TW201535779A - 半導體發光元件的製作方法 - Google Patents

Abstract

一種半導體發光元件的製作方法，包括下列步驟。提供一基板，基板具有一第一表面以及一第二表面，第一表面與第二表面相對，於第一表面依序形成由一第一半導體層、一主動層及一第二半導體層所構成的磊晶層。對磊晶層施一平台化製程，以形成複數個具有平台結構的磊晶元件於基板上，其中各磊晶元件分別包括一裸露的第一半導體層表面，且各磊晶元件由複數裸露出基板表面的切割道所區隔。形成一第一電極於各磊晶元件的裸露的第一半導體層表面。形成一第二電極於各磊晶元件的第二半導體層上。於每一此些切割道的基板表面分別形成一刻槽。形成一光學薄膜於第二表面，且光學薄膜具有複數裸露出第二表面且對準切割道且尺寸相同的劈裂道。沿第二表面上的每一此些劈裂道施一劈裂處理，形成複數各自分離的磊晶元件。

Description

半導體發光元件的製作方法

本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種半導體發光元件的製作方法。

發光二極體(Light emitting diode,LED)具有壽命長、省電、體積小等優點，是新一代的光源，以節省電能。當施加電流於發光二極體後，電流擴散注入發光二極體中的磊晶層，電子將與電洞結合並釋放能量。因此，電子與電洞結合後，能量便以光的形式發出。

為了提昇發光二極體的整體發光強度，例如在磊晶成長用的基板上更形成可增加光取出效率的微結構(micro-structure)，或是增加使磊晶層發出的光朝向同一方向行進的反射層(或稱反射鏡，reflection mirror)。然而，習知做為反射層的鍍膜覆蓋在劈裂道上，容易受劈裂應力破壞而剝落，造成鍍膜的完整性不佳。

本發明係有關於一種半導體發光元件的製作方法， 可避免破壞鍍膜的完整性。

根據本發明之一方面，提出一種半導體發光元件的製作方法，包括下列步驟。提供一基板，基板具有一第一表面以及一第二表面，第一表面與第二表面相對，於第一表面依序形成由一第一半導體層、一主動層及一第二半導體層所構成的磊晶層。對磊晶層施一平台化製程，以形成複數個具有平台結構的磊晶元件於基板上，其中各磊晶元件分別包括一裸露的第一半導體層表面，且各磊晶元件由複數裸露出基板表面的切割道所區隔。形成一第一電極於各磊晶元件的裸露的第一半導體層表面。形成一第二電極於各磊晶元件的第二半導體層上。於每一此些切割道的基板表面分別形成一刻槽。形成一光學薄膜於第二表面，該光學薄膜具有複數裸露出第二表面且對準切割道且尺寸相同的劈裂道。沿第二表面上的每一此些劈裂道施一劈裂處理，形成複數各自分離的磊晶元件。

根據本發明之一方面，提出一種半導體發光元件的製作方法，包括下列步驟。提供一基板，基板具有一第一表面以及一第二表面，第一表面與第二表面相對，於第一表面依序形成由一第一半導體層、一主動層及一第二半導體層所構成的磊晶層。對磊晶層施一平台化製程，形成複數個具有平台結構的磊晶元件於基板上，其中各磊晶元件分別包括一裸露的第一半導體層表面，且各磊晶元件由複數裸露出基板表面的切割道所區隔。形成一第一電極於各磊晶元件的裸露的第一半導體層表面。形成一 第二電極於各磊晶元件的第二半導體層上。形成一光學薄膜於第二表面，且光學薄膜具有複數裸露出第二表面且對準切割道且尺寸相同的劈裂道。於基板內形成複數晶格破壞線，且每一此些晶格破壞線分別對準於每一此些切割道。沿第一表面上的每一此些切割道施一劈裂處理，形成複數各自分離的磊晶元件。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

