TWI818318B - 發光二極體晶片及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體晶片。此發光二極體晶片包含發光結構、第一電極、以及第二電極。第一電極設於發光結構上，且與發光結構電性連接。第二電極設於發光結構上，且與第一電極位於發光結構之同一側，其中第二電極與發光結構電性連接。發光二極體晶片具有彼此相對之第一表面與第二表面、以及接合在第一表面與第二表面之間之側表面。此側表面實質垂直於第一表面與第二表面且其與第一表面之間之夾角介於86度至94度之間。

Description

發光二極體晶片及其製造方法
本揭露是有關於一種發光元件之製作技術，且特別是有關於一種發光二極體(LED)晶片及其製造方法。
微型發光二極體顯示技術係將發光二極體晶片微型化與陣列化，以使得每個發光二極體晶片作為一個顯示畫素，藉此實現每個畫素可定址且單獨驅動點亮。由於微型發光二極體顯示器具有優異的顯示功能、低耗能、厚度薄、以及壽命長等優點，因此已被視為下世代的顯示技術。
微型發光二極體顯示器在製作上需將微型發光二極體晶片定址巨量轉移(mass transfer)到電路基板上。目前微型發光二極體晶片的轉移技術主要有彈性印模拾取放置轉移(stamp pick and place)、靜電吸附(electrostatic adsorption)、晶圓接合(wafer bonding)、滾軸轉印(roll to plate)、流體組裝(fluid assembly)、反磁漂浮(antimagnetic floating)、以及雷射燒蝕釋放(laser release)。然而，這些巨量轉移 技術尚未成熟，無法滿足微型發光二極體顯示器在商業化生產所需之效率與良率。
因此，本揭露之一目的就是在提供一種發光二極體晶片，其發光二極體晶片之上表面與下表面之外輪廓的形狀與尺寸實質相同，發光二極體晶片非上寬下窄型式，藉此可避免發光二極體晶片在轉移時傾斜，進而可提升發光二極體晶片的轉移效率。
本揭露之另一目的就是在提供一種發光二極體晶片及其製造方法，其發光二極體晶片之側表面與上表面及下表面實質垂直，如此一來，在流體組裝時，這些發光二極體晶片不會互相阻擋，而可進一步提高發光二極體晶片的組裝效率。
本揭露之又一目的就是在提供一種發光二極體晶片及其製造方法，其發光二極體晶片之側壁實質垂直，因此將這些發光二極體晶片組裝到電路基板上時，可有效縮減發光二極體晶片之間的間距，因此不僅可使顯示器具有更佳的演色性，亦可降低不同顏色之發光二極體晶片之間的光線干擾。此外，實質垂直的側壁具有較強壯的結構，因此可避免發光二極體晶片在轉移過程中受損。
本揭露之再一目的就是在提供一種發光二極體晶片之製造方法，其可利用不同材料之阻擋層來修正發光二極體晶片的側壁，因此可於感應耦合電漿(ICP)蝕刻後即 順利獲得具實質垂直側壁之發光二極體晶片，無需進行其他處理。故，可降低製程複雜度，並縮減製程時間，提升產能與良率。
根據本揭露之上述目的，提出一種發光二極體晶片。此發光二極體晶片包含發光結構、第一電極、以及第二電極。第一電極設於發光結構上，且與發光結構電性連接。第二電極設於發光結構上，且與第一電極位於發光結構之同一側，其中第二電極與發光結構電性連接。發光二極體晶片具有彼此相對之第一表面與第二表面、以及接合在第一表面與第二表面之間之側表面，此側表面係實質垂直於第一表面與第二表面。
依據本揭露之一實施例，上述之側表面與第一表面之間之實質垂直的夾角係介於86度至94度之間。
依據本揭露之一實施例，上述之側表面與第一表面之間之實質垂直的夾角係介於88度至92度之間。
依據本揭露之一實施例，上述之發光二極體晶片之長度或直徑小於50μm，且發光二極體晶片之厚度介於4μm至12μm之間。
依據本揭露之一實施例，上述之第一表面與第二表面中之較長者具有第一長度以及較短者具有第二長度，(第一長度-第二長度)/2等於或大於0且等於或小於發光二極體晶片之高度/｜cot(90度-較長者與側表面之夾角)｜。
依據本揭露之一實施例，上述之第一表面與第二表面之外輪廓具有實質相同之形狀與尺寸。
依據本揭露之一實施例，上述之發光二極體晶片之形狀為圓形或對稱之多邊形。
