TW201501354A - 發光二極體晶片的製造方法 - Google Patents

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Cheng-Chun Lan
Chi-Chung Chao
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Abstract

一種發光二極體晶片的製造方法包含下列步驟：提供一基板。形成第一半導體層於基板上。形成發光層於部分第一半導體層上，並且裸露出未被發光層所覆蓋之其他第一半導體層表面。形成第二半導體層於發光層上。形成硬遮蔽層於第二半導體層上及裸露的第一半導體層表面上，於基板上形成多層堆疊結構。施一切割處理，使基板上之多層堆疊結構被切割成複數晶粒。施一蝕刻處理，使得第一半導體層、發光層及第二半導體層之側壁被蝕刻成一底切結構(under cut)。圖案化硬遮蔽層，形成硬遮蔽層所構成之電流阻擋層於第二半導體層上。

Description

發光二極體晶片的製造方法
本發明是有關一種發光二極體晶片的製造方法。
習知發光二極體晶片的製造方法會先於基板上依序堆疊N型半導體層(例如N-GaN)、發光層、P型半導體層(例如P-GaN)與硬遮蔽層(Hard Mask：HM)。接著會進行雷射切割與側壁蝕刻製程(Side Wall Etch；SWE)，其中N型半導體層、發光層、P型半導體層之側壁進行蝕刻的目的在於提高出光亮度。硬遮蔽層的材質為二氧化矽，其用途為避免切割製程與蝕刻製程造成N型半導體層、發光層與P型半導體層的膜面損傷。然而，若硬遮蔽層若緻密性不佳，則抗蝕刻能力差，會降低N型半導體層、發光層與P型半導體層膜面的保護效果。
待切割製程與蝕刻製程後，去除硬遮蔽層，並以化學氣相沉積(CVD)法於P型半導體層上與未被P型半導體層覆蓋的N型半導體層表面上形成二氧化矽薄膜。接著去除N型半導體層上的二氧化矽薄膜，並圖案化P型半導體層上的二氧化矽薄膜。最後將正電極設置於圖案化的二氧化 矽薄膜上方，負電極設置於N型半導體層上。二氧化矽薄膜(Current Block；CB)可阻擋電流，因此電流經過二氧化矽薄膜時會橫向傳導，可降低光線被正電極遮光的機會，提升光輸出。
然而，上述的製造過程需去除硬遮蔽層，還需以化學氣相沉積另外形成兩氧化矽薄膜，且N型半導體層上的二氧化矽薄膜還需在去除後才可設置負電極，使製造成本與所花費的時間增加。
本發明之一技術態樣為一種發光二極體晶片的製造方法。
根據本發明一實施方式，一種發光二極體晶片的製造方法包含下列步驟：提供一基板。形成第一半導體層於基板上。形成發光層於部分第一半導體層上，並且裸露出未被發光層所覆蓋之其他第一半導體層表面。形成第二半導體層於發光層上。形成硬遮蔽層於第二半導體層上及裸露的第一半導體層表面上，於基板上形成多層堆疊結構。施一切割處理，使基板上之多層堆疊結構被切割成複數晶粒。施一蝕刻處理，使得第一半導體層、發光層及第二半導體層之側壁被蝕刻成一底切結構。圖案化硬遮蔽層，形成硬遮蔽層所構成之電流阻擋層於第二半導體層上。
在本發明一實施方式中，上述圖案化該遮蔽層之步驟包含：形成圖案化的光阻層於硬遮蔽層上。蝕刻未被圖 案化的光阻層所覆蓋的硬遮蔽層，形成電流阻擋層於第二半導體層上。去除圖案化的光阻層。
在本發明一實施方式中，上述發光二極體晶片的製造方法更包含一步驟：形成透明導電層覆蓋電流阻擋層以及未被電流阻擋層所遮蔽的第二半導體層表面。
在本發明一實施方式中，上述發光二極體晶片的製造方法更包含下列步驟：形成第一電極於裸露的第一半導體層上。形成第二電極於透明導電層上，且第二電極的位置與電流阻擋層的位置重疊。
在本發明一實施方式中，上述第二電極的面積等於電流阻擋層的面積，且第二電極的邊緣與電流阻擋層的邊緣對齊。
