TWI326500B - Light-emitting diode and method for manufacturing the same - Google Patents

Description

1326500 九、發随說_ 'λ· · ' 【發明所屬之技術領域】 - 本發明是有關於一種光電元件及其製作，且特別是有關 於一種發光二極體（LED)及其製造方法。 . 【先前技術】 . 目前，覆晶（FliP_chiP)封裝技術已廣泛地應用在發光二 極體元件之製作上，以提高發光二極體元件之發光效率。除 φ 了可提升發光效率外，覆晶式發光二極體亦具有免打線 (Wire Bonding)製程，以及發光磊晶結構可直接與子基座 (Sub-mount)結合的優勢。此外，更可藉由選用高導熱係數 及導電之子基座’可使發光二極體元件進一步具有高功率操 作特性。 . 對於氤化鎵系列（GaN-based)發光二極體而言，由於目 前大都以藍寶石作為磊晶基板，而藍寶石基板在可見光範圍 内具有絕佳的透明度，因此覆晶式氮化鎵發光二極體元件的 _ 製作過程中，無需將磊晶基板移除。 另一方面’對於神化鎵系列（Ga As-based)發光二極體而 言，由於大都係以砷化鎵基板來作為磊晶基板，而砷化鎵基 板係一吸光基板，因此要製作覆晶式發光二極體元件時，則 需將此吸光基板予以全部移除或部分移除。而由於發光磊晶 結構之厚度相當薄，因此需再搭配晶圓鍵結（Wafer Bonding) 技術’來將發光蠢晶結構與一子基板結合，藉以支樓磊晶基 板移除後所留下之發光磊晶結構。 目前，發光二極體的晶圓鍵結技術通常是利用黏著介質 1326500 來進订發光磊晶結構與子基板之接合，或者利用加壓加熱的 方式使二晶片互相鍵結而接合。然而，利用黏著介質接合發 -光磊晶結構與子基板時，在貼合過程中相當容易在貼合介面 .中產生氣泡，而氣泡的存在會導致接合強度下降，嚴重影響 接合製程的可靠度與良率β此外，利用加壓加熱的晶圓鍵結 .方式，需考慮二鍵結表面之晶格排列，因此不僅會增加接合 •製程的複雜度與困難度，且接合強度常無法滿足元件需求 進而嚴重影響接合製程之可靠度與良率。 【發明内容】 因此本發明之目的就是在提供一種發光二極體，其透 明永久基板係直接成長在窗戶層之表面上，因此可大大地增 進透明永久基板與發光磊晶結構之結合力。 . 本發明之另一目的是在提供一種發光二極體之製造方 法，其係直接在窗戶層之表面上成長透明基板，而非利用晶 圓鍵結方式’因此可簡化製程’更可提高製程良率。 • 根據本發明之上述目的，提出一種發光二極體，至少包 括：一窗戶層，具有相對之第一表面與第二表面；一發光磊 晶結構，設於窗戶層之第一表面之第一部分，並暴露出窗戶 層之第一表面之第二部分，其中發光磊晶結構至少包括依序 堆疊在®戶層之第二電性半導體層、主動層以及第一電性半 導體層，且第一電性半導體層與第二電性半導體層具有不同 電性；一透明基板，直接成長在窗戶層之第二表面；一第二 電極’設於窗戶層之第一表面之第二部分；一第一電極，設 於部分之第一電性半導體層上；以及一子基座，其中子基座 1326500 透過一導電介質而分別與第一電極和第二電極電性接合。 依照本發明一較佳實施例，上述透明基板係旋塗透明美 - 板。 土 根據本發明之目的，提出一種發光二極體之製造方法， 至少包括：提供—原生基板（Growth Substrate);形成一反射 •層於原生基板上；形成一發光磊晶結構於反射層上，其中發 .