專利名稱：發(fā)光二極管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種發(fā)光元件，且特別是有關于一種發(fā)光二極管(LED)及其制造方法。
背景技術：
目前，發(fā)光二極管的封裝工藝主要是將發(fā)光二極管芯片固定在可提供保護的封裝支架上，再覆蓋一層封膠來保護發(fā)光二極管芯片。封裝支架除了提供給發(fā)光二極管芯片良好的保護外，也需要將外部電路的電源供應給發(fā)光二極管芯片，以供發(fā)光二極管芯片操作 Z用ο然而，為了達到上述的封裝目的，通常會使得封裝結(jié)構(gòu)的體積大幅增加，也會增加制作成本。因此，亟需一種可縮減發(fā)光二極管的體積與降低制作成本的技術，以降低元件成本，并可符合元件的輕薄短小的趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，其生長基板可取代封裝支架，故可縮減發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的體積，并可降低制作成本。本發(fā)明的另一目的在于提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，其可將水平電極式的發(fā)光二極管的兩個電極的傳導位置調(diào)整至封裝結(jié)構(gòu)的同一側(cè)，因此可省略引線鍵合步驟， 并可直接將發(fā)光二極管設置于電路板。所以，可增加發(fā)光二極管元件的出光面積，更可避免掉傳統(tǒng)設計中引線鍵合良率不佳的問題。本發(fā)明的又一目的在于提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，其可利用基板置換技術，來提升發(fā)光二極管的散熱效率，因此可提升發(fā)光二極管的壽命與光電特性穩(wěn)定度。根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出一種發(fā)光二極管。此發(fā)光二極管包括接合基板、第一電性電極、接合層、外延結(jié)構(gòu)、第二電性電極、生長基板以及封膠層。其中，第一電性與第二電性為不同電性。接合基板包括相對的第一表面與第二表面。第一電性電極設于接合基板的第二表面上。接合層設于接合基板的第一表面上。外延結(jié)構(gòu)包括依序堆疊在接合層上的第一電性半導體層、有源層與第二電性半導體層，其中外延結(jié)構(gòu)的外圍環(huán)狀設置有一溝槽， 此溝槽自第二電性半導體層延伸至第一電性半導體層。第二電性電極與第二電性半導體層電性連接。生長基板設于外延結(jié)構(gòu)上，其中生長基板具有一凹槽以暴露出部分的外延結(jié)構(gòu)與溝槽。封膠層填設于凹槽中。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述的第二電性電極位于第二電性半導體層上，且凹槽暴露出第二電性電極。依據(jù)本發(fā)明的另一實施例，上述的發(fā)光二極管還包括一接觸孔，其中該接觸孔自第一電性電極延伸至第二電性半導體層，且接觸孔暴露出第二電性半導體層的一部分。根據(jù)本發(fā)明的上述目的，另提出一種發(fā)光二極管的制造方法，包括下列步驟。提供生長基板。形成外延結(jié)構(gòu)于生長基板上，其中此外延結(jié)構(gòu)包括依序堆疊在生長基板上的第二電性半導體層、有源層與第一電性半導體層。第一電性半導體層與第二電性半導體層的電性不同。利用接合層來接合第一電性半導體層與接合基板的第一表面，其中接合基板還包括第二表面相對于第一表面。形成一凹槽于生長基板中，其中該凹槽暴露出部分的外延結(jié)構(gòu)。形成一溝槽于外延結(jié)構(gòu)中，其中該溝槽環(huán)狀設置于外延結(jié)構(gòu)的外圍，且自第二電性半導體層延伸至第一電性半導體層。形成第二電性電極與第二電性半導體層電性連接。形成第一電性電極于接合基板的第二表面上。形成封膠層填入凹槽中。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述形成第二電性電極的步驟還包括使第二電性電極位于第二電性半導體層的暴露部分上。