依據本揭露之一實施例，上述之發光結構包含第一導電型半導體層、第二導電型半導體層、以及發光層夾設在第一導電型半導體層與第二導電型半導體層之間，其中第一電極與第二導電型半導體層電性連接，第二電極與第一導電型半導體層電性連接。
根據本揭露之上述目的，另提出一種發光二極體晶片之製造方法。在此方法中，形成發光結構體於成長基板上。形成至少一阻擋層於發光結構體上。透過前述至少一阻擋層進行蝕刻製程，以移除部分之發光結構體，而形成數個發光結構，並暴露出部分之成長基板，其中每個發光結構包含依序堆疊在成長基板上之第二導電型半導體層、發光層、以及第一導電型半導體層。移除每個發光結構之第一導電型半導體層之第一部分與下方之發光層，直至暴露出第二導電型半導體層之第一部分。形成數個第一電極分別位於這些發光結構之第一導電型半導體層之第二部分上。形成數個第二電極分別位於這些發光結構之第二導電型半導體層之第一部分上，而形成數個發光二極體晶片。每個發光二極體晶片具有彼此相對之第一表面與第二表面、以及接合在第一表面與第二表面之間之側表面，且側表面係實質垂直於第一表面與第二表面。利用黏著層將這些發光二極體晶片接合於暫置基板上。移除成長基板，以暴露出第二導電型半導體層。
依據本揭露之一實施例，上述之至少一阻擋層係由III族、IV族、以及V族的任意組合而成的化合物。
依據本揭露之一實施例，上述之蝕刻製程為感應式耦合電漿反應性離子蝕刻製程。
依據本揭露之一實施例，上述每個發光二極體晶片之第一表面與第二表面之外輪廓具有實質相同之形狀與尺寸。
依據本揭露之一實施例，上述每個發光二極體晶片之形狀為圓形或對稱之多邊形。
依據本揭露之一實施例，在上述每個發光二極體晶片中，側表面與第一表面之間之實質垂直的夾角係介於86度至94度之間。
依據本揭露之一實施例，在上述每個發光二極體晶片中，側表面與第一表面之間之實質垂直的夾角係介於88度至92度之間。
依據本揭露之一實施例，在上述每個發光二極體晶片中，第一表面與第二表面中之較長者具有第一長度以及較短者具有第二長度，(第一長度-第二長度)/2等於或大於0且等於或小於發光二極體晶片之高度/｜cot(90度-較長者與側表面之夾角)｜。
100:成長基板
110:發光結構體
110a:部分
112:第二導電型半導體層
112a:第一部分
114:發光層
116:第一導電型半導體層
116a:第一部分
116b:第二部分
120:阻擋層
122:開孔
130:發光結構
140:第一電極
150:第二電極
160:發光二極體晶片
162:第一表面
164:第二表面
166:側表面
170:暫置基板
180:黏著層
H:高度
L1:第一長度
L2:第二長度
θ:夾角
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能 更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕至〔圖6〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種發光二極體晶片在製造中的中間階段的剖面示意圖；以及〔圖7〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種發光二極體晶片之側視示意圖。
以下的揭露提供了許多不同實施方式，以實施所提供之標的的不同特徵。以下所描述之構件與安排的特定實施例係用以簡化本揭露。當然這些僅為實施例，並非用以作為限制。舉例而言，於描述中，第一特徵形成於第二特徵之上方，可能包含第一特徵與第二特徵以直接接觸的方式形成的實施方式，亦可能包含額外特徵可能形成在第一特徵與第二特徵之間的實施方式。
在此可能會使用空間相對用語，例如「在下」、「下方」、「較低」、「上方」、「較高」與類似用語，以方便說明如圖式所繪示之一構件與另一(另一些)構件之間的關係。除了在圖中所繪示之方向外，這些空間相對用詞意欲含括元件在使用或操作中的不同方位。
請參照圖1至圖6，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種發光二極體晶片在製造中的中間階段的剖面示意圖。製作發光二極體晶片時，可先提供成長基板100。成長基板100之材料可例如為氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、矽、碳化矽(SiC)、或藍寶石(Al2O3)。
