TWI423470B

TWI423470B - 一種製造高散熱發光元件的方法

Info

Publication number: TWI423470B
Application number: TW97130919A
Authority: TW
Inventors: Jin Ywan Lin; Yi Ming Chen
Original assignee: Epistar Corp
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2014-01-11
Also published as: TW201007983A

Description

一種製造高散熱發光元件的方法

本發明係關於一種高散熱發光元件的製造方法，尤其關於一種具有較大面積的高散熱基板之發光元件。

發光二極體(Light－emitting Diode；LED)係一種固態物理半導體元件，其至少包含一p－n接面(p－n junction)，此p－n接面係形成於p型與n型半導體層之間。當於p－n接面上施加一定程度之偏壓時，p型半導體層中之電洞與n型半導體層中之電子會結合而釋放出光。此光產生之區域一般又稱為發光區(active region)。

LED為了特定的目的會轉換基板，例如使用散熱佳的銅基板，可以提升LED的飽和電流。一般而言，轉換至散熱基板後，原本的成長基板會被移除，最後再將晶圓分離形成各個獨立的晶粒。然而每個晶粒的散熱基板的上表面的表面積大約與磊晶層的下表面的表面積相等，飽和電流提升的程度不足。

另一種製作方式是先將原本包含成長基板與磊晶層的晶圓分離成晶粒，再將各個晶粒置於散熱基板的晶圓之上，移除成長基板後進行黃光製程製作電極，最後再將包含各顆磊晶層的散熱基板的晶圓分離成晶粒，如此每個晶粒可以具有較大的散熱基板。然而因為在將各個晶粒置於散熱基板的晶圓時會造成錯位，即晶粒偏移原本在基座上預設的位置，所以在黃光製作電極的製程之中，光罩的圖案無法對準各個晶粒，電極不易形成在晶粒上，降低良率。

提供一具發光結構之晶圓，包含一成長基板；一發光疊層，形成於成長基板之上；一第一歐姆接觸層，形成於發光疊層之上；與至少一第一墊片，形成於一第一歐姆接觸層之第一表面之上；其中發光疊層至少包含一活性層。將一暫時載體連接至第一歐姆接觸層之第一表面與第一墊片之上，接者移除成長基板以裸露一發光疊層之第一表面。在發光疊層之第一表面形成一第二歐姆接觸層與一反射層，其中第二歐姆接觸層係被反射層圍繞。將具發光結構之晶圓移除暫時載體後，分離形成複數個發光晶粒，並將各個發光晶粒分別連接至各個高散熱基板，以形成一發光元件。

提供一具發光結構之晶圓，包含一成長基板；一發光疊層，形成於成長基板之上；一第一歐姆接觸層，形成於發光疊層之上；與至少一第一墊片，形成於一第一歐姆接觸層之第一表面之上；其中發光疊層至少包含一活性層。將一暫時載體連接至第一歐姆接觸層之第一表面與第一墊片之上，接者薄化成長基板至其厚度至多為約20微米。在一成長基板之第一表面形成一第二歐姆接觸層與一反射層，其中第二歐姆接觸層係被反射層圍繞。或者形成複數個開孔於成長基板之中並曝露部份發光疊層，形成第二歐姆接觸層於開孔之中並接觸發光疊層，接者形成反射層於成長基板之第一表面之上，並與第二歐姆接觸層接觸。將具發光結構之晶圓移除暫時載體後，分離形成複數個發光晶粒，並將各個發光晶粒分別連接至各個高散熱基板，以形成一發光元件。

如第1圖所示，提供一具發光結構之晶圓l，包含一成長基板10；一發光疊層12，形成於成長基板10之上；一第一歐姆接觸層13，形成於發光疊層12之上；與至少一第一墊片14，形成於一第一歐姆接觸層13之第一表面132之上；其中該發光疊層12至少包含一活性層122。將一暫時載體16連接至第一歐姆接觸層13之第一表面132與第一墊片14之上，接者移除成長基板10以裸露一發光疊層12之第一表面124。在發光疊層12之第一表面124形成一第二歐姆接觸層11與一反射層18，其中第二歐姆接觸層11係被反射層18圍繞。將具發光結構之晶圓1移除暫時載體16後，分離形成複數個發光晶粒2，並將各個發光晶粒2分別連接至各個高散熱基板30，以形成如第2圖所示之一發光元件3。在另一實施例中，係將具發光結構之晶圓1分離形成各個發光晶粒2，連接至另一由高散熱材質組成之晶圓，移除暫時載體16後，再分離此高散熱材質組成之晶圓以形成具有高散熱基板30之發光元件3。由於第一墊片14已形成於第一歐姆接觸層13之上，可避免一般發光晶粒2連接至高散熱基板30後再形成第一墊片14之作法，於黃光製程中因發光晶粒2位置錯置而造成對位不準的問題。