依據(jù)本發(fā)明的另一實施例，上述方法于形成第二電性電極的步驟前，還包括形成一接觸孔，該接觸孔自第一電性電極延伸至第二電性半導體層中，其中該接觸孔暴露出第二電性半導體層的一部分。此外，上述的第二電性電極形成于第二電性半導體層的暴露部分上。根據(jù)上述實施例，應用本揭示可縮減發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的體積、降低制作成本、增加發(fā)光二極管元件的出光面積、提升工藝良率以及增進發(fā)光二極管的壽命與光電特性穩(wěn)定度。


為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附圖式的說明如下圖IA至圖IF是繪示依照本發(fā)明的實施方式的一種發(fā)光二極管的工藝剖面圖。圖2A至圖2F是繪示依照本發(fā)明的另一實施方式的一種發(fā)光二極管的工藝剖面圖。圖3A與圖:3B是繪示依照本發(fā)明的又一實施方式的一種發(fā)光二極管的工藝剖面圖。主要元件符號說明100生長基板104表面
108未摻雜半導體層112有源層
116外延結(jié)構(gòu)120反射層
124接合基板128表面
132溝槽136底面
140側(cè)面144厚度
148保護層152第一電性電極
156封膠層160第一接觸孔
164隔離層168接觸孔
172側(cè)面176發(fā)光二極管
180發(fā)光二極管102表面
106緩沖層110第二電性半導體
114第一電性半導體層118第一電性接觸層
122接合層126表面
130:凹槽138 側(cè)面146:第二電性電極154 光學材料層162 第二電性金屬電極層170 底面
134 側(cè)壁 142 高度 150 反射層 158 發(fā)光二極管 166 第二接觸孔 174 色緣層 178 光學結(jié)構(gòu)
θ 夾角
具體實施例方式請參照圖IA至圖1F，其是繪示依照本發(fā)明的實施方式的一種發(fā)光二極管的工藝剖面圖。在本實施方式中，制作發(fā)光二極管時，先提供生長基板100。生長基板100具有相對的表面102與104。生長基板100的材料可例如包括氧化鋁(Al2O3)、碳化硅(SiC)或砷化鎵(GaAs)。接著，利用例如外延生長方式，在生長基板100的表面102上形成外延結(jié)構(gòu)116。 在一實施例中，外延結(jié)構(gòu)116可包括依序堆疊在生長基板100的表面102上的第二電性半導體層110、有源層112與第一電性半導體層114。其中，第一電性半導體層114與第二電性半導體層110具有不同的導電性。例如，第一電性半導體層114與第二電性半導體層110 其中之一為η型，另一個則為ρ型。在圖IA所示的實施例中，外延結(jié)構(gòu)116更進一步包括緩沖層106與未摻雜半導體層108。其中，緩沖層106先形成于生長基板100的表面102上， 未摻雜半導體層108再生長于緩沖層106，接著才依序生長第二電性半導體層110、有源層 112與第一電性半導體層114。外延結(jié)構(gòu)116的材料可包括氮化銦鋁鎵(InMGaN)系材料或磷化銦鋁鎵(InMGaP)系材料。在一實施例中，可選擇性地形成第一電性接觸層118覆蓋在第一電性半導體層 114上，以提升元件的電性品質(zhì)。第一電性接觸層118可與第一電性半導體層114形成歐姆接觸。第一電性接觸層118可為單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，例如可為鎳和金的疊層結(jié)構(gòu)、鎳和銀的疊層結(jié)構(gòu)、氧化銦錫層、氧化鋅層、氧化鋅鎵(GZO)層、氧化鋅鋁(AZO)層或氧化銦層。此外，如圖IA所示，更可依產(chǎn)品需求，而選擇性地形成反射層120覆蓋在第一電性接觸層118 上，以提升元件的發(fā)光亮度。反射層120可例如包括高反射特性的金屬層或布拉格反射鏡 (Distributed Bragg Reflector, DBR)。在一實施例中，反射層120的材料可包括鋁、銀或鉬。