TW202002330A - 發光元件以及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種發光元件,包含:第一區域,係具有第二半導體層、活性層、第一半導體層及與第一半導體層相接的第一電極;第二區域,係具有第二半導體層、活性層及第一半導體層;第三區域,係以包圍第二區域的方式使至少第一半導體層及活性層除去且將第一區域係為與第二區域分離;第二電極,係在遍及第二區域的頂部、第二區域的側面部及第三區域的至少一部分而包覆的同時,在第三區域與第二半導體層及窗層兼支承基板相接,其中第三區域中的第二電極的覆膜面積為300μm2
以上。
Description
本發明係關於一種發光元件及其製造方法。
板上晶片(COB)等的產品,由於來自LED元件的散熱性係為佳,因此為在照明等的用途中而被採用為LED晶片安裝方法。將LED安裝在COB等的場合,則必須為將晶片直接對基板接合的覆晶安裝。為了實現覆晶安裝,必須製作發光元件的一側的表面上設有極性相異的通電用銲墊的覆晶。此外,設置有通電用銲墊的表面的相反側的表面則必須以具有光取出功能的材料來構成。
以黃色~紅色LED製作覆晶的場合,發光層係使用AlGaInP系的材料。由於AlGaInP系材料不存在塊狀結晶,且LED部係以磊晶法形成,故起始基板會選擇與AlGaInP不同的材料。起始基板大多選擇GaAs或Ge,而這些基板具有對可見光的光吸收的特性,故製作覆晶的場合,會除去起始基板。然而,形成發光層的磊晶層為極薄膜,故起始基板除去後便無法自立。因此必須以具有對發光層的發光波長呈現略透明而作為窗層的功能,以及厚度足以使其自立而作為支承基板的功能的材料及構成,與起始基板置換。
此場合,進行於上表面具有極性相異二個電極的發光元件的覆晶安裝之際,電極面具有相同高度則會使安裝變得容易。
專利文件1中記載:為了將具有相同高度的二個電極予以設置,於發光層上部設置絕緣膜,並於其之上形成極性相異的電極的技術。
專利文獻2中記載:形成柱狀的半導體層區域,於柱狀的半導體區域部分形成發光層上的電極及極性相異的電極。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-322722號公報
[專利文獻2]日本專利6291400號
[發明所欲解決之問題]
但是,專利文獻1所記載的技術中,難以將形成於絕緣膜上的電極的密接強度予以提高至與採取直接接觸半導體的場合為相同的程度,而容易發生剝離瑕疵。再者,由於絕緣膜與金屬的線膨脹係數的差,而有使通電所致元件溫度變化之際金屬膜的膨脹、收縮所致的絕緣瑕疵容易發生的問題。
專利文獻2所記載的技術中,與形成於發光層上的電極為相異極性的電極係對柱狀半導體層上直接形成,與前述的專利文獻1所記載的技術相比,有能夠充分確保電極與半導體的黏接強度的優點。另一方面,必須於柱狀的半導體側面形成電阻非常低的電極層,而柱狀的半導體部分的間隙狹窄,難以藉由蒸鍍法形成均一的金屬膜。再者,若無法形成有充分的厚度及品質的種子層,會難以藉由鍍層法於前述的側面部分形成電阻非常低的金屬層。
有鑑於上述課題,本發明的目的在於提供:於大致相同的高度形成極性相異的電極、具有非常低的電阻、斷線瑕疵及剝離瑕疵受到抑制並且能夠沒有傾斜的覆晶安裝的發光元件及發光元件的製造方法。
[解決問題之技術手段]
為了達成上述課題,本發明提供一種發光元件,係包括一窗層兼支承基板及一發光層部,該發光層部係設置於該窗層兼支承基板上,該發光層部自該窗層兼支承基板側而依序包含第二導電型的一第二半導體層、一活性層及第一導電型的一第一半導體層,該發光元件包含:一第一區域,係具有該第二半導體層、該活性層、該第一半導體層及與該第一半導體層相接的一第一電極;一第二區域,係具有該第二半導體層、該活性層及該第一半導體層;一第三區域,係以包圍該第二區域的方式使至少該第一半導體層及該活性層除去,且將該第一區域係為與該第二區域分離;一第二電極,係在遍及該第二區域的頂部、該第二區域的側面部及該第三區域的至少一部分而包覆的同時,在該第三區域與該第二半導體層及該窗層兼支承基板相接,其中該第三區域中的該第二電極的覆膜面積為300μm2
以上。
根據如此的發光元件,成為極性相異的電極形成於大致相同的高度、具有非常低的電阻、斷線瑕疵及剝離瑕疵受到抑制並且能夠沒有傾斜的覆晶安裝之物。
此時,能夠使用該窗層兼支承基板為GaAsz
P1-z
,其中0.0≦z≦0.1,該發光層部為(Alx
Ga1-x
)y
In1-y
P,其中0.0≦x≦1.0且0.4≦y≦0.6的發光元件。
藉此,在發光效率良好的同時,斷線瑕疵及剝離瑕疵受到抑制。