110‧‧‧基板

111‧‧‧第一表面

112‧‧‧第二表面

113‧‧‧切割道

114‧‧‧刻槽

115‧‧‧晶格破壞線

120‧‧‧磊晶層

121‧‧‧第一半導體層

122‧‧‧主動層

123‧‧‧第二半導體層

124‧‧‧磊晶元件

125‧‧‧裸露的第一半導體層表面

131‧‧‧第一電極

132‧‧‧第二電極

140‧‧‧圖案化遮罩

141‧‧‧開口

142‧‧‧光學薄膜

143‧‧‧劈裂道

150‧‧‧劈刀

第1A~1H圖繪示依照本發明一實施例之半導體發光元件的製作方法的示意圖。

第2A~2H圖繪示依照本發明一實施例之半導體發光元件的製作方法的示意圖。

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。

第一實施例

請參照第1A~1H圖，其繪示依照本發明一實施例之半導體發光元件的製作方法的示意圖。首先，在第1A圖中，提供一基板110。基板110具有一第一表面111以及一第二表面112，第一表面111與第二表面112相對。於第一表面111依序形成由一第一半導體層121、一主動層122及一第二半導體層123 所構成的磊晶層120。

在一實施例中，基板110可為不導電的透明絕緣材料，例如玻璃、塑膠或藍寶石。基板110較佳為藍寶石基板、碳化矽基板或矽基板，但本發明不以此為限。

第一半導體層121、主動層122及第二半導體層123依序形成在基板110上，以形成一磊晶層120。第一半導體層121例如是P型半導體層，第二半導體層123例如是N型半導體層。或是，第一半導體層121例如是N型半導體層，第二半導體層123例如是P型半導體層，兩者的電性相異。一般而言，含有帶正電的電洞比率較高的稱為P型半導體，含有帶負電的電子比率較高的稱為N型半導體。P型半導體與N型半導體相接處形成PN接面。當電子將與電洞於PN接面處結合後釋放能量，再以光的形式發出。

在一實施例中，第一半導體層121、主動層122以及第二半導體層123之材質可由週期表ⅢA族元素之氮化物所構成，例如是選自於由氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)或氮化鋁銦鎵(AlInGaN)所組成的群組其中之一或其組合。

在第1B圖中，對磊晶層120施一平台化(mesa)製程，以形成多個具有平台結構的磊晶元件124於基板110上，其中各磊晶元件124分別包括一裸露的第一半導體層表面125，且各磊晶元件124由複數個裸露出基板110表面的切割道113所區 隔。

在一實施例中，形成裸露的第一半導體層表面125及切割道113的方法包括以雷射蝕刻、電漿蝕刻或以微影蝕刻的方式形成。較佳地，上述磊晶元件124的平台化製程可使用乾蝕刻方式進行，但本發明不以此為限。

在第1C圖中，形成一第一電極131於各磊晶元件124的裸露的第一半導體層表面125，以及形成一第二電極132於各磊晶元件124的第二半導體層123上。

第一電極131與第二電極132為金屬凸塊或焊料凸塊，例如高導電及高導熱的銅凸塊/金凸塊，或是低熔點的錫凸塊或包含錫銀銅合金的凸塊。

在第1D圖中，於每一此些切割道113的基板110表面分別形成一刻槽114。此些刻槽114為雷射燒蝕而成。此外，在雷射燒蝕步驟後，更包括一濕蝕刻處理，用以清除刻槽114。由於雷射燒蝕後會產生焦黑層，因此可藉由濕蝕刻處理，來清除刻槽114中的焦黑層。在一實施例中，刻槽114較佳為V形槽，但本發明不以此為限。

另外，為了避免要劈裂的基板厚度太厚，在進行第1E圖中之步驟之前，更包括進行一研磨方法，用以薄化基板110。在一實施例，刻槽114的深度較佳為基板110薄化後的厚度的一半以上，以利於劈裂基板110，但刻槽114的深度小於基板110薄化後的厚度，使基板110有足夠的厚度保持不斷裂。

在第1E~1G圖中，形成一光學薄膜142於基板110的第二表面112，且光學薄膜142具有多個裸露出第二表面112且對準切割道113的劈裂道143，劈裂道143與切割道113的尺寸相同。在本實施例中，利用圖案化製程來形成上述光學薄膜142的方法包括下列步驟。請參照第1E圖，形成一圖案化遮罩140於基板110的第二表面112，圖案化遮罩140具有複數個開口141，且每一開口141分別對應於每一磊晶元件124，且各開口141與相對應的磊晶元件124具有相同尺寸。請參照第1F圖，形成一光學薄膜142於各個開口141中，接著，請參照第1G圖，移除圖案化遮罩140，以形成劈裂道143。劈裂道143裸露出基板110的第二表面112，且劈裂道143對準切割道113。上述的劈裂道143與切割道113例如為網格狀或條紋狀。