接著，如圖IB所示，可形成接合層122于反射層120上。接合層122的材料可例如為金屬。接下來，先提供接合基板124，其中此接合基板IM包括相對的表面1 與128。 接合基板124的材料可采用高導電與高散熱特性的材料。在一實施例中，接合基板124的材料可包括硅、鋁、銅、鉬、鎳、或銅鎢合金。再利用接合層122來接合反射層120與接合基板124的表面126，以接合外延結(jié)構(gòu)116的第一電性半導體層114與接合基板124，如圖IC 所示。在另一實施例中，接合層122亦可先形成于接合基板124的表面1 上，再利用接合層122來結(jié)合外延結(jié)構(gòu)116與接合基板124。接著，利用例如干蝕刻或濕蝕刻方式移除部分的生長基板100，以在生長基板100 中形成凹槽130，而使生長基板100形成具有側(cè)壁134的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。其中，凹槽130暴露出大部分的外延結(jié)構(gòu)116。在一實施例中，生長基板100的高度142可例如介于0.5微米至 400微米之間，側(cè)壁134的厚度144可例如介于1微米至200微米之間。此外，側(cè)壁134與外延結(jié)構(gòu)116之間的夾角θ可例如介于90度與180度之間，以利將光朝元件的外側(cè)反射。 凹槽130的主視圖的形狀可例如為矩形、圓形、橢圓形、正方形或菱形。然后，利用蝕刻方式來移除部分的外延結(jié)構(gòu)116，以在外延結(jié)構(gòu)116中形成溝槽 132。其中，溝槽132環(huán)狀地設置于外延結(jié)構(gòu)116的外圍。此外，如圖ID所示，溝槽132自緩沖層106并經(jīng)由第二電性半導體層110而延伸至第一電性半導體層114。溝槽132包括側(cè)面138與140、以及底面136，其中側(cè)面138與側(cè)壁134的內(nèi)側(cè)接合。接著，如圖IE所示，形成第二電性電極146于凹槽130所暴露出的外延結(jié)構(gòu)116 上，并使第二電性電極146直接或間接地與第二電性半導體層110接合。而且，形成第一電性電極152覆蓋在接合基板124的表面1 上。在一實施例中，第一電性電極152可例如包括共晶金屬(eutectic metal)或非共晶金屬。共晶金屬可包括金錫、銀錫、銀錫銅、金錫銅或金鈹。而非共晶金屬可包括金、鉬、鉻、鈦、鎳或鋁。接下來，可選擇性地形成保護層148覆蓋在部分的第二電性電極146、外延結(jié)構(gòu) 116的暴露部分、以及溝槽132的側(cè)面140與底面136上，以避免元件操作時產(chǎn)生短路。保護層148的材料可例如包括二氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃、二氧化鈦或氧化鋁。接下來，形成反射層150覆蓋在側(cè)壁134與溝槽132的側(cè)面138上，以利于將元件所發(fā)出的光朝外反射。 反射層150可例如包括高反射特性的金屬層或布拉格反射鏡。在一實施例中，金屬層150 的材料可包括鋁、銀或鉬。接著，如圖IF所示，可選擇性地形成光學材料層154，例如光譜轉(zhuǎn)換材料層或光散射材料層，覆蓋在凹槽130中外延結(jié)構(gòu)116的暴露部分之上。光學材料層154為光譜轉(zhuǎn)換材料層時，例如熒光粉層，光學材料層1 可改變元件的發(fā)光光譜的頻寬。另外，光學材料層1 為光散射材料層時，可提升元件的光取出效率。然后，形成封膠層156填入凹槽130 中，以保護外延結(jié)構(gòu)116，而完成發(fā)光二極管158的制作。請參照圖2A至圖2F，其是繪示依照本發(fā)明的另一實施方式的一種發(fā)光二極管的工藝剖面圖。在本實施方式中，先形成如圖IB所示的結(jié)構(gòu)。再利用例如光刻蝕刻方式進行定義，以移除部分的接合層122、部分的反射層120、部分的第一電性接觸層118、部分的第一電性半導體層114、部分的有源層112與部分的第二電性半導體層110，從而形成第一接觸孔160自接合層122經(jīng)第一電性半導體層而延伸至第二電性半導體層110如圖2A所示。 