專利名稱：發(fā)光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)與制造方法，特別是涉及一種使用化學(xué) 鍍膜法于發(fā)光元件形成焊墊的方法。
背景技術(shù)：
一般制造發(fā)光二極管(light emitting diode; LED)管芯的方法是于生長(zhǎng) 基板上形成多個(gè)外延層以及位于外延層上方的焊墊。外延層中至少包含n型 半導(dǎo)體層、p型半導(dǎo)體層、以及位于n型半導(dǎo)體層與p型半導(dǎo)體層間的發(fā)光 層(light-emitting layer )。
焊墊(bonding pad)通常通過(guò)引線(wire bonding )或倒裝焊(flip chip ) 方式使n型半導(dǎo)體層與p型半導(dǎo)體層與外部線路電連接，因此在其材料選擇 上，主要以具適當(dāng)厚度的金屬以能承受f 1線時(shí)所造成的沖擊為原則。
焊墊一般是以物理鍍膜方式形成，如電子束蒸鍍、熱蒸鍍或離子濺鍍。 但物理鍍膜方向是全向性(omni-directional),因此無(wú)須形成焊墊的部分也會(huì) 被焊墊材料所覆蓋，而這些材料必須被移除，造成制造成本的浪費(fèi)。特別若 是以金等貴金屬做為焊墊材料，將使制造成本大幅上升。
此外，許多發(fā)光二極管采用表面粗化技術(shù)以提升出光效率，而通常以物 理鍍膜方式所形成的焊墊，其表面都會(huì)受發(fā)光二極管表面粗化的影響，而也 有粗糙的現(xiàn)象。此粗糙表面在發(fā)光二極管封裝工藝中，易造成引線機(jī)械設(shè)備 辨識(shí)不良等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)與制造方法，尤其涉及一種使用化學(xué)鍍 膜法于發(fā)光元件形成焊墊的方法。此發(fā)光元件包含基板；半導(dǎo)體疊層，位于 基板之上，其中半導(dǎo)體疊層包含p型半導(dǎo)體層、n型半導(dǎo)體層、及位于p型 半導(dǎo)體層與n型半導(dǎo)體層間的發(fā)光層；以及焊墊，位于p型半導(dǎo)體層與n型 半導(dǎo)體層中至少其中之一的上方，其中焊墊包含以物理鍍膜法形成的晶種層與以化學(xué)鍍膜法形成的化鍍層，且晶種層厚度小于化鍍層的厚度。
其中晶種層材料可與化鍍層材料元素相同，但具有不同的結(jié)晶形態(tài)，且
晶種層的結(jié)晶顆粒(grain)可大于化鍍層的結(jié)晶顆粒。
其中晶種層或化鍍層的結(jié)構(gòu)可為多層結(jié)構(gòu)，此晶種層或化鍍層的多層結(jié) 構(gòu)中至少有一層與另 一結(jié)構(gòu)的一層材料元素相同，但具有不同的結(jié)晶形態(tài)， 例如，與化鍍層材料相同的晶種層其結(jié)晶顆粒大于此化鍍層的結(jié)晶顆粒。
其中半導(dǎo)體疊層、晶種層與化鍍層的上表面可為粗化結(jié)構(gòu)，且晶種層上 表面的粗糙度，可小于外延結(jié)構(gòu)上表面的粗糙度，且化鍍層的上表面粗糙度， 也可小于晶種層上表面的粗糙度。


圖1為說(shuō)明本發(fā)明的發(fā)光二極管發(fā)光裝置的制造流程圖； 圖2為顯示依照本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖； 圖3為顯示依照本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖； 圖4為顯示依照本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖；以
及
圖5為顯示依照本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖。 附圖標(biāo)記說(shuō)明
1~基板 2 n型半導(dǎo)體層 3 發(fā)光層 4 p型半導(dǎo)體層 5 透明導(dǎo)電層
206、 208、 306、 308、 406、 408、 506、 508 晶種層
207、 209、 307、 309、 407、 409、 507、 509 化鍍層
具體實(shí)施例方式
以下配合

本發(fā)明的實(shí)施例。
本發(fā)明是關(guān)于一種形成發(fā)光二極管焊墊的制造方法，尤其是通過(guò)化學(xué)鍍 膜法以形成發(fā)光二極管的焊墊(bond pad)的制造方法。以下參考圖1，說(shuō) 明使用化學(xué)鍍膜法形成焊墊的流程。首先，在步驟101中，形成發(fā)光二極管 外延結(jié)構(gòu)，此發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)至少包含基板、n形半導(dǎo)體層、p形半導(dǎo) 體層以及位于n形半導(dǎo)體層與p形半導(dǎo)體層間的發(fā)光層。接著，在步驟102中，在發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)上形成作為晶種層(seed layer)的金屬層或?qū)w層，以覆蓋至少部分的外延結(jié)構(gòu)表面。
