TWI705580B - 發光二極體結構及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體結構包括半導體疊層及支撐斷點。半導體疊層包括第一半導體層、發光層、及第二半導體層。第一半導體層具有暴露在外的發光面，且發光面具有粗糙紋理。發光層設置在第一半導體層上。第二半導體層設置在發光層上，並且第二半導體層具有與第一半導體層不同的型態。支撐斷點位於發光面上。此發光二極體結構可以應用於廣色域(WCG)背光模組或超薄(ultra-thin)背光模組。

Description

發光二極體結構及其製造方法
本發明是有關於一種發光二極體結構及其製造方法。
微發光二極體(micro light emitting diode，micro LED)是將傳統發光二極體的尺寸降至微米(μm)等級，且目標良率需達到99%以上。然而，微發光二極體製程目前面臨相當多的技術挑戰，其中巨量轉移(Mass Transfer)技術是最困難的關鍵製程。此外，更包括設備的精密度、轉移良率、轉移時間、對位問題、可重工性(rework property)及加工成本等諸多技術難題亟需解決。
舉例來說，目前用來製造微發光二極體的技術是由製程定義出微發光二極體結構後，將此微發光二極體結構接合至第一暫時基板，並透過雷射剝離(laser lift-off，LLO)技術將藍寶石(Sapphire)基板移除，再使用接合材料將此微發光二極體結構接合到第二暫時基板。接著，移除第一暫時基板並製作支架結構後，蝕刻接合材料，最後移轉微發光二極體結構中的磊晶結構。上述過程中需經過兩次暫時 基板的接合及兩次移除暫時基板的製程，除了良率損失不好控制外，磊晶結構在應力釋放後，微發光二極體之間的間距也會及原先設計的不同，造成移轉時的對位問題。
根據本揭露之一態樣，提供一種發光二極體結構。發光二極體結構包括半導體疊層及支撐斷點。半導體疊層包括第一半導體層、發光層、及第二半導體層。第一半導體層具有暴露在外的發光面，且發光面具有粗糙紋理。發光層設置在第一半導體層上。第二半導體層設置在發光層上，並且第二半導體層具有與第一半導體層不同的型態。
根據本揭露的一些實施方式，第一半導體層包括第一部分及第二部分，第二部分設置在第一部分上，並且第一部分的寬度大於第二部分的寬度。
根據本揭露的一些實施方式，第一半導體層包括摻雜半導體層及未摻雜半導體層，摻雜半導體層位於發光層及未摻雜半導體層之間，並且發光面位於未摻雜半導體層上。
根據本揭露的一些實施方式，發光二極體結構還包括絕緣層覆蓋半導體疊層的側壁。
根據本揭露的一些實施方式，發光二極體結構還包括第一導電墊及第二導電墊。第一導電墊電性連接到第一半導體層。第二導電墊電性連接到第二半導體層。
本揭露的另一態樣提供了一種半導體結構。半 導體結構包括至少一半導體疊層及至少一支撐架。半導體疊層包括依序堆疊的第一半導體層、發光層、及第二半導體層，其中第一半導體層具有暴露在外的發光面，且發光面具有粗糙紋理。支撐架對應半導體疊層並接觸半導體疊層的發光面。
根據本揭露的一些實施方式，支撐架可以被折斷。
根據本揭露的一些實施方式，第二半導體層具有與第一半導體層不同的型態。
根據本揭露的一些實施方式，第一半導體層包括第一部分及第二部分，第二部分設置在第一部分上，並且第一部分的寬度大於第二部分的寬度。
根據本揭露的一些實施方式，第一半導體層包括摻雜半導體層及未摻雜半導體層，摻雜半導體層位於發光層及未摻雜半導體層之間，並且發光面位於未摻雜半導體層上。
根據本揭露的一些實施方式，半導體結構還包括絕緣層覆蓋半導體疊層的至少一側壁，其中絕緣層具有第一開口及第二開口分別位於第一半導體層及第二半導體層上。
根據本揭露的一些實施方式，半導體結構還包括第一導電墊及第二導電墊。第一導電墊電性藉由第一開口電性連接到第一半導體層。第二導電墊藉由第二開口電性連接到第二半導體層。
根據本揭露的一些實施方式，半導體結構還包括承載基板位於至少一支撐架下方。
本揭露的另一態樣提供一種製造發光二極體結構的方法。此方法包括以下操作。形成前驅結構。前驅結構包括承載基板、支撐層、犧牲層、及磊晶疊層。支撐層設置在承載基板上，其中支撐層具有基底部分及至少一支撐架從基底部分突出。犧牲層設置在支撐層的基底部分上，其中犧牲層具有一高度實質上等於支撐架的一高度。磊晶疊層位於犧牲層上，其中磊晶疊層具有發光面接觸支撐架及犧牲層，並且發光面具有一粗糙紋理。然後移除磊晶疊層的一部分以形成至少一半導體疊層，並暴露犧牲層的一部分，其中半導體疊層對應支撐架。之後移除與支撐架接觸的犧牲層的至少一部分，使得半導體疊層被支撐架支撐並與犧牲層分離。
