TWI502769B - 晶圓級發光二極體結構、發光二極體晶片及其製造方法 - Google Patents

晶圓級發光二極體結構、發光二極體晶片及其製造方法 Download PDF

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Kuo Feng Lin
Hsun Chih Liu
Hung Lieh Hu
Chien Jen Sun
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Description

晶圓級發光二極體結構、發光二極體晶片及其製造方法
本發明係關於一種發光二極體結構、晶片及其製造方法，特別關於一種具有高良率的發光二極體結構、晶片及其製造方法。
傳統在製作薄膜發光二極體(thin Film LED)，主要的方式是藉由晶圓鍵合(wafer bonding)來將一片有加工過的磊晶晶圓(epi wafer)(有定義chip圖形)，整片黏結到另一片載體基板(矽基板)上，然後再把原始的生長基板去除，然後再接著作蝕刻、曝光、顯影、鍍膜等半導體製程，完成後再做切割，完成薄膜發光二極體thin film chip，由以上我們可以知道，在傳統的thin GaN製程，全部都是整片磊晶晶圓黏接到整片矽基板來製作，因此就算製程當中晶圓有些許地方已經不能用，其實不太會影響到接下來的製程，因為都是整片整片在製作，也因此原始的磊晶晶圓(加工過，有定義晶片圖形)不管是否良率是100%還是50%，也都沒有辦法改變結合到矽基板的良率，也因此不需要在磊晶晶圓端就作光譜與電流電壓電性量測。
但對於製做一顆顆(非一整片磊晶晶圓)thin film epi於載體基板的時候卻是完全不一樣的情況，主要是因為此製程分為兩部分，第一部分為磊晶晶圓製作(加工過，有定義chip圖形)與載體基板的製作，然後製作完第一部分後，接著做第二部份，而第二部份之內容主要是把chip與載體基板作連接，連接完成後，再進行去除生長基板與繼續完成半導體製程。而在此製程中，如果第一部分適合的chip只有50%，則把那50%不適合的chip也和載體基板作結合，然後接著再去作半導體製程，在這種情況下，該未達標準的晶片仍需與其對應的封裝單元結合並持續進行後續的製程。如此一來，白白浪費與其結合的載體基板，以及後續製程的時間及成本。
不幸的是，當量產製做薄膜發光二極體時，客戶一定都會有規格與交貨時間的要求。因此對於一個製造商而言，如何改善製程良率及節省製造成本，是一件非常重要的事。
因此，本發明係提出一種及創新結構來解決此問題，可改善薄膜發光二極體製程良率，節省成本、並提升生產效能。
本發明提供一種晶圓級發光二極體結構，包含：一底材；一第一半導層，配置於該底材之上，其中該第一半導層包含至少一突出部以及至少一延伸部，其中，該延伸部與一預定切割道至少部份重疊；至少一發光層，對應配置於該第一半導層之該突出部上；至少一第二半導體層，對應配置於該發光層上；至少一第一電極，配置於該第一半導層之該延伸部上；以及，至少一第二電極，對應配置於該第二半導體層上。
本發明提供一種晶圓級發光二極體結構，包含：一底材，該底材具有複數個預定區域；複數個疊層結構，該疊層結構配置於部份該預定區以將該些預定區分隔成複數個疊層預定區以及至少一非疊層預定區，其中該非疊層預定區未配置該疊層結構，並且，該疊層結構個別至少包含：一第一半導層；一發光層；一第二半導體層；以及一第二電極，依序層次堆疊；以及至少一第一電極，該第一電極配置位於該非疊層預定區。
此外，本發明亦提供上述發光二極體結構切割後所得之發光二極體晶片，包含：一底材，具有一外圍邊界；一第一半導層，配置於該底材之上；一發光層，配置於該第一半導層之上；以及，一第二半導體層，配置於該發光層上，其特徵在於該發光二極體晶片僅有一電極，配置於該第二半導體層之上。
再者，本發明上述晶圓級發光二極體結構的製造方法，包含：提供一底材，其上依序成長有一第一半導體層、一發光層、及一第二半導體層。接著，對該第一半導體層、該發光層、及該第二半導體層進行一圖形化製程，以定義出：一第一凹陷區；一第二凹陷區；以及一疊層結構，該疊層結構位於該第二凹陷區，其中該疊層結構包含：一第二半導體層；一發光層；一第一半導體層。在該圖形化製程後，殘留部份之第一半導體層覆蓋於該第一凹陷區內之該底材之上。接著，形成一第一電極於該第一凹陷區內的該第一半導體層之上。接著，形成一第二電極對應配置於該第二半導體層之上。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
傳統一顆顆薄膜發光二極體結合至載體基板製程，由於無法在前段製程(磊晶晶圓製作)時，就把不良品或規格不符的晶片篩選出來，因此大幅減少製程之良率。本發明提出一種新穎的發光二極體結構、晶片及包含其之封裝結構，來解決上述問題，改善發光二極體晶片的製程良率，並提升生產效能。