再利用例如磊晶成長方式，於成長基板100上成長發光結構體110。在一些例子中，發光結構體110主要包含依序堆疊在成長基板100上之第二導電型半導體層112、發光層114、以及第一導電型半導體層116。舉例而言，成長發光結構體110時，可先於成長基板100上磊晶成長第二導電型半導體層112，再於第二導電型半導體層112磊晶成長發光層114，接著於發光層114上磊晶成長第一導電型半導體層116。因此，發光層114夾設在第二導電型半導體層112與第一導電型半導體層116之間。
第二導電型半導體層112與第一導電型半導體層116具有不同導電型。第二導電型半導體層112與第一導電型半導體層116中之一者可為N型，另一者可為P型。舉例而言，第二導電型半導體層112為N型，第一導電型半導體層116為P型。第二導電型半導體層112與第一導電型半導體層116之材料可包含氮化鎵或氮化鎵系列材料。發光層114可例如為多重量子井(MQW)結構。在一些示範例子中，發光層114為氮化鎵與氮化鎵系列材料交錯堆疊而成。
接下來，形成至少一阻擋層120於發光結構體110之第一導電型半導體層116上。阻擋層120可例如由III族，例如硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、鉈(Tl)、與鉨(Nh)；IV族，例如碳(C)、矽(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、與鈇(Fl)；以及V族，例如氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi、與鏌(Mc)的任意組合而成的化 合物。如圖1所示，阻擋層120具有數個開孔122，其中這些開孔122分別暴露出發光結構體110之數個部分110a。在一些例子中，這些開孔122以一預設間距規則排列於阻擋層120中。
完成阻擋層120的設置後，可透過阻擋層120進行蝕刻製程，以移除部分之發光結構體110，即移除部分之第一導電型半導體層116、部分之發光層114、以及部分之第二導電型半導體層112，直至暴露出部分之成長基板100。藉此，可將發光結構體110分割成數個發光結構130，如圖2所示。也就是說，每個發光結構130包含依序堆疊在成長基板100上之第二導電型半導體層112、發光層114、以及第一導電型半導體層116。於蝕刻製程後，可根據阻擋層120之材料，利用任何適合之移除技術，來移除阻擋層120。在一些示範例子中，此蝕刻製程可為感應式耦合電漿反應性離子蝕刻製程。
接下來，可利用例如蝕刻技術，移除每個發光結構130之第一導電型半導體層116之第一部分116a與下方之發光層114，直至暴露出第二導電型半導體層112之第一部分112a，如圖3所示。第二導電型半導體層112之所暴露出的第一部分112a可供電極製作於其上。經移除後，留下第一導電型半導體層116之第二部分116b及其下方之發光層114。第一導電型半導體層116之第二部分116b可供另一電極製作於其上。
可利用例如蒸鍍方式，形成第一電極140於每個 第一導電型半導體層116之第二部分116b上。因此，第一電極140與第一導電型半導體層116電性連接。第一電極140之材料可例如包含鈦、鎳、鋁、鈀、銠、鉑、金、鉻中任一或其合金結構。
同樣地，可利用例如蒸鍍方式，形成第二電極150於每個發光結構130之第二導電型半導體層112之暴露出的第一部分112a上，而形成數個發光二極體晶片160。藉此，第二電極150與第二導電型半導體層112電性連接。第二電極150僅形成於第二導電型半導體層112之第一部分112a的一部分上，且與第一導電型半導體層116之第二部分116b及其下之發光層114分開。第二電極150之材料可例如包含鈦、鎳、鋁、鈀、銠、鉑、金、鉻中任一或其合金結構。在一些示範例子中，從發光二極體晶片160上方觀之，第二電極150可為圓形，而第一電極140可為圓環狀結構環繞在第二電極150外。
接著，提供暫置基板170，並將圖4所示之結構予以翻轉，再利用黏著層180將這些發光二極體晶片160接合在暫置基板170上，如圖5所示。暫置基板170可為任何可提供發光二極體晶片160支撐的基板，以利後續成長基板100之移除的進行。