根據本揭露的一些實施方式，形成前驅結構包括：在生長基板上形成磊晶疊層，其中發光面暴露在外；在磊晶疊層上形成犧牲層，其中犧牲層具有一間隙暴露出發光面的一部分；在犧牲層上形成支撐層，其中支撐架填充在間隙中並與磊晶疊層接觸；在犧牲層上形成承載基板；以及移除生長基板。
根據本揭露的一些實施方式，形成前驅結構包括：在生長基板上形成磊晶疊層，其中發光面與生長基板接觸；在磊晶疊層上形成暫時基板；移除生長基板以暴露發光面；在磊晶疊層的發光面上形成犧牲層，其中犧牲層具有一間隙暴露出發光面的一部分；在犧牲層上形成支撐層，其中 支撐架填充在間隙中並與磊晶疊層接觸；在犧牲層上形成承載基板；以及移除暫時基板以暴露磊晶疊層。
根據本揭露的一些實施方式，前驅結構還包括黏著層位於支撐層及承載基板之間。
根據本揭露的一些實施方式，半導體疊層包括第一半導體層、發光層、以及第二半導體層。第一半導體層與支撐架接觸，其中第一半導體層具有第一部分及第二部分，第二部分設置在第一部分上，且第一部分具有一寬度大於第二部分的一寬度。發光層設置在第一半導體層上。第二半導體層設置在發光層上，其中第二半導體層具有與第一半導體層不同的型態。
根據本揭露的一些實施方式，第一半導體層包括摻雜半導體層及未摻雜半導體層，摻雜半導體層位於發光層及未摻雜半導體層之間，並且發光面位於未摻雜半導體層上。
根據本揭露的一些實施方式，此方法還包括形成一絕緣層覆蓋半導體疊層的至少一側壁，其中絕緣層具有第一開口及第二開口分別暴露第一半導體層的一部分及第二半導體層的一部分。
根據本揭露的一些實施方式，此方法還包括分別在第一開口及第二開口中形成第一導電墊及第二導電墊。
根據本揭露的一些實施方式，此方法還包括斷開支撐層的支撐架，以形成發光二極體結構。
10、20‧‧‧前驅結構
100‧‧‧發光二極體結構
110、210‧‧‧生長基板
120、220‧‧‧磊晶疊層
120’、220’‧‧‧半導體疊層
121a、121b、121’、221、221’‧‧‧第一半導體層
121a’、121b’、121c’、221a’、221b’‧‧‧半導體層
122、122’、222、222’‧‧‧發光層
123、123’、223、223’‧‧‧第二半導體層
124、224‧‧‧導電層
124’、224’、225‧‧‧導電接觸層
130‧‧‧暫時基板
131‧‧‧緩衝層
132‧‧‧接合層
140‧‧‧犧牲層
150‧‧‧支撐層
152‧‧‧支撐架
154‧‧‧基底部分
160‧‧‧承載基板
170‧‧‧黏著層
180‧‧‧絕緣層
191‧‧‧第一導電墊
192‧‧‧第二導電墊
BP‧‧‧支撐斷點
G1、G2‧‧‧間隙
H1、H2‧‧‧高度
OP1‧‧‧第一開口
OP2‧‧‧第二開口
S1、S2‧‧‧發光面
SW1‧‧‧側壁
W1、W2‧‧‧寬度
當讀到隨附的圖式時，從以下詳細的敘述可充分瞭解本揭露的各方面。值得注意的是，根據工業上的標準實務，各種特徵不是按比例繪製。事實上，為了清楚的討論，各種特徵的尺寸可任意增加或減少。
第1圖為根據本揭露的之各種實施方式繪示的發光二極體結構的剖面圖。
第2-8圖為根據本揭露之一實施方式繪示的發光二極體結構的製程各步驟的剖面圖。
第9-15圖為根據本揭露之的一實施方式繪示的發光二極體結構的製程各步驟的剖面圖。
為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實施例中附加其他的實施例，而無須進一步的記載或說明。
在以下描述中，將詳細敘述許多特定細節以使讀者能夠充分理解以下的實施例。然而，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。在其他情況下，為簡化圖式，熟知的結構與裝置僅示意性地繪示於圖中。
第1圖為根據本揭露的之各種實施方式繪示的 發光二極體結構100的剖面圖。參考第1圖，發光二極體結構100包括半導體疊層120'及支撐斷點BP。在一些實施方式中，發光二極體結構100可以發射可見光。發光二極體結構100可以選擇性地包括其他元件，將在下文中描述。
如第1圖所示，半導體疊層120'包括第一半導體層121'、發光層122'及第二半導體層123'。第一半導體層121'具有暴露在外的發光面S1，並且發光面S1具有粗糙紋理。具體地，發光二極體結構100可以發射光線穿過發光面S1。支撐斷點BP位於發光面S1上。在一些實施方式中，第一半導體層121'包括摻雜半導體層121b’、121c’及未摻雜半導體層121a'，並且發光面S1在未摻雜半導體層121a'上。摻雜半導體層121b’、121c’是在發光層122'及未摻雜半導體層121a'之間。在其他實施方式中，可以省略未摻雜半導體層121a'，並且發光面S1在摻雜半導體層121b'上。