根據本發明一實施例，該發光二極體結構10，具有如第1圖所示實施例之結構。該發光二極體結構10，包含一底材12，其上配置有一第一半導層14於該底材12之上，其中該第一半導層14包含一延伸部11及一突出部13，且該延伸部11與該突出部13具有一高度差H；一發光層16配置於該第一半導層14之該突出部13上；一第二半導體層18配置於該發光層16上；一第一電極20配置於該第一半導層14之延伸部11上；以及，一第二電極22配置於該第二半導體層18上，其中該第二電極22對發光層所發出的主波長(dominant wavelength)之垂直入射光可具有一反射率大於70%。該底材12之材質可為任何適合一發光二極體半導體層成長的基板，例如：氧化鋁基板(藍寶石基板)、碳化矽基板、或砷化鎵基板等，而該底材12之厚度可大於150μm，或是大於200μm(若該底材為碳化矽基板、或砷化鎵基板時)。該發光層16係為一半導體材料層，可具有為多重量子井(Multiple Quantum Well，MQW)結構，可選自於Ⅲ-Ⅴ族之化學元素、Ⅱ-Ⅵ族之化學元素、Ⅳ族之化學元素、Ⅳ-Ⅳ族之化學元素、或其組合，例如：AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、GaP、GaAsP、GaInP、AlGaInP、或AlGaAs。該第一半導體層16及該第二半導體層18係分別為一N型磊晶層及一P型磊晶層，當然其亦可互換，於此並不加以限制，其材質同樣可分別選自於Ⅲ-Ⅴ族之化學元素、Ⅱ-Ⅵ族之化學元素、Ⅳ族之化學元素、Ⅳ-Ⅳ族之化學元素、或其組合。舉例來說，若第一半導體層14為N型氮化鎵系半導體，則第二半導體層18係為P型氮化鎵系半導體，若第一半導體層14係為P型氮化鎵系半導體，則第二半導體層18係為N型氮化鎵系半導體，且發光層16可為氮化鎵系半導體。該第二電極22可包含歐姆接觸材料(例如：鈀、鉑、鎳、金、銀、或其組合)、擴散阻障層、金屬結合層(metal bonding layer)、透明導電膜(例如：氧化鎳、氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化鋅鋁、或氧化鋅錫)、反射層、或上述之組合。該第一電極20之厚度可大於2000或大於5000、1μm或以上，可為歐姆接觸材料、銦球、或厚金屬墊(適合下探針點測)。此外，該第一電極20及該第二電極22可包含相同之歐姆接觸材料。舉例來說，該第二電極22可具體包含一反射層21及一金屬結合層23，該金屬結合層(一般厚度可以≧2000，在其它的情況可以≧5000，或是大於1μm，或以上。)金屬結合層23的厚度增加，可以加強後續晶粒接合的可靠度；又，請參照第2圖之實施例，且該反射層21的面積可大於該金屬結合層23的面積，以加大反射面並提升反射效率；又或者在其它的實施態樣中，也可以使反射層21的面積小於金屬結合層23(圖未示)，特別是當反射層21材料選用銀為反射材質時，銀在加熱的情況下會有遷移的行為發生，因此，金屬結合層23可具體包覆反射面，使同時具有反射發光層16所發出光線，並且保持反射層21固定與穩定，而不至損壞發光二極結構10。另請參照第3圖，本發明對該第一電極20及該第二電極22之形狀不無限定，可為習知之任何形狀，例如多邊形、圓形、或其結合，不過此處為簡化圖式，僅以矩形表示。
本發明所述之發光二極體結構10，由於其在第一半導層14及第二半導層18上分別具有第一電極20及第二電極22，因此該由第一半導層14、發光層16、及第二半導層18所構成的疊層結構(發光二極體晶片半成品)25，可以在前段製程(磊晶晶圓製作)時，藉由第一電極20及第二電極22來對該疊層結構25進行電流電壓特性與光譜特性的量測，把不良品或規格不符的晶片先行篩選出來。
請參照第4圖揭露之另一實施例，該發光二極體結構10之第二電極22可僅配置於部份該第二半導體層18上，並露出部份該第二半導體層18之上表面19。值得注意的是，該第二電極22的面積(指上表面的面積)約佔該第二半導體層的面積(指上表面的面積)20%或以上，第二電極22為發光二極體晶粒熱阻介面之一，並且包含後續固晶於載體基板所需之金屬結合層23，當第二電極22相對於第二半導體層18的面積提升，(例如介於30%~50%、51%~70%，或71%~99%之間時，相對面積的百分比越大，可以增加發光二極體晶粒的散熱能力與接著力，以及後續固晶後，在移除底材12時的可靠度)。請參照第5圖揭露之實施例，該發光二極體結構可更包含一保護層24，配置於該第二半導體層18上，覆蓋該第二半導體層18露出的上表面19，其中該保護層24的材質可為介電材質或蕭特基接觸材料，例如：氧化矽、氮化矽、氮化鋁、氧化鈦、氧化鋁或其組合。在其他實施例中，該保護層24可進一步延伸，以覆蓋該第二半導體層18的側壁、該發光層16的側壁、及該第一半導層14突出部13的側壁，如第6圖及第7圖所示之實施例，以防止該等膜層在後續製程受到損害。由於，該保護層24係為一不導電的膜層，所以該第二電極22係可進一步延伸至該保護層24之上，由於第二電極22係將保護層24包覆，此結構可以使後續底材12在被移除時，提供第一半導體層14與底材12接觸的側壁保護，而不致造成第一半導體層14的破裂，請參照第10圖之實施例。
此外，一圖形化保護層24，可配置於該第二半導體層18及該第二電極22之間，且未被該圖形化保護層24所覆蓋的第二半導體層18係與該第二電極22直接接觸，由於該保護層24係為一不導電的膜層，因此圖形化保護層24可構成一電流改良結構，增加電流擴散的均勻性，請參照第11圖之實施例。
請參照第12圖，係為本發明第1圖所述實施例之發光二極體結構10的上視視圖(第1圖係為第12圖沿1-1’切線的剖面)。由第12圖可得知，該第一電極20係配置於第一半導體層14上，並為一點狀結構。因此，只需提供欲量測之疊層結構(發光二極體晶片半成品)25上的第二電極22及相鄰之第一電極20一電位差，可量測出該疊層結構25的電流電壓特性與光譜特性，把將不良品或規格不符的晶片先行篩選出來。此外，配置於該第一半導體層14上之複數個第一電極20可以一導電線路27達到彼此的電性連結，即構成一線狀結構或網狀結構，請參照第13及第14圖，以使得電流分佈更均勻並讓所量測的IV特性更接近在最後作完封裝體的結果。請參照第15圖，上述之疊層結構(發光二極體晶片半成品)25除為一多邊體外，亦可為具有圖形化之疊層(例如：由多個單元所構成)。