光磊晶結構至少包括依序堆疊在反射層上之第一電性半導 體層、主動層以及第二電性丨導體層；$成一窗戶4於第二 _ 韓半導體層L成長一透明基板於窗戶層移除原生基 板之部分厚度；#除部分之原生基板、部分之反射層與部： 之發光磊晶結構，直至暴露出部分之窗戶層；形成一第一電 極以及一第二電極分別位於部分之原生基板與窗戶層之暴 露部分上；以及接合一子基座與發光磊晶結構。 . 依照本發明一較佳實施例，上述之原生基板可完全移 除。 依照本發明之另-較佳實施例，上4成長透明基板之步 •驟包括進行複數個旋塗玻璃（Spin-on-glass; S0G)製程。 【實施方式】 本發明揭露一種發光二極體及其製造方法，可簡化接合 製程，並大幅提高接合製程的良率與可靠度。為了使本發： 之敘述更加詳盡與完備’可參照下列描述並配合第Μ圖至 第2G圖之圖式。 請參照第1A圖至第1G圖，其騎示依照本發明一較 佳實施例的-種發光二極體之製程剖面圖。在本示範實施例 1326500 中’主要係提供砷化鎵系列之發光二極體及其製作。首先， 提供原生基板100’其中原生基板10〇之材料可例如為砷化 ' 鎵。再利用例如有機金屬化學氣相沉積法（MOCVD)，於原 生基板100之表面上磊晶成長發光磊晶結構102，其中發光 蟲晶結構102可為雙異質接面（Double Heterostructure)結 * 構。發光磊晶結構1 〇2至少包括第一電性半導體層i 〇4、主 動層106以及第二電性半導體層108,其中第一電性半導體 層104覆蓋在原生基板丨00之表面上，主動層1〇6覆蓋堆疊 # 在第一電性半導體層1〇4上，而第二電性半導體層1〇8覆蓋 堆疊在主動層106上。第一電性半導體層1〇4與第二電性半 導體層108具有不同電性。舉例而言，當第一電性為 時，第二電性為P型；而當第一電性為p型時，第二電性 為N型。在本示範實施例中，第一電性為\型，且第二電 • 性為P型。此外，第一電性半導體層1 04之材料可例如為N 型摻雜之填化鋁鎵銦（AlGaInp);而第二電性半導體層 之材料可例如為P型摻雜之磷化鋁鎵銦。主動層1〇6較佳 φ 可為碟化铭鎵銦多重量子井（Multiquantum Well, MQW)結 構。接下來，利用例如有機金屬化學氣相沉積法於發光蟲 晶結構102之第二電性半導體層1〇8上形成窗戶層11〇，如 第1A圖所示。其中，窗戶層11〇之材料可例如為磷化鎵 (GaP)。窗戶層11〇之設置有助於分散電流。 接著，直接在®戶層110之表面Π2上成長透明基板 14來作為永久基板，如此一來透明基板114與發光蟲晶結 構102位於窗戶層11〇之相對兩側，如第圖所示。在本 不範實施例中，可利用旋塗玻璃法來成長透明基板114，因 1326500 此透明基板m可為旋塗透明基板。成長透明基板ιΐ4時， 可進行多次的旋塗玻璃製程形成多層透明薄膜，而由這些透 明薄膜層疊出具有所需厚度之透明基板114。在本示範實施 例中，透明基板114之材料可例如為二氧化邦i⑹、氮化 矽（SiN,)、氧化鎂（Mg0)、氮化鋁（A1N)'環氧樹酯、二氧化 鈦（Τι〇2)、氧化鋅（ZnO)或五氧化二鈕（Ta2〇5)等能隙大於主 動層106所發出之光的能量的材料。 由於’透明基板H4係直接製作成長在窗戶層ιι〇之表 面112’而非直接提供另—基板再利用晶㈣結方式來進行 晶板與發光€晶層的結合。因此，透明基& ιΐ4與窗戶層 110及發光磊晶結構102的結合無需再透過黏著介質，亦： 需考慮基板材料與欲接合表面之晶袼匹配問題，不僅^ 製程，有效降低製程難度，而可A幅提升製程的良率， 明基板114對窗戶層110具有較強之結合力，而 二極體元件的可靠度。 尤 完成透明基板m之製作後，利用例如濕式姓刻的方 式’移除會吸光之原生基板100’如第lc圖所示。