專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種發(fā)光元件，特別是一種關(guān)于進(jìn)行兩次基板切割的發(fā)光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(light-emitting diode, LED)的發(fā)光原理是利用電子在η型半導(dǎo)體 與P型半導(dǎo)體間移動的能量差，以光的形式將能量釋放，這樣的發(fā)光原理有別于白熾燈發(fā) 熱的發(fā)光原理，因此發(fā)光二極管被稱為冷光源。此外，發(fā)光二極管具有高耐久性、壽命長、輕 巧、耗電量低等優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)今的照明市場對于發(fā)光二極管寄予厚望，將其視為新一代的照 明工具，已逐漸取代傳統(tǒng)光源，并且應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如交通信號、背光模塊、路燈照明、醫(yī) 療設(shè)備等。圖1為傳統(tǒng)的發(fā)光元件結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，傳統(tǒng)的發(fā)光元件100，包括有一透 明基板10、一位于透明基板10上的半導(dǎo)體疊層12，以及至少一電極14位于上述半導(dǎo)體疊 層12上，其中上述的半導(dǎo)體疊層12由上而下至少包括一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層120、一活性 層122，以及一第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層124。此外，上述的發(fā)光元件100更可以進(jìn)一步地與其他元件組合連接以形成一發(fā)光裝 置(light-emitting apparatus) 0圖2為傳統(tǒng)的發(fā)光裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，一發(fā)光 裝置200包括一具有至少一電路202的次載體(sub-mount) 20 ；至少一焊料(solder) 22位 于上述次載體20上，借由此焊料22將上述發(fā)光元件100粘結(jié)固定在次載體20上并使發(fā)光 元件100的基板10與次載體20上的電路202形成電連接；以及，一電性連接結(jié)構(gòu)24，以電 性連接發(fā)光元件100的電極14與次載體20上的電路202 ；其中，上述的次載體20可以是 導(dǎo)線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate)，以方便發(fā)光裝置200的電 路規(guī)劃并提高其散熱效果。然而，如圖1所示，在傳統(tǒng)的發(fā)光元件100中，由于透明基板10的表面為一平整表 面，且透明基板10的折射率與外部環(huán)境的折射率不同，因此活性層122所發(fā)出的光線A由 基板進(jìn)入外部環(huán)境時，容易形成全反射(TotaUnternal Reflection, TIR)，降低發(fā)光元件 100的光輸出效率。此外，在氮化物發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)中，藍(lán)寶石(sapphire)及碳化硅(SiC)為其基板 的主要材料。在氮化物發(fā)光元件的制程中，包括以晶圓作為基板并在其上形成發(fā)光疊層，再 將晶圓切割成晶片的制程。傳統(tǒng)的切割方法是利用一鉆石刀作為切割工具；另一種晶圓切 割成晶片的方法是利用激光光束的高能量密度，將基板中原子與原子的鍵結(jié)裂解，來達(dá)到 切割并分離晶圓的目的。然而在激光切割的制程中，因激光光束的高能量密度所產(chǎn)生的局 部高溫，使基板晶體鍵結(jié)裂解后在切割道上堆積許多副產(chǎn)物，此副產(chǎn)物會吸收發(fā)光元件所 發(fā)出的光線，進(jìn)而降低晶片的出光效率。因此于激光切割后如何有效去除副產(chǎn)物，以提升晶 片的出光效率，為改善發(fā)光元件性能的一重要課題。另外，若是基板在形成發(fā)光疊層的另一側(cè)具有金屬層，更使激光無法從金屬層這 一側(cè)被基板吸收，而增加激光切割基板的困難度。

發(fā)明內(nèi)容
一種發(fā)光元件制造方法，其步驟至少包括提供一基板，包括第一表面與第二表 面，其中第一表面與第二表面相對；形成至少一發(fā)光疊層在基板的第一表面上；形成一金 屬層在基板的第二表面上；提供一第一激光在金屬層開出多條走道區(qū)并裸露出部分第二表 面；以及提供一第二激光照射在金屬層走道區(qū)裸露出的部分第二表面以在基板內(nèi)形成多個 聚光區(qū)。


圖1為傳統(tǒng)的發(fā)光元件結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為傳統(tǒng)的發(fā)光裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖3A至圖I為本發(fā)明制造流程結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與制程示意5A-圖5C為激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與制程示意圖主要元件符號說明100發(fā)光元件10透明基板