在一些實施方式中，第一半導體層121'包括第一部分(即，未摻雜半導體層121a'及摻雜半導體層121b')及設置在第一部分上的第二部分(即，摻雜半導體層121c')。第一部分的寬度W1大於第二部分的寬度W2。在其他實施方式中，可以省略未摻雜半導體層121a'。也就是說，第一部分是摻雜半導體層121b'，第二部分是摻雜半導體層121c'。摻雜半導體層121b'及121c'是由相同材料製成。
在一些實施方式中，第一半導體層121'可以是III-V族半導體層。舉例來說，III-V族半導體層可包含如砷 化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、砷化銦(InAs)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、磷化銦(InP)等二元磊晶材料，或如氮化鋁鎵(AlGaN)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、磷化銦鎵(InGaP)、氮化銦鎵(InGaN)、氮鎵化鋁銦(AlInGaN)、磷鎵化鋁銦(AlInGaP)、磷砷化銦鎵(InGaAsP)等三元或四元磊晶材料。在一些實例中，半導體層121a'可以是未摻雜的III-V族半導體層，且半導體層121b’、121c’可以是N型III-V族半導體層。可以藉由將IVA族元素(例如矽)摻雜到上述III-V族半導體層中來形成N型III-V族半導體層。在其他實例中，省略了第一半導體層121'的半導體層121a'，並且半導體層121b’、121c’可以是P型III-V族半導體層。可以藉由將IIA族元素(例如鈹、鎂、鈣或鍶)摻雜到上述III-V族半導體層中來形成P型III-V族半導體層。
發光層122'設置在第一半導體層121'上。在一些實施方式中，發光層122'可以包括多層量子井(multiple quantum well，MQW)、單一量子井(single-quantum well，SQW)、同質接面(homojunction)、異質接面(heterojunction)或其它類似的結構，但不限於此。在一些實施方式中，發光層122'的寬度實質上等於第一半導體層121'的第二部分的寬度W2。
第二半導體層123'設置在發光層122'上，第二半導體層123'具有與第一半導體層121'不同的型態。在一些實施方式中，第二半導體層123'可以是上述的P型III-V族 半導體層。在其他實施方式中，第二半導體層123'可以是上述的N型III-V族半導體層。在一些實例中，未摻雜半導體層121a'包括未摻雜的GaN，摻雜半導體層121b’、121c’包括N型GaN，第二半導體層123'包括P型GaN。在其他實例中，省略第一半導體層121'的半導體層121a'，半導體層121b’、121c’可以是P型GaP，第二半導體層123'可以是N型AlInGaP。在一些實施方式中，第二半導體層123'的寬度實質上等於第一半導體層121'的第二部分的寬度W2及發光層122'的寬度。
在一些實施方式中，發光二極體結構100還包括絕緣層180覆蓋半導體疊層120'的至少一側壁SW1。如第1圖所示，絕緣層180具有第一開口OP1及第二開口OP2分別位於第一半導體層121'及第二半導體層123'上。在一些實施方式中，發光二極體結構100還包括第一導電墊191及第二導電墊192。第一導電墊191電性連接到第一半導體層121'，且第二導電墊192電性連接到第二半導體層123'。具體地，第一導電墊191藉由第一開口OP1電性連接到第一半導體層121'，第二導電墊192藉由第二開口OP2電性連接到第二半導體層123'。在一些實施方式中，發光二極體結構100還包括導電接觸層124'位於第二導電墊192及第二半導體層123'之間。在其他實施方式中，導電接觸層124'也可以被省略。
本揭露的另一態樣是提供一種製造發光二極體結構100的方法。第2圖至第8圖是根據本揭露之一實施方式 繪示的發光二極體結構100的製程各步驟的剖面圖。
製造發光二極體結構100的方法包括形成前驅結構10(繪示於第6圖)。第2圖至第6圖是根據本揭露之一實施方式繪示的前驅結構10的製程各步驟的剖面圖。
請參考第2圖，在生長基板110上形成磊晶疊層120，其中發光面S1與生長基板110接觸。發光面S1具有粗糙紋理。具體地，磊晶疊層120包括依序堆疊在生長基板110上的第一半導體層121a、121b、發光層122、及第二半導體層123。第一半導體層121a、121b、發光層122、及第二半導體層123的材料可以分別與上述第一半導體層121'、發光層122'、及第二半導體層123'相同，故以下不再贅述。在一些實施方式中，生長基板110可以是藍寶石基板或其他合適的基板。
