TWI527205B - 成長基板已移除之串聯覆晶發光二極體 - Google Patents

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Description

成長基板已移除之串聯覆晶發光二極體
本發明係關於一種用於形成發光二極體之方法，且尤其係關於一種用於同時形成互連LED之方法。
按，個別LED已經串聯成跨一電源電壓(例如120 VAC)使得該等LED之組合正向電壓係略小於峰值電壓。因此，在每一AC循環該等LED短暫地開啟。該等LED之快速閃爍未被吾人肉眼所察覺。由於不需要DC電流調節器，此一光源價廉。然而，由於使用許多LED(通常為30至60個)，於一電路板上安裝且互連個別LED將會形成一個相對上大型的發光器。
對於其中含有三個LED的並聯串被跨電池電壓(標稱12伏)連接以建立任何亮度位準之DC應用(諸如汽車)中，串聯的LED亦屬有用。
一串聯的電阻器通常係用於限制未使用一主動電流源之此等LED串中之電流。該等LED可為任何顏色且甚至可具有一磷光體塗層以產生白光。
近來，藉由移除用於成長氮化鎵(GaN)LED層之透明藍寶石成長基板，GaN LED之效率已提高。在移除該基板之後，暴露的GaN層經蝕刻以使該層變薄且建立一粗糙表面以增加光提取。
是以，需要一高效率的技術以形成一小型結構之串聯的LED。此外，此一小型LED結構亦需要能可靠地耐受該基板移除過程。另外，此一小型LED結構亦需要在基板移除之後，亦能可靠地耐受蝕刻過程以增加光提取。
本發明描述一種晶圓級製程，其於一單一子基板上形成若干數目之串聯的LED。在一實施例中，一串具有一覆蓋磷光體層之藍LED經製造以產生任何顏色。
在一實施例中，一藍寶石成長基板晶圓已磊晶地成長於一相對厚的半絕緣(SI)GaN層之上。該SI-GaN層之電阻率係藉由摻雜而控制成具有約105至106歐姆-釐米的電阻率。N-GaN層係成長於該SI-GaN層之上，接著成長一作用層及P-GaN層。渠溝係蝕刻穿過LED層直到渠溝到達該SI-GaN層為止。該等渠溝建立一X-Y網格，以形成一隔離LED陣列。所有該等GaN層係透明的。
該等LED可藉由沈積於該等LED之上之一金屬層而互連，以於若干數目個LED之間形成串聯。或者，可藉由一子基板上之一金屬圖案而實現該串聯。該等LED亦可串聯且並聯連接，或以另一配置連接。
在一實施例中，打算成為串聯之LED之一個單一模組的LED群組被分開，例如藉由鋸切藍寶石基板以分開該等模組。接著由該藍寶石基板及該SI-GaN層所支撐的各LED模組係安裝於子基板晶圓上。該等LED係以覆晶形成，使得該藍寶石基板為相對於該子基板表面而面向上方。或者，在切割之前，該晶圓係與該子基板晶圓對準，且金屬接合至該子基板晶圓。
接著，藉由一雷射剝離過程而從該子基板晶圓上的各模組移除該藍寶石基板。該雷射使該GaN頂層釋放一氣體以從該GaN層推開該藍寶石基板。該雷射剝離過程於該等LED層上產生一大的向下壓力。在該剝離過程期間，該厚SI-GaN層機械地支撐該薄N-GaN層、作用層及P-GaN層以防止破裂。一旦已移除該基板，由於該SI-GaN層使該等個別LED機械地連接在一起且尚未予以反向電連接，故該SI-GaN層持續對該等個別LED提供機械支撐。
為了使該等LED變薄且改良經由該等GaN頂層之光提取，執行暴露表面之光電化學(PEC)蝕刻。一PEC蝕刻涉及施加電偏壓於待蝕刻之材料，浸沒該材料於一鹼性溶液中，且暴露該材料於UV光下。該子基板具有接觸該等LED之N-GaN層之一接地的金屬跡線圖案，其中在該PEC蝕刻過程期間，該金屬圖案僅用於經由該N-GaN層施加電偏壓於該SI-GaN層。該SI-GaN層具有足夠高以便不使該等串聯的LED短路但足夠低以允許在該PEC蝕刻期間加電偏壓於該SI-GaN層之一電阻。在未摻雜該N-GaN層情況下建立該SI-GaN層，該電阻將太高而不能有效率地實行該PEC蝕刻。在該PEC蝕刻之後，用於施加該偏壓之該子基板上之該等金屬跡線被切斷或熔斷。PEC蝕刻為選使用的。