12半導(dǎo)體疊層14電極
120第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層122活性層
124第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層200發(fā)光裝置
20次載體202電路
22焊料24電性連接結(jié)構(gòu)
30基板302第二表面
304第一表面32發(fā)光疊層
310第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層312活性層
314第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層36走道區(qū)
37聚光區(qū)60第一激光
70第二激光300發(fā)光元件
38透明導(dǎo)電氧化層40電極
90凹溝400激光系統(tǒng)
401第一平臺500激光系統(tǒng)
501第一平臺502第二平臺
503第三平臺80清洗劑
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開一種發(fā)光元件，特別是一種關(guān)于進(jìn)行兩次基板切割的發(fā)光元件及其制 造方法。為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，請參照下列描述并配合圖3A至圖I的附 圖，圖中各層的比例僅為示意，并非依照實(shí)際尺寸放大。圖3A至圖I為本發(fā)明制造流程結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3A所示，提供一基板30，其中基 板30包括一第一表面304與一第二表面302，其中第一表面304系與第二表面302相對；
5接著，如圖:3B所示，形成多個半導(dǎo)體外延層31在此基板30的第一表面304上，其中半導(dǎo)體 外延層31由下而上至少包括一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層310、一活性層312，以及一第二導(dǎo)電型 半導(dǎo)體層314。隨后，如圖3C所示，利用光刻技術(shù)蝕刻上述半導(dǎo)體外延層31，以裸露部分基板30 并且使半導(dǎo)體外延層31形成多個臺狀結(jié)構(gòu)的發(fā)光疊層32，其中每一發(fā)光疊層32均裸露部 分的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層310。上述的基板30的材質(zhì)可以是藍(lán)寶石(Sapphire)、氧化鋅(SiO)等透明基板，在本 實(shí)施例中則是采用藍(lán)寶石基板；而發(fā)光疊層32由下而上包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層310、活 性層312以及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層314，其材料包括一種或一種以上的物質(zhì)選自鎵(( )、鋁 (Al)、銦(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所構(gòu)成的群組，諸如氮化鎵(GaN)系列材 料或磷化鋁鎵銦(AWaInP)系列材料等。之后，再如同圖3D所示，在發(fā)光疊層32上形成一蝕刻保護(hù)層34，在其他實(shí)施例中， 此蝕刻保護(hù)層34亦可以同時覆蓋在發(fā)光疊層32與基板30上，其中上述的蝕刻保護(hù)層34 的材質(zhì)可以是二氧化硅(Sit)》或氮化硅(SiNx)等材料。之后，研磨基板30的第二表面302至厚度少于200 μ m，并在基板30的第二表面 302上形成一金屬層50。隨后，如圖3E-圖3F所示，提供一第一激光60，以能量小于1. 5W，速度大于40mm/ sec的激光光束照射金屬層50，在金屬層50之上形成多條走道區(qū)36，其在近基板30側(cè)的寬 度Wl約為30-50 μ m,并使部分基板30的第二表面302裸露出來。圖3G為圖3F的上視結(jié) 構(gòu)示意圖，如圖3G所示，在本發(fā)明實(shí)施例中，以第一激光光束形成的多條走道區(qū)36是圍繞 在多個發(fā)光疊層32的周圍。在一實(shí)施例中，此激光光束可為一 Nd-YAG UV laser.在一實(shí)施例中，接著，可以酸液、水或氣體清洗走道區(qū)36之上的激光副產(chǎn)物。在一 實(shí)施例中，可以蝕刻液在攝氏100至300度的溫度條件下蝕刻上述走道區(qū)36約10至50分 鐘以清除激光造成的副產(chǎn)物，在本實(shí)施例中，優(yōu)選的操作條件是在攝氏150至250度的溫度 條件下，以硫酸(H2Si04)與磷酸(H3P04)的濃度比為三比一的蝕刻液蝕刻約20至40分鐘； 在其他實(shí)施例中，蝕刻液亦可選用磷酸溶液；在其他實(shí)施例中，也可使用氮?dú)饣蛩逑?。