TWI433353B - 包含紋路化基板的裝置及形成半導體裝置的方法 - Google Patents

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Description

包含紋路化基板的裝置及形成半導體裝置的方法
本發明關於發光裝置(LEDs)，特別關於製造紋路化(textured)基板上的LED的方法及所製造的結構。
發光裝置(LEDs)，例如發光二極體或雷射二極體，廣泛使用於多種用途。如熟知此技術之人士所知，LED可包括具有複數個形成於基板上的半導體層之半導體發光元件，基板可由例如砷化鎵、磷化鎵、兩者的合金、藍寶石及/或碳化矽所形成。在持續的發展下，LED成為高效率及機械性堅固的光源，該光源可包括可見光及可見光以外的光譜。此性質與固態裝置潛在的長使用壽命，使得LED能發展出各種新的顯示用途，且能與現在普遍使用的白熾燈及螢光燈競爭。
LED由活性層發光。因此，光可從活性層的相反兩側發出。然而在某些情況下，例如當用於照明時，可能偏好光僅導向活性層的一側，並使光散射以達到更均勻的光分布。傳統上，具有圖案的封裝基板接合至LED晶片上，將光導向所希望的方向。然而這將增加形成封裝基板及接合製程的成本及複雜度。
本發明提供一種包含紋路化基板的裝置，包括：一紋路化基板，包括：複數個溝槽，該複數個溝槽各包括一第一側壁及一第二側壁，該第二側壁位於該第一側壁的對面方向；及複數個用來反射光的反射器，該複數個反射器各自位於該複數個溝槽其中一個第一側壁上；其中該複數個溝槽的第二側壁實質上不具有任何反射器。
本發明提供一種晶片，包括一基板，包括：複數個溝槽，該複數個溝槽包括背向該晶片中心的內側壁及面向該晶片中心的外側壁，其中該複數個溝槽形成一圍繞該晶片中心的迴路；複數個反射器，位於該複數個溝槽的外側壁上；及一發光裝置(LED)，連接於該基板背向該複數個反射器的表面。
本發明更提供一種形成半導體裝置的方法，該方法包括：提供一基板；形成複數個溝槽，從該基板表面延伸至該基板中，其中該複數個溝槽包括內側壁及外側壁；形成一反射層於該基板表面上及該內側壁及該外側壁上；及從該複數個溝槽的內側壁移除該反射層。
本發明亦揭露其他具體實施態樣。
本發明之具體實施詳細說明如下，然而以下的實施例僅用於進一步揭露本發明之技術內容，不應藉以限制本案的發明範疇。
本發明提供一新穎發光裝置(LED)及其製造方法。本發明亦說明製造過程的中間階段。下列將討論實施例的變化及操作。在所有不同的視圖及實施例中，類似的元件將使用類似的元件符號表示。
第1圖顯示晶片100，該晶片100可為含有複數個相同晶片的未切割晶圓的一部分。如第1圖顯示之結構，也可為與晶圓分離的單獨晶片。晶片100包括LED 110，形成於基板20上。在一實施例中，基板20由藍寶石(Al2 O3 )所形成。在另一實施例中，基板20為含矽基板，例如碳化矽基板、矽基板、或矽鍺基板。在另一實施例中，基板20包括含III族及/或V族元素的化合物半導體材料，或亦已知為III-V化合物半導體材料。
在一實施例中，在LED 110形成之前，在基板20上形成緩衝層24。緩衝層24可包括未摻雜的氮化鎵(u-GaN)。之後在緩衝層24上形成層疊的複數層，以形成LED 110。例如LED 110包括第一導電型(p-型或n-型)的披覆層26。披覆層26可為n-型III/V族化合物(III/V族化合物)層，例如n-GaN層(以n-型雜質摻入GaN)。在披覆層26上形成至少一個多量子井(MQW) 28，作為發光的活性層。MQW 28由例如InGaN所形成。MQW 28上形成與第1導電型相反的第二導電型披覆層30。披覆層30可為p-型III/V化合物層，例如p-GaN層(以p-型雜質摻入的GaN)。
披覆層30上可視需要形成歐姆接觸層(圖中未顯示，例如由GaAs所形成)。披覆層30(或歐姆接觸層)上形成反射器32。反射器32可由金屬材料所形成，例如Al、Cu、Ti、TiN、TiW或其合金。形成上電極(亦作為連接墊)34及38，分別電性連接披覆層30及26。因此，在電極34及38間施以電壓，LED 110可被活化而發光。
層26、28、30及32的形成為此技術領域中習知之技術，在此未詳細描述。一例示實施例中，層26、28及30的形成方法包括磊晶成長。可理解的是，本發明亦包括LED 110其他各種設計。例如層26、28及30的材料可與上述揭露的材料不同。
如第2圖所示，形成LED 110後，將晶片100上下翻轉。在基板20上形成光阻40，及圖案化光阻40形成開口42。如第3A圖所示，之後經開口42蝕刻基板20。因此在基板20中形成溝槽44，溝槽44由基板20的上表面20a延伸至基板20。溝槽44包括內側壁44_1、外側壁44_2、及底部44_3。內側壁44_1面向與晶片100中心48相反方向，外側壁44_2面向中心48。內側壁44_1、外側壁44_2及底部44_3在剖面圖中可為實質上直線型或稍微彎曲。