在第1H圖中，沿第二表面112上的每一劈裂道143施一劈裂處理，形成多個各自分離的磊晶元件124。上述的磊晶元件124為半導體發光元件，例如是發光二極體晶片。在一實施例中，劈裂處理較佳是以劈刀150對準劈裂道143，使基板110由刻槽114處斷裂。

在上述實施例之製作方法中，光學薄膜142可為高反射性材質，例如是為布拉格反射層或金屬反射層。反射層可使朝基板110方向行進的光被反射出基板110的第一表面111，以增加磊晶元件124的發光強度。此外，由於光學薄膜142具有網格狀的劈裂道143，因此在施行劈裂處理時，光學薄膜142不會 因為劈裂的應力破壞而導致剝落。另外，光學薄膜142的層數可增加，而不受劈裂應力破壞的影響，進而提高光學薄膜142的反射率。在一實施例中，光學薄膜142的反射率較佳為大於95%以上，但本發明對此不加以限制。

第二實施例

請參照第2A~2H圖，其繪示依照本發明一實施例之半導體發光元件的製作方法的示意圖。有關第2A圖中形成磊晶層120的步驟、第2B圖中對磊晶層120施一平台化製程以及第2C圖中形成第一電極131與第二電極132的步驟，皆與上述第1A~1C圖中的各個步驟相同，在此不再贅述，相同的元件以相同的符號表示。

在上述第1D圖中，基板110的第一表面111於每一切割道113處分別形成有一刻槽114，以做為劈裂基板110時的斷裂面。然而，本實施例與上述實施例不同之處在於：在第2D圖中，於基板110內形成多個晶格破壞線115，每一晶格破壞線115分別對準於每一切割道113。在本實施例中，晶格破壞線115例如使用隱形雷射自第二表面112朝基板110燒蝕而成。被隱形雷射切割(Stealth dicing)後的基板110，晶格結構已非常脆弱，稍加外力即會裂開，因此廣泛使用在半導體元件的切割上。

隱形雷射是將高功率的短脈衝雷射光束透過聚光透鏡聚焦在基板110的內部，使基板110內部的晶格被雷射光束產生的熱能破壞而形成改質層，由於改質層的晶格結構被破壞，因 而稍加外力即可裂開。

另外，為了避免要劈裂的基板厚度太厚，在進行第2E圖中之步驟之前，更包括進行一研磨方法，用以薄化基板110。在一實施例，研磨的厚度較佳為研磨前基板110厚度的一半以上，以利於劈裂基板110。

接著，在第2E~2G圖中，形成一光學薄膜142於基板110的第二表面112，且光學薄膜142具有複數裸露出第二表面112且對準切割道113的劈裂道143，劈裂道143與切割道113的尺寸相同。在本實施例中，利用圖案化製程來形成上述光學薄膜142的方法包括下列步驟。請參照第2E圖，形成一圖案化遮罩140於基板110的第二表面112，圖案化遮罩140具有複數個開口141，且每一開口141分別對應於每一磊晶元件124，且開口141與相對應的磊晶元件124具有相同尺寸。請參照第2F圖，形成一光學薄膜142於各個開口141中，接著，請參照第2G圖，移除圖案化遮罩140，以形成劈裂道143。劈裂道143裸露出基板110的第二表面112，且劈裂道143對準切割道113。上述的劈裂道143與切割道113例如為網格狀或條紋狀。

在第2H圖中，沿第二表面112上的每一劈裂道143施一劈裂處理，形成多個各自分離的磊晶元件124。上述的磊晶元件124為半導體發光元件，例如是發光二極體(LED)晶片。在一實施例中，劈裂處理較佳是以劈刀150對準切割道113，使基板110沿著晶格破壞線115斷裂。

在上述實施例之製作方法中，光學薄膜142可為高反射性材質，例如是為布拉格反射層或金屬反射層。反射層可使朝基板110方向行進的光被反射出基板110的第一表面111，以增加磊晶元件124的發光強度。此外，由於光學薄膜142具有網格狀的劈裂道143，因此在施行劈裂處理時，光學薄膜142不會因為劈裂的應力破壞而導致剝落。另外，光學薄膜142的層數可增加，而不受劈裂應力破壞的影響，進而提高光學薄膜142的反射率。在一實施例中，光學薄膜142的反射率較佳為大於95%以上，但本發明對此不加以限制。

本發明上述實施例所揭露之半導體發光元件的製作方法，係利用圖案化遮罩遮蔽劈裂道，以使各光學薄膜不會形成在裸露出基板表面的劈裂道上。因此，以劈刀劈裂基板時，不會破壞光學薄膜的完整性，而使光學薄膜具有完好的尺寸。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明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。