第一接觸孔160暴露出部分的第二電性半導體層110。接下來，形成第二電性電極146于第二電性半導體層110的暴露部分上。如圖2B 所示，再形成隔離層164填充第一接觸孔160，以在后續(xù)工藝中保護第二電性電極146。接著，提供接合基板124。再利用接合層122來接合外延結(jié)構(gòu)116上的反射層120 與接合基板124的表面126。接下來，可依產(chǎn)品需求，而選擇性地移除部分的接合基板124， 以縮減接合基板124的厚度。然后，如圖2C所示。形成第一電性電極152于接合基板124 的表面1 上。接下來，利用例如光刻與蝕刻方式，對第一電性電極152與接合基板IM進行定義，以在第一電性電極152與接合基板124中形成第二接觸孔166。再移除隔離層164，以打開第一接觸孔160。第二接觸孔166與第一接觸孔160接合而構(gòu)成接觸孔168。因此，接觸孔168自第一電性電極152延伸至第二電性半導體層110中，且接觸孔168暴露出第二電性半導體層110的一部分。接觸孔168包括底面170與側(cè)面172。在一實施例中，接觸孔 168的孔徑可例如彡1微米且< 100微米。此外，接觸孔168的深度可例如介于10微米與 400微米之間。在另一實施例中，可先在接合基板124的表面126中形成第二接觸孔166的一部分，待薄化接合基板1 后，即可將第二接觸孔166的此一部分開啟。因此，無需再對接合基板1 進行蝕刻。接著，形成第二電性電極146于第二電性半導體層110的暴露部分上。第二電性電極146僅位于接觸孔168的底面170的一部分上。然后，如圖2D所示，形成絕緣層174 覆蓋在第二電性電極146的一部分、以及接觸孔168暴露出的底面170與側(cè)面172上，以電性隔離后續(xù)形成的第二電性金屬電極層162(請參照圖2F)與接觸孔168的側(cè)面172。絕緣層174可進一步延伸于接觸孔168的開口附近的第一電性電極152上。接著，利用例如干蝕刻或濕蝕刻方式移除部分的生長基板100，以在生長基板100 中形成凹槽130，而使生長基板100形成具有側(cè)壁134的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。凹槽130暴露出大部分的外延結(jié)構(gòu)116。如圖2E所示，再利用蝕刻方式來移除部分的外延結(jié)構(gòu)116，以在外延結(jié)構(gòu) 116中形成溝槽132。溝槽132環(huán)狀設置于外延結(jié)構(gòu)116的外圍，且溝槽132自緩沖層106 并經(jīng)由第二電性半導體層110而延伸至第一電性半導體層114。溝槽132的側(cè)面138與側(cè)壁134的內(nèi)側(cè)接合。在本實施方式中，凹槽130與接觸孔168的制作順序可依工藝需求而改變，亦即可先制作凹槽130再制作接觸孔168。接著，可形成第二電性金屬電極層162填滿接觸孔168。第二電性金屬電極層162 與第二電性電極146接觸而呈電性連接。此外，可選擇性地形成保護層148覆蓋在外延結(jié)構(gòu)116的暴露部分、以及溝槽132的側(cè)面140與底面136上，以避免元件操作時產(chǎn)生短路。 接下來，形成反射層150覆蓋在側(cè)壁134與溝槽132的側(cè)面138上，以利將元件所發(fā)出的光朝外反射。接著，可選擇性地形成光學材料層154，例如光譜轉(zhuǎn)換材料層或光散射材料層，覆蓋在凹槽130中外延結(jié)構(gòu)116的暴露部分之上。然后，如圖2F所示，形成封膠層156填入凹槽130中，以保護外延結(jié)構(gòu)116，而完成發(fā)光二極管176的制作。請參照圖3A與圖3B，其是繪示依照本發(fā)明的又一實施方式的一種發(fā)光二極管的工藝剖面圖。在本實施方式中，先形成如圖2D所示的結(jié)構(gòu)。再利用例如蝕刻方式，移除部分的生長基板100，以在生長基板100中形成凹槽130。在形成凹槽130的同時，可通過控制蝕刻工藝參數(shù)，使生長基板100成為包括光學結(jié)構(gòu)178與側(cè)壁134的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。