以下，請配合圖式，來詳細說明本發明第1圖所述實施例之發光二極體結構10的製造方法。
首先，請參照第16A圖及第16B圖(係為第16A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，提供一底材12，並依序於該底材12上成長一第一半導體層14、一發光層16、及一第二半導體層18，其中，本發明對該第一半導體層14、發光層16、及第二半導體層18之長成方法並無限定，可為習知之任何方法，例如：化學氣相磊晶法(chemical vapor deposition，CVD)、有機金屬化學氣相磊晶法(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)、離子增強化學氣相磊晶法(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)、(Molecular beam epitaxy)分子束磊晶法、氫化物氣相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy)、或濺鍍法(sputter)。
接著，請參照第17A圖及第17B圖(係為第17A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，對該第一半導體層14、該發光層16、及該第二半導體層18進行一圖形化製程，定義出複數個第一凹陷區30及複數個第二凹陷區32。在該圖形化製程後，在該些第一凹陷區30僅留下第一半導體層14A之延伸部11於該磊晶底材12上，而在該第二凹陷區32留下該第一半導體層14A之突出部13、該發光層16A、及該第二半導體層18A於該磊晶底材12上。其中，該圖形化製程可為一微影蝕刻製程。
最後，請參照第18A圖及第18B圖(係為第18A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，形成複數個第一電極20於該第一凹陷區30的該第一半導體層14A之上，並形成複數個第二電極22分別於該第二凹陷區32的該第二半導體層18A之上。
此外，根據本發明其他實施例，該發光二極體結構之製造方法，在形成該第二電極之前，可更包含形成一圖形化保護層於該第二半導體層之上，而該保護層可進一步延伸至該第二半導體層的側壁、該發光層的側壁、及該第一半導層突出區的側壁，或是進一步延伸至該凹陷區內的該第一半導體層之上。再者，該第二電極係形成於部份第二半導體層之上，露出該第二半導體層之一上表面，而一保護層可形成於該第二半導體層所露出之該上表面。
當完成發光二極體結構10之製程後，可利用該第一電極20及該第二電極22對疊層結構(發光二極體晶片半成品)25進行電流電壓特性與光譜特性量測，並將合乎標準的晶片進行標示。值得注意的是：第一電極，可以相對多數個疊層結構而存在，舉例而言，以一個第一電極搭配多數個疊層結構，依序去量測電流電壓特性與光譜特性，由於第一電極被賦予的任務為對該些疊層結構提供量測之用，因此，在設計上不需對應該些疊層結構個數而設計，可以以最少數目達到量測的需要，同時可以節省成本及製程的繁複。
請參照第19A及19B圖(係為第19A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，當上述量測完成後，可對該發光二極體結構10進行一切割製程，該製程包含沿一切割道50對該底材12進行切割，以得到複數個發光晶片。此時，可藉由先前量測時的標示動作，由該複數個發光晶片依需求挑選出合乎標準的晶片進行後續製程。由第19A及19B圖可知，該切割道50的範圍可以包含第一凹陷區30內之該第一電極22。此外，請參照第20A及20B圖(係為第20A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，該切割道50的範圍亦可至少與整個第一凹陷區30截面寬度相等，或大於第一凹陷區30截面寬度(換言之，甚至可包含與該第一凹陷區30鄰接之部份該第二凹陷區32)，請參照第21A及21B圖(係為第21A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)。再者，請參照第22A及22B圖(係為第22A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，係可使用雙切割道50方式，對同一第一凹陷區30進行切割，此作法可以減少第一凹陷區30所經雷射剝離(laser lift-off)之後所產生的破裂(crack)現象。一般製程下可以使切割道50與該些第二電極22存在一間距，如此在切割時該些第二電極22的材料始不致於濺鍍至疊層結構25的側壁而造成晶片的損傷。