在本發明一實施方式中，上述硬遮蔽層的材質包含二氧化矽。
在本發明一實施方式中，上述基板為藍寶石基板。
在本發明一實施方式中，上述第一半導體層與第二半導體層的材質包含氮化鎵。
在本發明一實施方式中，上述切割處理之步驟可藉由雷射切割或鑽石刀切割達成。
在本發明一實施方式中，上述蝕刻處理之步驟可藉由濕蝕刻達成。
本發明之另一技術態樣為一種發光二極體晶片的製造方法。
根據本發明一實施方式，一種發光二極體晶片的製 造方法包含下列步驟：提供一基板。形成第一半導體層於該基板上。形成發光層於部分第一半導體層上，並且裸露出未被發光層所覆蓋之其他第一半導體層表面。形成第二半導體層於發光層上。形成硬遮蔽層於第二半導體層上及裸露的第一半導體層表面上，於基板上形成一多層堆疊結構。圖案化硬遮蔽層，形成硬遮蔽層所構成之電流阻擋層於第二半導體層上。
在本發明一實施方式中，上述圖案化遮蔽層之步驟包含：形成圖案化的光阻層於遮蔽層上。蝕刻未被圖案化的光阻層所覆蓋的硬遮蔽層，形成電流阻擋層於第二半導體層上。去除圖案化的光阻層。
在本發明一實施方式中，上述發光二極體晶片的製造方法更包含一步驟：形成透明導電層覆蓋電流阻擋層以及未被電流阻擋層所遮蔽的第二半導體層表面。
在本發明一實施方式中，上述發光二極體晶片的製造方法更包含下列步驟：形成第一電極於裸露的第一半導體層上。形成第二電極於透明導電層上，且第二電極的位置與電流阻擋層的位置重疊。
在本發明一實施方式中，上述第二電極的面積等於電流阻擋層的面積，且第二電極的邊緣與電流阻擋層的邊緣對齊。
在本發明一實施方式中，上述硬遮蔽層的材質包含二氧化矽。
在本發明一實施方式中，上述基板為藍寶石基板。
在本發明上述實施方式中，由於本發明之發光二極體晶片的製造方法可直接以圖案化的硬遮蔽層所構成之電流阻擋層來取代習知於第二半導體層上形成的二氧化矽薄膜，因此能省略習知完整去除硬遮蔽層的製程、在第一、第二半導體層上形成二氧化矽薄膜的製程、及去除第一半導體層上二氧化矽薄膜的製程。硬遮蔽層所構成之電流阻擋層可用來阻擋電流，因此當電流經過電極(例如正電極)下方的電流阻擋層時會橫向傳導，可降低光線被電極遮光的機會，提升光輸出。此外，硬遮蔽層在圖案化時，第一半導體層上的硬遮蔽層可順便去除，因此另一電極(例如負電極)可設置於第一半導體層上。如此一來，與習知技術相較，本發明之發光二極體晶片的製造方法可降低製造成本與花費的時間。
110‧‧‧基板
120‧‧‧第一半導體層
122‧‧‧表面
130‧‧‧發光層
140‧‧‧第二半導體層
142‧‧‧表面
150‧‧‧硬遮蔽層
150’‧‧‧電流阻擋層
160‧‧‧多層堆疊結構
160’‧‧‧晶粒
162‧‧‧側壁
164‧‧‧側壁
166‧‧‧側壁
170‧‧‧光阻層
180‧‧‧透明導電層
192‧‧‧第一電極
194‧‧‧第二電極
A1‧‧‧面積
A2‧‧‧面積
S1‧‧‧步驟
S2‧‧‧步驟
S3‧‧‧步驟
S4‧‧‧步驟
S5‧‧‧步驟
S6‧‧‧步驟
S7‧‧‧步驟
S8‧‧‧步驟
第1圖繪示根據本發明一實施方式之發光二極體晶片的製造方法的流程圖。
第2圖繪示根據本發明一實施方式之第一半導體層形成於基板後的剖面圖。
第3圖繪示第2圖之第一半導體層形成發光層後的剖面圖。
第4圖繪示第3圖之發光層形成第二半導體層後的剖面圖。
第5圖繪示第4圖之第二半導體層及第一半導體層形成硬遮蔽層後的剖面圖。
第6圖繪示第5圖之基板與多層堆疊結構經切割處理後的剖面圖。
第7圖繪示第6圖之第一半導體層、發光層及第二半導體層之側壁被蝕刻後的剖面圖。
第8圖繪示第7圖之硬遮蔽層形成圖案化的光阻層後的剖面圖。
第9圖繪示第8圖之硬遮蔽層蝕刻後的剖面圖。
第10圖繪示第9圖之光阻層去除後的剖面圖。
第11圖繪示第10圖之電流阻擋層被透明導電層覆蓋後的剖面圖。