之后，如圖3H所示，提供一第二激光70，以激光能量0. 05 0. 35W，速度100 600mm/sec且焦距為距離基板30-60 μ m的激光光束照射基板30的第二表面302，使第二激 光70聚焦在基板30內(nèi)部，而在基板內(nèi)部形成多個聚光區(qū)37，因此基板30表面不會遭到損 壞，可減少吸光效應(yīng)。此聚光區(qū)的長度L2可約為10-100 μ m，寬度W2可為小于5 μ m，聚光 區(qū)的形狀可為圓點(diǎn)狀、長方體或其他圖形。在一實(shí)施例中，此激光光束可為一紅外線或綠光 激光，例如可為 Nd-YAG 頻率飛秒(femto-second)或皮秒(pico-second laser)、Nd_YV04 激光、Nd-YLF激光或鈦藍(lán)寶石激光(titanium laser)。最后，再如圖31所示，劈裂基板30的第一表面304，以形成多個發(fā)光元件 300。不僅如此，更可以如圖3J所示，在劈裂前，形成至少一透明導(dǎo)電氧化(Transparent Conductive Oxide, TC0)層38在發(fā)光疊層32上以及至少一電極40在透明導(dǎo)電氧化層38 上后，再劈裂基板30的第一表面304，以形成多個發(fā)光元件300。在一實(shí)施例中，如圖I所 示，也可先在基板30的第一表面304形成一凹溝90后，再劈裂以形成多個發(fā)光元件300。透明導(dǎo)電氧化層38的材質(zhì)選自包括一種或一種以上的材料選自氧化銦錫(ITO)、
6氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ΑΤΟ)、氧化銻鋅(AZO)與氧化鋅 (ZnO)所構(gòu)成的群組。在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述第一激光60與第二激光70可整合在同一激光系統(tǒng) 400，500之中，且第一激光60與第二激光70可為不同的激光光源。請參照下列描述并配合 圖4至圖5C。圖4為激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與制程示意圖，如圖4所示，在制作上述圖3Ε的制程時，將基 板的第一表面304向下擺放在第一平臺401之上，而使金屬層50露出。之后根據(jù)上述制程， 先以第一激光60照射金屬層50，在金屬層50之上形成多條走道區(qū)36，并使基板30的部分 第二表面302裸露出來之后，再以第二激光70照射基板30裸露出的第二表面302，而在基 板30內(nèi)部形成多個聚光區(qū)37。在一實(shí)施例中，也可在照射第二激光70之前，先在第一平臺 401上清洗走道區(qū)36上的激光副產(chǎn)物。在另一實(shí)施例中，也可在第一平臺401上以酸液、水 或氣體清洗走道區(qū)36上的激光副產(chǎn)物的同時進(jìn)行第二激光70的照射。在另一實(shí)施例中，圖5Α-圖5C為激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與制程示意圖，如圖5Α所示，在制 作上述圖3Ε的制程時，將基板的第一表面304向下擺放在第一平臺501之上，而使金屬層 50露出。之后依上述制程，先以第一激光60照射金屬層50，在金屬層50之上形成多條走 道區(qū)36，并使基板30的部分第二表面302裸露出來之后，將基板傳送至第二平臺502再以 第二激光70照射基板30的裸露第二表面302，而在基板30內(nèi)部形成多個聚光區(qū)37。如圖 5C所示，在一實(shí)施例中，也可在照射第一激光60之后，先將基板30傳送至第三平臺503上 以清洗劑80，如酸液、水或氣體清洗走道區(qū)36上的激光副產(chǎn)物。之后，再將基板30傳送至 第二平臺502上進(jìn)行第二激光70的照射。以上所述的實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在使發(fā)明技術(shù)所屬 領(lǐng)域中具有通常知識者能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，當(dāng)不能以其限定本發(fā)明的范 圍，即大凡依本發(fā)明所公開的精神所作的均等變化或修飾，仍應(yīng)涵蓋在本發(fā)明內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件制造方法，其步驟至少包括提供一基板，包括第一表面與第二表面，其中該第一表面與該第二表面相對；形成至少一發(fā)光疊層在該基板的該第一表面上；形成一金屬層在該基板在該第二表面上；提供一第一激光在該金屬層以開出多條走道區(qū)并裸露出部分該第二表面；以及提供一第二激光照射在該金屬層走道區(qū)裸露出部分該基板在該第二表面以在該基板 內(nèi)形成多個聚光區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，還包括在該基板的第一表面沿著該些聚 光區(qū)劈裂該基板以形成多個發(fā)光元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該第一激光可為一Nd-YAGUV激光， 且能量可小于1. 