在另一實施例中，代替成長一SI-GaN層，於該藍寶石子基板上成長一P型GaN層或N型GaN層或未經摻雜的GaN層，接著進行一毯覆式離子植入。該離子植入於該GaN層之結晶結構中建立缺陷，並使該GaN層半絕緣。接著該等正常LED層係成長於該SI-GaN層之上。接著對該等LED層向下渠溝挖掘以至該SI-GaN層以電隔離該等個別LED。接著該等LED/該基板經切割以建立具有串聯的LED之LED模組，且接著該等LED係作為覆晶安裝於一子基板晶圓上。之後藉由雷射剝離而從該子基板晶圓上之該等各個模組移除該基板。一模組之該等LED係以一金屬圖案串聯。在基板剝離期間且在移除該基板之後，該SI-GaN層有助於對該等LED提供機械支撐。接著在PEC蝕刻期間，可藉由施加偏壓於該SI-GaN層而執行暴露表面的一選用之PEC蝕刻。
在另一實施例中，LED層係成長於該基板上。接著，渠溝係形成穿過該等P層及作用層且僅部分穿過該等N層。在切割以分開該等LED模組之後，接著該等LED模組係作為覆晶安裝於一子基板晶圓上，且該基板係藉由雷射剝離而移除。一模組之該等LED係以一金屬圖案串聯。接著，該暴露表面經離子植入下至該等渠溝終止的位置，使得該等N層的頂部分為半絕緣，該半絕緣部分使該等LED機械地連接在一起以用於支撐。接著在PEC蝕刻期間，可藉由施加偏壓於該表面層而執行該暴露表面之一選用的PEC蝕刻。
在另一實施例中，LED層係成長於該基板上，且該等層經遮罩以暴露LED之間的邊界。接著，離子係透過該等P層、作用層及N層而植入於該等LED之該等邊界區域中，以使該等LED層之該等部分半絕緣。不需要渠溝挖掘以電隔離該等LED。由於無渠溝挖掘，故在移除該生長基板之後，該等LED係藉由該等離子植入區域而機械地連接在一起。該等LED係藉由一金屬圖案，以一串聯組態連接在一起。在安裝於該子基板上之後，該等LED之暴露表面可選擇性地經受PEC蝕刻，同時施加偏壓於該暴露層。該等離子植入區域在該主動裝置之邊緣佔有一小百分比的表面區域，且不需要粗糙化以實現良好光提取。
在該選用的PEC蝕刻之後，接著一磷光體層可沈積於該等LED上方，其中該磷光體層結合洩漏穿透的藍光而產生任何顏色的光。
接著該子基板晶圓經切割以分開含有任何數目個串聯之LED的LED模組或單元。一AC電壓或一高DC電壓可連接至子基板的電極以供能量給一LED串。
該過程之態樣可應用於非GaN之LED，諸如AlInGaP LED。可使用任何適宜的基板(諸如GaN基板)成長各種層。
圖1係根據本發明之一實施例所形成的一LED 10之一簡化截面圖。在實例中，若干藍LED係形六於一晶圓上。然而，作為代替亦可形成其他類型的LED，諸如AlInGaP LED。磊晶成長所有層。
於一藍寶石基板120上成長全都由層14所表示之一習知GaN成核層、一成長起始層(GIL)及一聚結層。此等層係大體上係用於提供該藍寶石基板12晶格常數與該等LED層的GaN晶格常數之間的一個過渡以最小化關鍵N-GaN層、作用層及P-GaN層之結晶結構中之缺陷密度。形成此等過渡層係描述於美國專利第6,989,555號與第6,630,692號中，該兩案讓與給本受讓人且以引用的方式併入本文。
一厚半絕緣(SI)GaN層16係成長於層14上方。該SI-GaN層16執行至少兩個功能。在一基板雷射剝離過程期間，該SI-GaN層16為LED層提供機械支撐，且當導電性不足以使該等LED短路時，施加電偏壓於該SI-GaN層16以供一光電化學(PEC)蝕刻過程利用。在一實施例中，該層16為2微米厚或更厚。該SI-GaN層16之電阻可藉由使用鐵或鎂摻雜而獲得控制。一SI-GaN層係描述於《Appl. Phys. Lett. 83,3314(2003)》A.Y. Polyakov所發表之論文「摻鐵的半絕緣GaN模板之電學及光學性質(Electrical and Optical Properties of Fe-Doped Semi-Insulating GaN Templates)」，該文獻以引用的方式併入本文中。
應選擇該層16之電阻率以(在於該等LED之間形成一渠溝之後)提供適當電隔離於LED之間，但允許約0.1伏電壓之約10微安每平方毫米之電流流動。在之後所描述的一PEC蝕刻期間需要此等特徵。100K歐姆-釐米之電阻率將為適當的。電阻率之一可接受的範圍可為104歐姆-釐米至106歐姆-釐米。相鄰LED之間之電壓(在一渠溝經形成之後)將約為4伏，且因此跨一10微米寬的渠溝之一洩漏電流將約為每元件8微安。
