專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制作方法，特別涉及一種使元件本身具有良好的散熱性及可增進亮度的制作方法與結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
氮化銦鎵(InGaN)系列材料，在紫外光波段與藍綠光波段具有直接能隙(direct bandgap，Eg)，因此可以作為高效率的白光與可見光源。目前已商品化的產(chǎn)品有藍、綠、紫外光與白光發(fā)光二極管，以及藍紫光波段的激光二極管。但是，如何增進發(fā)光二極管元件的亮度，一直是此研發(fā)領(lǐng)域中一個極為重要的課題，原則上元件的亮度并不會隨著電流的增加而無限增大，而是受限于元件飽和電流的因素。
在影響亮度的諸多因素中，元件的尺寸與元件的散熱性起著著關(guān)鍵的作用。若元件本身具有良好的散熱性，不但使用壽命會增加，還可將其應(yīng)用領(lǐng)域延伸至高電流需求的產(chǎn)品中。
中國臺灣專利公報公告號第567618號的“具有黏結(jié)反射層的發(fā)光二極管及其制法”中披露了一種具有黏結(jié)反射層的發(fā)光二極管及其制法。通過一透明黏結(jié)層將一發(fā)光二極管及一金屬反射層黏結(jié)在一起，可用來提高發(fā)光二極管的亮度。
另外，本申請人的中國臺灣專利公報公告號第472400號的“將半導(dǎo)體元件表面粗化以提升外部量子效率的方法”中披露了一種表面經(jīng)控制生長溫度而粗化的化合物的半導(dǎo)體發(fā)光元件。對氮化鋁銦鎵系列的發(fā)光元件而言，此發(fā)明得到的效果相對于對照組，可提升亮度40％以上。
又美國專利申請?zhí)柕?001/0042866號的“INXALYGAZNOPTICAL EMITTERS FABRICATED VIA SUBSTRATEREMOVAL”中披露了一種利用金屬結(jié)合的方式來形成高亮度的發(fā)光二極管，其利用一金屬反射層來反射活性層所產(chǎn)生的光，從而避免了基板吸光的問題；且利用金屬黏結(jié)層將發(fā)光二極管外延層粘著到一散熱性良好的基板上，如，硅(Si)及金屬基板上，而大幅改善發(fā)光二極管的散熱特性，但該方法，如需較高的生產(chǎn)合格率，則必須使得要結(jié)合的發(fā)光二極管外延芯片及散熱良好的基板兩者的表面都非常平整，但通常發(fā)光二極管外延芯片表面會有突出物或顆粒，且外延芯片通常是彎曲的，因而使得芯片的結(jié)合較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種具有良好的散熱性的半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制法，由于元件本身具有良好的散熱性，將更適合應(yīng)用在高電流需求的發(fā)光二極管中。
本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題在于提供一種具有增進亮度的半導(dǎo)體發(fā)光元件，尤其針對以藍寶石為基底的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
為達到上述目的，對使用藍寶石基底的氮化銦鎵系列材料高功率藍色及綠色發(fā)光二極管，且形成后的元件晶粒，為一從正面射出的倒裝晶片(flip-chip)形式的發(fā)光元件而言。針對藍寶石基底的發(fā)光元件，在其上成長具P/N接面的發(fā)光二極管外延層，包括至少一第一導(dǎo)電性外延層，一發(fā)光的活性層，一第二導(dǎo)電性外延層，一歐姆接觸層，其制程為先形成一半導(dǎo)體緩沖層，再形成前述必要的堆棧結(jié)構(gòu)，及一反射層，和一第一電極，位于前述堆棧結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電性外延層暴露出的部分，本發(fā)明的特征在于該第一電極與部分的反射層區(qū)域外，鍍上一厚度為50至100μm作為阻隔用的阻隔壁，再以電鍍方式在前述非阻隔壁的區(qū)域上形成一不低于該阻隔壁厚度的金屬柱，最后利用一準分子激光均勻照射在藍寶石基底上，促使藍寶石基底脫離該半導(dǎo)體緩沖層；更進一步以腐蝕法腐蝕該第一導(dǎo)電性外延層表面，促使該第一導(dǎo)電性外延層表面形成粗糙的表面形式。
這樣完成一結(jié)構(gòu)由上而下依序為一表面為粗糙面的第一導(dǎo)電性外延層、一發(fā)光的活性層、一第二導(dǎo)電外延層、一歐姆接觸層、一反射層，及一第一電極，該第一電極位于前述堆棧結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電性外延層暴露出的部分，一阻隔壁位于該第一電極與部分的反射層區(qū)域外下方，一金屬柱形成于前述非阻隔壁的區(qū)域。