發光二極體晶片160與暫置基板170接合後，即可利用暫置基板170作為支撐來移除成長基板100。如圖6所示，成長基板100移除後，可暴露出每個發光二極體晶片160之第二導電型半導體層112。在一些示範例子中， 可雷射剝離(laser lift-off)法來剝除成長基板100。剝除成長基板100時可採用任何雷射種類，例如二極體泵浦固體雷射(diode-pumped solid-state laser，DPSS)或準分子雷射(excimer laser)。
隨後，可移除黏著層180，而大致在暫置基板170上完成發光二極體晶片160的製作，如圖6所示。在一些例子中，每個發光二極體晶片160之長度或直徑小於約50μm，且每個發光二極體晶片160之厚度介於約4μm至約12μm之間。此外，每個發光二極體晶片160之形狀可為圓形或對稱之多邊形，例如正方形與矩形。
請繼續參照圖6，每個發光二極體晶片160具有第一表面162、第二表面164、與側表面166，其中第一表面162與第二表面164分別位於發光二極體晶片160之相對二側而彼此相對，側表面166則接合在第一表面162與第二表面164之間。在本實施方式中，進行蝕刻製程時，透過設計阻擋層120的材料組合，來使每個發光二極體晶片160具有實質垂直之側壁。也就是說，在發光二極體晶片160中，第一表面162與第二表面164可互相平行，且第一表面162朝第二表面164之正投影與第二表面164實質完全疊合，即第一表面162與第二表面164之外輪廓具有實質相同之形狀與尺寸。此外，側表面166係實質垂直於第一表面162與第二表面164。也就是說，側表面166與第一表面162之間之夾角、以及側表面166與第二表面164之間之夾角為實質直角，例如介於約86 度至約94度之間。舉例而言，側表面166與第一表面162之間之實質垂直的夾角係介於約88度至約92度之間。
請參照圖7，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種發光二極體晶片之側視示意圖。在圖7之例子中，發光二極體晶片160之第一表面162較第二表面164略長，第一表面162具有第一長度L1，第二表面164具有第二長度L2。發光二極體晶片160具有高度H。第一表面162與側表面166之間具有夾角θ。在一些例子中，第一長度L1、第二長度L2、高度H、與夾角θ之關係式為0
Figure 110135670-A0305-02-0013-1
。
在本實施方式中，利用阻擋結構可修正發光二極體晶片160的側壁，而可在發光二極體晶片160之厚度如此微小的情況下，於蝕刻後順利獲得具實質垂直側壁之發光二極體晶片160。由於在蝕刻製程後無需再進行其他處理，藉此可降低製程複雜度，縮減製程時間，進而達到提升產能與良率的效果。
由於發光二極體晶片160之第一表面162與第二表面164之外輪廓之形狀與尺寸實質相同，且發光二極體晶片160非上寬下窄型式，因此可避免發光二極體晶片160在轉移時傾斜，進而可提升發光二極體晶片160的轉移效率。
此外，由於發光二極體晶片160之側表面166與第一表面162及第二表面164實質垂直，因此在發光二極體晶片160流體組裝時，這些發光二極體晶片160不會互 相阻擋，而可進一步提高發光二極體晶片160的組裝效率。
再者，由於發光二極體晶片160之側壁實質垂直，因此將這些發光二極體晶片160組裝到電路基板上時，可有效縮減發光二極體晶片160之間的間距。如此一來，不僅可使顯示器具有更佳的演色性，亦可降低不同顏色之發光二極體晶片160之間的光線干擾。此外，實質垂直的側壁比習知上寬下窄之側壁的上端銳角具有較強壯的結構，因此可避免發光二極體晶片160在轉移過程中受損。
雖然本揭露已以實施例揭示如上，然其並非用以限定本揭露，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
112:第二導電型半導體層
114:發光層
116:第一導電型半導體層
140:第一電極
150:第二電極
160:發光二極體晶片
162:第一表面
164:第二表面
166:側表面
170:暫置基板

Claims (16)