替代串聯一LED串，若串聯一個二維LED陣列，則隨著在裝置與若干相鄰裝置之間的平均電壓差愈大，洩漏電流愈高。然而對於實際實施例，約105歐姆-釐米級之SI-GaN電阻率將僅允許次毫安培(sub-mA)洩漏電流。
習知N-GaN限制層18、一習知作用層20及習知P-GaN限制層22係形成於層16上方。在一實施例中，該作用層20為AlInGaN且產生藍光。
由於該等LED將為覆晶，且該等LED之表面上之N及P接觸件面向該子基板，故該等P層經遮罩且經蝕刻以暴露該下伏N層之部分。接著，如圖2中所示，渠溝24係使用反應性離子蝕刻而被蝕刻於LED部分之間。蝕刻渠溝以隔離GaN LED係描述於美國專利第6,547,249號中，該案讓與給本受讓人且以引用的方式併入本文。該等渠溝24經蝕刻下至該SI-GaN層16。
在形成該等渠溝24之前或之後形成到達該等P及N半導體層之金屬歐姆接觸件26。
儘管為了簡化之目的，圖2中僅繪示三個隔離的LED，但通常將有數以百計的隔離的LED同時地建立在相同之成長基板上。
圖3圖解說明在一實施例中用於互連LED之一金屬化過程。一平坦化絕緣層30可形成於表面之上以填充該等渠溝24且建立一實質上平坦之表面。可沈積Si2N3或其他介電質。該絕緣層30經遮罩且經蝕刻以暴露歐姆接觸件26於N層及P層上。接著沈積例如一鋁合金之一金屬以建立介於該等LED之間的串聯互連32。為了簡化之目的，該等互連32經示意性地繪示。在一實際實施例中，較寬的金屬帶將形成該等互連。
圖4係可藉由該等互連32製成之該等個別LED 36間之一可能的串聯之一示意圖。任何數目個LED 36可經串聯且並聯連接以實現所需的正向電壓降及亮度。一耦合至串聯串之AC電源38被繪示出。由於AC電壓被假定在各循環期間會趨正且趨負，該等LED串係以一反並聯組態連接，使得該等串交替地開啟。當該AC電壓上升成高於該正向電壓時，在一串中之該等LED 36將開啟。一限流電阻器40設定流經各串之最大電流。若該AC源為電源電壓(例如120伏、220伏等)，則一串可能有30個或以上LED 36。在另一實施例中，使用矽二極體形成一全波橋式整流器以產生一整流信號，且一串聯的LED串係由整流信號所驅動。此一實施例使用一半數量的以一反並聯組態之LED用於相同亮度輸出。該整流器可形成於子基板上。
作為沈積該等金屬互連於該等LED上之一替代，該等互連可為在一子基板上之一金屬圖案。圖5圖解說明升高所有N-金屬接觸件42以與P-金屬接觸件26共面，因此該等互連可藉由該子基板跡線圖案製成。首先可形成相似於圖3中所繪示之一絕緣層，接著沈積該等升高之金屬接觸件42於該絕緣層中之開口中。該子基板互連圖案可類似於圖3中之該等互連之圖案。
接著該等LED/基板係例如藉由鋸切或劃刻及折斷(scribe-and-break)而經切割，以形成含有任何數目個LED之LED模組。各模組可為矩形以簡化鋸切過程。在所有其他處理之後，各模組將封裝於一單一封裝體中。
在圖6中，從圖3或圖5之結構所分離的該等模組接著係安裝於一子基板晶圓44上。圖6中僅繪示在該子基板晶圓44之一部分上之一簡化模組。
在該子基板晶圓44上之一金屬圖案從該等LED金屬接觸件26/42引出至更堅固之金屬墊以用於連接至一電路板。在該子基板晶圓44上之墊係藉由超音波熔接、焊接或其他方法而接合至該等LED上之對應墊。金凸塊可作為一界面金屬。接合LED至一子基板為習知的。
在圖6中，該等N層、該作用層及該等P層係繪示為層46。藉由雷射剝離而移除藍寶石基板12。雷射能量係由箭頭48所繪示。雷射(例如，準分子雷射)之光子能量經選擇為高於LED材料之帶隙且低於該藍寶石基板之吸收邊緣(例如介於3.44電子伏特與6電子伏特之間)。自該雷射穿過該藍寶石之一脈衝係轉換為LED材料的第一100奈米內之熱能量。產生之溫度係超出1000℃且解離鎵及氮。所得高氣壓將該基板推離磊晶層以從該等層釋放該基板，且接著從該LED結構簡單地移除該鬆開之基板。該SI-GaN層16之存在阻擋雷射輻射到達該等LED間之區域中之該子基板表面以便防止對該子基板之潛在破壞。
由該厚SI-GaN層16所提供的機械支撐防止該等LED層46上之巨大向下壓力免於使該等LED層46破裂。在移除該成長基板12之後，該SI-GaN層16亦提供該等個別LED之機械支撐。