在步驟103中，在發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)未被晶種層覆蓋的其他表面上覆 蓋一層保護(hù)層或絕緣層。
在步驟104中，通過(guò)光刻法于保護(hù)層或絕緣層上形成化鍍層圖案。光刻 法已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，故不再贅述。
在步驟105中，將上述結(jié)構(gòu)中至少晶種層的部分或欲形成化鍍層的部分， 進(jìn)行化學(xué)鍍膜程序，使金屬離子還原為金屬并沉積在晶種層上，以形成焊墊。
在步驟106中，移除保護(hù)層或絕緣層。移除的方式可使用但不限于濕蝕 刻及/或干蝕刻。
以下實(shí)施例水平式發(fā)光二極管工藝為例，說(shuō)明本發(fā)明的方法。所謂水平 式發(fā)光二極管在此是指p極焊墊與n極焊墊分別位于基板的同一側(cè)。發(fā)光二 極管的組成包含但不限于II-VI族化合物、III-V族化合物、III族氮化物發(fā)光 二極管、或其組合。以上述組成形成水平式發(fā)光二極管的技術(shù)已為本發(fā)明所 屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知，在此不再詳述。
第一實(shí)施例
參考圖2，為水平式發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的剖面圖。此外延結(jié)構(gòu)至少包 含基板l、 n型半導(dǎo)體層2、發(fā)光層3、及p型半導(dǎo)體層4。 p型半導(dǎo)體層4 上可以選擇性地形成透明導(dǎo)電層5以作為電流分散層。于透明導(dǎo)電層上形成 晶種層206，在n型半導(dǎo)體層上形成另一晶種層208。在兩晶種層上分別形 成化鍍層207、 209。
在此，基板1的材料包含但不限于AlGalnP、 AlGaAs、 GaAs、 SiC、 Si、 A1N、藍(lán)寶石(sapphire )、 CVD鉆石、陶瓷、復(fù)合材料、玻璃、或任何可以 適用于水平式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的材料。透明導(dǎo)電層5可以化學(xué)氣相沉積、物 理氣相沉積、蒸鍍或賊鍍等任一方式形成。透明導(dǎo)電層的材料包含但不限于 ITO、 CTO、 IZO、 AZO、 ZnO、或如Ni/Au等的透明導(dǎo)電金屬層。晶種層 206、 208可以使用物理鍍膜法形成，其中物理鍍膜法可為熱蒸鍍法(Thermal evaporation )、 電子束蒸鍍 (E-beam evaporation ) 及離子賊鍍法 (Ion-sputtering )。晶種層的材料可為金屬或?qū)w層，包含但不限于金(Au)、 銅(Cu)、鎳(Ni)、或任何可以作為化學(xué)鍍膜法晶種層的材料，其厚度則約介于100A 10000A，其中晶種層206、 208可為相同組成的結(jié)構(gòu)。化鍍層207、 209可以使用化學(xué)鍍膜法形成在晶種層之上，其中化學(xué)鍍膜法可為電鍍法或 無(wú)電電鍍法?；儗拥牟牧峡蔀榻饘倩?qū)w層，包含但不限于金(Au)、銅 (Cu)、鎳(Ni)或其他金屬，其厚度則約介于0.5iim 3iim。其中晶種層的 厚度可選擇只要足夠提供其化鍍層穩(wěn)定形成即可。在優(yōu)選的實(shí)施例中，晶種 層的厚度小于化鍍層的厚度，以減少制作晶種層時(shí)的材料消耗，達(dá)到降低成 本的目的。晶種層材料可與化鍍層材料具有相同的組成元素，但具有不同的 結(jié)晶形態(tài)，在優(yōu)選實(shí)施例中，晶種層的結(jié)晶顆?？纱笥诨儗拥慕Y(jié)晶顆粒。
第二實(shí)施例
參考圖3，為水平式發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的剖面圖。此外延結(jié)構(gòu)至少包 含基板l、 n型半導(dǎo)體層2、發(fā)光層3、及p型半導(dǎo)體層4。 p型半導(dǎo)體層4 上可以選擇性地形成透明導(dǎo)電層5以作為電流分散層。透明導(dǎo)電層上形成晶 種層306,在n型半導(dǎo)體層上形成另一晶種層308。在兩晶種層上分別形成 化鍍層307、 309。