此時,能夠提供一種發光元件的製造方法,包含下列步驟:於起始基板上,藉由磊晶成長依序至少將一第一半導體層、一活性層及一第二半導體層予以形成;藉由磊晶成長或貼合而將一窗層兼支承基板予以形成;除去該起始基板而使該第一半導體層露出;於該第一半導體層的表面的一部分形成一第一電極;以形成一第一區域及一第二區域的方式,將該第二區域的周圍的至少該第一半導體層及該活性層予以除去而形成一第三區域,其中該第一區域包含該第一電極,該第二區域不含該第一電極且具有該第一半導體層及該活性層,該第二區域的該第一半導體層及該活性層係與該第一區域分離;形成一第二電極,該第二電極係遍及該第二區域的頂部、該第二區域的側面部及該第三區域的至少一部分,其中該第三區域中的該第二電極的覆膜面積為300μm2
以上。
藉此,能夠極為容易地製造極性相異的電極形成於大致相同的高度、具有非常低的電阻、斷線瑕疵及剝離瑕疵受到抑制並且能夠沒有傾斜的覆晶安裝的發光元件。
此時,能夠使用該窗層兼支承基板為GaAsz
P1-z
,其中0.0≦z≦0.1,該發光層部為(Alx
Ga1-x
)y
In1-y
P,其中0.0≦x≦1.0且0.4≦y≦0.6的發光元件的製造方法。
藉此,能夠製造有良好發光效率且同時有斷線瑕疵及剝離瑕疵更受抑制的發光元件。
[對照先前技術之功效]
如同以上,根據本發明的發光元件,成為極性相異的電極形成於大致相同的高度、具有非常低的電阻、斷線瑕疵及剝離瑕疵受到抑制且能夠沒有傾斜的覆晶安裝之物。再者,根據本發明的發光元件的製造方法,能夠極為容易地製造極性相異的電極形成於大致相同的高度、具有非常低的電阻、斷線瑕疵及剝離瑕疵受到抑制並且能夠沒有傾斜的覆晶安裝的發光元件。
以下詳細地說明本發明,但是本發明並非限定於這些。
如同上述,尋求:極性相異的電極形成於大致相同的高度、具有非常低的電阻、斷線瑕疵及剝離瑕疵受到抑制並且能夠沒有傾斜的覆晶安裝的發光元件及發光元件的製造方法。
本發明人等,針對上述課題而反覆努力檢討的結果,找出:藉由包括一窗層兼支承基板及一發光層部,該發光層部係設置於該窗層兼支承基板上,該發光層部自該窗層兼支承基板側而依序包含第二導電型的一第二半導體層、一活性層及第一導電型的一第一半導體層,該發光元件包含:一第一區域,係具有該第二半導體層、該活性層、該第一半導體層及與該第一半導體層相接的一第一電極;一第二區域,係具有該第二半導體層、該活性層及該第一半導體層;一第三區域,係以包圍該第二區域的方式使至少該第一半導體層及該活性層除去,且將該第一區域係為與該第二區域分離;一第二電極,係在遍及該第二區域的頂部、該第二區域的側面部及該第三區域的至少一部分而包覆的同時,在該第三區域與該第二半導體層及該窗層兼支承基板相接,其中該第三區域中的該第二電極的覆膜面積為300μm2
以上的發光元件,而成為具有更低的電阻、斷線瑕疵及剝離瑕疵更受抑制之物,進而完成了本發明。
再者,本發明人等找出:藉由包含下列步驟:於起始基板上,藉由磊晶成長依序至少將一第一半導體層、一活性層及一第二半導體層予以形成;藉由磊晶成長或貼合而將一窗層兼支承基板予以形成;除去該起始基板而使該第一半導體層露出;於該第一半導體層的表面的一部分形成一第一電極;以形成一第一區域及一第二區域的方式,將該第二區域的周圍的至少該第一半導體層及該活性層予以除去而形成一第三區域,其中該第一區域包含該第一電極,該第二區域不含該第一電極且具有該第一半導體層及該活性層,該第二區域的該第一半導體層及該活性層係與該第一區域分離;形成一第二電極,該第二電極係遍及該第二區域的頂部、該第二區域的側面部及該第三區域的至少一部分,其中該第三區域中的該第二電極的覆膜面積為300μm2
以上的發光元件的製造方法,能夠極為容易地製造極性相異的電極形成於大致相同的高度、具有非常低的電阻、斷線瑕疵及剝離瑕疵受到抑制並且能夠沒有傾斜的覆晶安裝的發光元件,進而完成了本發明。
以下,參考圖式而說明。
[第一實施樣貌]
於第1圖表示關於本實施樣貌的發光元件製造步驟途中的積層構造,於第2圖表示關於本實施樣貌的發光元件,於第3圖表示關於本實施樣貌的發光元件的晶片設計的設計俯視圖及截面圖。
例如,AlGaInP系磊晶晶圓001,能夠於作為向[001]方向傾斜15度的起始基板的GaAs基板100上,藉由有機金屬氣相沉積(MOVPE)法,將例如(Alx
Ga1-x
)y
In1-y
P(0.0≦x≦1.0、0.4≦y≦0.6)所成的係為下部(n型)包覆層的第一半導體層101、(Alx
Ga1-x
)y
In1-y
P(0.0≦x≦1.0、0.4≦y≦0.6)所成的活性層102、(Alx
Ga1-x
)y
In1-y
P(0.0≦x≦1.0、0.4≦y≦0.6)所成的係為上部(p型)包覆層的第二半導體層103、Gay
In1-y
P(0.0≦y≦1.0)所成的中間組成層104及具有0.5μm以上的厚度的GaP窗層105依序形成而得。其中,包含第一半導體層101、活性層102及第二半導體層103的部分構成發光層部107。另外,製作方法沒有限定於MOVPE,亦可以分子束磊晶(MBE)法或化學束磊晶(CBE)法製作。
接著,形成與GaP窗層105相接並且具有例如100μm的厚度的GaAsz
P1-z