另一方面，根據本發明其他實施例，請參照第23A及24A圖，本發明所述用來量測疊層結構(發光二極體晶片半成品)25其電流電壓特性與光譜特性的該第一電極20，亦可設置於非切割道上，例如，第一電極20也可以設計在(原發光二極體晶片半成品預定區)，請參照第23B(係為第23A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)及24B圖(係為第24A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，由於第一電極個數不需要與疊層結構對應，且切割道在此實施態樣中不需設置第一電極20，因此切割道變窄進而縮小相鄰晶片之間的距離，增加每一底材12可承載的晶片數量。具體實施例，請參照第47圖及第48圖(係為第47圖沿2-2’切線的剖面)以及第49圖及第50圖(係為第49圖沿3-3’切線的剖面)，本實施例所述用來量測疊層結構(發光二極體晶片半成品)25其電流電壓特性與光譜特性的該第一電極20，可例如為一N型接觸墊，其可跟該第二電極22(可例如為一P型接觸墊)同樣設置於發光二極體晶片半成品預定區內。由於該第一電極20設置於非切割道50上，可再進一步使得晶片及晶片靠得更近(即可減少切割道所佔面積)，因此可達到不浪費磊晶晶圓的目的(同一片磊晶晶圓可產出更多的晶片)。值得注意是的，該第一電極20(例如可以是N型接觸墊)及該第二電極22(例如可以是P型接觸墊)，可以具有不同之大小、形狀、或是顏色，以方便在進行量測時辨識。該第一電極20(例如是N型接觸墊)情形下，其與所接觸之該第一半導層14(例如為N型半導體層)，會形成歐姆接觸(ohmic contact)，換言之，該N型接觸墊的第一電極20與該第一半導層14之間具有一N型歐姆接觸層(換言之，該第一電極20可含有N型歐姆接觸層)。此外，該第二電極22(P型接觸墊)可除了含有P型歐姆接觸層外，亦含N型歐姆接觸層，如此一來可減少一步製程步驟。再者，在本發明另一實施例中，該第一電極20(N型接觸墊)及該第二電極22(P型接觸墊)同時都含有N型歐姆接觸層，而不具有P型歐姆接觸層，這是由於P型半導體具有穿隧效應(tunneling effect)的結構，可使得形成N型歐姆接觸。
再者，在設計的時候，亦可在該第二電極22區域形成覆晶(flip chip)結構，因為量測完畢後，可以使得原本當N極點測點的地方，不再只是個點測點，不會量測完後就沒有用處，因為它本身可以是同時具有P極與N極的發光二極體，進而增加晶圓(wafer)的使用面積與利用率。
根據其他實施例，在完成晶片流電壓特性與光譜特性量測後，可以形成一保護層24於該底材12之上，並接著對該保護層24進形一平坦化製程(例如一化學機械研磨)以露出該第二電極22，請參照第45A及第45B圖所示。接著，延著該切割道50對該底材12進行切割，請參照第45C圖。藉由該保護層的形成，可避免晶片在切割步驟中的損害。最後，可視需要移除該保護層24，可選擇保留第一半導體層14、發光層16以及第二半導體層18側壁的保護層24(圖未示)，而將與切割道50重疊的保護層24去除，如此，在切割的過程可以防止保護層24被切割道50切時破裂，又可以增加疊層結構後續製程的可靠度，以獲致該發光二極體晶片，請參照第45D圖。根據另一實施例，當完成晶片流電壓特性與光譜特性量測後並形成一保護層24於該底材12之上後，位於切割道50的保護層可先行被移除，或是在保護層24形成的同時，避開在切割道50上形成保護層24，請參照第46A及46B圖。因此，在後續的切割製程中，並不會有任何之保護層接觸到切割機械，可獲致該發光二極體晶片，請參照第46C。
請參照第25圖，係顯示經第19B圖所示切割方式所得之該發光二極體晶片100之剖面示意圖。該發光二極體晶片100包含一底材12，其具有一外圍邊界80。一第一半導層14配置於該底材12之上，其中該第一半導體層14具有一突出部13及一延伸部11。接著，一發光層16配置於該第一半導層14之該突出部13上；以及一第二半導體層18配置於該發光層16上。值得注意的是，所得到的發光二極體晶片100，其為一半成品，僅有一第二電極22(即正極或負極)存在，該第二電極22係配置於該第二半導體層18之上。此外，根據本發明另一實施例，該發光二極體晶片100之第二電極22可配置於部份之第二半導體層18上，露出該第二半導體層18的一上表面19，請參照第26圖，其中該第二電極22的面積(指上表面的面積)約佔該第二半導體層的面積(指上表面的面積)20%，或以上，其面積相較於該第二半導體層的設計優點已如前述，茲此不重覆贅述。再者，該發光二極體晶片100可更包含一保護層24形成於未被該第二電極22遮蓋之第二半導體層18的上表面19，請參照第27圖。該保護層24亦可進一步延伸至該第二半導體層18的側壁、該發光層16的側壁、及該第一半導層14突出部13的側壁，請參照第28圖或者，進一步延伸至該第一半導層14延伸部11的上表面，請參照第29圖，該保護層24包覆第二半導體層18之上表面及側壁、發光層16側壁、第一半導體層14側壁，有助於保護相關膜層避面在後續製程中受到損害。此外，請參照第30圖，該發光二極體晶片100的第二電極22可包含一反射層21及一金屬結合層23，其中該反射層21係與該保護層24相隔一特定距離，而該金屬結合層23覆蓋部份之該保護層24及完整包覆該反射層21，其完整包覆該反射層理由已如前述，茲此不重複贅述。且該金屬結合層23之面積係小於該第二半導體層18的上表面19，如此，在後續晶粒固晶的過程中，燒熔的金屬結合層23因面積小於該第二半導體層18的上表面19，因此不致延伸到疊層結構的側壁，造成後續的電性短路。值得注意的是：在本實施例已先在疊層結構進行保護層24的處理，金屬結合層23的面積也以不用小於第二半導體層18的上表面19的截面積。
根據本發明一實施例，該發光二極體晶片100之該第二電極22亦可形成於該保護層24之上，且該第二電極22仍與部份該第二半導體層18直接接觸，請參照第31圖。該保護層24亦可為一圖形化結構，並配置於該第二半導體層18及該第二電極22之間，且未被該圖形化保護層24所覆蓋的第二半導體層18係與該第二電極22直接接觸，構成一電流改良結構，請參照第32圖。在該實施例中，同樣的，該保護層24亦可進一步延伸至該第二半導體層18的側壁、該發光層16的側壁、及該第一半導層14突出部13的側壁，請參照第33圖。再者，該保護層24亦可再進一步延伸至該第一半導層14延伸部11的上表面，請參照第34圖。根據本發明另一實施例，該第二電極22亦可進一步延伸至該保護層24上，並以該保護層24與該發光層16、及該第一半導體層14相隔，請參照第35圖。