第12圖繪示第11圖之第一半導體層形成第一電極後及透明導電層形成第二電極後的剖面圖。
第13圖繪示根據本發明一實施方式之發光二極體晶片的製造方法的流程圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
第1圖繪示根據本發明一實施方式之發光二極體晶片的製造方法的流程圖。發光二極體晶片的製造方法包含下列步驟：首先在步驟S1中，提供一基板。接著在步驟S2中，形成第一半導體層於基板上。之後在步驟S3中，形成發光層於部分第一半導體層上，並且裸露出未被發光層所覆蓋之其他第一半導體層表面。接著在步驟S4中，形成第二半導體層於發光層上。之後在步驟S5中，形成硬遮蔽層於第二半導體層上及裸露的第一半導體層表面上，於基板上形成多層堆疊結構。接著在步驟S6中，施一切割處理，使基板上之多層堆疊結構被切割成複數晶粒。之後在步驟S7中，施一蝕刻處理，使得第一半導體層、發光層及第二半導體層之側壁被蝕刻成一底切結構。最後在步驟S8中，圖案化硬遮蔽層，形成硬遮蔽層所構成之電流阻擋層於第二半導體層上。
在以下敘述中，將詳細說明上述發光二極體晶片的製造方法的步驟S1至步驟S8。
第2圖繪示根據本發明一實施方式之第一半導體層120形成於基板110後的剖面圖。第3圖繪示第2圖之第一半導體層120形成發光層130後的剖面圖。同時參閱第2圖與第3圖，第一半導體層120於基板110形成後，發光層130便可形成於部分第一半導體層120上。如此一來，未被發光層130所覆蓋之其他第一半導體層120表面122便會裸露。在本實施方式中，基板110可以為藍寶石基板，但並不以藍寶石基板為限。第一半導體層120的材質 可以包含氮化鎵，例如N型氮化鎵(N-GaN)。
第4圖繪示第3圖之發光層130形成第二半導體層140後的剖面圖。第5圖繪示第4圖之第二半導體層140及第一半導體層120形成硬遮蔽層150後的剖面圖。同時參閱第4圖與第5圖，待發光層130形成於第一半導體層120上後，第二半導體層140便可形成於發光層130上。接著，硬遮蔽層150形成於第二半導體層140上及裸露的第一半導體層120表面122上，因此會於基板110上形成多層堆疊結構160。在本實施方式中，第二半導體層140的材質可以包含氮化鎵，例如P型氮化鎵(P-GaN)。硬遮蔽層150的材質可以包含二氧化矽(SiO2)，可由四氫化矽(SiH4)與氧化二氮(N2O)形成。當製作硬遮蔽層150時，四氫化矽與氧化二氮製作的流量比可介於0.5至10，且溫度可控制在250℃以上，射頻功率可控制在250W以上。以上述條件製作的硬遮蔽層150緻密性高，抗蝕刻能力強，可作為電流阻擋(Current Block；CB)層的材料。
第6圖繪示第5圖之基板110與多層堆疊結構160經切割處理後的剖面圖。同時參閱第5圖與第6圖，待硬遮蔽層150形成於第二半導體層140上及裸露的第一半導體層120表面122上後，可對基板110上之多層堆疊結構160施一切割處理，使多層堆疊結構160被切割成複數晶粒160’。在第6圖中，僅繪示單一的晶粒160’，實際上第5圖的結構經切割後，還會形成其他如第6圖的結構。在本實施方式中，切割處理之步驟可藉由雷射切割或鑽石刀切 割達成，並不以限制本發明。
第7圖繪示第6圖之第一半導體層120、發光層130及第二半導體層140之側壁被蝕刻後的剖面圖。同時參閱第6圖與第7圖，待基板110上之多層堆疊結構160施一切割處理後，可對第6圖之結構施一蝕刻處理，使得第一半導體層120之側壁162、發光層130之側壁164及第二半導體層140之側壁166被蝕刻成一底切結構(under cut)。在本實施方式中，蝕刻處理之步驟可藉由濕蝕刻達成。由於硬遮蔽層150的緻密性高，抗蝕刻能力強，可避免上述切割處理與蝕刻處理時造成第一半導體層120、發光層130與第二半導體層140的膜面(此三層的水平表面)損傷。