發光疊層12之材料包含但不限於Al_x Ga_y In_1－x－y N，0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x＋y≦1，或Al_a Ga_b In_1－a－b P，0≦a≦1，0≦b≦1，0≦a＋b≦1。分離具發光結構之晶圓1的方式包含但不限於劈裂或切割，連接的方式可例如為以黏結層(未顯示)連接發光晶粒2與高散熱基板30。第一歐姆接觸層13與第二歐姆接觸層11為導電性材料，例如磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、砷鎵化鋁(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)、銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、錫(Pb)、鍺(Ge)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈹化金(AuBe)、鍺化金(AuGe)、鋅化金(AuZn)、錫化鉛(Pbsn)、氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋅(ZnO)等金屬氧化物或此等材料之組合所構成之群組。高散熱基板30的一上表面302之表面積至少為發光晶粒2之一下表面22之表面積的1.5倍，其材料之熱導係數至少為 24W/m．K，例如為銅(Cu)、鎢(Wu)、氮化鋁(AlN)、金屬基複合材料(Metal Matrix Composite；MMC)、陶瓷基複合材料(Ceramic Matrix Composite；CMC)、碳化矽(SiC)、鋁(Al)、矽(Si)、鑽石(Diamond)或此等材料之組合。

如第2圖所示，僅有第一墊片14位於第一歐姆接觸層13之第一表面132之上，係為一垂直結構，高散熱基板30較佳為導電性材料。如第3圖所示，第一墊片14與一第二墊片15位於第一歐姆接觸層13之第一表面132之上，係為一水平結構，高散熱基板30較佳為電絕緣性材料。為了形成水平結構，具發光結構之晶圓1包含形成於第一歐姆接觸層13之第一表面132之上的第一墊片14與第二墊片15，移除成長基板10之後，形成反射層18於發光疊層12之第一表面124，具發光結構之晶圓1移除暫時載體16後，分離形成複數個發光晶粒4，再將各個發光晶粒4分別連接至各個高散熱基板30以形成發光元件3。

如第4圖所示，提供一具發光結構之晶圓5，包含一成長基板50；一發光疊層52，形成於成長基板50之上；一第一歐姆接觸層53，形成於發光疊層52之上；與至少一第一墊片54，形成於一第一歐姆接觸層53之第一表面532之上；其中發光疊層52至少包含一活性層522。將一暫時載體56連接至第一歐姆接觸層53之第一表面532與第一墊片54之上，接者薄化成長基板50至其厚度至多約為20微米。在薄化後之一成長基板50之第一表面502形成一第二歐姆接觸層51與一反射層58，其中第二歐姆接觸層51係被反射層58圍繞。在另一實施例中，則係於成長基板50之中形成複數個開孔並曝露部份發光疊層52，並形成第二歐姆接觸層51於開孔之中以接觸發光疊層52，再形成反射層58於成長基板50之第一表面502之上，並與第二歐姆接觸層51接觸。將具發光結構之晶圓5移除暫時載體56後，分離形成複數個發光晶粒6，並將各個發光晶粒6分別連接至各個高散熱基板70，以形成如第5圖所示之一發光元件7。在另一實施例中，係將具發光結構之晶圓5分離形成各個發光晶粒6，連接至另一由高散熱材質組成之晶圓，移除暫時載體56後，再分離此高散熱材質組成之晶圓以形成具有高散熱基板70之發光元件7。由於第一墊片54已形成於第一歐姆接觸層53之上，可避免一般發光晶粒6連接至高散熱基板70後再形成第一墊片54之作法於黃光製程中因發光晶粒6位置錯置而造成對位不準的問題。