可代替地藉由例如反應性離子蝕刻(RIE)之蝕刻、CMP或研磨而移除該成長基板12。適宜的基板移除技術係描述於John Epler等人申請之美國專利第7,256,483號題為「封裝整合式薄膜LED(Package-Integrated Thin Film LED)」，該案引用的方式併入本文中。
在移除該成長基板之後，對於經由表面之光提取，該層14或該層16之暴露表面並非最佳。為了使LED變薄且實現該層16之一最佳粗糙化表面，使用光電化學(PEC)蝕刻。由於該建立於該SI-GaN層16與鹼性溶液(以下描述)之間之電場仍將存在於該層14，故在PEC之前移除該層14係選用的。可藉由PEC蝕刻或非PEC蝕刻(例如藉由RIE、CMP及研磨)而移除該層14，以顯現該SI-GaN層16。
在PEC蝕刻中，一電場應建立於待蝕刻之表面與溶液之間以增加蝕刻之速率且控制該蝕刻速率。為了使此偏壓能夠進行，一犧牲薄金屬圖案係提供於該子基板上以使該SI-GaN層16經由該等N層18金屬接觸件而接地。
圖7係支撐含有8個LED之一單一LED模組之子基板晶圓44之一部分之一俯視圖，圖7繪示在該等LED上之P接觸件26/N接觸件42、連接該等LED之該SI-GaN層16及在該子基板晶圓44上之犧牲金屬圖案50。圖7中之該等P及N接觸件之圖案顯示N接觸件42包圍P接觸件26以使對稱電流流動穿過作用層。在先前實施例中，該等P及N接觸件之表示為簡單的。該SI-GaN層16係在許多分散點處經由該金屬圖案50及N層而連接至接地，否則高電阻將防止均勻施加偏壓於該層16，而將因此發生一不均勻PEC蝕刻。
在圖8中，執行層14或16之暴露表面之PEC蝕刻51。在PEC蝕刻期間，至少層14經蝕穿。為了執行PEC蝕刻，至少待蝕刻之層係浸入一鹼性溶液中，且具有一正電位之一電極係浸入該鹼性溶液中。一適宜的鹼性溶液之一實例為0.2M KOH，然而可使用其他適宜的鹼性溶液或酸性溶液且取決於待蝕刻之材料之組合物及所需的表面結構。該GaN層14/16之磊晶表面係暴露於具有大於該表面層之帶隙之能量之光下。在一實例中，使用具有約365奈米之波長及介於約10mW/cm2與100mW/cm2間之強度之紫外光。暴露於該光將會於表面半導體層中產生電子電洞對。在電場之影響下，該等電洞遷移至該GaN層之表面。根據式：2GaN+6OH-+6e+=2Ga(OH)3+N2，接著該等電洞在該表面及鹼性溶液中與該GaN反應以斷裂GaN鍵。對於一1×1mm2 LED，通過該SI-GaN層16之電流約為10微安。PEC電壓應保持成低於二極體崩潰電壓(例如低於5伏)。PEC蝕刻一GaN層之額外細節可見於John Epler申請之美國專利公開案第20060014310號中，該案已讓與給本受讓人並以引用的方式併入本文中。
層16之表面之所得粗糙化可減少LED結構內之內反射以提高效率。
在該PEC蝕刻之後，一雷射可用於切斷該金屬圖案50(圖7)使得該等N接觸件不再同時短路且接地。或者，一足夠強之電流脈衝可穿過該圖案50以燒毀該薄金屬。
圖9係與圖7相同之視圖但繪示藉由沈積於該等LED上之一金屬圖案(圖3)或形成於用於接觸該等LED上之P金屬接觸件26/N金屬接觸件42之該子基板晶圓44上之一金屬圖案(圖5)而形成的介於該等LED間之互連52。較佳地，互連該等LED使得於鄰近的LED之間不存在大電壓差。在該子基板晶圓44上之引線54延伸越過該等LED以連接至一電源供應器，諸如一AC或DC電源供應器。該等引線54可在與該等LED相同之表面上或在該子基板晶圓44之底面上以直接連接至一電路板上之墊。
可藉由模製、沈積或其他技術而執行晶圓級磷光體沈積及囊封。若該等LED發出藍光，則該磷光體層可含有綠色及紅色磷光體，使得該洩漏藍光與綠光及紅光之結合而產生白光。可代替使用一黃綠YAG磷光體。可藉由模製而於各LED模組上方形成一透鏡。
接著該子基板晶圓44係例如藉由鋸切或劃刻及折斷而經切割，以建立含有串聯的LED之模組，其中在一模組中之該等LED係藉由該SI-GaN層16而機械地耦合在一起。接著可封裝該等模組。
圖10係用以識別本發明之一實施例中之各步驟之一流程圖。
在步驟64中，一厚半絕緣層係磊晶地成長於一藍寶石基板之上。該半絕緣層之電阻經小心地控制以傳導電流但不會使之後形成的LED短路。
在步驟65中，該等LED層係磊晶地成長於該半絕緣層之上。