(0.0≦z≦0.1)窗層兼支承基板106。窗層兼支承基板106能夠藉由MOVPE法、MBE法或便宜且沉積速度快速的氫化物氣相沉積(HVPE)法而形成。
窗層兼支承基板106形成後,將已藉由化學性蝕刻而除去係為AlGaInP系磊晶晶圓001的起始基板的GaAs基板100的晶圓011予以形成(參考第2圖)。化學性蝕刻液為對AlGaInP系材料具有蝕刻選擇性者為佳,一般以含氨蝕刻劑進行除去。
GaAs基板100除去後,於晶圓011的第一半導體層101上形成第一電極151。再者,以將留有第一半導體層101、活性層102、第二半導體層103等的第二區域125予以形成的方式,將至少第一半導體層101及活性層102以包圍第二區域125的方式除去,而形成第三區域120。藉此,形成具備具有第一電極151的第一區域111、第二區域125及第三區域120的構造體。另外,雖然第2圖之中表示了第三區域120為到達窗層兼支承基板106為止的場合的範例,但是亦可停止在第二半導體層103、中間組成層104或GaP窗層105。
接著,以遍及第二區域125的頂部125A、側面部125B及第三區域120的底部120A的至少一部分而包覆的方式形成第二電極161。雖然第2圖之中表示了於第一區域111側的側面部125C沒有形成第二電極161的場合的範例,但是並非否定了於側面部125C形成金屬電極一事,亦可於側面部125C形成第二電極161。
由於第一區域111的第一半導體層101的上表面及係為第二區域125的第一半導體層101的上表面的頂部125A的高度大致相同,故第一電極151的上表面及第二電極161的上表面的高度也能夠大致相同。
於此,第三區域120之中的形成有第二電極161的底部120A的覆膜面積為300μm2
以上。進一步為700μm2
以上更佳。如此一來,設置第二區域125,以遍及第二區域125的頂部125A、第二區域125的側面部125B及第三區域120的底部120A至少一部分而包覆的方式形成第二電極161,並形成有第二電極161的底部120A的覆膜面積為300μm2
以上,藉此能夠成為具有非常低的電阻、斷線瑕疵及剝離瑕疵受到抑制且能夠沒有傾斜的覆晶安裝的發光元件。
再者,底部120A的覆膜面積的上限沒有特別限定,但是若覆膜面積愈大,發光部的面積會相對地變小而效率變差,故以7000μm2
以下為佳。此在後述的第二實施樣貌及第三實施樣貌之中亦同。
接著,於第一區域111之中沒有設置第一電極151的部分的至少一部分設置介電質部140。藉此能夠得到:於位在第一區域111與第三區域120之間的側壁130的至少一部分設置有介電質部140的發光元件A01。設置於發光元件A01的第一電極151、介電質部140及第二電極161的位置關係如第3圖的俯視圖及截面圖所示。
雖然本實施樣貌之中表示了介電質部140包覆了第一區域111的第一電極151部以外的上表面及側壁130的全部的場合的範例,但是沒有一定要包覆全部的必要,亦可僅包覆一部分。
雖然本實施樣貌之中表示了第一區域111之中介電質部140為單層的構造的範例,但是亦可於介電質部140與第一區域111之間設置光反射膜或光反射部,或是亦可於介電質部140的沒有與第一區域111相接的面之側設置光反射膜或光反射部。
雖然本實施樣貌之中表示了第一區域111具有平坦的表面的範例,但是具備具有凹凸的表面也能得到同樣的功效也不在言下。關於具有凹凸的表面,包含:藉由濕式蝕刻的單純粗糙面、具有刻面的刻面粗糙面、具有數十μm至數百nm的間隔的藉由光刻的圖案化的圖案化粗糙面及具有數至數百nm的間隔的溝槽形狀的光子粗糙面中任一種場合。
雖然本實施樣貌之中表示了側壁130及第三區域120為沒有凹凸的平坦的表面的範例,但是亦可為具有凹凸的表面。
雖然本實施樣貌之中表示了窗層兼支承基板106為具有平坦的表面的場合的範例,但是具備具有凹凸的表面亦能得到同樣的功效也不在言下。關於具有凹凸的表面,包含:藉由濕式蝕刻的單純粗糙面、具有刻面的刻面粗糙面、具有數十μm至數百nm的間隔的藉由光刻的圖案化的圖案化粗糙面及具有數至數百nm的間隔的溝槽形狀的光子粗糙面中任一種場合。
雖然本實施樣貌之中沒有記載於窗層兼支承基板106的表面形成其他的膜,但是亦可設置由介電質所成的反射防止膜。
形成發光元件A01之後,根據必要而於第一電極151及第二電極161上形成Au凸塊,用具有在GaP的光吸收特性的雷射線狀地照射而進行刻劃處理,形成缺陷線之後進行劈裂處理,而個別晶粒化。或是,以鑽石線狀地刻劃而進行刻劃處理,形成缺陷差排線之後,進行劈裂處理而個別晶粒化。
將發光元件A01直接安裝至驅動基板的場合,由於不進行刻劃及劈裂處理而直接安裝至安裝基板,故不進行前述的刻劃及劈裂處理。再者,沒有進行刻劃及劈裂處理,發明的功效也相同。
個別晶粒化後,透過Au凸塊安裝至驅動基板。此時,能夠藉由對晶粒以超音波、150℃以上的溫度或該兩個條件進行壓接而實現。
[第二實施樣貌]
第4圖係表示關於第二實施樣貌的發光元件製造步驟途中的積層構造,第5圖係表示關於第二實施樣貌的發光元件,第6圖係表示關於第二實施樣貌的發光元件的晶片設計的設計俯視圖及截面圖。