發光疊層52之材料包含但不限於Al_x Ga_y In_1－x－ yN，0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x＋y≦1，或Al_a Ga_b In_1－a－b P，0≦a≦1，0≦b≦1，0≦a＋b≦1。分離具發光結構之晶圓5的方式包含但不限於劈裂或切割，連接的方式可例如為以黏結層(未顯示)連接發光晶粒6與高散熱基板70，薄化成長基板50的方法可為化學機械研磨(chemical mechanical polishing；CMP)方法或蝕刻。第一歐姆接觸層53與第二歐姆接觸層51為導電性材料，例如磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、砷鎵化鋁(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)、銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、錫(Pb)、鍺(Ge)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈹化金(AuBe)、鍺化金(AuGe)、鋅化金(AuZn)、錫化鉛(Pbsn)、氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋅(ZnO)等金屬氧化物或此等材料之組合所構成之群組。高散熱基板70的一上表面702之表面積至少為發光晶粒6之一下表面62之表面積的1.5倍，其材料之熱導係數至少為24W/m．K，例如為銅(Cu)、鎢(Wu)、氮化鋁(AlN)、金屬基複合材料(Metal Matrix Composite；MMC)、陶瓷基複合材料(Ceramic Matrix Composite；CMC)、碳化矽(SiC)、鋁(Al)、矽(Si)、鑽石(Diamond)或此等材料之組合。成長基板50的材料包含但不限於砷化鎵鋁(AlGaAs)、磷化鎵(GaP)、氮化鋁(AlN)、氧化鋰鋁(LiAlO₂ )、碳化矽(SiC)、氧化鋅(ZnO)、磷化銦 (InP)、氮化鋁(AlN)、藍寶石(Sapphire)、鑽石(Diamond)、玻璃(Glass)，其他透明材料或此等材料之組合。

如第5圖所示，僅有第一墊片54位於第一表面532之上，係為一垂直結構，成長基板50與高散熱基板70較佳為導電性材料。如第6圖所示，第一墊片54與一第二墊片55位於第一歐姆接觸層53之第一表面532之上，係為一水平結構，成長基板50與高散熱基板70較佳為電絕緣性材料。為了形成水平結構，具有發光結構之晶圓5包含形成於第一歐姆接觸層53之第一表面532之上的第一墊片54與第二墊片55，薄化成長基板50之後，形成反射層58於成長基板50之第一表面502，再將具有發光結構之晶圓5移除暫時載體56後，分離形成複數個發光晶粒8。各個發光晶粒8分別連接至各個高散熱基板70以形成發光元件7。

第7圖係繪示出一光源產生裝置示意圖，光源產生裝置9可以是一照明裝置，例如路燈、車燈、或室內照明光源，也可以是交通號誌、或一平面顯示器中背光模組的一背光光源。光源產生裝置9包含一光源91，可為本發明任一實施例中之發光元件、一電源供應系統92以供應光源91一電流、以及一控制元件93，用以控制電源供應系統92。

第8圖係繪示出一背光模組剖面示意圖，背光模組100包含前述實施例中的光源產生裝置9，以及一光學元件110。光學元件110可將由光源產生裝置9發出的光加以處理，以應用於平面顯示器，例如散射光源產生裝置9所發之光。

惟上述實施例僅為例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟於此項技藝之人士均可在不違背本發明之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化。因此本發明之權利保護範圍如後述之申請專利範圍所列。