第8圖繪示第7圖之硬遮蔽層150形成圖案化的光阻層170後的剖面圖。第9圖繪示第8圖之硬遮蔽層150蝕刻後的剖面圖。同時參閱第8圖與第9圖，待第7圖之側壁162、164、166蝕刻後，圖案化的光阻層170可形成於硬遮蔽層150上。接著，未被圖案化的光阻層170所覆蓋的硬遮蔽層150可由蝕刻製程去除，使光阻層170保護的硬遮蔽層150可於第二半導體層140上形成電流阻擋層150’。
第10圖繪示第9圖之光阻層170去除後的剖面圖。同時參閱第9圖與第10圖，待電流阻擋層150’形成於第二半導體層140上後，可去除圖案化的光阻層170。也就是說，硬遮蔽層150於圖案化後，可形成硬遮蔽層150所構成之電流阻擋層150’於第二半導體層140上。
第11圖繪示第10圖之電流阻擋層150’被透明導電層180覆蓋後的剖面圖。第12圖繪示第11圖之第一半導體層120形成第一電極192後及透明導電層180形成第二電極194後的剖面圖。同時參閱第11圖與第12圖，待電流阻擋層150’於第二半導體層140上形成後，可形成透明導電層180覆蓋電流阻擋層150’以及未被電流阻擋層150’所遮蔽的第二半導體層140表面142。接著，第一電極192可形成於裸露的第一半導體層120上。第二電極194可形成於透明導電層180上，且第二電極194的位置與電流阻擋層150’的位置重疊。在本實施方式中，第二電極194的面積A1等於電流阻擋層150’的面積A2，且第二電極194的邊緣與電流阻擋層150’的邊緣對齊，但並不以限制本發明。
第12圖的結構為使用上述發光二極體晶片的製造方法製作的發光二極體晶片。由於發光二極體晶片的製造方法可直接以圖案化的硬遮蔽層150所構成之電流阻擋層150’來取代習知於第二半導體層140上形成的二氧化矽薄膜，因此能省略習知完整去除硬遮蔽層150的製程、在第一、第二半導體層120、140上形成二氧化矽薄膜的製程、及去除第一半導體層120上二氧化矽薄膜的製程。硬遮蔽層150所構成之電流阻擋層150’可用來阻擋電流，因此當電流經過第二電極194(例如正電極)下方的電流阻擋層150’時會橫向傳導，可降低光線被第二電極194遮光的機會，提升光輸出。此外，硬遮蔽層150在圖案化時，第一 半導體層120上的硬遮蔽層150可順便由蝕刻製程去除，因此第一電極192(例如負電極)可設置於第一半導體層120上。如此一來，與習知技術相較，本發明之發光二極體晶片的製造方法可大幅降低發光二極體晶片的製造成本與花費的時間。
應瞭解到，已敘述過的元件連接關係與材料將不在重複贅述，合先敘明。在以下敘述中，將說明其他發光二極體晶片的製造方法。
第13圖繪示根據本發明一實施方式之發光二極體晶片的製造方法的流程圖。發光二極體晶片的製造方法包含下列步驟：首先在步驟S1中，提供一基板。接著在步驟S2中，形成第一半導體層於基板上。之後在步驟S3中，形成發光層於部分第一半導體層上，並且裸露出未被發光層所覆蓋之其他第一半導體層表面。接著在步驟S4中，形成第二半導體層於發光層上。之後在步驟S5中，形成硬遮蔽層於第二半導體層上及裸露的第一半導體層表面上，於基板上形成多層堆疊結構。最後在步驟S6中，圖案化硬遮蔽層，形成硬遮蔽層所構成之電流阻擋層於第二半導體層上。
與第1圖實施方式不同的地方在於：本實施方式的發光二極體晶片的製造方法可省略第1圖有關切割處理與蝕刻處理的步驟。由於步驟S1至步驟S6與第1圖切割處理與蝕刻處理以外的步驟雷同，因此不再重複贅述。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。
S1‧‧‧步驟
S2‧‧‧步驟
S3‧‧‧步驟
S4‧‧‧步驟
S5‧‧‧步驟
S6‧‧‧步驟
S7‧‧‧步驟
S8‧‧‧步驟