例如,AlGaInP系磊晶晶圓002,能夠於作為向[001]方向傾斜15度的起始基板的GaAs基板200上,使用有機金屬氣相沉積(MOVPE)法,將例如(Alx
Ga1-x
)y
In1-y
P(0.0≦x≦1.0、0.4≦y≦0.6)所成的係為下部(n型)包覆層的第一半導體層201、(Alx
Ga1-x
)y
In1-y
P(0.0≦x≦1.0、0.4≦y≦0.6)所成的活性層202、(Alx
Ga1-x
)y
In1-y
P(0.0≦x≦1.0、0.4≦y≦0.6)所成的係為上部(p型)包覆層的第二半導體層203及具有0.5μm以上的厚度的GaP窗層205依序形成而得。其中,包含第一半導體層201、活性層202及第二半導體層203的部分構成發光層部207。另外,製作方法沒有限定於MOVPE,亦可以分子束磊晶(MBE)法或化學束磊晶(CBE)法製作。
GaP窗層205形成後,形成與GaP窗層205相接的第一黏接增強層209。黏接增強層能夠選擇對發光波長為透明的SiO2
、SiNx或ITO等。接著,準備例如GaP等的透明基板250,形成第二黏接增強層259。黏接增強層能夠選擇對發光波長為透明的SiO2
、SiNx或ITO等。
雖然本實施樣貌之中表示了以GaP作為透明基板250的範例,但是並非限定於GaP,其他如藍寶石、石英、氮化鎵、氧化鎵或氧化鈦,只要是對發光波長具有透光性的材料則皆能夠選擇。
形成第一黏接增強層209及第二黏接增強層259之後,以旋轉塗布將BCB黏接劑260塗布至第一黏接增強層209及第二黏接增強層259的至少一方,以第一黏接增強層209與第二黏接增強層259相對的方式重疊,施加150℃以上的熱及100N以上的壓力而黏接、接合。這些GaP窗層205、第一黏接增強層209、BCB黏接劑260、第二黏接增強層259及透明基板250係為窗層兼支承基板206。另外,雖然本實施樣貌表示了形成第一黏接增強層209及第二黏接增強層259的場合,但是亦可沒有形成。
接合後,自結合有透明基板250的AlGaInP系磊晶晶圓(此構造體沒有以圖表示),藉由化學性蝕刻將係為起始基板的GaAs基板200除去而形成晶圓021。化學性蝕刻液為對AlGaInP系材料具有蝕刻選擇性者為佳,一般以含氨蝕刻劑進行除去。
GaAs基板200除去後,於晶圓021的第一半導體層201上形成第一電極251。再者,以將留有第一半導體層201、活性層202、第二半導體層203等的第二區域225予以形成的方式,將至少第一半導體層201及活性層202以包圍第二區域225的方式除去,而形成第三區域220。藉此,形成具備具有第一電極251的第一區域211、第二區域225及第三區域220的構造體。另外,雖然第5圖之中表示了第三區域220為到達窗層205為止的場合的範例,但是亦可停止在第二半導體層203。
接著,以遍及第二區域225的頂部225A、側面部225B及第三區域220的底部220A的至少一部分而包覆的方式形成第二電極261。雖然第5圖之中表示了於第一區域211側的側面部225C沒有形成第二電極261的場合的範例,但是並非否定了於側面部225C形成金屬電極一事,亦可於側面部225C形成第二電極261。
由於第一區域211的第一半導體層201的上表面及係為第二區域225的第一半導體層201的上表面的頂部225A的高度大致相同,故第一電極251的上表面及第二電極261的上表面的高度也能夠大致相同。
於此,第三區域220之中的形成有第二電極261的底部220A的面積為300μm2
以上。進一步為700μm2
以上更佳。如此一來,設置第二區域225,以遍及第二區域225的頂部225A、第二區域225的側面部225B及第三區域220的底部220A的至少一部分而包覆的方式形成第二電極261,並形成有第二電極261的底部220A的覆膜面積為300μm2
以上,藉此能夠成為具有非常低的電阻、斷線瑕疵及剝離瑕疵受到抑制且能夠沒有傾斜的覆晶安裝的發光元件。
接著,於第一區域211之中沒有設置第一電極251的部分的至少一部分設置介電質部240。藉此能夠得到:於位在第一區域211與第三區域220之間的側壁230的至少一部分設置有介電質部240的發光元件A02。設置於發光元件A02的第一電極251、介電質部240及第二電極261的位置關係如第6圖的俯視圖及截面圖所示。
雖然本實施樣貌之中表示了介電質部240包覆了第一區域211的第一電極251部以外的上表面及側壁230的全部的場合的範例,但是沒有一定要包覆全部的必要,亦可僅包覆一部分。
雖然本實施樣貌之中表示了第一區域211之中介電質部240為單層的構造的範例,但是亦可於介電質部240與第一區域211之間設置光反射膜或光反射部,或是亦可於介電質部240的沒有與第一區域211相接的面之側設置光反射膜或光反射部。