在步驟66中，LED係藉由穿過該等LED層但不延伸穿過該半絕緣層之渠溝而互相電隔離。在稍後移除該藍寶石基板之後，尤其若該子基板為撓性的，則該厚半絕緣層將有助於保持該等個別LED對準。此外，若該子基板經受高溫處理，則該半絕緣層抵抗由任何金屬蠕變所引起之該等LED之未對準。再此外，由於該半絕緣層覆蓋各個個別LED之邊緣，且一晶粒之邊緣對於濕度為最脆弱，故該半絕緣層將會減少此脆弱性。各LED為一覆晶(P及N接觸件二者皆係在背向光提取表面之表面上)。視情況，該藍寶石基板經鋸切以分開LED模組，各模組含有在一單一封裝體內之LED。
在步驟67中，在切割該等LED模組之後，該等覆晶LED係安裝於一子基板晶圓上。該子基板可以串聯或串聯且並聯二者或一些其他配置之方式電互連該等LED。該子基板亦具有用於為一PEC蝕刻施加偏壓於該共用半絕緣層之金屬跡線。該子基板晶圓亦為該等LED提供機械支撐。
在步驟68中，例如藉由雷射剝離而移除該藍寶石基板。
在步驟69中，在該暴露層之一PEC蝕刻期間，一偏壓電壓(例如接地)係經由該等LED層之該等N接觸件而施加至該半絕緣層。在該子基板晶圓上之引線可用於施加該偏壓電壓至該半絕緣層。
在步驟70中，在用於施加偏壓於該半絕緣層之該子基板晶圓上之引線經切斷或熔斷。
在步驟71中，該子基板晶圓經切割以形成LED模組或單元，各模組含有一群組互連LED，諸如含有用於耦合至一相對高電壓供應器之一個或多個LED串。
圖11A圖解說明成長於一藍寶石基板82上之一GaN層80。該層80之厚度可介於0.5微米至4微米之間，且該厚度為非關鍵的。該層可為P型、N型或未經摻雜。接著執行離子植入以將離子83植入至該層80中。該離子植入可藉由於該層80之該結晶結構中建立缺陷而使該層80半絕緣。對於一4微米厚的磊晶層，離子(質子)植入係分別以約8E13cm-2之劑量及約400千電子伏之能量而實施。最佳劑量及能量經實驗地測定且可由自此等值之+/- 50%而變化(例如取決於層厚度)。劑量及能量應最佳化以實現足夠的隔離而同時最小化植入所引發的光學吸收。所用物種包含(但不限於)氦、鋅、鋁及鎂。用於在GaN材料中建立一絕緣區域之離子植入為此項技術所熟知者。
如圖11B中所繪示，接著於層80之上成長一個或多個厚的N層84，接著成長一作用層86及P層88。
接著形成渠溝90穿過該等LED層88、86及84而下至該半絕緣GaN層80。該蝕刻係藉由使用一光阻遮罩、接著反應性離子蝕刻92(RIE)而執行。該等渠溝90隔離該等LED(諸如在圖2及圖7中)，因此之後該等LED可串聯在一起。該SI-GaN層80具有一極高電阻率因此不影響串聯組態。亦執行形成覆晶所需要的任何蝕刻。
如圖11C中所繪示，金屬接觸件26及42經形成以接觸該等隔離LED之該等P及N層。接著該等LED模組經切割，且該等LED係安裝於一子基板44上。圖11C中繪示一個模組。為了簡化之目的，該等LED層係繪示為層94。如先前所描述的，基板82係藉由使用雷射能量48而剝離。可藉由使於該等LED層與該子基板晶圓44間之該等金屬接觸件26及42覆蓋底面之一大部分而支撐該等LED層，以用於雷射剝離。該等金屬接觸件可覆蓋該等LED層下方之約90%的區域。在移除該基板之後，在該等LED層上方之該SI-GaN層80係藉由該子基板上之一金屬圖案而被施加電偏壓，即如先前所描述，且執行一PEC蝕刻以最佳化光提取。相對於該等LED之尺寸，該等渠溝之寬度相比於圖11C中所描繪的寬度將為更小。當LED在該子基板44上時，該SI-GaN層80機械地支撐該等LED。
處理之其餘部分可與先前所描述的相同以建立含有串聯LED的分開之LED模組。
在所有實施例中，在雷射剝離期間，一側填滿料(例如，矽酮)可注入於該等LED與該子基板44之間以幫助支撐該等LED層及SI-GaN層80，以及保護該等LED。
圖12A及圖12B圖解說明使用離子植入以建立一機械支撐層於個別LED之間之另一過程。在圖12A中，N層84、該作用層86及P層88係成長於該基板82上方。渠溝96係使用一遮罩及RIE 98而形成為穿過該等P層88及作用層86且部分穿過該等N層84。如先前所提及的，該等渠溝96隔離該等個別LED。