光學結(jié)構(gòu)178可位于外延結(jié)構(gòu)116的中央?yún)^(qū)域上。光學結(jié)構(gòu)178的側(cè)視形狀可例如為矩形、圓錐、 角錐或半橢球形等。在另一實施例中，光學結(jié)構(gòu)178的側(cè)視形狀可為多循環(huán)結(jié)構(gòu)，例如凸狀循環(huán)結(jié)構(gòu)、波浪狀結(jié)構(gòu)、三角狀循環(huán)結(jié)構(gòu)等。其中，光學結(jié)構(gòu)178可為規(guī)則排列的結(jié)構(gòu)或不規(guī)則排列的結(jié)構(gòu)，例如為菲涅耳透鏡(FresnelLens)、光柵或光子晶體等。光學結(jié)構(gòu)178的高度可例如介于0. 5微米與400微米之間。如圖3A圖所示，再利用蝕刻方式來移除部分的外延結(jié)構(gòu)116，以在外延結(jié)構(gòu)116中形成溝槽132。溝槽132環(huán)狀設置于外延結(jié)構(gòu)116的外圍，且溝槽132自緩沖層106并經(jīng)由第二電性半導體層110而延伸至第一電性半導體層114。溝槽132的側(cè)面138與側(cè)壁134 的內(nèi)側(cè)接合。接著，可形成第二電性金屬電極層162填滿接觸孔168。第二電性金屬電極層162 與第二電性電極146接觸而呈電性連接。此外，可選擇性地形成保護層148覆蓋在溝槽132 的側(cè)面140與底面136上，以避免元件操作時產(chǎn)生短路。接下來，形成反射層150覆蓋在側(cè)壁134與溝槽132的側(cè)面138上，以利將元件所發(fā)出的光朝外反射。接著，可選擇性地形成光學材料層154，例如光譜轉(zhuǎn)換材料層或光散射材料層，覆蓋在光學結(jié)構(gòu)178上。然后，如圖:3B所示，形成封膠層156填入凹槽130中，以保護外延結(jié)構(gòu)116，而完成發(fā)光二極管180的制作。由上述可知，本發(fā)明的實施方式優(yōu)點之一就是因為可利用生長基板取代封裝支架，因此可縮減發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的體積，并可降低制作成本。由上述可知，本發(fā)明的實施方式的另一優(yōu)點為其可將水平電極式的發(fā)光二極管的兩個電極的傳導位置調(diào)整至封裝結(jié)構(gòu)的同一側(cè)，因此可省略引線鍵合步驟，并可直接將發(fā)光二極管設置于電路板上。因此，可增加發(fā)光二極管元件的出光面積，更可避免掉傳統(tǒng)設計中引線鍵合良率不佳的問題。由上述可知，本發(fā)明的實施方式的又一優(yōu)點為其可利用基板置換技術，來提升發(fā)光二極管的散熱效率，因此可提升發(fā)光二極管的壽命與光電特性穩(wěn)定度。雖然本發(fā)明已以實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當以權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括接合基板，包括相對的第一表面與第二表面；第一電性電極，設于該接合基板的第二表面上；接合層，設于該接合基板的第一表面上；外延結(jié)構(gòu)，包括依序堆疊在該接合層上的第一電性半導體層、有源層與第二電性半導體層，該第一電性半導體層與該第二電性半導體層的電性不同，其中該外延結(jié)構(gòu)的外圍環(huán)狀設置有一溝槽，該溝槽自該第二電性半導體層延伸至該第一電性半導體層；以及第二電性電極，與該第二電性半導體層電性連接；生長基板，設于該外延結(jié)構(gòu)上，其中該生長基板具有一凹槽，該凹槽暴露出部分的該外延結(jié)構(gòu)與該溝槽。
2.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該接合基板的材料包括硅、鋁、銅、鉬、鎳或銅灼口巫ο
3.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該第一電性電極包括共晶金屬或非共晶金屬，該共晶金屬包括金錫、銀錫、銀錫銅、金錫銅或金鈹，該非共晶金屬包括金、鉬、鉻、鈦、鎳或鋁。