雖然本實施樣貌之中表示了第一區域211具有平坦的表面的範例,但是亦可具備具有凹凸的表面。關於具有凹凸的表面,包含:藉由濕式蝕刻的單純粗糙面、具有刻面的刻面粗糙面、具有數十μm至數百nm的間隔的藉由光刻的圖案化的圖案化粗糙面及具有數至數百nm的間隔的溝槽形狀的光子粗糙面中任一種場合。
雖然本實施樣貌之中表示了側壁230及第三區域220為沒有凹凸的平坦的表面的範例,但是亦可為具有凹凸的表面。
雖然本實施樣貌之中表示了窗層兼支承基板206為具有平坦的表面的場合的範例,但是亦可具備具有凹凸的表面。關於具有凹凸的表面,包含:藉由濕式蝕刻的單純粗糙面、具有刻面的刻面粗糙面、具有數十μm至數百nm的間隔的藉由光刻的圖案化的圖案化粗糙面及具有數至數百nm的間隔的溝槽形狀的光子粗糙面中任一種場合。
雖然本實施樣貌之中沒有記載於窗層兼支承基板206的表面形成其他的膜,但是亦可設置由介電質所成的反射防止膜。
形成發光元件A02之後,根據必要而於第一電極251及第二電極261上形成Au凸塊,用具有在GaP的光吸收特性的雷射線狀地照射而進行刻劃處理,形成缺陷線之後進行劈裂處理,而個別晶粒化。或是,以鑽石線狀地刻劃而進行刻劃處理,形成缺陷差排線之後,進行劈裂處理而個別晶粒化。
將發光元件A02直接安裝至驅動基板的場合,由於不進行刻劃及劈裂處理而直接安裝至安裝基板,故不進行前述的刻劃及劈裂處理。再者,沒有進行刻劃及劈裂處理,發明的功效也相同。
個別晶粒化後,透過Au凸塊安裝至驅動基板。此時,能夠藉由對晶粒以超音波、150℃以上的溫度或該兩個條件進行壓接而實現。
[第三實施樣貌]
第7圖係表示關於第三實施樣貌的發光元件製造步驟途中的積層構造。第8圖係表示關於第三實施樣貌的發光元件。第9圖係表示關於第三實施樣貌的發光元件的晶片設計的設計俯視圖及截面圖。
例如,AlGaInP系磊晶晶圓003,能夠於作為向[001]方向傾斜15度的起始基板的GaAs基板300上,藉由有機金屬氣相沉積(MOVPE)法,將例如(Alx
Ga1-x
)y
In1-y
P(0.0≦x≦1.0、0.4≦y≦0.6)所成的係為下部(n型)包覆層的第一半導體層301、(Alx
Ga1-x
)y
In1-y
P(0.0≦x≦1.0、0.4≦y≦0.6)所成的活性層302、(Alx
Ga1-x
)y
In1-y
P(0.0≦x≦1.0、0.4≦y≦0.6)所成的係為上部(p型)包覆層的第二半導體層303及具有0.5μm以上的厚度的GaP窗層305依序形成而得。其中,包含第一半導體層301、活性層302及第二半導體層303的部分構成發光層部307。另外,製作方法沒有限定於MOVPE,亦可以分子束磊晶(MBE)法或化學束磊晶(CBE)法製作。
接著,以含OH基液體對例如由GaP等所成的透明基板350及AlGaInP系磊晶晶圓003進行濕式處理。濕式處理後,以透明基板350與AlGaInP系磊晶晶圓003的GaP窗層305相對的方式重疊,施加150℃以上的熱及100N以上的壓力而黏接、接合。透明基板350及GaP窗層305係為窗層兼支承基板306。
雖然本實施樣貌之中表示了以GaP作為透明基板350的範例,但是並非限定於GaP,其他如藍寶石、石英、氮化鎵、氧化鎵或氧化鈦,只要是對發光波長具有透光性的材料則皆能夠選擇。
接合後,藉由化學性蝕刻將AlGaInP系磊晶晶圓003的GaAs基板300除去而形成晶圓031。化學性蝕刻液為對AlGaInP系材料具有蝕刻選擇性者為佳,一般以含氨蝕刻劑進行除去。
GaAs基板300除去後,於晶圓031的第一半導體層301上形成第一電極351。再者,以將留有第一半導體層301、活性層302、第二半導體層303等的第二區域325予以形成的方式,將至少第一半導體層301及活性層302以包圍第二區域325的方式除去,而形成第三區域320。藉此,形成具備具有第一電極351的第一區域311、第二區域325及第三區域320的構造體。另外,雖然第8圖之中表示了第三區域320為到達GaP窗層305為止的場合的範例,但是亦可停止在第二半導體層303。
以遍及第二區域325的頂部325A、側面部325B及第三區域320的底部320A的至少一部分而包覆的方式形成第二電極361。雖然圖中表示了於第一區域311側的側面部325C沒有形成第二電極361的場合的範例,但是並非否定了於側面部325C形成金屬電極一事,亦可於側面部325C形成第二電極361。
由於第一區域311的第一半導體層301的上表面及第二區域325的第一半導體層301的上表面的頂部325A的高度大致相同,故第一電極351的上表面及第二電極361的上表面的高度也能夠大致相同。
於此,第三區域320之中的形成有第二電極361的底部320A的面積為300μm2
以上。進一步為700μm2
以上更佳。如此一來,設置第二區域325,以遍及第二區域325的頂部325A、第二區域325的側面部325B及第三區域320的底部320A的至少一部分而包覆的方式形成第二電極361,並形成有第二電極361的底部320A的覆膜面積為300μm2