在圖12B中，金屬接觸件26及42經形成以建立覆晶且在切割之後，該等LED模組係安裝於該子基板晶圓44上。接著該基板係使用雷射剝離而移除。為了簡化之目的，該等LED層係繪示為層94。接著頂面100係藉由使用與關於圖11A所描述相同的技術而被植入離子102，使得該N層之頂部下至該渠溝96終止之位置形成為半絕緣。於一模組中形成串聯的LED之處理之其餘部分係與先前實施例中之其餘部分相同。
圖13圖解說明在不形成隔離該等LED之渠溝之另一實施例。該等LED層84、86及88係成長於該基板82上方。接著一光阻遮罩104係形成於該結構之上以暴露將成為個別LED間之半絕緣邊界之區域。接著離子106係以一足夠高能量植入以於該等邊界區域之該等層84、86及88中之該結晶結構中建立缺陷以使該等邊界區域半絕緣以有效地使該等LED互相電隔離。接著移除該遮罩104。如在先前實施例中，形成金屬接觸件，切割該等模組，將該等模組安裝於一子基板晶圓上，串聯該等LED，移除該基板，且分開該等LED模組/子基板。該等離子植入區域佔有裝置間之邊界之發射區域的一小分率(約8%)且不需要藉由該PEC處理而變粗糙以實現良好光發射。
磷光體沈積及囊封可以如先前所述的以一晶圓級(在切割之前)執行。
除了一簡單串聯外，可使用於該等LED間之各種其他金屬連接。該等LED可連接至一控制電路，該控制電路基於瞬時電壓動態地改變跨一AC電源供應器串聯的LED之數量，而使得該等LED開啟持續一更長時間。
在所有實施例中，該等半絕緣層或區域應具有大於約104歐姆-釐米之電阻率(大於固有GaN之電阻率)，但歸因於離子植入，一更低的電阻率亦可為一可接受之權衡以實現更少的光學吸收。
圖14係概括地描述使用離子植入(使用或不使用渠溝)以電隔離該等LED之過程之一流程圖。
在步驟110中，於一基板上方磊晶地成長LED層。
在步驟112中，LED係藉由離子植入(且在一些情況中，藉由離子植入及如關於圖11A至圖13所描述的渠溝)而互相電隔離。在所有情況中，個別LED係藉由離子植入所形成的一半絕緣層而機械地連接在一起。該機械連接改良該等LED之堅固性，有助於使該等LED對準，且在基板剝離期間提供額外支撐。各LED為一覆晶(P及N接觸件二者皆係在背向光提取表面之表面)。
在步驟114中，切割該等模組，且該等覆晶LED係安裝於一子基板晶圓上。該子基板可以串聯或串聯且並聯二者或一些其他配置之方式電互連該等LED。該子基板亦具有用於為一PEC蝕刻施加偏壓於該共用半絕緣層(該頂面)之金屬跡線。該子基板晶圓亦為該等LED提供機械支撐。該藍寶石基板例如係藉由雷射剝離而移除。
如圖12B中，若該離子植入發生在基板移除之後，則該等步驟112及114可顛倒。
若需要PEC蝕刻，則在步驟116中，在該暴露層之一PEC蝕刻期間，一偏壓電壓(例如接地)係經由該等LED層之該等N接觸件而施加至該半絕緣層。在該子基板晶圓上之引線可用於施加該偏壓電壓至該半絕緣層。
在步驟118中，用於施加偏壓於該半絕緣層之在該子基板晶圓上之引線被切斷或熔斷。
在步驟120中，該子基板晶圓經切割以形成LED模組或單元，各模組含有一組的互連LED，例如含有用於耦合至一相對高電壓源之一個或多個LED串。
雖然已繪示且描述本發明之特殊實施例，但熟習此項技術者將顯而易見可於更寬廣之態樣中作出變更及修飾而不脫離本發明，且因此，該等後附請求項在其等範疇內包含落入本發明之真實精神及範疇內之所有此等變更及修飾。
12．．．藍寶石基板
14．．．層
16．．．半絕緣GaN層
18．．．N-GaN限制層
20．．．習知作用層
22．．．習知P-GaN限制層
24．．．渠溝
26．．．歐姆接觸件
30．．．平坦化絕緣層
32．．．互連
36．．．串聯LED
38．．．AC電源
40．．．限流電阻器
42．．．N金屬接觸件
44．．．子基板晶圓
46．．．層
48．．．雷射能量
50．．．金屬圖案
51．．．光電化學(PEC)蝕刻
52．．．互連
54．．．引線
80．．．GaN層
82．．．藍寶石基板
83．．．植入離子
84．．．N層
86．．．作用層
88．．．P層
90．．．渠溝
92．．．反應性離子蝕刻
94．．．層
96．．．渠溝
98．．．反應性離子蝕刻
100．．．頂面
102．．．離子
104．．．光阻遮罩
106．．．離子
圖1係根據本發明之實施例所形成的一藍LED之一簡化截面圖；
圖2繪示有三個LED形成於一晶圓上且使用渠溝而隔離之該晶圓之一小部分之一簡化透視圖；
圖3圖解說明用以於該等LED之間形成串聯之晶圓級金屬化；