請參照第36圖，係顯示經第21B圖所示切割方式所得之該發光二極體晶片100之剖面示意圖。該發光二極體晶片100包含一底材12，其具有一外圍邊界80。一第一半導層14配置於該底材12之上。一發光層16配置於該第一半導層14上，以及一第二半導體層18配置於該發光層16上。該發光二極體晶片100僅有一第二電極22(即正極或負極)存在，該第二電極22係配置於該第二半導體層18之上，並露出該第二半導體層18的一上表面19。根據本發明另一實施例，請參照第37圖，該發光二極體晶片100可更包含一保護層24形成於該露出的第二半導體層18的上表面19。此外，根據本發明另一實施例，請參照第38圖，該發光二極體晶片100可具有傾斜側壁111，並向底材12側逐漸內縮。
在本發明其他實施例中，上述之發光二極體晶片100可進一步與一載體基板，例如：一次基板110結合(其上可具有接觸墊123)，得到一發光二極體封裝結構200，請參照第39、及40圖；此外，作為載體基板的次基板110，除了具有接觸墊123用以與發光二極體晶片100之一側第二電極22接觸外，可更具有一接觸墊124用以與發光二極體晶片100之後續所形成的另一側電極(圖未揭示)接觸(例如以連接導線方式接觸)，請參照第41、及42圖。再者，該發光二極體晶片100亦可進一步與載體基板(例如為一封裝基板120(其上具有電路125))進行結合，得到該發光二極體封裝結構200，請參照第43、及44圖。所得之該發光二極體封裝結構200可再進行後續的製程步驟，例如：雷射剝離(laser lift-off)以將底材去除、將第一半導體層14進行表面粗化以增加取光效率、電極製作、接觸墊製作、打線、螢光粉塗佈、封裝基板切割、以及依電性功能分類。
此外，實際觀察切割磊晶晶圓後所得之晶片，可以發現在底材側壁的地方其實並不平整。根據經驗，這會導致之後製作平面走線電極的時候，側壁的保護層容易破裂而產生漏電流。再者，在後續進行雷射剝離底材的步驟中，不平整底材側壁會造成雷射能量散射，而使得雷射能量光不能有效打到半導體層，而無法使晶片有效的跟底材分解與剝離，如此一來易造成晶片側邊破裂。基於上述，根據本發明其他實施例，係提供一發光二極體結構製程，以避免上述問題發生。
首先，請參照第51A圖及第51B圖(係為第51A圖之部份剖面圖)，提供一底材12，並依序於該底材12上成長一第一半導體層14、一發光層16、及一第二半導體層18。接著，請參照第52A圖及第52B圖(係為第52A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，對該第一半導體層14、該發光層16、及該第二半導體層18進行一圖形化製程，定義出複數個第一凹陷區30及複數個第二凹陷區32。在該圖形化製程後，在該些第一凹陷區30僅留下第一半導體層14A之延伸部11於該磊晶底材12上，而在該第二凹陷區32留下該第一半導體層14A之突出部13、該發光層16A、及該第二半導體層18A於該磊晶底材12上。接著，請參照第53A圖及第53B圖(係為第53A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，形成複數個第一電極20於該第一凹陷區30的該第一半導體層14A之上，並形成複數個第二電極22分別於該第二凹陷區32的該第二半導體層18A之上。當完成發光二極體結構10之製程後，可利用該第一電極20及該第二電極22對疊層結構(發光二極體晶片半成品)25進行電流電壓特性與光譜特性量測，並將合乎標準的晶片進行標示。待量測完畢後，請參照第54A圖及第54B圖(係為第54A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，對第一半導體層14A的延伸部11進行蝕刻(得到第一半導體層14B)，且露出該底材12，接著形成保護層24於第二半導體層18A上表面及側壁、該發光層16A之側壁、及該第二半導體層14B突出部13之側壁(該保護層24並未繪示於第54A圖)。最後，請參照第55A圖及第55B圖(係為第55A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，對該發光二極體結構進行一切割製程，該製程包含沿一切割道50對該底材12進行切割，以得到複數個發光晶片。此時，可藉由先前的標示動作，依需求由該複數個發光晶片挑選出合乎標準的晶片進行後續製程。
請參照第56圖，係顯示經第55B圖所示切割方式所得之該發光二極體晶片100之剖面示意圖。由圖可知，即使切割後所得之發光二極體晶片100具有不平整側壁的底材12，不過由於所得之發光二極體晶片100其具有內縮的第一半導體層14B結構(即第一半導體層14B並未完全覆蓋該底材12)，因此在後續進行雷射剝離底材的步驟中，雷射可直加施加於第一半導體層14A與底材間，不會因為不平整底材側壁會造成雷射能量散射。根據本發明另一實施例，請參照第57圖，該保護層24可進一步延伸形成於該底材12之上。此外，根據本發明另一實施例，請參照第58圖，該第一半導體層14B亦可具有梯形結構，是否具備梯形結構取決於切割道50的寬窄。再者，根據本發明其他實施例，請參照第59圖，當該第二點極22上表面總面積小於該第二半導體層18A的上表面總面積時，由於後續固晶製程第二電極22內含的金屬結合層23已不致因熱熔延伸到該發光二極體晶片100的側壁，該發光二極體晶片100亦可不具有保護層24。根據本發明其他實施例，請參照第60圖，發光二極體晶片100亦可具有傾斜側壁，並向底材12側逐漸內縮，以增加出光效率，減少全反射的產生。根據本發明其他實施例，請參照第61圖，亦可進一步形成可移除的光阻圖形26環繞該晶片疊層，此時光阻圖形26為保護層24的具體實施態樣之一，可對疊層結構的側壁產生保護作用，避免後續製程中漏電流的產生。