通過該電鍍方式形成的導(dǎo)熱良好的金屬柱可使得封裝后的半導(dǎo)體發(fā)光元件的導(dǎo)電電極具有良好的散熱性，對于需大電流的高功率藍色及綠色發(fā)光二極管將使元件本身具有良好的散熱性，將更適合應(yīng)用在高電流需求的發(fā)光二極管中；同時，該表面形成粗糙表面的第一導(dǎo)電性外延層，光的取出效率將因為全反射機率的降低而增加，促使半導(dǎo)體發(fā)光元件的亮度增加。


圖1是本發(fā)明實施前的半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明方法的實施過程中的半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的方法制作的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意圖。
具體實施例方式
有關(guān)本發(fā)明的詳細內(nèi)容及技術(shù)說明，現(xiàn)結(jié)合

如下首先本發(fā)明的方法建立在基材上的各層物質(zhì)，可以通過本領(lǐng)域所熟知的方法執(zhí)行，例如，有機氣相分子沉積(MOCVD)、分子束外延(molecular beam epitaxy，MBE)制程、氫化物氣相外延(hydridevapor phase epitaxy，HVPE)制程。
請先參閱圖1所示，是本發(fā)明實施前半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明是針對使用藍寶石基底10的氮化銦鎵系列材料高功率藍色及綠色發(fā)光二極管，且形成后的元件晶粒，為一從正面射出的倒裝晶片形式的發(fā)光元件而言，其制作方法步驟及該方法制作的半導(dǎo)體發(fā)光元件如下先在該藍寶石基底10上形成一半導(dǎo)體緩沖層20，其中半導(dǎo)體緩沖層20是一III-V(三/五)族化合物半導(dǎo)體，如氮化鎵(GaN)，一第一導(dǎo)電性外延層30覆蓋在該半導(dǎo)體緩沖層20上，在該第一導(dǎo)電性外延層30上形成一發(fā)光的活性層40，在該活性層40上形成一第二導(dǎo)電性外延層50。其中，該第一導(dǎo)電性外延層30、第二導(dǎo)電性外延層50為任何現(xiàn)有技術(shù)中的或?qū)砜赡艹霈F(xiàn)的半導(dǎo)體材料，優(yōu)選為III-V(三/五)族化合物半導(dǎo)體，例如氮化鋁鎵銦(AlxGayIn1-x-yN)，其中(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)，并視情況進一步被P/N型摻質(zhì)所摻雜，此等材料的種類與性質(zhì)，為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知。而該活性層40也為現(xiàn)有技術(shù)中的或?qū)砜赡艹霈F(xiàn)的半導(dǎo)體材料與結(jié)構(gòu)，例如氮化鋁鎵銦(AlGaInN)、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)，結(jié)構(gòu)為單量子井(Single Quantum Well，SQW)、多量子井(Multiple Quantum Well，MQW)、與雙異質(zhì)(DoubleHeterosture，DH)。
利用微影蝕刻方法移除部分第二導(dǎo)電性外延層50及活性層40，并暴露出部分的第一導(dǎo)電性外延層30后，在該第一導(dǎo)電性外延層30暴露出的部分上形成一第一電極31。再在該第二導(dǎo)電性外延層50上鍍一層歐姆接觸層60，其材質(zhì)可為金屬，如Ni/Au或氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)、氧化鋅(ZnO)等材料。再在該歐姆接觸層60上鍍上一反射層70，該反射層70是一反射率大于80％以上的鋁、銀、金等材質(zhì)，用以反射該活性層40所產(chǎn)生的光。這樣即完成如圖1所示的結(jié)構(gòu)。