具發光結構之晶圓‧‧‧1，5

成長基板‧‧‧10，50

成長基板之第一表面‧‧‧502

發光疊層‧‧‧12，52

活性層‧‧‧122，522

發光疊層之第一表面‧‧‧124

第一歐姆接觸層‧‧‧13，53

第一歐姆接觸層之第一表面‧‧‧132，532

第一墊片‧‧‧14，54

第二墊片‧‧‧15，55

暫時載體‧‧‧16，56

第二歐姆接觸層‧‧‧11，51

反射層‧‧‧18，58

發光晶粒‧‧‧2，4，6，8

下表面‧‧‧22，42，62，82

發光元件‧‧‧3，7

高散熱基板‧‧‧30，70

上表面‧‧‧302，702

光源產生裝置‧‧‧9

光源‧‧‧91

電源供應系統‧‧‧92

控制元件‧‧‧93

背光模組‧‧‧100

光學元件‧‧‧110

第1圖係顯示依據本發明一實施例之高散熱發光元件之製造流程剖面圖。

第2圖係顯示依據本發明一實施例之高散熱發光元件之剖面圖。

第3圖係顯示依據本發明另一實施例之高散熱發光元件之剖面圖。

第4圖係顯示依據本發明另一實施例之高散熱發光元件之製造流程剖面圖。

第5圖係顯示依據本發明另一實施例之高散熱發光元件之剖面圖。

第6圖係顯示依據本發明又另一實施例之高散熱發光元件之剖面圖。

第7圖係為示意圖，顯示利用本發明實施例之高散熱發光元件組成之一光源產生裝置之示意圖。

第8圖係為示意圖，顯示利用本發明實施例之發光元件組成之一背光模組之示意圖。

具發光結構之晶圓‧‧‧1

成長基板‧‧‧10

發光疊層‧‧‧12

活性層‧‧‧122

發光疊層之第一表面‧‧‧124

第一歐姆接觸層‧‧‧13

第一歐姆接觸層之第一表面‧‧‧132

第一墊片‧‧‧14

暫時載體‧‧‧16

第二歐姆接觸層‧‧‧11

反射層‧‧‧18

Claims

一種製造一發光元件之方法，其步驟包含：提供一具發光結構之晶圓，包含：一成長基板；一發光疊層，形成於該成長基板之上，該發光疊層具有一發光疊層之第一表面；以及一第一歐姆接觸層，形成於該發光疊層之上，該第一歐姆接觸層具有一第一歐姆接觸層之第一表面；形成至少一第一墊片於該第一歐姆接觸層之第一表面之上；形成該第一墊片於該第一歐姆接觸層之第一表面之上後，連接一暫時載體於該第一歐姆接觸層之第一表面；於連接該暫時載體之後，移除該成長基板；分離該具發光結構之晶圓以形成至少一發光晶粒；以及於該發光晶粒形成之後，連接該發光晶粒於一高散熱基板，其中該高散熱基板之一上表面之表面積至少為該發光晶粒之一下表面之表面積至少1.5倍。
如請求項1所述之製造該發光元件之方法，其中該發光疊層之材料包含Al_x Ga_y In_1-x-y N，0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1，或Al_a Ga_b In_1-a-b P，0≦a≦1，0≦b≦1，0≦a+b≦1。
如請求項1所述之製造該發光元件之方法，在移除該成長基板之後，更包含：形成一第二歐姆接觸層於該發光疊層之第一表面；以及形成一反射層於該發光疊層之第一表面，且鄰接於該第二歐姆接觸層。
如請求項1所述之製造該發光元件之方法，其中形成該發光晶粒之方法包含劈裂或切割。
如請求項1所述之製造該發光元件之方法，在移除該成長基板之後，更包含形成一反射層於該發光晶粒與該高散熱基板之間。
如請求項1所述之製造該發光元件之方法，其中該高散熱基板之材料係擇自由銅(Cu)、鎢(Wu)、氮化鋁(AlN)、金屬基複合材料(Metal Matrix Composite；MMC)、陶瓷基複合材料(Ceramic Matrix Composite；CMC)、碳化矽(SiC)、鋁(Al)、矽(Si)、鑽石(Diamond)與此等材料之組合所構成之群組。
如請求項1所述之製造該發光元件之方法，在形成該發光晶粒之前，更包含移除該暫時載體。
如請求項1所述之製造該發光元件之方法，在於連接該暫時載體之前，更包含形成至少一第一墊片與至少一第二墊片於該第一歐姆接觸層之第一表面。