根據本發明另一實施例，本發明所述之發光二極體結構製程亦可以其他方式實現，詳述如下：
首先，在完成第51A圖及第52A圖所述之製程步驟後，請參照第62A圖及第62B圖(係為第62A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，並形成複數個第二電極22分別於該第二凹陷區32的該第二半導體層18A之上。接著，請參照第63A圖及第63B圖(係為第63A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，形成複數個第一電極20於該第一凹陷區30的該第一半導體層14A之上。當完成發光二極體結構10之製程後，可利用該第一電極20及該第二電極22對疊層結構(發光二極體晶片半成品)25進行電流電壓特性與光譜特性量測，並將合乎需求標準的晶片進行標示。待量測完畢後，請參照第64A圖及第64B圖(係為第64A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，係對第63B圖之第一半導體層14A之延伸部11進行蝕刻(得到第一半導體層14B)，可蝕刻至露出該底材12或餘留部份半導體層14A(圖未示)，特別是使其厚度小於1um時，當後續進行雷射移除底材時，該餘留極薄之第一半導體層14B會同時完整被移除。接著，形成保護層24於第二導體層18A上表面及側壁、該發光層16A之側壁、及該第一半導體層14B突出部13之側壁(該保護層24並未繪示於第64A圖)。最後，請參照第65A圖及第65B圖(係為第65A圖沿1-1’切線的剖面剖面圖)，對該發光二極體結構進行一切割製程，該製程包含沿一切割道50對該底材12進行切割，以得到複數個發光晶片，其中該切割道可以不含蓋該第一電極20，來提高每片晶圓的晶粒產出。此時，可藉由先前的標示動作，由該複數個發光晶片挑選出合乎標準的晶片進行後續製程。
綜合上述，本發明所述之新穎的發光二極體結構、晶片及包含其之封裝結構，具有高的製程良率，可降低製造成本及提升生產效能。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何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，當可作任意之更動與潤飾，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。
1-1’．．．切線
2-2’．．．切線
3-3’．．．切線
10．．．發光二極體結構
11．．．延伸部
12．．．底材
13．．．突出部
14、14A、14B．．．第一半導層
16、16A．．．發光層
18、18A．．．第二半導體層
19．．．第二半導體層之上表面
20．．．第一電極
21．．．反射層
22．．．第二電極
23．．．金屬結合層
24．．．保護層
25．．．疊層結構(發光二極體晶片半成品)
26．．．光阻圖形
27．．．導電線路
30．．．第一凹陷區
32．．．第二凹陷區
50．．．切割道
80．．．外邊圍界
100．．．發光二極體晶片
110．．．次基板
111．．．傾斜側壁
120．．．封裝基板
123．．．接觸墊
124．．．接觸墊
125．．．電路
200．．．發光二極體封裝結構
H．．．高度差
以及
W．．．最小水平距離
第1圖係繪示本發明一實施例所述之發光二極體之剖面結構。
第2圖至第11圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體之剖面結構。
第12圖係為第1圖所述之發光二極體之上視視圖，而第1圖係為第12圖沿1-1’切線的剖面結構。
第13圖至第15圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體之上視圖。
第16A圖至第18A圖係為一系列的上視圖，用以說明第1圖所述之發光二極體其製造流程。
第16B圖至第18B圖係為一系列的剖面結構圖，分別對應第16A圖至第18A圖，用以說明第1圖所述之發光二極體其製造流程。
第19A圖至第24A圖係為一系列的上視圖，用以說明本發明所述之發光二極體其切割方式。
第19B圖至第24B圖係為一系列的剖面結構圖，分別對應第19A圖至第24A圖，用以說明本發明所述之發光二極體其切割方式。
第25圖係繪示本發明一實施例所述之發光二極體晶片的剖面結構，該發光二極體晶片係經由第19A圖所述之切割分式所製備而得。
第26圖至第35圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體晶片的剖面結構。
第36圖係繪示本發明另一實施例所述之發光二極體晶片的剖面結構，該發光二極體晶片係經由第21A圖所述之切割分式所製備而得。
第37及38圖係繪示本發明又一實施例所述之發光二極體晶片的剖面結構。
第39及40圖係繪示本發明一實施例所述之發光二極體封裝結構。
第41及42圖係繪示本發明另一實施例所述之發光二極體封裝結構。
