻技術形成。本實施例中，絕緣塊21的數量為兩個。
請參閱圖4，在P型層16表面形成一反射層30並覆蓋該絕緣塊21。該反射層30表面為一光滑的平面，其可增強發光二極體晶粒100的出光效率。
請參閱圖5，在所述反射層30表面形成第二基板40。採用電鍍或者固晶製程形成第二基板40。由於反射層30的表面光滑平坦，電鍍或固晶的支撐效率大大提高，同時成本較低。所述第二基板40為金屬基板或者半導體基板。金屬可以是鈦（Ti）、鋁（Al）、銀（Ag）、鎳（Ni）、鎢（W）、銅（Cu）、鈀（Pd）、鉻（Cr）和金（Au）中的任意之一者或其合金。然後，將所述第一基板11自發光二極體結構10上分離。採用鐳射分離法或者化學分離法使該第一基板11脫落，此時鄰接第一基板11的成核層12的下表面外露。
請參閱圖6，倒置所述發光二極體結構10，並在成核層12外露的表面上設置對應絕緣塊21的區域設置形成N電極50。N電極50的製作材料可以是鈦（Ti）、鋁（Al）、銀（Ag）、鎳（Ni）、鎢（W）、銅（Cu）、鈀（Pd）、鉻（Cr）和金（Au）中的任意之一者或其合金。
工作時，所述第二基板40作為P電極與所述N電極50位於量子阱層15兩側。當在第二基板40和N電極50兩端施加正向電壓時，P型層16中的空穴和N型層14中的電子將在電場的作用下在量子阱層15中複合，能量以光線的形式釋放。由於N電極50對應該絕緣塊21區域設置，當電流由第二基板40流向N電極50時受到絕緣塊21的阻擋，電流繞過絕緣塊從兩側均勻傳導，避免集中在第二基板40和N電極之間的最短路徑上，從而使得形成的發光二極體晶粒100發光均勻。同時，也避免電流過度擁擠局部受熱過高，從而使該發光二極體晶粒100使用壽命較長。同時，上述製程簡便、成本較低。
請參閱圖7至圖13，為本發明第二實施例的提供的發光二極體晶粒200的製造方法。
請參閱圖7，提供一預成型的發光二極體結構10。其包括第一基板11、形成於第一基板11表面的成核層12，形成於成核層12表面的緩衝層13，形成於緩衝層13表面的N型層14，形成於N型層14表面的量子阱層15及形成於量子阱層15表面的P型層16。
所述第一基板11呈規則的平板狀，其可由藍寶石(sapphire)、碳化矽(SiC)、矽(Si)或氮化鎵(GaN)等材料製成，本實施例中優選為藍寶石，以控製發光晶片的製造成本。
所述成核層12、緩衝層13、N型層14、量子阱層15及P型層16可藉由有機金屬化學氣相沉積法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy; MBE)或氫化物氣相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE)等方式依次生長於第一基板11表面。該成核層12可增強後續生長的各半導體層與第一基板11之間的結合能力。由於緩衝層13是為了減少各半導體層在生長過程中由於晶格不匹配所產生的缺陷而形成的。因此其可由晶格常數與半導體層相匹配的材料製成。本實施例中，N型層14優選為N型氮化鎵層，量子阱層15優選為多重量子阱(muti-quantum well)層，P型層16優選為P型氮化鎵層。
蝕刻所述P型層16在其上表面形成複數凹槽17，每一凹槽17深度小於P型層16的厚度。本實施例中，凹槽17的數量為兩個且相互間隔，其可藉由光微影及蝕刻技術形成需要的圖案。
請參閱圖8，在該P型層16上表面形成一絕緣層20。所述絕緣層20可由二氧化矽（SiO2）、氮化鋁(AlN)、氮矽化合物（SixNy）等材料製成。本實施例中優選為二氧化矽。
請參閱圖9，去除P型層16表面的部分絕緣層20，保留凹槽17中的部分絕緣層20形成絕緣塊21，所述絕緣塊21的上表面與未被蝕刻的P型層16上表面齊平。本實施例中採用化學機械拋光（CMP）技術處理去除部分絕緣層20。
請參閱圖10，在P型層16表面形成一反射層30並覆蓋該絕緣塊21。該反射層30表面為一光滑的平面，其可增強發光二極體晶粒100的出光效率。
請參閱圖11，在所述反射層30表面形成第二基板40。該第二基板40為導電基板，其可採用電鍍或者固晶製程形成。由於反射層30的表面光滑平坦，電鍍或固晶的製程效率大大提高，同時成本較低。所述第二基板40為金屬基板或者半導體基板。金屬可以是鈦（Ti）、鋁（Al）、銀（Ag）、鎳（Ni）、鎢（W）、銅（Cu）、鈀（Pd）、鉻（Cr）和金（Au）中的任意之一者或其合金。
將所述第一基板11自發光二極體結構10上分離。採用鐳射分離法或者化學分離法使該第一基板11脫落，此時鄰接第一基板11的成核層12的下表面外露。
請參閱圖12，倒置所述發光二極體結構10，並在成核層12外露的表面上設置對應絕緣塊21的區域設置形成N電極50。N電極50的製作材料可以是鈦（Ti）、鋁（Al）、銀（Ag）、鎳（Ni）、鎢（W）、銅（Cu）、鈀（Pd）、鉻（Cr）和金（Au）中的任意之一者或其合金。