  1. 一種發光二極體晶片，位於一暫置基板上，且該發光二極體晶片包含：一發光結構；一第一電極，設於該發光結構上，且與該發光結構電性連接；以及一第二電極，設於該發光結構上，且與該第一電極位於該發光結構之同一側，其中該第二電極與該發光結構電性連接，其中該發光二極體晶片具有彼此相對之一第一表面與一第二表面、以及接合在該第一表面與該第二表面之間之一側表面，且該側表面係實質垂直於該第一表面與該第二表面，該第二表面與該暫置基板直接接觸。
  2. 如請求項1所述之發光二極體晶片，其中該側表面與該第一表面之間之一實質垂直的夾角係介於86度至94度之間。
  3. 如請求項1所述之發光二極體晶片，其中該側表面與該第一表面之間之一實質垂直的夾角係介於88度至92度之間。
  4. 如請求項1所述之發光二極體晶片，其中該發光二極體晶片之一長度或一直徑小於50μm，且該發光 二極體晶片之一厚度介於4μm至12μm之間。
  5. 如請求項1所述之發光二極體晶片，其中該第一表面與該第二表面中之一較長者具有一第一長度以及一較短者具有一第二長度，(該第一長度-該第二長度)/2等於或大於0且等於或小於該發光二極體晶片之一高度/｜cot(90度-該較長者與該側表面之一夾角)｜。
  6. 如請求項1所述之發光二極體晶片，其中該第一表面與該第二表面之外輪廓具有實質相同之形狀與尺寸。
  7. 如請求項1所述之發光二極體晶片，其中該發光二極體晶片之形狀為圓形或對稱之多邊形。
  8. 如請求項1所述之發光二極體晶片，其中該發光結構包含一第一導電型半導體層、一第二導電型半導體層、以及一發光層夾設在該第一導電型半導體層與該第二導電型半導體層之間，其中該第一電極與該第一導電型半導體層電性連接，該第二電極與該第二導電型半導體層電性連接。
  9. 一種發光二極體晶片之製造方法，包含：形成一發光結構體於一成長基板上； 形成至少一阻擋層於該發光結構體上；透過該至少一阻擋層進行一蝕刻製程，以移除部分之該發光結構體，而形成複數個發光結構，並暴露出部分之該成長基板，其中每一該些發光結構包含依序堆疊在該成長基板上之一第二導電型半導體層、一發光層、以及一第一導電型半導體層；移除每一該些發光結構之該第一導電型半導體層之一第一部分與下方之該發光層，直至暴露出該第二導電型半導體層之一第一部分；形成複數個第一電極分別位於該些發光結構之該些第一導電型半導體層之複數個第二部分上；形成複數個第二電極分別位於該些發光結構之該些第二導電型半導體層之該些第一部分上，而形成複數個發光二極體晶片，其中每一該些發光二極體晶片具有彼此相對之一第一表面與一第二表面、以及接合在該第一表面與該第二表面之間之一側表面，且該側表面係實質垂直於該第一表面與該第二表面；利用一黏著層將該些發光二極體晶片接合於一暫置基板上，其中該黏著層填充於該些發光結構之間且介於該暫置基板與該成長基板之間；移除該成長基板，以暴露出該些第二導電型半導體層；以及移除該黏著層。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該至少一阻擋層係由III族、IV族、以及V族的任意組合而成的化合物。
  11. 如請求項9所述之方法，其中該蝕刻製程為一感應式耦合電漿反應性離子蝕刻製程。
  12. 如請求項9所述之方法，其中每一該些發光二極體晶片之該第一表面與該第二表面之外輪廓具有實質相同之形狀與尺寸。
  13. 如請求項9所述之方法，其中每一該些發光二極體晶片之形狀為圓形或對稱之多邊形。
  14. 如請求項9所述之方法，其中在每一該些發光二極體晶片中，該側表面與該第一表面之間之一實質垂直的夾角係介於86度至94度之間。
  15. 如請求項9所述之方法，其中在每一該些發光二極體晶片中，該側表面與該第一表面之間之一實質垂直的夾角係介於88度至92度之間。
  16. 如請求項9所述之方法，其中在每一該些發光二極體晶片中，該第一表面與該第二表面中之一較長者具有一第一長度以及一較短者具有一第二長度，(該第一長 度-該第二長度)/2等於或大於0且等於或小於該發光二極體晶片之一高度/｜cot(90度-該較長者與該側表面之一夾角)｜。
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