第43及44圖係繪示本發明又一實施例所述之發光二極體封裝結構。
第45A至45D圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體晶片的製造流程。
第46A至46C圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體晶片的製造流程。
第47圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體之上視圖。
第48圖係為第47圖沿2-2’切線的剖面結構圖。
第49圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體之上視圖。
第50圖係為第49圖沿3-3’切線的剖面結構圖。
第51A圖至第55A圖係為一系列的上視圖，用以說明本發明所述之發光二極體其切割方式。
第51B圖至第55B圖係為一系列的剖面結構圖，分別對應第51A圖至第55A圖，用以說明本發明所述之發光二極體其切割方式。
第56圖至第61圖係繪示本發明其他實施例所述之發光二極體晶片的剖面結構。
第62A圖至第65A圖係為一系列的上視圖，用以說明本發明所述之發光二極體其切割方式。
第62B圖至第65B圖係為一系列的剖面結構圖，分別對應第62A圖至第65A圖，用以說明本發明所述之發光二極體其切割方式。
10．．．發光二極體結構
11．．．延伸部
12．．．底材
13．．．突出部
14．．．第一半導層
16．．．發光層
18．．．第二半導體層
20．．．第一電極
22．．．第二電極
25．．．疊層結構(發光二極體晶片半成品)
H．．．高度差

Claims (35)

  1. 一種晶圓級發光二極體結構，包含：一底材；一第一半導層，配置於該底材之上，其中該第一半導層包含至少一突出部以及至少一延伸部，其中，該延伸部與一預定切割道至少部份重疊；至少一發光層，對應配置於該第一半導層之該突出部上；至少一第二半導體層，對應配置於該發光層上；至少一第一電極，配置於該第一半導層之該延伸部上；以及至少一第二電極，對應配置於該第二半導體層上，其中該預定切割道係用以進行一切割步驟以電性隔離該第一電極與該第二電極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級發光二極體結構，其中該第二電極對應配置於該第二半導體層上，並露出部份該第二半導體層之一上表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之晶圓級發光二極體結構，更包含：至少一個保護層，至少配置於該第二半導體層的該上表面以及側壁、該發光層的側壁、及該第一半導層突出部的側壁。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之晶圓級發光二極體結構，其中該第二電極之表面面積係為其對應之該第二半導體層上表面面積的20%或以上。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之晶圓級發光二極體結構，其中該第二電極完整包覆該保護層以及其對應之該第二半導體層之上表面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級發光二極體結構，其中該第二電極包含一金屬結合層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之晶圓級發光二極體結構，其中該金屬結合層的厚度大於或等於2000Å。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之晶圓級發光二極體結構，其中該第二電極更包含一反射層，該反射層與對應該第二電極之該第二半導體層直接接觸，該金屬結合層形成於該反射層之上，並露出部份該反射層。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之晶圓級發光二極體結構，其中該第二電極更包含一反射層，該反射層與對應該第二電極之該第二半導體層直接接觸，該金屬結合層形成於該反射層之上，並完整包覆該反射層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級發光二極體結構，其中該第一電極的數量小於或等於該第二電極的個數。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級發光二極體結構，更包含：一圖形化保護層，對應配置於該第二半導體層及該第二電極之間，其中之該第二電極係與其對應之該第二半導體層直接部份接觸。
  12. 一種發光二極體晶片，包含：一底材，具有一外圍邊界； 一第一半導層，配置於該底材之上；一發光層，配置於該第一半導層之上；以及一第二半導體層，配置於該發光層上，其特徵在於該發光二極體晶片僅有一電極，配置於該第二半導體層之上，其中該第一半導體層具有一突出部及一延伸部，且該發光層係形成於該突出部之上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體晶片，其中該電極配置於該第二半導體層上，並露出部份該第二半導體層之一上表面。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體晶片，更包含：一保護層，配置於該第二半導體層上，該保護層覆蓋該第二半導體層露出的該上表面及側壁、該發光層側壁，以及該第一半導體層之側壁。