在一些實施方式中，還可以形成導電層124在第二半導體層123上。導電層124可包括任何合適的導電材料，例如金屬氧化物(即，氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AZO))、金屬(即，鈦(Ti)、鎳(Ni)、鋁(Al)、金(Au)、鉑(Pt)、鉻(Cr)、銀(Ag)、銅(Cu))、或金屬合金。在其他實施方式中，導電層124可以省略。
參考第3圖，在磊晶疊層120上形成暫時基板130。在一些實施方式中，暫時基板130可以是藍寶石基板或其他合適的基板。在一些實施方式中，還形成緩衝層131及接合層132在暫時基板130及磊晶疊層120之間。在一些實例中，緩衝層131可以包括與半導體層121a相同的未摻雜 半導體，但不限於此。在一些實例中，接合層132可以是苯並環丁烯(BCB)，但不限於此。
請參考第4圖，移除生長基板110以暴露出發光面S1。須說明的是，在磊晶疊層120上形成暫時基板130之後，將第3圖中所示的結構上下翻轉，使得生長基板110位於頂部而暫時基板130位於底部。在一些實施方式中，可以藉由任何合適的方法移除生長基板110，例如雷射剝離(laser lift-off，LLO)、研磨或蝕刻。接著，在磊晶疊層120的發光面S1上形成犧牲層140。如第4圖所示，犧牲層140具有間隙G1暴露出發光面S1的一部分。在一些實施方式中，間隙G1具有寬度為約0.5-10μm。例如，間隙G1的寬度可以是0.6、0.7、0.8、1、2、5、8、或9μm。在一些實施方式中，犧牲層140可包括苯並環丁烯(BCB)或聚酰亞胺(PI)，但不限於此。在一些實施方式中，在形成犧牲層140之前，進一步移除未摻雜半導體層121a，使得犧牲層140形成在具有粗糙發光面的第一半導體層121b上。
參考第5圖，在犧牲層140上形成支撐層150。支撐層150可以包括基底部分154及從基底部分154突出的支撐架152。具體地，支撐架152填充在間隙G1中，並且與磊晶疊層120的發光面S1接觸。在一些實施方式中，支撐架152可以是圓柱或多邊形柱。在一些實例中，支撐架152的寬度或直徑為約0.5-10μm，例如，可以為約0.6、0.7、0.8、1、2、5、8、或9μm。在一些實施方式中，支撐層150可包括絕緣材料、金屬材料或其他支撐材料。例如，絕緣材料 包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽及環氧樹脂；金屬材料包括鋁、鈦、金、鉑或鎳，但不限於此。
繼續參考第5圖，在犧牲層140上形成承載基板160。在一些實施方式中，承載基板160可以是藍寶石基板或其他合適的基板。在一些實施方式中，黏著層170可以形成在支撐層150及承載基板160之間。承載基板160可以藉由黏著層170黏附至支撐層150上，以提高承載基板160與支撐層150之間的結合力。在一些實施方式中，黏著層170可包括絕緣膠、導電膠和/或金屬。在一些實例中，黏著層170的材料可以為絕緣膠，例如環氧樹脂或矽膠，但不限於此。在一些實例中，黏著層170的材料可以是導電膠，例如混合銀粉之環氧樹脂，但不限於此。在一些實例中，黏著層170的材料可以是金屬，例如銅、鋁、錫和/或銀，但不限於此。
參考第6圖，移除暫時基板130、緩衝層131及接合層132。在一些實施方式中，省略導電層124，並且在移除暫時基板130之後暴露出磊晶疊層120。須說明的是，在支撐層150上形成承載基板160之後，將第5圖所示的結構上下翻轉，使得暫時基板130位於頂部，承載基板160位於底部，以移除暫時基板130。在一些實施方式中，可以藉由任何合適的方法移除暫時基板130，例如雷射剝離(laser lift-off，LLO)、研磨或蝕刻。
如第6圖所示，前驅結構10形成。前驅結構10包括承載基板160、支撐層150、犧牲層140、及磊晶疊層 120。支撐層150設置在承載基板160上，並包括基底部分154及從基底部分154突出的支撐架152。犧牲層140設置在支撐層150的基底部分154上。犧牲層140具有高度H2實質上等於支撐架152的高度H1。磊晶疊層120位於犧牲層140及支撐層150上。磊晶疊層120具有發光面S1與支撐架152及犧牲層140接觸，並且發光面S1具有粗糙紋理。黏著層170可以設置在支撐層150及承載基板160之間。
參考第7圖，在形成前驅結構10之後，此方法繼續至移除磊晶疊層120的一部分，以形成半導體疊層120'，並暴露犧牲層140的一部分。如第7圖所示，半導體疊層120'包括第一半導體層121'、發光層122'、及第二半導體層123'。第一半導體層121'與支撐架152接觸。在一些實施方式中，第一半導體層121'包括第一部分(即，未摻雜半導體層121a'及摻雜半導體層121b')及設置在第一部分上的第二部分(即，摻雜半導體層121c')，且第一部分的寬度W1大於第二部分的寬度W2。在其他實施方式中，省略未摻雜半導體層121a'。也就是說，第一部分為摻雜半導體層121b'，第二部分為摻雜半導體層121c'。