110‧‧‧基板

113‧‧‧切割道

124‧‧‧磊晶元件

142‧‧‧光學薄膜

143‧‧‧劈裂道

150‧‧‧劈刀

Claims (15)

1. 一種半導體發光元件的製作方法，包括：提供一基板，該基板具有一第一表面以及一第二表面，該第一表面與該第二表面相對，於該第一表面依序形成由一第一半導體層、一主動層及一第二半導體層所構成的磊晶層；對該磊晶層施一平台化製程，形成複數個具有平台結構的磊晶元件於該基板上，其中各該磊晶元件分別包括一裸露的該第一半導體層表面，且各該磊晶元件由複數裸露出該基板表面的切割道所區隔；形成一第一電極於各該磊晶元件的該裸露的該第一半導體層表面；形成一第二電極於各該磊晶元件的該第二半導體層上；於每一該些切割道的該基板表面分別形成一刻槽；形成一光學薄膜於該第二表面，且該光學薄膜具有複數裸露出該第二表面且對準該切割道且尺寸相同的劈裂道；以及沿該第二表面上的每一該些劈裂道施一劈裂處理，形成複數各自分離的磊晶元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中，該平台化製程中，是使用乾蝕刻方法進行。
3. 如申請專利範圍第2項所述之製作方法，其中，該些刻槽 為雷射燒蝕而成。
4. 如申請專利範圍第3項所述之製作方法，其中，在該雷射燒蝕步驟後，更包括一濕蝕刻處理，用以清除該刻槽。
5. 如申請專利範圍第3項所述之製作方法，其中形成該光學薄膜的步驟包括：形成一圖案化遮罩於該第二表面，該圖案化遮罩具有複數個開口，且每一該些開口分別對應於每一該些磊晶元件，且具有相同尺寸；形成一光學薄膜於各個開口中；以及移除該圖案化遮罩。
6. 如申請專利範圍第5項所述之製作方法，其中，於形成該圖案化遮罩於該第二表面之前，更包括一研磨方法，用以薄化該基板。
7. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中，該光學薄膜為布拉格反射層或金屬反射層。
8. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中，該基板為藍寶石基板、碳化矽基板或矽基板。
9. 一種半導體發光元件的製作方法，包括：提供一基板，該基板具有一第一表面以及一第二表面，該第一表面與該第二表面相對，於該第一表面依序形成由一第一半導體層、一主動層及一第二半導體層所構成的磊晶層；對該磊晶層施一平台化製程，形成複數個具有平台結構的磊晶元件於該基板上，其中各該磊晶元件分別包括一裸露的該第一半導體層表面，且各該磊晶元件由複數裸露出該基板表面的切割道所區隔；形成一第一電極於各該磊晶元件的該裸露的該第一半導體層表面；形成一第二電極於各該磊晶元件的該第二半導體層上；形成一光學薄膜於該第二表面，且該光學薄膜具有複數裸露出該第二表面且對準該切割道且尺寸相同的劈裂道；於該基板內形成複數晶格破壞線，且每一該些晶格破壞線分別對準於每一該些切割道；以及沿該第一表面上的每一該些切割道施一劈裂處理，形成複數各自分離的磊晶元件。
10. 如申請專利範圍第9項所述之製作方法，其中，該形成平台化的步驟中，是使用乾蝕刻方法進行。
11. 如申請專利範圍第10項所述之製作方法，其中，該形成晶格破壞線的步驟，包括使用隱形雷射自該第二表面朝該基板燒蝕而成。
12. 如申請專利範圍第11項所述之製作方法，其中形成該光學薄膜的步驟包括：形成一圖案化遮罩於該第二表面，該圖案化遮罩具有複數個開口，且每一該些開口分別對應於每一該些磊晶元件，且具有相同尺寸；形成一光學薄膜於各個開口中；以及移除該圖案化遮罩。
13. 如申請專利範圍第12項所述之製作方法，其中，於形成該圖案化遮罩於該第二表面之前，更包括一研磨方法，用以薄化該基板。
14. 如申請專利範圍第9項所述之製作方法，其中，該光學薄膜為布拉格反射層或金屬反射層。
15. 如申請專利範圍第9項所述之製作方法，其中，該基板為藍寶石基板、碳化矽基板或矽基板。