在此，基板1的材料包含但不限于AlGalnP、 AlGaAs、 GaAs、 SiC、 Si、 A1N、藍(lán)寶石(sapphire )、 CVD鉆石、陶瓷、復(fù)合材料、玻璃、或任何可以 適用于水平式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的材料透明導(dǎo)電層5可以使用化學(xué)氣相沉積、 物理氣相沉積、蒸鍍或?yàn)R鍍等任一方式形成。透明導(dǎo)電層的材料包含但不限 于ITO、 CTO、 IZO、 AZO、 ZnO、或如Ni/Au等的透明導(dǎo)電金屬層。晶種 層306、 308可以使用物理沉積法形成。晶種層306、 308的材料可為金屬或 導(dǎo)體層，包含但不限于金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)、或任何可以作為化學(xué) 鍍膜法晶種層的材料，其厚度則約介于100A 10000A，其中晶種層306、 308 可為相同組成的結(jié)構(gòu)?；儗?07、 309可以使用化學(xué)鍍膜法，例如電鍍法 或無(wú)電電鍍法，形成在晶種層之上。其中晶種層或化鍍層的結(jié)構(gòu)可為多層結(jié) 構(gòu)，此晶種層或化鍍層的多層結(jié)構(gòu)中至少有一層與另 一結(jié)構(gòu)的一層材料元素 相同，但具有不同的結(jié)晶形態(tài)。例如，與化鍍層材料相同的晶種層其結(jié)晶顆 粒大于此化鍍層的結(jié)晶顆粒。
第三實(shí)施例
參考圖4，為水平型發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的剖面圖。此外延結(jié)構(gòu)至少包含基板l、 n型半導(dǎo)體層2、發(fā)光層3、及p型半導(dǎo)體層4。 p型半導(dǎo)體層4 上可以選擇性地形成透明導(dǎo)電層5以作為電流分散層。于透明導(dǎo)電層上形成 晶種層406，在n型半導(dǎo)體層上形成另一晶種層408。在兩晶種層上分別形 成化鍍層407、 409。
在此，基板1的材料包含但不限于AlGalnP、 AlGaAs、 GaAs、 SiC、 Si、 A1N、藍(lán)寶石(sapphire )、 CVD鉆石、陶資、復(fù)合材料、玻璃、或任何可以 適用于水平型發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的材料透明導(dǎo)電層5可以使用化學(xué)氣相沉積、 物理氣相沉積、蒸鍍或?yàn)R鍍等任一方式形成。透明導(dǎo)電層的材料包含但不限 于ITO、 CTO、 IZO、 AZO、 ZnO、或如Ni/Au等的透明導(dǎo)電金屬層。晶種 層406、 408可以使用物理沉積法形成。晶種層的材料可為金屬或?qū)w層， 包含但不限于金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)、或任何可以作為化學(xué)鍍膜法晶 種層的材料，其厚度則約介于100A 10000A，其中晶種層406、 408可為相 同組成的結(jié)構(gòu)?；儗?07、 409可以使用化學(xué)鍍膜法形成在晶種層之上。 其中化學(xué)鍍膜法可為電鍍法或無(wú)電電鍍法。晶種層的結(jié)晶顆?？纱笥诨儗?的結(jié)晶顆粒。在優(yōu)選實(shí)施例中，晶種層的厚度小于化鍍層的厚度，晶種層的 面積可與化鍍層面積不同。其中，晶種層的面積可大于化鍍層的面積。
第四實(shí)施例
參考圖4，為水平型發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的剖面圖。此外延結(jié)構(gòu)至少包 含基板l、 n型半導(dǎo)體層2、發(fā)光層3、及p型半導(dǎo)體層4。 p型半導(dǎo)體層4 上可以選擇性地形成透明導(dǎo)電層5以作為電流M層。于透明導(dǎo)電層上形成 晶種層506，在n型半導(dǎo)體層上形成另一晶種層508。在兩晶種層上分別形 成化鍍層507、 509。在本實(shí)施例中，外延結(jié)構(gòu)表層具有粗化結(jié)構(gòu)，可為利用 外延形成凸起的島型粗化，多孔穴狀或是凹孔的粗化(如內(nèi)六角孔穴)，或 是以化學(xué)蝕刻方式所形成的不規(guī)則粗化面。
在此，基板1的材料包含但不限于AlGalnP、 AlGaAs、 GaAs、 SiC、 Si、 A1N、藍(lán)寶石(sapphire )、 CVD鉆石、陶瓷、復(fù)合材料、玻璃、或任何可以 適用于水平型發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的材料透明導(dǎo)電層5可以使用化學(xué)氣相沉積、 物理氣相沉積、蒸鍍或?yàn)R鍍等任一方式形成。透明導(dǎo)電層的材料包含但不限 于ITO、 CTO、 IZO、 AZO、 ZnO、或如Ni/Au等的透明導(dǎo)電金屬層。晶種 層506、 508可以使用物理沉積法形成。晶種層的材料可為金屬或?qū)w層，包含但不限于金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)、或任何可以作為化學(xué)鍍膜法晶 種層的材料，其厚度則約介于100A 10000A，其中晶種層506、 508可為相 同組成的結(jié)構(gòu)?；儗?07、 509可以使用化學(xué)鍍膜法形成在晶種層之上。 其中晶種層的厚度可小于化鍍層的厚度，且晶種層的結(jié)晶顆?？纱笥诨儗?的結(jié)晶顆粒。