圖4係表示任何數目個串聯的LED之一示意圖；
圖5圖解說明圖3之一替代方式，其中在該等LED上之共面接合墊經形成用於連接至一子基板上之一金屬圖案，其中在該子基板上之該金屬圖案建立介於該等LED之間的串聯；
圖6圖解說明在LED已被安裝於一子基板晶圓上之後，用以移除藍寶石基板之一雷射剝離過程；
圖7係在子基板上之六個LED之佈置之一實例之一俯視圖，其繪示在LED上之P金屬及N金屬歐姆接觸件之區域接合至該子基板上之一金屬圖案。為了簡化之目的，僅繪示在一PEC蝕刻期間，用於臨時連接SI-GaN層至一偏壓電壓之接地金屬圖案；
圖8繪示安裝於子基板晶圓上之LED之頂層之一側視圖，該子基板晶圓經受一PEC蝕刻以改良光提取，同時施加電偏壓於SI-GaN層；
圖9係與圖7相同之視圖，但圖9繪示藉由子基板上之一金屬圖案而提供之LED之間之串聯的一示意圖。圖7中所示之偏壓施加跡線已被切斷或熔斷；
圖10繪示用於本發明之一實施例中之各步驟之一流程圖，其中渠溝結合一半絕緣層用於隔離LED；
圖11A圖解說明其中離子係植入於一GaN層中以建立一半絕緣層之另一實施例；
圖11B圖解說明在LED層形成於半絕緣層上之後且在渠溝係形成以隔離個別LED之後之圖11A之結構；
圖11C圖解說明在被安裝於一子基板上之後且在移除該基板之後之圖11B之結構；
圖12A圖解說明其中LED層經蝕刻以形成部分延伸至N層中之渠溝之另一實施例；
圖12B圖解說明在被安裝於一子基板上之後，且在移除該基板之後，且在一離子植入後使頂面部分半絕緣之圖12A之結構；
圖13圖解說明其中一遮罩式離子植入穿過LED層下至該基板而隔離該等個別LED之另一實施例；及
圖14繪示用於本發明之一實施例中之各步驟之一流程圖，其中渠溝挖掘及/或離子植入係用於使該等LED電隔離。
12．．．藍寶石基板
14．．．層
16．．．半絕緣GaN層
18．．．N-GaN限制層
22．．．習知P-GaN限制層
24．．．渠溝
26．．．歐姆接觸件
30．．．平坦化絕緣層
32．．．互連

Claims (18)

  1. 一種用於製造發光二極體(LED)結構之方法，其包括：藉由磊晶(epitaxially)成長一N型層於一成長基板之上，磊晶成長一作用層(active layer)於該N型層之上，及磊晶成長一P型層於該作用層之上而形成LED層；藉由形成隔離(isolation)區域於個別(individual)LED之間而電隔離該等LED層之區域，以建立實質上電隔離的LED；安裝該等LED於一子基板(submounts)上，該等LED係藉由該等隔離區域而機械地耦合在一起；藉由一金屬圖案而互連個別LED之群組以形成至少複數個串聯的LED，同時該等LED係藉由該等隔離區域而機械地耦合在一起；移除該成長基板；及分開該子基板以形成互連LED之模組；其中藉由形成隔離區域於個別LED之間而電隔離該等LED層之區域，以建立實質上電隔離的LED包含：在成長該N型層之前，在該成長基板上成長一半絕緣(semi-insulating)磊晶層；形成渠溝(trenches)穿過該P型層、作用層及N型層而下至該半絕緣磊晶層，以建立該等個別LED，俾使該半絕緣磊晶層繼續使該等個別LED機械地耦合在一起。
  2. 如請求項1之方法，其中該等隔離區域為半絕緣。
  3. 如請求項1之方法，其中該等隔離區域係藉由離子植入 而形成。
  4. 如請求項1之方法，其中該等隔離區域係藉由摻雜而形成。
  5. 如請求項1之方法，其中該半絕緣磊晶層係藉由離子植入(ion implantation)而形成。
  6. 如請求項1之方法，其中該等個別LED為覆晶。
  7. 一種用於製造發光二極體(LED)結構之方法，其包括：藉由磊晶成長一N型層於一成長基板之上，磊晶成長一作用層於該N型層之上，及磊晶成長一P型層於該作用層之上而形成LED層；藉由形成隔離區域於個別LED之間而電隔離該等LED層之區域，以建立實質上電隔離的LED；安裝該等LED於一子基板上，該等LED係藉由該等隔離區域而機械地耦合在一起；藉由一金屬圖案而互連個別LED之群組以形成至少複數個串聯的LED，同時該等LED係藉由該等隔離區域而機械地耦合在一起；移除該成長基板；及分開該子基板以形成互連LED之模組；其中使該等LED層之區域電隔離之步驟係在移除該成長基板之後執行。