4.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，還包括第一電性接觸層，其中該第一電性接觸層介于該接合層與該第一電性半導體層之間。
5.如權利要求4所述的發(fā)光二極管，其中該第一電性接觸層包括鎳和金的疊層結(jié)構(gòu)、 鎳和銀的疊層結(jié)構(gòu)、氧化銦錫層、氧化鋅層、氧化鋅鎵層、氧化鋅鋁層或氧化銦層。
6.如權利要求4所述的發(fā)光二極管，還包括反射層，其中該反射層介于該第一電性接觸層與該第一電性半導體層之間。
7.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該外延結(jié)構(gòu)還包括未摻雜半導體層，位于該第二電性半導體層上；以及緩沖層，位于該生長基板與該未摻雜半導體層之間。
8.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該第二電性電極位于該第二電性半導體層上，且該凹槽暴露出該第二電性電極。
9.如權利要求8所述的發(fā)光二極管，還包括保護層，其中該保護層覆蓋在部分的該第二電性電極、該外延結(jié)構(gòu)的暴露部分、以及該溝槽的另一側(cè)面與底面上。
10.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，還包括接觸孔，其中該接觸孔自該第一電性電極延伸至該第二電性半導體層，且該接觸孔暴露出該第二電性半導體層的一部分。
11.如權利要求10所述的發(fā)光二極管，其中該第二電性電極位于該第二電性半導體層的該部分上。
12.如權利要求11所述的發(fā)光二極管，還包括絕緣層，覆蓋在部分的該第二電性電極、以及該接觸孔的底面與側(cè)面上；以及第二電性金屬電極層，填滿該接觸孔。
13.如權利要求12所述的發(fā)光二極管，還包括保護層，其中該保護層覆蓋在該外延結(jié)構(gòu)的暴露部分、以及該溝槽的另一側(cè)面與底面上。
14.如權利要求13所述的發(fā)光二極管，還包括光學結(jié)構(gòu)，其中該光學結(jié)構(gòu)位于該外延結(jié)構(gòu)的該部分上，其中該光學結(jié)構(gòu)為該生長基板的一部分。
15.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該生長基板包括一側(cè)壁，且該發(fā)光二極管還包括反射層，該反射層延伸在該側(cè)壁與該溝槽的側(cè)面上。
16.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，還包括光譜轉(zhuǎn)換材料層或光散射材料層及封膠層，所述光譜轉(zhuǎn)換材料層或光散射材料層覆蓋在該外延結(jié)構(gòu)的暴露部分上，該封膠層填設于該凹槽中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管。此發(fā)光二極管包括接合基板、第一電性電極、接合層、外延結(jié)構(gòu)、第二電性電極、生長基板與封膠層。第一電性電極與接合層分別設于接合基板的第二表面與第一表面上。外延結(jié)構(gòu)包括依序堆疊在接合層上的第一電性半導體層、有源層與第二電性半導體層。第一電性半導體層與第二電性半導體層的電性不同。外延結(jié)構(gòu)的外圍環(huán)狀設置有溝槽自第二電性半導體層延伸至第一電性半導體層。第二電性電極與第二電性半導體層電性連接。生長基板設于外延結(jié)構(gòu)上。生長基板具有一凹槽以暴露出部分的外延結(jié)構(gòu)與溝槽。封膠層填設于凹槽中。
文檔編號H01L33/64GK102194968SQ201010142980
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權日2010年3月19日
發(fā)明者余國輝, 朱長信, 李孟信, 王建鈞 申請人:佛山市奇明光電有限公司, 奇力光電科技股份有限公司