在一些實施方式中，第一半導體層121'包括摻雜半導體層121b’、121c’及未摻雜半導體層121a'，並且發光面S1在未摻雜半導體層121a'上。摻雜半導體層121b’、121c’位於發光層122'及未摻雜半導體層121a'之間。在其他實施方式中，可以省略未摻雜半導體層121a'，並且發光面S1在摻雜半導體層121b'上。
發光層122'設置在第一半導體層121'上。第二半導體層123'設置在發光層122上'，其中第二半導體層123'具有與第一半導體層121'不同的型態。在一些實例中，未摻雜半導體層121a'可以是未摻雜的GaN，摻雜半導體層121b’、121c’可以是N型GaN，第二半導體層123'可以是P型GaN。
如第7圖所示，在一些實施方式中，一部分的導電層124在移除磊晶疊層120的一部分期間進一步被移除，以在半導體疊層120'上形成導電接觸層124'。在其他實施方式中，可以省略導電接觸層124'。
在形成半導體疊層120'之後，此方法還可以包括形成絕緣層180覆蓋半導體疊層120'的至少一側壁SW1。絕緣層180具有第一開口OP1及第二開口OP2分別暴露出第一半導體層121'的一部分及第二半導體層123'的一部分(或導電接觸層124')。在一些實施方式中，絕緣層180可以藉由化學氣相沉積法、印刷、塗佈或其他合適的方法來形成。
接著，此方法還可以包括分別在第一開口OP1及第二開口OP2中形成第一導電墊191及第二導電墊192。具體地，第一導電墊191藉由第一開口OP1電性連接到第一半導體層121'，第二導電墊192藉由第二開口OP2電性連接到第二半導體層123'。在一些實施方式中，第一導電墊191及第二導電墊192可以藉由濺鍍、蒸鍍、或電鍍形成。在一些實施方式中，第一導電墊191及第二導電墊192可包括鋁 (aluminum)、銅(copper)、鎳(nickel)、金(gold)、鉑(platinum)、鈦(titanium)或其他合適的導電材料。
參考第8圖，在形成半導體疊層120'之後，此方法繼續至移除與支撐架152接觸的犧牲層140的至少一部分，使得半導體疊層120'被支撐架152支撐，並且與犧牲層140分離。在一些實施方式中，移除一部分的犧牲層140。在一些實施方式中，可以藉由任何合適的方法，例如使用蝕刻溶液移除犧牲層140。具體地，在蝕刻犧牲層140之後，暴露出支撐架152的一部分，並且預計要形成的發光二極體結構100藉由支撐架152懸掛在支撐層150上。由於在移除犧牲層140之後，僅有支撐架152支撐上方結構，因此可以容易地使支撐架152斷開。此外，在一些實施方式中，僅移除犧牲層140的一部分。也就是說，不必完全移除犧牲層140，只要能讓支撐架152可以折斷即可。
接著，支撐層150的支撐架152被斷裂以形成第1圖所示的發光二極體結構100。支撐架152可以藉由扭轉或彎折而斷開，但不限於此。在一些實施方式中，當支撐架152斷裂時，支撐架152的剩餘部分可殘留在發光二極體結構100上，並且支撐架152的剩餘部分將不會被清除。在其他實施方式中，當支撐架152斷裂時，支撐架152的剩餘部分可以不保留在發光二極體結構100上。在其他實施方式中，為了斷開支撐架152，發光二極體結構100上的一部分絕緣層180可以被移除。
在一些實施方式中，發光二極體結構100設置 在具有預定圖案的轉移基板(未圖示)上。然後，發光二極體結構100被翻轉，並藉由第一導電墊191及第二導電墊192接合到固晶基板(未圖示)。在一些實施方式中，固晶基板可以為硬式印刷電路板、高熱導係數鋁基板、陶瓷基板、軟式印刷電路板、金屬複合材料板、發光基板或具有諸如電晶體或積體電路(ICs)之功能元件的半導體基板。值得注意的是，上述製程操作僅為例示性的示出，各操作可以依照需求任意的調換順序。在某些實施例中，在上述製程之前、期間或之後可以執行額外的操作。
第9圖至第15圖是根據本揭露之的一實施方式繪示的發光二極體結構200的製程各步驟的剖面圖。應了解到，第15圖所示的發光二極體結構200可以與第1圖所示的發光二極體結構100相似或相同。具體地，發光二極體結構200中的元件可以與前述發光二極體結構100中具有相同編號之元件相同。
製造發光二極體結構200的方法包括形成前驅結構20(繪示於第12圖)。第9圖至第12圖是根據本揭露之一實施方式繪示的前驅結構20的製程各步驟的剖面圖。