第3B圖顯示第3A圖結構的上視圖，其中第3A圖的剖面圖是沿第3B圖中3A-3B切線所得。一實施例中，溝槽44(及溝槽44間的基板20未蝕刻部分)形成封閉的迴路，可具有四個平邊，每一平邊與晶片100的邊緣46平行。另一實施例中，溝槽44可為圓形。另一實施例中，溝槽44可為具有直線邊緣及彎角的近似方形的形狀。溝槽44可相對於晶片100的中心48形成對稱。
如第3A圖所示，一實施例中，外側壁44_2與基板20的主表面20a(第3A圖中的水平面)形成傾斜的α角(如α1α2、α3及αn)。傾斜的α角可大於約45°，可為約45°至90°之間。由於此傾斜的α角，如第5圖的箭頭所示，垂直光可向上反射，而不是向下反射。
晶片100具有邊緣46。一實施例中，靠近邊緣46的傾斜α角較接近中心48的傾斜α角小。在從邊緣46至中心48的方向上，傾斜α角的增加也可以是漸進的。外側壁44_2的傾斜α角的差異可藉由控制在晶片100不同區域中的溝槽44的圖案大小而達成。例如，在一些蝕刻條件下，較寬的寬度(W1)可產生具有較小傾斜角度的溝槽。一般而言，如第3A圖所示的溝槽44的寬度W1、W2、W3...，由邊緣46向中心48排列，在邊緣46向中心48的方向上，可為漸增的愈大、愈小、維持相同、或以任意方式改變。而且，在邊緣46向中心48的方向上，如第3A圖所示的相鄰溝槽44之間的間隔S1、S2、S3...，可為漸增的愈大、愈小、維持相同、或以任意方式改變。靠近邊緣46的傾斜角度α可接近約45°，但接近中心48的傾斜角度α可接近90°。此排列導致在蝕刻基板20形成溝槽44時的微負載效應(micro-loading effect)，因此導致傾斜角度α的差異。寬度(W1/W2/W3及類似的表示)及間隔(S1/S2/S3及類似的表示)的最佳分布部分會依據LED光方向需求而改變，及可由實驗得知。在溝槽44形成之後，移除光阻40。
另一實施例中，除了使用蝕刻形成溝槽44以外，其他可實施的方法例如可使用雷射微加工技術(laser micro-machining)。例如在乎的基板20上可形成罩幕(圖中未顯示，可為聚合物罩幕)。罩幕中可形成圖案，罩幕上的圖案與希望的溝槽44的圖案相似。之後使用蝕刻劑蝕刻罩幕及其下方的基板20。結果，在較薄罩幕上方的基板20的部分，蝕刻程度大於在較厚罩幕上方的基板20的部分。因此，罩幕上的圖案可轉移至基板20上。
在第4圖中，基板20上形成反射層50。反射層50可為使用例如電鍍或非電鍍(electroless plating)或物理氣相沈積(PVD)、化學氣相沈積(CVD)、原子層沈積(ALD)、或其他已知半導體沉積方法形成順應性(conformal)覆蓋層。反射層50的材料可包括金屬，例如Al、Cu、Ti、TiN、TiW或其合金。反射層50的厚度可為例如約50nm至約2,000nm之間。反射層50延伸至溝槽44，形成於側壁44_1及44_2及底部44_3之上。其次形成光罩52及使其圖案化。圖案化後，光罩52可使溝槽44底部44_3及內側壁44_1上的反射層50未被覆蓋。而且，基板20的上表面20a的平坦部分也未被覆蓋。在外側壁44_2上的反射層50部分被光罩52覆蓋。其次，移除反射層50露出的部分，但是保留反射層50被覆蓋的部分以形成複數個反射器50’。所得的結構如第5圖所示。
第5圖顯示光從反射器50’反射。反射器50’被觀察到具有不同的傾斜角度α，導致光再被導向不同的方向。由於反射器50’的反射，LED 110發出的光(如箭頭60)被散射，及更均勻地再分布。在沒有反射50’的位置，光(如箭頭62)未被反射。由於反射器50’將光再導向，光萃取效率被改善，因此較少光被吸收於LED結構中。由於外側壁的傾斜角度α從邊緣46向中心48逐漸增加，靠近晶片100邊緣46的反射器50’將無法阻斷從靠近中心48的反射器50’所反射的光。而且傾斜角度α的逐漸增加，改善了光分布的均勻性。
第6、7、8圖顯示根據另一實施例形成LED結構的中間階段。除非有特定的說明，在本實施例的元件符號與第1至5圖中所表示的元件相同。本實施例中，紋路化基板預先形成之後，再接合至LED上。如第6圖所示，提供紋路化基板20’，該基板上已形成反射器50’。反射器50’的形成過程可實質上如第2、3A、3B、4及5圖所示之過程，不再重複說明。本實施例中，由於未在基板20’上生長LED，基板20’可由更透明的材料形成，此材料不需要為適合LED在該材料上生長的材料。例如基板20’可由矽、玻璃、或類似的材料所形成，雖然也可由如第1圖所示的基板20的相同材料所形成。
第7圖顯示LED由基板雷射剝離(laser lift off)。例如LED 110形成於基板120上，其中緩衝層24可由未摻雜的GaN所形成。LED 110可實質上與第5圖所示者相似。一實施例中，基板120暴露於光能下，例如雷射束(如箭頭所示)從基板120的底部射入。雷射束穿過基板120到達層24。結果緩衝層24因雷射束而被熱分解，因此LED 110從基板120分離。一實施例中，雷射為波長約248nm的KrF雷射。接著，如第8圖所示，使用例如透明接著劑66，使LED 110接合至紋路化基板20’。