Claims (17)

  1. 一種發光二極體晶片的製造方法，包含下列步驟：提供一基板；形成一第一半導體層於該基板上；形成一發光層於部分該第一半導體層上，並且裸露出未被該發光層所覆蓋之其他該第一半導體層表面；形成一第二半導體層於該發光層上；形成一硬遮蔽層於該第二半導體層上及裸露的該第一半導體層表面上，於該基板上形成一多層堆疊結構；施一切割處理，使該基板上之該多層堆疊結構被切割成複數晶粒；施一蝕刻處理，使得該第一半導體層、該發光層及該第二半導體層之側壁被蝕刻成一底切結構(under cut)；以及圖案化該硬遮蔽層，形成一硬遮蔽層所構成之電流阻擋層於該第二半導體層上。
  2. 如請求項1所述之發光二極體晶片的製造方法，其中圖案化該遮蔽層之步驟包含：形成一圖案化的光阻層於該硬遮蔽層上；蝕刻未被該圖案化的光阻層所覆蓋的該硬遮蔽層，形成該電流阻擋層於該第二半導體層上；以及去除該圖案化的光阻層。
  3. 如請求項2所述之發光二極體晶片的製造方法，更包含一步驟：形成一透明導電層覆蓋該電流阻擋層以及未被該電流阻擋層所遮蔽的該第二半導體層表面。
  4. 如請求項3所述之發光二極體晶片的製造方法，更包含下列步驟：形成一第一電極於裸露的該第一半導體層上；以及形成一第二電極於該透明導電層上，且該第二電極的位置與該電流阻擋層的位置重疊。
  5. 如請求項4所述之發光二極體晶片的製造方法，其中該第二電極的面積等於該電流阻擋層的面積，且該第二電極的邊緣與該電流阻擋層的邊緣對齊。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之發光二極體晶片的製造方法，其中該硬遮蔽層的材質包含二氧化矽。
  7. 如請求項1所述之發光二極體晶片的製造方法，其中該基板為藍寶石基板。
  8. 如請求項1所述之發光二極體晶片的製造方法，其中該第一半導體層與該第二半導體層的材質包含氮化鎵。
  9. 如請求項1所述之發光二極體晶片的製造方法，其中該切割處理之步驟可藉由雷射切割或鑽石刀切割達成。
  10. 如請求項1所述之發光二極體晶片的製造方法，其中該蝕刻處理之步驟可藉由濕蝕刻達成。
  11. 一種發光二極體晶片的製造方法，包含下列步驟：提供一基板；形成一第一半導體層於該基板上；形成一發光層於部分該第一半導體層上，並且裸露出未被該發光層所覆蓋之其他該第一半導體層表面；形成一第二半導體層於該發光層上；形成一硬遮蔽層於該第二半導體層上及裸露的該第一半導體層表面上，於該基板上形成一多層堆疊結構；以及圖案化該硬遮蔽層，形成一硬遮蔽層所構成之電流阻擋層於該第二半導體層上。
  12. 如請求項11所述之發光二極體晶片的製造方法，其中圖案化該遮蔽層之步驟包含：形成一圖案化的光阻層於該硬遮蔽層上；蝕刻未被該圖案化的光阻層所覆蓋的該硬遮蔽層，形成該電流阻擋層於該第二半導體層上；以及 去除該圖案化的光阻層。
  13. 如請求項12所述之發光二極體晶片的製造方法，更包含一步驟：形成一透明導電層覆蓋該電流阻擋層以及未被該電流阻擋層所遮蔽的該第二半導體層表面。
  14. 如請求項13所述之發光二極體晶片的製造方法，更包含下列步驟：形成一第一電極於裸露的該第一半導體層上；以及形成一第二電極於該透明導電層上，且該第二電極的位置與該電流阻擋層的位置重疊。
  15. 如請求項14所述之發光二極體晶片的製造方法，其中該第二電極的面積等於該電流阻擋層的面積，且該第二電極的邊緣與該電流阻擋層的邊緣對齊。
  16. 如請求項11至15中任一項所述之發光二極體晶片的製造方法，其中該硬遮蔽層的材質包含二氧化矽。
  17. 如請求項11所述之發光二極體晶片的製造方法，其中該基板為藍寶石基板。
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