請參考第9圖，在生長基板210上形成磊晶疊層220，其中發光面S2暴露在外。發光面S2具有粗糙紋理。具體地，磊晶疊層220包括依序堆疊在生長基板210上的第二半導體層223、發光層222、及第一半導體層221。在一些實施方式中，生長基板210可以是GaAs基板或其他合適的基板。第一半導體層221、發光層222及第二半導體層223 的材料可以分別與上述發光二極體結構100的第一半導體層121'、發光層122'及第二半導體層123'相同，故以下不再贅述。在一些實施方式中，在生長基板210及第二半導體層223之間進一步形成導電層224。在一些實例中，導電層224可以是N型GaAs，但不限於此。
請參考第10圖，在磊晶疊層220的發光面S2上形成犧牲層140。犧牲層140具有間隙G2暴露出發光面S2的一部分。在一些實施方式中，間隙G2具有寬度為約0.5-10μm。例如，間隙G2的寬度可以為0.6、0.7、0.8、1、2、5、8、或9μm。在一些實施方式中，犧牲層140可包括苯並環丁烯(BCB)或聚酰亞胺(PI)，但不限於此。
參照第11圖，在犧牲層140上形成支撐層150。支撐層150包括支撐架152及基底部分154。具體地，支撐架152填充在間隙G2中並與磊晶疊層220的發光面S2接觸。在一些實施方式中，支撐架152可以是圓柱或多邊形柱。在一些實例中，支撐架152的寬度或直徑為約0.5-10μm，例如，可以為約0.6、0.7、0.8、1、2、5、8、或9μm。在一些實施方式中，支撐層150可包括絕緣材料，金屬材料或其他支撐材料。例如，絕緣材料包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽及環氧樹脂；金屬材料包括鋁、鈦、金、鉑或鎳，但不限於此。
請繼續參考第11圖，在犧牲層140上形成承載基板160。在一些實施方式中，承載基板160可以是藍寶石基板或其他合適的基板。在一些實施方式中，黏著層170可 以形成在支撐層150及承載基板160之間。承載基板160可以藉由黏著層170黏附至支撐層150上，以提高承載基板160與支撐層150之間的結合力。在一些實施方式中，黏著層170可包括絕緣膠，導電膠和/或金屬。在一些實例中，黏著層170的材料可以為絕緣膠，例如環氧樹脂或矽膠，但不限於此。在一些實例中，黏著層170的材料可以是導電膠，例如混合銀粉之環氧樹脂，但不限於此。在一些實例中，黏著層170的材料可以是金屬，例如銅、鋁、錫和/或銀，但不限於此。
參考第12圖，移除生長基板210。在一些實施方式中，省略導電層224，並且在移除生長基板210之後，暴露磊晶疊層220。須說明的是，在支撐層150上形成承載基板160之後，將第11圖所示的結構上下翻轉，使得生長基板210位於頂部，承載基板160位於底部，以移除生長基板210。在一些實施方式中，可以藉由雷射剝離(laser lift-off，LLO)、研磨或蝕刻來移除生長基板210。
如第12圖所示，前驅結構20形成。前驅結構20包括承載基板160、支撐層150、犧牲層140、以及磊晶疊層220。支撐層150設置在承載基板160上，並且支撐層150包括基底部分154及從基底部分154突出的支撐架152。犧牲層140被設置在支撐層150的基底部分154上。犧牲層140具有高度H2實質上等於支撐架152的高度H1。磊晶疊層220位於犧牲層140上。磊晶疊層220具有發光面S2與支撐架152及犧牲層140接觸，並且發光面S2具有粗糙紋理。黏 著層170可以設置在支撐層150及承載基板160之間。
參考第13圖，在形成前驅結構20之後，此方法繼續至移除磊晶疊層220的一部分，以形成半導體疊層220'，並暴露犧牲層140的一部分。如第13圖所示，半導體疊層220'包括第一半導體層221'、發光層222'及第二半導體層223'。第一半導體層221'與支撐架152接觸。在一些實施方式中，第一半導體層221'包括第一部分(即，半導體層221a')及設置在第一部分上的第二部分(即，半導體層221b')，且第一部分的寬度W1大於第二部分的寬度W2。
發光層222'設置在第一半導體層221'上。第二半導體層223'設置在發光層222'上，其中第二半導體層223'具有與第一半導體層221'不同的型態。在一些實例中，第一半導體層221'可以是P型GaP，第二半導體層223'可以是N型AlInGaP。
如第13圖所示，在一些實施方式中，一部分的導電層224在移除磊晶疊層220的一部分期間進一步被移除，以在半導體疊層220'的第二半導體層223'上形成第一導電接觸層224'。在其他實施方式中，可以省略第一導電接觸層224'。在一些實施方式中，第二導電接觸層225形成在第一半導體層221'的第一部分221a'上。
在形成半導體疊層220'之後，此方法還可以包括形成絕緣層180覆蓋半導體疊層220'的至少一側壁SW1。絕緣層180具有第一開口OP1及第二開口OP2分別暴露出第一半導體層221'的一部分及半導體層223'的一部分 (或第一導電接觸層224')。在一些實施方式中，絕緣層180可以藉由化學氣相沉積法、印刷、塗佈或其他合適的方法來形成。