本實施例可直接實施於LED生長的基板上。因此，本實施例提供低成本及低複雜度的製造及封裝製程。
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，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，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。
20．．．基板
20’．．．紋路化基板
20a．．．基板上表面
24．．．緩衝層
26．．．披覆層
28．．．多量子層
30．．．披覆層
32．．．反射器
34．．．上電極
38．．．上電極
40．．．光阻
42．．．開口
44．．．溝槽
44_1．．．內側壁
44_2．．．外側壁
44_3．．．底部
46．．．晶片邊緣
48．．．晶片中心
50．．．反射層
50’．．．反射器
52．．．光罩
60,62．．．箭頭
100．．．晶片
110．．．LED
120．．．基板
第1、2、3A、4及5圖為顯示根據實施例製造發光裝置(LED)的中間階段之剖面圖，其中紋路化基板形成於LED形成之後；
第3B圖為顯示根據實施例製造發光裝置(LED)的中間階段之上視圖，其中紋路化基板形成於LED形成之後；
第6、7、8圖為根據另一實施例製造紋路化基板的中間階段的剖面圖，其中紋路化基板先形成之後，再將LED接合於該紋路化基板之上。
20．．．基板
24．．．緩衝層
26．．．披覆層
28．．．多量子層
30．．．披覆層
32．．．反射器
34．．．上電極
38．．．上電極
44．．．溝槽
44_1．．．內側壁
44_2．．．外側壁
44_3．．．底部
46．．．晶片邊緣
48．．．晶片中心
50’．．．反射器
60,62．．．箭頭
100．．．晶片
110．．．LED

Claims (8)

  1. 一種包含紋路化基板的裝置，包括：一紋路化基板，包括：複數個溝槽，該複數個溝槽各包括一第一側壁及一第二側壁，該第二側壁位於該第一側壁的對面方向；複數個用來反射光的反射器，該複數個反射器各自位於該複數個溝槽其中一個第一側壁上；及一發光裝置(LED)，該發光裝置位於該紋路化基板上與該複數個溝槽相反方向的表面；其中該複數個溝槽的第二側壁實質上不具有任何反射器，其中該發光裝置發出的光被該複數個反射器導向不同的方向。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之包含紋路化基板的裝置，更包括一額外的反射器，其中該額外的反射器及該紋路化基板位於該LED的相反側。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之包含紋路化基板的裝置，其中該紋路化基板位於一晶片中，該複數個溝槽形成包圍該晶片中心的封閉迴路，該封閉迴路相對於該晶片中心為實質上對稱。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之包含紋路化基板的裝置，其中該第一側壁為面對該晶片中心的外側壁，該第二側壁為背向該晶片中心的內側壁，靠近該晶片邊緣的該複數個溝槽內側壁的水平傾斜角度，小於靠近該晶片中心的該複數個溝槽內側壁的水平傾斜角度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之包含紋路化基板的 裝置，其中靠近該晶片邊緣的外側壁的水平傾斜角度接近45°，靠近該晶片中心的外側壁的水平傾斜角度接近90°。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之包含紋路化基板的裝置，其中該紋路化基板位於一晶片中，該複數個溝槽具有一第一圖案密度位於靠近該晶片邊緣的區域，及一第二圖案密度位於靠近該晶片中心的區域，其中該第一及第二圖案密度不同。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之包含紋路化基板的裝置，其中該複數個溝槽的底部不具有反射器，且相鄰溝槽之間的該紋路化基板上表面部分不具有反射器。
  8. 一種形成半導體裝置的方法，該方法包括：提供一基板；形成複數個溝槽，從該基板表面延伸至該基板中，其中該複數個溝槽包括內側壁及外側壁；形成一反射層於該基板表面上及該內側壁及該外側壁上；從該複數個溝槽的內側壁移除該反射層；及從該內側壁移除該反射層之後，將一發光裝置(LED)接合至該基板上，其中該複數個溝槽及該LED位於該基板的不同側，其中該發光裝置發出的光被該複數個反射器導向不同的方向。
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