  8. 如請求項7之方法，其中該等隔離區域為半絕緣。
  9. 如請求項7之方法，其中該等隔離區域係藉由離子植入而形成。
  10. 如請求項7之方法，其中該等隔離區域係藉由摻雜而形成。
  11. 如請求項7之方法，其中藉由形成隔離區域於個別LED之間而電隔離該等LED層之區域，以建立實質上電隔離的LED包含：形成渠溝穿過該P型層及作用層，及僅部分地穿過該N型型層，以產生該等個別LED，俾使該N型層之一部分繼續使該等個別LED機械地耦合在一起。
  12. 如請求項7之方法，其包含：在該子基板上形成一另一金屬圖案層，互連(interconnect)該等隔離區域，及將該等隔離區域經由該N型層連接至一偏壓電壓；光電化學蝕刻(photo-electrochemical etch)該等隔離區域及任何其他暴露之經施加偏壓的表面，同時施加偏壓於至少該等隔離區域；及使該另一金屬圖案層不能互連該等隔離區域。
  13. 一種用於製造發光二極體(LED)結構之方法，其包括：藉由磊晶成長一N型層於一成長基板之上，磊晶成長一作用層於該N型層之上，及磊晶成長一P型層於該作用層之上而形成LED層；藉由形成隔離區域於個別LED之間而電隔離該等LED層之區域，以建立實質上電隔離的LED；安裝該等LED於一子基板上，該等LED係藉由該等隔離區域而機械地耦合在一起； 藉由一金屬圖案而互連個別LED之群組以形成至少複數個串聯的LED，同時該等LED係藉由該等隔離區域而機械地耦合在一起；移除該成長基板；及分開該子基板以形成互連LED之模組；其中該等隔離區域為半絕緣且為一隔離層之部分，該方法進一步包括：經由該N型層而施加一偏壓電壓至該隔離層；及光電化學蝕刻該絕緣層，並同時施加偏壓於該隔離層。
  14. 如請求項13之方法，其中該等隔離區域係藉由離子植入而形成。
  15. 如請求項13之方法，其中該等隔離區域係藉由摻雜(doping)而形成。
  16. 如請求項13之方法，其中藉由形成隔離區域於個別LED之間而電隔離該等LED層之區域，以建立實質上電隔離的LED包含離子植入通過該P型層、作用層及N型層下該成長基板，以建立至該等個別LED之間的半絕緣邊界(boundary)區域，俾使該等邊界區域繼續使該等個別LED機械地耦合在一起。
  17. 一種用於製造發光二極體(LED)結構之方法，其包括：藉由磊晶成長一N型層於一成長基板之上，磊晶成長一作用層於該N型層之上，及磊晶成長一P型層於該作用層之上而形成LED層； 藉由形成隔離區域於個別LED之間而電隔離該等LED層之區域，以建立實質上電隔離的LED；安裝該等LED於一子基板上，該等LED係藉由該等隔離區域而機械地耦合在一起；藉由一金屬圖案而互連個別LED之群組以形成至少複數個串聯的LED，同時該等LED係藉由該等隔離區域而機械地耦合在一起；移除該成長基板；及分開該子基板以形成互連LED之模組；其中藉由形成隔離區域於個別LED之間而使該等LED層之區域電隔離，以建立實質上電隔離的LED包括：植入離子穿過該P型層、作用層及N型層而下至該成長基板，以建立半絕緣邊界區域於該等個別LED之間，使得該等個別LED藉由該等邊界區域而繼續機械地耦合在一起。
  18. 一種用於製造發光二極體(LED)結構之方法，其包括：藉由磊晶成長一N型層於一成長基板之上，磊晶成長一作用層於該N型層之上，及磊晶成長一P型層於該作用層之上而形成LED層；藉由形成隔離區域於個別LED之間而電隔離該等LED層之區域，以建立實質上電隔離的LED；安裝該等LED於一子基板上，該等LED係藉由該等隔離區域而機械地耦合在一起；藉由一金屬圖案而互連個別LED之群組以形成至少複 數個串聯的LED，同時該等LED係藉由該等隔離區域而機械地耦合在一起；移除該成長基板；及分開該子基板以形成互連LED之模組；其中該等隔離區域為半絕緣，該方法進一步包括：形成一金屬圖案於該子基板上，該子基板使該等隔離區域互連，且經由該N型層而使該等隔離區域連接至一偏壓電壓；經由該N型層施加一偏壓電壓於至少該等隔離區域；光電化學蝕刻該等隔離區域及任何其他暴露之經施加偏壓的表面，同時施加偏壓於至少該等隔離區域；及使該金屬圖案不能互連該等隔離區域。
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