接著，此方法還可以包括分別在第一開口OP1及第二開口OP2中形成第一導電墊191及第二導電墊192。具體地，第一導電墊191藉由第一開口OP1電性連接到第一半導體層221'，第二導電墊192藉由第二開口OP2電性連接到第二半導體層223'。在一些實施方式中，第一導電墊191及第二導電墊192可以藉由濺鍍、蒸鍍、或電鍍形成。在一些實施方式中，第一導電墊191及第二導電墊192可包括鋁、銅、鎳、金、鉑、鈦或其他合適的導電材料。
參考第14圖，在形成半導體疊層220'之後，此方法繼續至移除與支撐架152接觸的犧牲層140的至少一部分，使得半導體疊層220'被支撐架152支撐，並且與犧牲層140分離。在一些實施方式中，可以藉由任何合適的方法，例如使用蝕刻溶液移除犧牲層140。具體地，在蝕刻犧牲層140之後，暴露支撐架152的一部分，並且期預計要形成的發光二極體結構200藉由支撐架152懸掛在支撐層150上。由於在移除犧牲層140之後，僅支撐架152支撐上方結構，因此可以容易地使支撐架152斷開。此外，在一些實施方式中，僅移除犧牲層140的一部分。也就是說，不必完全移除犧牲層140，只要能讓支撐架152可以折斷即可。
參考第15圖，支撐層150的支撐架152被折斷以形成發光二極體結構200。在一些實施方式中，當支撐架152 斷裂時，支撐架152的剩餘部分可殘留在發光二極體結構200上，並且支撐架152的剩餘部分將不會被清除。在其他實施方式中，當支撐架152斷裂時，支撐架152的剩餘部分可以不保留在發光二極體結構200上。在其他實施方式中，為了斷開支撐架152，發光二極體結構200上的絕緣層180的一部分可以被移除。
在一些實施方式中，發光二極體結構200設置在具有預定圖案的轉移基板(未圖示)上。然後，發光二極體結構200被翻轉並藉由第一導電墊191及第二導電墊192接合到固晶基板(未示出)。在一些實施方式中，固晶基板可以為硬式印刷電路板、高熱導係數鋁基板、陶瓷基板、軟式印刷電路板、金屬複合材料板、發光基板或具有諸如電晶體或積體電路(ICs)之功能元件的半導體基板。
值得注意的是，上述製程操作僅為例示性的示出，各操作可以依照需求任意的調換順序。在某些實施例中，在上述製程之前、期間或之後可以執行額外的操作。
本發明之發光二極體結構及其製造方法除了可以應用於傳統發光二極體和尺寸降至微米(μm)等級的微發光二極體之外，還可以廣泛地應用於顯示器及穿戴式裝置中。上述發光二極體結構可以是紅色，綠色或藍色發光二極體。
如上所述，本文揭露的發光二極體結構包括半導體疊層，並且其發光面具有粗糙紋理。在製造發光二極體結構的過程中，形成具有支撐層及犧牲層支撐磊晶疊層的前 驅結構。隨後，磊晶疊層成為在粗糙發光面上具有支撐架的半導體疊層。支撐架可以容易地折斷，以形成單獨的發光二極體結構。傳統的支撐架形成在發光二極體結構的側壁上，使得必須在相鄰的發光二極體結構之間保持一些空間以容納支撐架。相反地，本發明的支撐架形成在發光二極體結構下方，因此可以增加發光二極體在晶圓上的佈置密度。此外，藉由支撐架的形成，可以減少轉移時間。可以將選擇好的發光二極體結構轉移到具有與最終基板相同的預定圖案(例如，間距)的轉移基板上。然後將選擇好的發光二極體結構翻轉，並一次接合到最終基板上。多個所選擇的發光二極體結構可以僅藉由一次轉移過程接合到最終基板上，使得製程良率、對位以及發光二極體間距的精準度上有大幅的改善。此外，由於在轉移之前已挑選好的發光二極體，因此可以降低修復成本。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神及範圍內，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。
100‧‧‧發光二極體結構
120’‧‧‧半導體疊層
121’‧‧‧第一半導體層
121a’、121b’、121c’‧‧‧半導體層
122’‧‧‧發光層
123’‧‧‧第二半導體層
124’‧‧‧導電接觸層
180‧‧‧絕緣層
191‧‧‧第一導電墊
192‧‧‧第二導電墊
BP‧‧‧支撐斷點
OP1‧‧‧第一開口
OP2‧‧‧第二開口
S1‧‧‧發光面
SW1‧‧‧側壁
W1、W2‧‧‧寬度

Claims (20)

  1. 一種發光二極體結構，包括：一半導體疊層，包括：一第一半導體層，其中該第一半導體層具有暴露在外的一發光面，且該發光面具有一粗糙紋理，其中該第一半導體層包括一第一部分及一第二部分，該第二部分設置在該第一部分上，並且該第一部分具有一寬度大於該第二部分的一寬度；一發光層，設置在該第一半導體層上；以及一第二半導體層，設置在該發光層上，其中該第二半導體層具有與該第一半導體層不同的型態；以及一支撐斷點，位於該發光面上。