除外延結(jié)構(gòu)外，晶種層與化鍍層的表層也可具有粗化結(jié)構(gòu)，且晶種層上 表面的粗糙度，可小于外延結(jié)構(gòu)上表面的粗糙度；且化鍍層的上表面粗糙度， 又可小于晶種層上表面的粗糙度。
上述各實(shí)施例中，焊墊雖然同時(shí)形成于p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體之上， 但是，并不排除其他可能性，也可能只形成于其中一側(cè)。另外，本實(shí)施例以 水平式發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)為例，但本發(fā)明也可實(shí)施于垂直型發(fā)光二極管外 延結(jié)構(gòu)之上。
本發(fā)明所列舉的各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明，并非用以限制本發(fā)明的范 圍。任何人對(duì)本發(fā)明所作的任何顯而易知的修飾或變更皆不脫離本發(fā)明的精 神與范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件的制造方法，包含提供基板；形成半導(dǎo)體疊層于該基板上方，該半導(dǎo)體疊層包含p型半導(dǎo)體層、n型半導(dǎo)體層、及位于該p型半導(dǎo)體層與該n型半導(dǎo)體層間的發(fā)光層；以物理鍍膜法形成晶種層于該p型半導(dǎo)體層與該n型半導(dǎo)體層中至少其中之一的上方；以及以化學(xué)鍍膜法形成化鍍層于該晶種層上方。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件的制造方法其中物理鍍膜法包括熱蒸鍍法、電子束蒸鍍及離子濺鍍法；以及其中化學(xué)鍍膜法包括電鍍法或無(wú)電電鍍法。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件的制造方法，其中還包括粗化該半導(dǎo)體疊層、該晶種層或該化鍍層其中至少一層的上表面，其中該粗化結(jié)構(gòu)可利用外延或化學(xué)蝕刻方式形成。
4. 一種發(fā)光元件，包含基板；半導(dǎo)體疊層，位于該基板之上，其中該半導(dǎo)體疊層包含p型半導(dǎo)體層、n型半導(dǎo)體層、及位于該p型半導(dǎo)體層與該n型半導(dǎo)體層間的發(fā)光層；以及焊墊，位于該p型半導(dǎo)體層與該n型半導(dǎo)體層中至少其中之一的上方，其中該焊墊包含晶種層與化鍍層，且該晶種層厚度小于該化鍍層的厚度。
5. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)光元件，其中該晶種層的厚度為100A 10000A，該化鍍層的厚度為0.5nm~3|mi。
6. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)光元件，其中該晶種層或該化鍍層的材料為金、銅、鎳或鋁。
7. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)光元件，其中該焊墊所包含的該晶種層和該化鍍層的材料相同，但具有不同的結(jié)晶型態(tài)。
8. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)光元件，其中該晶種層或該化鍍層為多層結(jié)構(gòu)。
9. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)光元件，其中該晶種層的面積與該化鍍層的面積不同。
10. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)光元件，其中該半導(dǎo)體疊層、該晶種層或該化鍍層其中至少 一層的上表面為粗化結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件及其制造方法，尤其涉及一種使用化學(xué)鍍膜法于發(fā)光元件形成焊墊的方法。此發(fā)光元件包含基板、半導(dǎo)體疊層，位于基板之上，其中半導(dǎo)體疊層包含p型半導(dǎo)體層、n型半導(dǎo)體層、及位于p型半導(dǎo)體層與n型半導(dǎo)體層間的發(fā)光層、以及焊墊，位于p型半導(dǎo)體層與n型半導(dǎo)體層中至少其中之一的上方，此焊墊包含以物理鍍膜法形成的晶種層與以化學(xué)鍍膜法形成的化鍍層，且晶種層厚度小于化鍍層的厚度。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101677115SQ20081016566
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者莊家銘, 徐宸科, 震 歐 申請(qǐng)人:晶元光電股份有限公司