一種製造一發光元件之方法，其步驟包含：提供一具發光結構之晶圓，包含：一成長基板；一發光疊層，形成於該成長基板之上；以及一第一歐姆接觸層，形成於該發光疊層之上；形成至少一第一墊片於該第一歐姆接觸層之上；形成該第一墊片於該第一歐姆接觸層之上後，移除該成長基板；分離該具發光結構之晶圓以形成至少一發光晶粒；以及於該發光晶粒形成之後，連接該發光晶粒於一高散熱基板，其中該高散熱基板之一上表面之表面積至少為該發光晶粒之一下表面之表面積至少1.5倍。
如請求項9所述之製造該發光元件之方法，在移除該成長基板之前，更包含連接一暫時載體於該第一歐姆接觸層。
如請求項9所述之製造該發光元件之方法，在形成該發光晶粒之前，更包含移除該暫時載體。
如請求項9所述之製造一發光元件之方法，其中該高散熱基板之材料係擇自由銅(Cu)、鎢(Wu)、氮化鋁(AlN)、金屬基複合材料(Metal Matrix Composite；MMC)、陶瓷基複合材料(Ceramic Matrix Composite；CMC)、碳化矽(SiC)、鋁(Al)、矽(Si)、鑽石(Diamond)與此等材料之組合所構成之群組。
一種製造一發光元件之方法，包含：提供一具發光結構之晶圓，包含：一成長基板，該成長基板具有一成長基板之第一表面；一發光疊層，形成於該成長基板之上；以及一第一歐姆接觸層，具有一第一歐姆接觸層之第一表面，且形成於該發光疊層之上；形成至少一第一墊片於該第一歐姆接觸層之第一表面之上；形成該第一墊片於該第一歐姆接觸層之第一表面之上後，連接一暫時載體於該第一歐姆接觸層之第一表面；於連接該暫時載體之後，薄化該成長基板；分離該具發光結構之晶圓以形成至少一發光晶粒；以及在形成該發光晶粒之後，連接一高散熱基板於該成長基板，其中該高散熱基板之一上表面之表面積至少為該發光晶粒之一下表面之表面積至少1.5倍。
如請求項13所述之製造該發光元件之方法，在連接該暫時載體之前，更包含形成一第二墊片於該第一歐姆接觸層之第一表面之上。
如請求項13所述之製造該發光元件之方法，在薄化該成長基板之後，更包含：形成至少一開孔於該成長基板並曝露部份該發光疊層；以及形成一第二歐姆接觸層於該開孔之中並接觸該發光疊層。
如請求項13所述之製造該發光元件之方法，在薄化該成長基板之後，更包含形成一反射層於該成長基板與高散熱基板之間。
如請求項13所述之製造該發光元件之方法，形成該發光晶粒之方法包含劈裂或切割。
如請求項13所述之製造該發光元件之方法，其中該高散熱基板之材料係擇自由銅(Cu)、鎢(Wu)、氮化鋁(AlN)、金屬基複合材料(Metal Matrix Composite；MMC)、陶瓷基複合材料(Ceramic Matrix Composite；CMC)、碳化矽(SiC)、鋁(Al)、矽(Si)、鑽石(Diamond)與此等材料之組合所構成之群組。
如請求項13所述之製造該發光元件之方法，在形成該發光晶粒之前，更包含移除該暫時載體。
如請求項13所述之製造該發光元件之方法，在薄化該成長基板之後，更包含：形成一第二歐姆接觸層於該成長基板之第一表面；以及形成一反射層於該成長基板之第一表面，且鄰接於該第二歐姆接觸層。
如請求項13所述之製造該發光元件之方法，其中該成長基板薄化後之厚度小於20微米。
一種製造一發光元件之方法，其步驟包含：提供一具發光結構之晶圓，包含：一成長基板；一發光疊層，形成於該成長基板之上；以及一第一歐姆接觸層，形成於該發光疊層之上，該第一歐姆接觸層具有一第一歐姆接觸層之第一表面；形成至少一第一墊片於該第一歐姆接觸層之上；形成該第一墊片於該第一歐姆接觸層之上後，連接一暫時載體於該第一歐姆接觸層之第一表面；分離該具發光結構之晶圓以形成至少一發光晶粒；於該發光晶粒形成之後，連接該發光晶粒於一高散熱材質組成之晶圓；以及分離該高散熱材質組成之晶圓以形成至少一該發光元件。
如請求項22所述之製造該發光元件之方法，在連接該發光晶粒之後，更包含移除該暫時載體。
如請求項22所述之製造該發光元件之方法，在形成該發光晶粒之前，更包含移除該成長基板。
如請求項22所述之製造該發光元件之方法，在形成該發光晶粒之前，更包含薄化該成長基板。
一種光源產生裝置，包含：一光源包含至少一如請求項1~25項其中之一所述之發光元件；一電源供應系統，供應該光源一電流；以及一控制元件，控制該電流。
一種背光模組，包含：至少一光源產生裝置，該光源產生裝置包含至少一如請求項1~25項其中之一所述之發光元件；以及一光學元件，處理該光源產生裝置所發之光。