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體晶片，其中被該電極的面積係為該第二半導體層面積的20%或以上。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體晶片，其中該電極配置於該第二半導體層上，並露出部份該第二半導體層之一上表面。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體晶片，更包含：一保護層，配置於該第二半導體層上，該保護層覆蓋 該第二半導體層露出的該上表面及側壁、該發光層側壁，以及該第一半導體層之側壁。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體晶片，其中該電極完整包覆該保護層以及該第二半導體層之上表面。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體晶片，其中該電極完整包覆該保護層以及該第二半導體層之上表面。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體晶片，更包含：一圖形化保護層，配置於該第二半導體層及該電極之間，其中該電極係與該第二半導體層直接部份接觸。
  21. 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體晶片，更包含：一圖形化保護層，配置於該第二半導體層及該電極之間，其中該電極係與該第二半導體層直接部份接觸。
  22. 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體晶片，其中該發光二極體晶片具有傾斜的側壁。
  23. 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體晶片，其中該電極包含一金屬結合層。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之發光二極體晶片，其中該一金屬結合層的厚度大於或等於2000Å。
  25. 如申請專利範圍第23項所述之發光二極體晶片，其中該電極更包含一反射層，該反射層與該第二半導體層 直接接觸，該金屬結合層形成於該反射層之上，並露出部份該反射層。
  26. 如申請專利範圍第23項所述之發光二極體晶片，其中該電極更包含一反射層，該反射層與該第二半導體層直接接觸，該金屬結合層形成於該反射層之上，並完整包覆該反射層。
  27. 一種發光二極體封裝結構，包含：一如申請專利範圍第12項所述之發光二極體晶片；以及一承載基板，該承載基板具有至少一接觸墊，其中該發光二極體晶片係與該承載基板之該至少一接觸墊結合。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之發光二極體封裝結構，其中該承載基板進一步包含電路佈線，可將該發光二極體晶片之電性導通於該承載基板。
  29. 一種晶圓級發光二極體結構之製造方法，包含：提供一底材，其上依序成長有一第一半導體層、一發光層、及一第二半導體層；對該第一半導體層、該發光層、及該第二半導體層進行一圖形化製程，定義出：一第一凹陷區；一第二凹陷區；以及一疊層結構，該疊層結構位於該第二凹陷區，且該疊層結構包含：一第二半導體層； 一發光層；一第一半導體層；且殘留部份之第一半導體層覆蓋於該第一凹陷區內之該底材之上；形成一第一電極於該第一凹陷區內的該第一半導體層之上；以及形成一第二電極對應配置於該第二半導體層之上，其中該第一凹陷區與一預定切割道至少部份重疊，其中該預定切割道係用以進行一切割步驟以電性隔離該第一電極與該第二電極。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之晶圓級發光二極體結構之製造方法，更包含：利用該第一電極及該第二電極對該晶圓級發光二極體結構進行光電性質量測。
  31. 如申請專利範圍第30項所述之晶圓級發光二極體結構之製造方法，更包含：依光電性質量測的結果，對該晶圓級發光二極體結構進行分類標示或分類選定。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之晶圓級發光二極體結構之製造方法，更包含：就分類選定的該些發光二極體結構，形成一保護層以包覆該第二半導體層之側壁、該發光層之側壁以及在第二凹陷區內之該第一半導體層之側壁。
  33. 如申請專利範圍第31項所述之晶圓級發光二極體 結構之製造方法，更包含：沿該切割道對該底材進行切割，得到複數個發光二極體晶片，其中該切割道寬度大於或等於該第一電極截面寬度。
  34. 如申請專利範圍第31項所述之晶圓級發光二極體結構之製造方法，更包含：將二該切割道設置於第一凹陷區內之第一電極的兩側，並沿二該切割道進行底材切割，得到複數個發光二極體晶片。
  35. 一種晶圓級發光二極體結構，包含：一底材，該底材具有複數個預定區域；複數個疊層結構，該疊層結構配置於部份該預定區以將該些預定區分隔成複數個疊層預定區以及至少一非疊層預定區，其中該非疊層預定區未配置該疊層結構，並且，該疊層結構個別至少包含：一第一半導層；一發光層；一第二半導體層；以及一第二電極，依序層次堆疊；以及至少一第一電極，該第一電極配置位於該非疊層預定區，其中該非疊層預定區與一預定切割道至少部份重疊，其中該預定切割道係用以進行一切割步驟以電性隔離該第一電極與該第二電極。
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