5W，速度可大于40mm/sec。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該第二激光可為一紅外線激光，且 能量可為0. 05 0. 35W，速度可為100 600mm/sec，焦距可為距離基板30-60 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光元件制造方法，其中該紅外線激光可為一Nd-YAG頻率飛 秒或皮秒激光、Nd-YV04激光、Nd-YLF激光或鈦藍(lán)寶石激光(titanium laser)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中形成該發(fā)光疊層的步驟，至少包括形成一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層在該基板之上；形成一活性層在該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上；形成一第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層在該活性層上；利用光刻技術(shù)蝕刻該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、該活性層以及該第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，以 形成至少一臺狀結(jié)構(gòu)的發(fā)光疊層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該些走道區(qū)的寬度可約為 30-50 μm0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該些聚光區(qū)的形狀可為圓點(diǎn)狀、長 方體或其他圖形，且寬度可為小于5 μ m,長度可為10-100 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件制造方法，其中該第一激光與該第二激光可整合為 一激光系統(tǒng)，且該第一激光與該第二激光可為不同激光。
10.一種發(fā)光元件，至少包括一基板，包括一第一表面與一第二表面，其中該第一表面與該第二表面之間具有多個 聚光區(qū)；至少一發(fā)光疊層形成在該基板的第一表面之上；以及一金屬層形成在該基板的第二表面之上，其中該金屬層具有多條走道區(qū)且裸露出部分 該第二表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光元件，其中該些聚光區(qū)的形狀可為圓點(diǎn)狀、長方體或 其他圖形，且長度可約為小于5 μ m,寬度可約為10-100 μ m。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光元件，其中該發(fā)光疊層至少包括一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，位于該基板之上；一活性層，位于部分該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上；以及一第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，位于該活性層上，且該發(fā)光疊層的材料包括一種或一種以上的物質(zhì)選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所構(gòu)成的群組。
13.一種可承載權(quán)利要求10的發(fā)光元件的激光系統(tǒng)，至少包括 一第一激光，其中該第一激光可用來切割該金屬層；一第二激光，其中該第二激光可用來切割該基板；以及 一第一平臺以承載待切割的該發(fā)光元件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光系統(tǒng)，還包括一第二平臺，其中該第一激光可在該第 一平臺上進(jìn)行操作且該第二激光可在該第二平臺上進(jìn)行操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光系統(tǒng)，還包括一第三平臺，且該第一平臺或該第三平 臺上可進(jìn)行一以酸蝕刻或以水或氣體清洗激光副產(chǎn)物的步驟。
全文摘要
一種發(fā)光元件制造方法，其步驟至少包括提供一基板，包括第一表面與第二表面，其中第一表面與第二表面相對；形成至少一發(fā)光疊層的基板的第一表面上；形成一金屬層在基板的第二表面上；提供一第一激光在金屬層開出多條走道區(qū)并裸露出部分第二表面；以及提供一第二激光照射在金屬層走道區(qū)裸露出的部分第二表面以在基板內(nèi)形成多個聚光區(qū)。
文檔編號H01L33/00GK102142397SQ201010105779
公開日2011年8月3日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者余學(xué)志, 徐宸科, 歐震, 蘇文正, 陳俊昌 申請人:晶元光電股份有限公司