以上,藉此能夠成為具有非常低的電阻、斷線瑕疵及剝離瑕疵受到抑制且能夠沒有傾斜的覆晶安裝的發光元件。
接著,於第一區域311之中沒有設置第一電極351的部分的至少一部分設置介電質部340。藉此能夠得到:於位在第一區域311與第三區域320之間的側壁330的至少一部分設置有介電質部340的發光元件A03。設置於發光元件A03的第一電極351、介電質部340及第二電極361的位置關係如第9圖的俯視圖及截面圖所示。
雖然本實施樣貌之中表示了介電質部340包覆了第一區域311的第一電極351部以外的上表面及側壁330的全部的場合的範例,但是沒有一定要包覆全部的必要,亦可僅包覆一部分。
雖然本實施樣貌之中表示了第一區域311之中介電質部340為單層的構造的範例,但是亦可於介電質部340與第一區域311之間設置光反射膜或光反射部,或是亦可於介電質部340的沒有與第一區域311相接的面之側設置光反射膜或光反射部。
雖然本實施樣貌之中表示了第一區域311具有平坦的表面的範例,但是亦可具備具有凹凸的表面。關於具有凹凸的表面,包含:藉由濕式蝕刻的單純粗糙面、具有刻面的刻面粗糙面、具有數十μm至數百nm的間隔的藉由光刻的圖案化的圖案化粗糙面及具有數至數百nm的間隔的溝槽形狀的光子粗糙面中任一種場合。
雖然本實施樣貌之中表示了側壁330及第三區域320為沒有凹凸的平坦的表面的範例,但是亦可為具有凹凸的表面。
雖然本實施樣貌之中表示了窗層兼支承基板306為具有平坦的表面的場合的範例,但是亦可具備具有凹凸的表面。關於具有凹凸的表面,包含:藉由濕式蝕刻的單純粗糙面、具有刻面的刻面粗糙面、具有數十μm至數百nm的間隔的藉由光刻的圖案化的圖案化粗糙面及具有數至數百nm的間隔的溝槽形狀的光子粗糙面中任一種場合。
雖然本實施樣貌之中沒有記載於窗層兼支承基板306的表面形成其他的膜,但是亦可設置由介電質所成的反射防止膜。
形成發光元件A03之後,根據必要而於第一電極351及第二電極361上形成Au凸塊,用具有在GaP的光吸收特性的雷射線狀地照射而進行刻劃處理,形成缺陷線之後進行劈裂處理,而個別晶粒化。或是,以鑽石線狀地刻劃而進行刻劃處理,形成缺陷差排線之後,進行劈裂處理而個別晶粒化。
將發光元件A03直接安裝至驅動基板的場合,由於不進行刻劃及劈裂處理而直接安裝至安裝基板,故不進行前述的刻劃及劈裂處理。再者,沒有進行刻劃及劈裂處理,發明的功效也相同。
個別晶粒化後,透過Au凸塊安裝至驅動基板。此時,能夠藉由對晶粒以超音波、150℃以上的溫度或該兩個條件進行壓接而實現。
[實施例]
以下列舉實施例而詳細地說明本發明,但是這並沒有限定本發明。
[實施例一]
基於第一實施樣貌(第1圖至第3圖)進行了發光元件的製造。
準備由GaAs(001)所成的基板(起始基板)作為起始基板,於此基板上以MOVPE法形成作為功能層的雙異質層(發光層)。發光層係依序積層有下部包覆層(第一半導體層)、活性層及上部包覆層(第二半導體層)。
第一半導體層及第二半導體層選擇了(Alx
Ga1-x
)y
In1-y
P(0.6≦x≦1.0、0.4≦y≦0.6)的組成。
第一半導體層為n型AlInP包覆層0.7μm(摻雜濃度3.0×1017
/cm3
)及n型Al0.85
GaInP層0.3μm(摻雜濃度1.0×1017
/cm3
)的雙層構造。
活性層係選自(Alx
Ga1-x
)y
In1-y
P(0.15≦x≦0.80、0.4≦y≦0.6),並根據波長而變更組成x及y。本實施例之中,活性層使用多重活性層。活性層及障壁層的膜厚係根據所求的波長而變更,分別在4~12nm的範圍內,配合波長而調整。
第二半導體層為p型AlInP包覆層0.9μm(摻雜濃度3.0×1017
/cm3
)及p型Al0.6
GaInP層0.1μm(摻雜濃度1.0×1017
/cm3
)的雙層構造。
將由GaInP所成的中間組成層成膜於發光層上。其次將厚度1.0μm的GaP窗層依序積層於中間組成層上。形成與GaP窗層相接且具有100μm的厚度的GaP磊晶層(窗層兼支承基板)。窗層兼支承基板係以氫化物氣相沉積(HVPE)法形成。
其次,以含氨蝕刻劑除去GaAs基板。接著除去蝕刻停止層。
其次,切除第一半導體層及活性層的一部分,使第二半導體層的一部分露出。
其次,以包覆經切除的側面的方式,形成介電質層,設置開口部。介電質層為SiO2
,以使用TEOS及O2
的P-CVD法製膜。開口部係在將介電質層成膜後,藉由光刻法形成遮罩部,藉由BHF的濕式蝕刻法形成露出部。
GaAs基板除去後,於第一半導體層上形成第一電極。再者,以將留有第一半導體層、活性層及第二半導體層等的係為分離部的第二區域予以形成的方式,將第一半導體層及活性層以包圍第二區域的方式除去,而形成第三區域。然後,以包覆第二區域的頂部、第二區域的側面部及第三區域的底部的一部分的方式形成第二電極(參考第2圖至第3圖)。
於此,形成有第二電極的底部的覆膜面積為314μm2
。