請參閱圖13，工作時，所述第二基板40作為P電極與所述N電極50位於量子阱層15兩側。當在第二基板40和N電極50兩端施加正向電壓時，P型層16中的空穴和N型層14中的電子將在電場的作用下在量子阱層15中複合，能量以光線的形式釋放。由於N電極50對應該絕緣塊21區域設置，當電流由第二基板40流向N電極50時受到絕緣塊21的阻擋，電流繞過絕緣塊從兩側均勻傳導，避免集中在第二基板40和N電極之間的最短路徑上，從而使得形成的發光二極體晶粒100發光均勻。同時，也避免電流過度擁擠局部受熱過高，從而使該發光二極體晶粒100使用壽命較長。同時，上述製程簡便、成本較低。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限製本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100、200．．．發光二極體晶粒
10．．．發光二極體結構
11．．．第一基板
12．．．成核層
13．．．緩衝層
14．．．N型層
15．．．量子阱層
16．．．P型層
17．．．凹槽
20．．．絕緣層
21．．．絕緣塊
30．．．反射層
40．．．第二基板
50．．．N電極
圖1至圖6為是本發明第一實施例的發光二極體晶粒製造方法的各步驟示意圖。
圖7至圖13為本發明第二實施例的發光二極體晶粒的製作方法的各步驟示意圖。
200．．．發光二極體晶粒
12．．．成核層
13．．．緩衝層
14．．．N型層
15．．．量子阱層
16．．．P型層
21．．．絕緣塊
30．．．反射層
40．．．第二基板
50．．．N電極

Claims (10)

  1. 一種發光二極體晶粒的製造方法，包括步驟：
    提供一預成型的發光二極體結構，其包括第一基板、及依次形成於基板上的成核層、緩衝層、N型層、量子阱層、P型層；
    在該P型層表面形成至少一絕緣塊；
    在該P型層表面形成一反射層並覆蓋所述絕緣塊；
    在該反射層表面形成一第二基板，所述第二基板為導電基板；
    移除第一基板，使所述成核層下表面外露；及
    在成核層外露的表面對應絕緣塊的區域設置N電極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，在形成至少一絕緣塊的步驟中，先在P型層表面形成一絕緣層，然後蝕刻所述絕緣層形成絕緣塊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，在形成至少一絕緣塊的步驟中，先對P型層表面蝕刻形成凹槽，然後在P型層表面形成絕緣層，進而去除部分絕緣層，並保留凹槽內的絕緣層部分形成所述絕緣塊。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，所述凹槽中的絕緣塊上表面與未被蝕刻的P型層上表面相齊平。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，採用化學機械拋光處理去除部分絕緣層而形成所述絕緣塊。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，所述反射層表面為光滑的平面，所述第二基板藉由電鍍或固晶的方式形成在反射層的表面上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，所述絕緣層由二氧化矽、氮化鋁、氮矽化合物等材料製成。
  8. 一種發光二極體晶粒的製造方法，包括步驟：
    提供一預成型的發光二極體結構，其包括第一基板、及依次形成於基板上的成核層、緩衝層、N型層、量子阱層、P型層；
    在該P型層表面形成複數絕緣塊；
    在該P型層表面形成一反射層並覆蓋所述絕緣塊；
    在該反射層表面形成一第二基板，所述第二基板為導電基板；
    移除第一基板，使所述成核層下表面外露；及
    在成核層外露的表面設置與絕緣塊數量相同的複數N電極，所述N電極與所述絕緣塊一一對齊設置。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，在形成複數絕緣塊的步驟中，先在P型層表面形成一絕緣層，然後蝕刻所述絕緣層形成所述絕緣塊。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，在形成複數絕緣塊的步驟中，先對P型層表面蝕刻形成複數凹槽，然後在P型層表面形成絕緣層，進而去除部分絕緣層，並保留凹槽內的絕緣層部分形成所述絕緣塊。
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