  2. 如申請專利範圍第1項的發光二極體結構，其中該第一半導體層包括一摻雜半導體層及一未摻雜半導體層，該摻雜半導體層位於該發光層及該未摻雜半導體層之間，並且該發光面位於該未摻雜半導體層上。
  3. 如申請專利範圍第1項的發光二極體結構，還包括一絕緣層覆蓋該半導體疊層的一側壁。
  4. 如申請專利範圍第1項的發光二極體結構，還包括：一第一導電墊，電性連接到該第一半導體層；以及一第二導電墊，電性連接到該第二半導體層。
  5. 一種半導體結構，包括：至少一半導體疊層，其中該半導體疊層包括依序堆疊的一第一半導體層，一發光層及一第二半導體層，其中該第一半導體層具有暴露在外的一發光面，且該發光面具有一粗糙紋理，其中該第一半導體層包括一第一部分及一第二部分，該第二部分設置在該第一部分上，並且該第一部分具有一寬度大於該第二部分的一寬度；以及至少一支撐架，其中該支撐架對應該半導體疊層並接觸該半導體疊層的該發光面。
  6. 如申請專利範圍第5項的半導體結構，其中該支撐架可以被折斷。
  7. 如申請專利範圍第5項的半導體結構，其中該第二半導體層具有與該第一半導體層不同的型態。
  8. 如申請專利範圍第5項的半導體結構，其中該第一半導體層包括一摻雜半導體層及一未摻雜半導體層，該摻雜半導體層位於該發光層及該未摻雜半導體層之間，並且該發光面位於該未摻雜半導體層上。
  9. 如申請專利範圍第5項的半導體結構，還包括一絕緣層覆蓋該半導體疊層的至少一側壁，其中該絕緣層具有一第一開口及一第二開口分別位於該第一半導體 層及該第二半導體層上。
  10. 如申請專利範圍第9項的半導體結構，還包括：一第一導電墊，藉由該第一開口電性連接到該第一半導體層；以及一第二導電墊，藉由該第二開口電性連接到該第二半導體層。
  11. 如申請專利範圍第5項的半導體結構，還包括一承載基板，位於該至少一支撐架下方。
  12. 一種製造發光二極體結構的方法，包括：形成一前驅結構，包括：一承載基板；一支撐層，設置在該承載基板上，其中該支撐層具有一基底部分及至少一支撐架從該基底部分突出；一犧牲層，設置在該支撐層的該基底部分上，其中該犧牲層具有一高度實質上等於該支撐架的一高度；以及一磊晶疊層，位於該犧牲層上，其中該磊晶疊層具有一發光面接觸該支撐架及該犧牲層，並且該發光面具有一粗糙紋理；移除該磊晶疊層的一部分以形成至少一半導體疊層，並暴露該犧牲層的一部分，其中該半導體疊層對應該支撐架；以及 移除與該支撐架接觸的該犧牲層的至少一部分，使得該半導體疊層被該支撐架支撐並與該犧牲層分離。
  13. 如申請專利範圍第12項的方法，其中形成該前驅結構包括：在一生長基板上形成該磊晶疊層，其中該發光面暴露在外；在該磊晶疊層上形成該犧牲層，其中該犧牲層具有一間隙暴露出該發光面的一部分；在該犧牲層上形成該支撐層，其中該支撐架填充在該間隙中並與該磊晶疊層接觸；在該犧牲層上形成該承載基板；以及移除該生長基板。
  14. 如申請專利範圍第12項的方法，其中形成該前驅結構包括：在一生長基板上形成該磊晶疊層，其中該發光面與該生長基板接觸；在該磊晶疊層上形成一暫時基板；移除該生長基板以暴露該發光面；在該磊晶疊層的該發光面上形成該犧牲層，其中該犧牲層具有一間隙暴露出該發光面的一部分；在該犧牲層上形成該支撐層，其中該支撐架填充在該間隙中並與該磊晶疊層接觸；在該犧牲層上形成該承載基板；以及 移除該暫時基板以暴露該磊晶疊層。
  15. 如申請專利範圍第12項的方法，其中該前驅結構還包括一黏著層位於該支撐層及該承載基板之間。
  16. 如申請專利範圍第12項的方法，其中該半導體疊層包括：一第一半導體層，與該支撐架接觸，其中該第一半導體層具有一第一部分及一第二部分，該第二部分設置在該第一部分上，且該第一部分具有一寬度大於該第二部分的一寬度；一發光層，設置在該第一半導體層上；以及一第二半導體層，設置在該發光層上，其中該第二半導體層具有與該第一半導體層不同的型態。
  17. 如申請專利範圍第16項的方法，其中該第一半導體層包括一摻雜半導體層及一未摻雜半導體層，該摻雜半導體層位於該發光層及該未摻雜半導體層之間，並且該發光面位於該未摻雜半導體層上。
  18. 如申請專利範圍第16項的方法，還包括形成一絕緣層覆蓋該半導體疊層的至少一側壁，其中該絕緣層具有一第一開口及一第二開口分別暴露該第一半導體層的一部分及該第二半導體層的一部分。
  19. 如申請專利範圍第18項的方法，還包括分別在該第一開口及該第二開口中形成一第一導電墊及一第二導電墊。
  20. 如申請專利範圍第12項的方法，還包括斷開該支撐層的該支撐架，以形成一發光二極體結構。
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