將具有在GaP的光吸收特性的雷射線狀地照射而進行刻劃處理,形成缺陷線之後進行劈裂處理,而個別晶粒化。
個別晶粒化後,透過Au凸塊安裝至驅動基板。
[實施例二]
除了形成有第二電極的底部的覆膜面積為491μm2
以外,以與實施例一相同的條件製造發光元件,安裝至驅動基板。
[實施例三]
除了形成有第二電極的底部的覆膜面積為707μm2
以外,以與實施例一相同的條件製造發光元件,安裝至驅動基板。
[實施例四]
除了形成有第二電極的底部的覆膜面積為962μm2
以外,以與實施例一相同的條件製造發光元件,安裝至驅動基板。
[實施例五]
除了形成有第二電極的底部的覆膜面積為1257μm2
以外,以與實施例一相同的條件製造發光元件,安裝至驅動基板。
[實施例六]
除了形成有第二電極的底部的覆膜面積為1590μm2
以外,以與實施例一相同的條件製造發光元件,安裝至驅動基板。
[比較例一]
如第10圖所示,除了沒有形成相當於實施例一之中的第二區域的部分,而是厚厚地形成第二電極461,形成有第二電極的底部的面積為7665μm2
的點以外,以與實施例一相同的條件形成發光元件A04,安裝至驅動基板。第11圖係表示關於比較例一的晶片設計的設計俯視圖及截面圖。
[比較例二]
如第12圖所示,除了沒有形成相當於實施例一之中的第二區域,而是自絕緣膜540上遍及窗層兼支承基板506而形成第二電極561的點以外,以與實施例一相同的條件形成發光元件A05,安裝至驅動基板。
[比較例三]
除了形成有第二電極的底部的覆膜面積為177μm2
以外,以與實施例一相同的條件製造發光元件,安裝至驅動基板。
[比較例四]
除了形成有第二電極的底部的覆膜面積為113μm2
以外,以與實施例一相同的條件製造發光元件,安裝至驅動基板。
第13圖係表示實施例一至三及比較例一的安裝時的晶粒的傾斜發生瑕疵率。比較例一之中,由於第一電極及第二電極的高度參差為大,故容易發生傾斜瑕疵。另一方面,實施例一至三之中,由於第一電極及第二電極的高度參差為小,故瑕疵發生率變小。
另外,比較例一之中,雖然能夠進行調整而使第二電極的高度與第一電極的高度盡量一致,但是由於難以自挖深的表面使高度一致,並且有晶圓表面內的參差,故原理上使第一電極與第二電極的高度一致係極為困難。若有第一電極與第二電極的高度的差異,高低差會導致晶粒光提取面的傾斜發生,而會容易發生指向角錯位的瑕疵。
第14圖係表示實施例一至三及比較例二的起因於第二電極的斷線瑕疵率。比較例二之中,於絕緣膜上形成有第二電極,起因於處理中的熱所致的膨脹係數差的斷線,或是起因於動作中的發光元件的發熱的斷線係大量發生。另一方面,得知實施例一至三之中,幾乎沒有發生起因於熱的斷線瑕疵,而形成有良好且穩定的第二電極。
第15圖係表示實施例一至三及比較例二的安裝時的電離剝離所致的安裝瑕疵。得知了,在比較例二之中,絕緣膜與電極的交界面發生大量的剝離,使瑕疵率上升,但是在實施例一至三之中,沒有發生剝離的交界面,沒有發生瑕疵,有大幅度的改善。
表1係表示實施例一至六及比較例一、三、四的IF=20mA時的順向電壓(順電壓,VF)的測量結果。
第16圖係表示實施例一至六及比較例一、三、四的底部的覆膜面積(接觸面積)與平均順向電壓(順電壓,VF)的關係。橫軸以底部的覆膜面積作為接觸面積表示,縱軸以IF=20mA時的VF表示。得知隨著接觸面積的減少VF有增大(上升)的傾向。在實施例一至六之中,藉由設置300μm2
以上的接觸面積區域而實現了VF≦2.35V。但是,比較例三、四之中,由於接觸面積區域未達300μm2
,故VF變得極高。另外,雖然比較例一係厚厚地形成第二電極461,但是接觸面積區域為300μm2
以上,故得到VF=2.18V的低VF。
此外,本發明並不限定於上述的實施例。上述實施例為舉例說明,凡具有與本發明的申請專利範圍所記載之技術思想實質上同樣之構成,產生相同的功效者,不論為何物皆包含在本發明的技術範圍內。
001‧‧‧AlGaInP系磊晶晶圓
002‧‧‧AlGaInP系磊晶晶圓
003‧‧‧AlGaInP系磊晶晶圓
011‧‧‧晶圓
021‧‧‧晶圓
031‧‧‧晶圓
100‧‧‧GaAs基板
101‧‧‧第一半導體層
102‧‧‧活性層
103‧‧‧第二半導體層
104‧‧‧中間組成層
105‧‧‧GaP窗層
106‧‧‧窗層兼支承基板
107‧‧‧發光層部
111‧‧‧第一區域
120‧‧‧第三區域
120A‧‧‧底部
125‧‧‧第二區域
125A‧‧‧頂部
125B‧‧‧側面部
125C‧‧‧側面部
130‧‧‧側壁
140‧‧‧介電質部
151‧‧‧第一電極
161‧‧‧第二電極
200‧‧‧GaAs基板
201‧‧‧第一半導體層
202‧‧‧活性層
203‧‧‧第二半導體層
205‧‧‧GaP窗層
206‧‧‧窗層兼支承基板
207‧‧‧發光層部
209‧‧‧第一黏接增強層
211‧‧‧第一區域
220‧‧‧第三區域
220A‧‧‧底部
225‧‧‧第二區域
225A‧‧‧頂部