請再參閱圖2所示，為本發(fā)明的方法的實施過程中半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明是在如前述圖1的結(jié)構(gòu)的后續(xù)制程中，鍍上一厚度為50至100μm作為阻隔用的阻隔壁80，其中該阻隔壁80的材料是聚酰亞胺(polyimide)、苯環(huán)丁烯(bisbenzocyclobutene，BCB)以及抗光蝕劑(photoresist)的其中之一。利用微影蝕刻方法移除位于該第一電極31與部分反射層70的區(qū)域外的阻隔壁80，再以電鍍方式在該區(qū)域上形成一金屬柱90，作為半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極，且厚度不低于該阻隔壁80的厚度，其中該金屬柱90的材質(zhì)是可為鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)、銅(Cu)、錫(Sn)的其中之一。
這樣，通過電鍍方式形成導(dǎo)熱良好的金屬柱90，使得封裝后的半導(dǎo)體發(fā)光元件的導(dǎo)電電極具有良好的散熱性，對于需大電流的高功率藍色及綠色發(fā)光二極管將可使元件本身具有良好的散熱性；同時該金屬柱90對一從正面射出的倒裝晶片形式的發(fā)光元件而言，可提供強力支撐的功能。
最后其半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法進一步包括利用一準分子激光(優(yōu)選為一能量密度400mJ/cm2、波長248nm、脈沖寬度38ns的KrF準分子激光)均勻照射在藍寶石基底10上，并置于升溫至60℃的加熱板，以促使藍寶石基底10脫離該半導(dǎo)體緩沖層20的激光分離法。
完成該藍寶石基底10分離的步驟后，請再參閱圖3所示，是本發(fā)明的方法制作的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意圖，本發(fā)明更進一步利用如氫氧化鉀(KOH)的溶液，以腐蝕法腐蝕該第一導(dǎo)電性外延層30的表面，促使該第一導(dǎo)電性外延層30的表面形成粗糙表面。藉此粗糙表面將使活性層40的光的取出效率因為全反射機率的降低而增加，使得發(fā)光元件的光取出效率增加，其詳細理論與功效可見本申請人的中國臺灣專利公報公告號第472400號的“將半導(dǎo)體元件表面粗化以提升外部量子效率的方法”。對氮化鋁銦鎵系列的發(fā)光元件而言，本發(fā)明得到的效果相對于對照組，可使亮度提升40％以上。
本發(fā)明需特別注意的地方是，當后續(xù)封裝制程溫度大于400℃時，該阻隔壁80就必需移除，以避免在后續(xù)封裝制程中該阻隔壁80的熔化、以及造成的產(chǎn)品不合格。
綜前所述，本發(fā)明的方法制作的半導(dǎo)體發(fā)光元件是一種針對藍寶石基底10的發(fā)光元件，且形成后的元件晶粒，為一從正面射出的倒裝晶片形式的發(fā)光元件，其結(jié)構(gòu)由上而下依序包括至少一第一導(dǎo)電性外延層30、一活性層40、一第二導(dǎo)電性外延層50、一歐姆接觸層60、一反射層70，及一第一電極31，該第一電極位于前述堆棧結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電性外延層30暴露出的部分，本發(fā)明的特征在于
一阻隔壁80位于該第一電極31與部分的反射層70區(qū)域外下方，一不小于該阻隔壁80厚度的金屬柱90形成于前述非阻隔壁80的區(qū)域，且該第一導(dǎo)電性外延層30的表面被腐蝕成為一粗糙表面。
其中，該阻隔壁80的厚度為50至100μm，材料為聚酰亞胺、苯環(huán)丁烯、以及抗光蝕劑的其中之一。而該金屬柱90材質(zhì)是鋁、銀、金的其中之一。
然而，當后續(xù)封裝制程溫度大于400℃時，該阻隔壁80就必需移除，以避免在后續(xù)封裝制程中該阻隔壁80的熔化，以及造成的產(chǎn)品不合格。
這樣，通過該電鍍方式形成的導(dǎo)熱良好的金屬柱90將使得封裝后的半導(dǎo)體發(fā)光元件的導(dǎo)電電極具有良好的散熱性，對于需大電流的高功率藍色及綠色發(fā)光二極管將可使元件本身具有良好的散熱性，將更適合應(yīng)用在高電流需求的發(fā)光二極管中；另外，該金屬柱90對一從正面射出的倒裝晶片形式的發(fā)光元件而言，可提供強力支撐的功能。同時，該表面形成粗糙表面的第一導(dǎo)電性外延層30可促使活性層40的光取出效率因全反射機率的降低而增加，從而使得半導(dǎo)體發(fā)光元件的亮度增加。