225B‧‧‧側面部
225C‧‧‧側面部
230‧‧‧側壁
240‧‧‧介電質部
250‧‧‧透明基板
251‧‧‧第一電極
259‧‧‧第二黏接增強層
260‧‧‧BCB黏接劑
261‧‧‧第二電極
300‧‧‧GaAs基板
301‧‧‧第一半導體層
302‧‧‧活性層
303‧‧‧第二半導體層
305‧‧‧GaP窗層
306‧‧‧窗層兼支承基板
307‧‧‧發光層部
311‧‧‧第一區域
320‧‧‧第三區域
320A‧‧‧底部
325‧‧‧第二區域
325A‧‧‧頂部
325B‧‧‧側面部
325C‧‧‧側面部
330‧‧‧側壁
340‧‧‧介電質部
350‧‧‧透明基板
351‧‧‧第一電極
361‧‧‧第二電極
461‧‧‧第二電極
506‧‧‧窗層兼支承基板
540‧‧‧絕緣膜
561‧‧‧第二電極
A01‧‧‧發光元件
A02‧‧‧發光元件
A03‧‧‧發光元件
A04‧‧‧發光元件
A05‧‧‧發光元件
[第1圖]係表示關於第一實施樣貌的發光元件製造步驟途中的積層構造。
[第2圖]係表示關於第一實施樣貌的發光元件。
[第3圖]係表示關於第一實施樣貌的發光元件的晶片設計的設計俯視圖及截面圖。
[第4圖]係表示關於第二實施樣貌的發光元件製造步驟途中的積層構造。
[第5圖]係表示關於第二實施樣貌的發光元件。
[第6圖]係表示關於第二實施樣貌的發光元件的晶片設計的設計俯視圖及截面圖。
[第7圖]係表示關於第三實施樣貌的發光元件製造步驟途中的積層構造。
[第8圖]係表示關於第三實施樣貌的發光元件。
[第9圖]係表示關於第三實施樣貌的發光元件的晶片設計的設計俯視圖及截面圖。
[第10圖]係表示關於比較例一的發光元件。
[第11圖]係表示關於比較例一的發光元件的晶片設計的設計俯視圖及截面圖。
[第12圖]係表示關於比較例二的發光元件。
[第13圖]係表示實施例一至三及比較例一的安裝時的晶粒傾斜發生瑕疵率。
[第14圖]係表示實施例一至三及比較例二的起因於第二電極的斷線瑕疵率。
[第15圖]係表示實施例一至三及比較例二的安裝時的電離剝離所致的安裝瑕疵。
[第16圖]係表示實施例一至六及比較例一、三、四的覆膜面積與VF(順向電壓)的關係。
011‧‧‧晶圓
101‧‧‧第一半導體層
102‧‧‧活性層
103‧‧‧第二半導體層
104‧‧‧中間組成層
105‧‧‧GaP窗層
106‧‧‧窗層兼支承基板
107‧‧‧發光層部
111‧‧‧第一區域
120‧‧‧第三區域
120A‧‧‧底部
125‧‧‧第二區域
125A‧‧‧頂部
125B‧‧‧側面部
125C‧‧‧側面部
130‧‧‧側壁
140‧‧‧介電質部
151‧‧‧第一電極
161‧‧‧第二電極
A01‧‧‧發光元件
Claims (4)
- 一種發光元件,係包括一窗層兼支承基板及一發光層部,該發光層部係設置於該窗層兼支承基板上,該發光層部自該窗層兼支承基板側而依序包含第二導電型的一第二半導體層、一活性層及第一導電型的一第一半導體層,該發光元件包含: 一第一區域,係具有該第二半導體層、該活性層、該第一半導體層及與該第一半導體層相接的一第一電極; 一第二區域,係具有該第二半導體層、該活性層及該第一半導體層; 一第三區域,係以包圍該第二區域的方式使至少該第一半導體層及該活性層除去,且將該第一區域係為與該第二區域分離; 一第二電極,係在遍及該第二區域的頂部、該第二區域的側面部及該第三區域的至少一部分而包覆的同時,在該第三區域與該第二半導體層及該窗層兼支承基板相接, 其中該第三區域中的該第二電極的覆膜面積為300μm2 以上。
- 如請求項1所述之發光元件,其中該窗層兼支承基板為GaAsz P1-z ,其中0.0≦z≦0.1,該發光層部為(Alx Ga1-x )y In1-y P,其中0.0≦x≦1.0且0.4≦y≦0.6。
- 一種發光元件的製造方法,包含下列步驟: 於起始基板上,藉由磊晶成長依序至少將一第一半導體層、一活性層及一第二半導體層予以形成; 藉由磊晶成長或貼合而將一窗層兼支承基板予以形成; 除去該起始基板而使該第一半導體層露出; 於該第一半導體層的表面的一部分形成一第一電極; 以形成一第一區域及一第二區域的方式,將該第二區域的周圍的至少該第一半導體層及該活性層予以除去而形成一第三區域,其中該第一區域包含該第一電極,該第二區域不含該第一電極且具有該第一半導體層及該活性層,該第二區域的該第一半導體層及該活性層係與該第一區域分離; 形成一第二電極,該第二電極係遍及該第二區域的頂部、該第二區域的側面部及該第三區域的至少一部分, 其中該第三區域中的該第二電極的覆膜面積為300μm2 以上。
- 如請求項3所述之發光元件,其中該窗層兼支承基板為GaAsz P1-z ,其中0.0≦z≦0.1,該發光層部為(Alx Ga1-x )y In1-y P,其中0.0≦x≦1.0且0.4≦y≦0.6。
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