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則的內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法，是針對藍寶石基底(10)的發(fā)光元件，在其上生長具有P/N接面的發(fā)光二極管外延層，包括至少一第一導(dǎo)電性外延層(30)、一發(fā)光的活性層(40)、一第二導(dǎo)電性外延層(50)、一歐姆接觸層(60)，其制程為先形成一半導(dǎo)體緩沖層(20)，再形成前述必要的堆棧層，及一反射層(70)，和一第一電極(31)，位于前述堆棧結(jié)構(gòu)的所述第一導(dǎo)電性外延層(30)暴露出的部分；其特征在于，所述后續(xù)制程的方法為在所述第一電極(31)與部分的反射層(70)區(qū)域外，形成一阻隔壁(80)層；以及以電鍍方式在前述非阻隔壁(80)的區(qū)域上形成一不低于所述阻隔壁(80)厚度的金屬柱(90)，作為整個半導(dǎo)體發(fā)光元件的具有良好的散熱性、及支撐功能的電極；進一步利用一準分子激光均勻照射在所述藍寶石基底(10)上，促使所述藍寶石基底(10)脫離所述半導(dǎo)體緩沖層(20)；再進一步利用溶液腐蝕所述第一導(dǎo)電性外延層(30)的表面形成一粗糙面，使得所述第一導(dǎo)電性外延層(30)的光的全反射機率降低，從而增加半導(dǎo)體發(fā)光元件的光的取出效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述阻隔壁(80)的厚度為50至100μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述阻隔壁(80)材料是聚酰亞胺、苯環(huán)丁烯、以及抗光蝕劑的其中之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述金屬柱(90)材質(zhì)是鋁、銀、金、鎳、銅、錫的其中之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，當所述后續(xù)封裝制程的溫度大于400℃時，所述阻隔壁(80)需移除，以避免在所述后續(xù)封裝制程中所述阻隔壁(80)的熔化、以及造成的產(chǎn)品不合格。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述準分子激光優(yōu)選是一能量密度400mJ/cm2、波長248nm、脈沖寬度38ns的KrF準分子激光。
7.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，為一從正面射出的倒裝晶片形式的發(fā)光元件，其結(jié)構(gòu)由上而下依序包括至少一第一導(dǎo)電性外延層(30)、一發(fā)光的活性層(40)、一第二導(dǎo)電性外延層(50)、一歐姆接觸層(60)、一反射層(70)、及一第一電極(31)，所述第一電極位于前述堆棧結(jié)構(gòu)的所述第一導(dǎo)電性外延層(30)暴露出的部分；其特征在于一阻隔壁(80)層位于所述第一電極(31)與部分反射層(70)區(qū)域以外的下方；一不小于所述阻隔壁(80)厚度的金屬柱(90)形成于前述非阻隔壁(80)的區(qū)域；且所述第一導(dǎo)電性外延層(30)的表面被腐蝕成為一粗糙表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述阻隔壁(80)的厚度為50至100μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述阻隔壁(80)材料是聚酰亞胺、苯環(huán)丁烯、以及抗光蝕劑的其中之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，當后續(xù)封裝制程溫度大于400℃時，所述阻隔壁(80)需移除，以避免在所述后續(xù)封裝制程中所述阻隔壁(80)的熔化、以及造成的產(chǎn)品不合格。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述金屬柱(90)材質(zhì)是鋁、銀、金、鎳、銅、錫的其中之一。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制作方法，本發(fā)明是在該第一電極與部分的反射層區(qū)域外鍍上一阻隔壁，再以電鍍方式在前述非阻隔壁的區(qū)域上形成一金屬柱，利用一準分子激光均勻照射在藍寶石基底上，促使其脫離該半導(dǎo)體緩沖層，以及以腐蝕法腐蝕該第一導(dǎo)電性外延層的表面，使其表面形成一粗糙面；通過該導(dǎo)熱良好的金屬柱使得封裝后的半導(dǎo)體發(fā)光元件的導(dǎo)電電極具有良好的散熱性，需大電流的高功率藍色及綠色發(fā)光二極管將可使元件本身具有良好的散熱性，同時，表面形成粗糙表面的第一導(dǎo)電性外延層的光的取出效率將會因全反射機率的降低而增加，從而使得半導(dǎo)體發(fā)光元件的亮度增加。
文檔編號H01S5/00GK1780001SQ200410090459
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月18日
發(fā)明者陳澤澎, 謝素芬 申請人:晶元光電股份有限公司