在 =㈣中’完全㈣原生基板⑽’直至暴露出原本成: 在原生基板100表面上之發光遙晶結構1〇2的第 體層104，如第1D圖所示。 牛導 接下來，如第1E圖所示暴露出窗戶層ιι〇之 面116’方法例如可利用微影與蝕刻方式 刀 構1〇2之圖案定義，而移除部分 m曰曰結 暴露出窗戶層η。之一部分表==晶結構⑽，直至 ’刀衣卸i 1 6 ’以利後螗彻 能與窗戶層110形成接觸，推而 、/成之電極 Μ接冑4而可與第二電性半導體層⑽ 產生電性連接。 元成發光蠢晶結構102之圖宏々筅/么 積算β 圖案疋義後，利用例如蒸鍍沉 :等：=成第二電極118於窗戶層u〇之暴露表面ιΐ6 極m二，並利用例如蒸鍍沉積等技術形成第-電 =…第一電性半導體層104上，如第1F圖所示。 可進行發光二_之覆晶封裝製程。先提供子 =:其中子基座126之材料較佳可選用高導熱且導電 材枓’例如石夕。接著’透過導電介質，例如銲们22與辉球 =，將透明基板U4連同窗戶層11〇與發光蟲晶結構1〇2 f盘並接合在子基们26i，其中子基座m透過銲球122 與銲球m而分別與第二電極118及第一電極12〇電性接 合。至此’已大致完成發光二極體128之製作，而形成如第 1 G圖所示之結構。 請參照第2A圖至第2G圖，其係繪示依照本發明另一 較佳實施例的-種發光二極體之製程剖面圖。在本示範實施 例中’相同地，主要係提供坤化鎵系列之發光二極體及其製 作。首先’提供原生基板200,其中原生基板2〇〇之材料可 例如為坤化鎵。再於原生基板2〇〇上形成反射& 2〇2，其中 反射層202可例如為分散式布拉格反射（以…比…以

RefleCt〇r; DBR)層。接下來’利用例如有機金屬化學氣相 沉積法’於原生純200之表面上蟲晶成長發光磊晶結構 204 ’其中發光蟲晶結構2G4可為雙異質接面結構。發光兹 晶結構204至少包括第一電性半導體層2〇6、主動層2〇8以 及第二電性半導體層21〇，其中第一電性半導體層2〇6覆蓋 在反射層202上，主動層2〇8覆蓋堆疊在第一電性半導體層 1326500 206上，而第二電性半導體層 上。第-電性半導趙層與第_電=堆叠在主動層綱 同電性，其中當第一電性為二7時電性第”:層210具有不 杳第一雷. 里矸第二電性為Ρ型，·而 田弟 ¥性為Ρ型時，第二雷 Ψ ^ M-WHjl Ν 丨為Ν型。在本示範實施例 Τ乐電性為Ν型，且第二電 W：主逡雜a。 电Γ^Ρ型。此外，第一電 性丰導體層206之材料可例如為 而第二電性半導體層21里摻雜之鱗化銘鎵銦； 42 〇 ± φ, Β. '可例如為P型摻雜之磷化 鋁鎵銦主動層208較佳可為磷化钮

, 嶙化鋁鎵銦多重量子井結構。 接者利用例如有機金屬化學氣相·ν接、土 9Π4 ^ , 軋相，儿積法，於發光磊晶結構 204之第一電性半導體層21〇 灸士 工办成窗戶層212，以利分散 電流，而形成如第2A圖所示之任糂甘士 口 π不之結構。其中，窗戶層 材料可例如為磷化鎵。 巧以之 接者，直接在窗戶層212之表面214上成長透明基板 21 ’以作為發光二極體元件之永久基板，如此—來透明基 板川與發光蠢晶結構綱位於窗戶層212之相對兩側，如 第2Β圖所示。在本示範實施例中，可利用旋塗玻璃法來成 長透明基板216,因此透明基板216可為旋塗透明基板。成 長透明基板216時’可進行多次的旋塗玻璃製程形成多層透 明薄膜，而由這些透明薄膜層疊出具有所需厚度之透明基板 216。在本示範實施例中，透明基板216之材料可例如為二 氧化矽、氮化矽（SiNx)、氧化鎂（Mg0)、氮化鋁（Α丨Ν)、環氧 樹酯、二氧化鈦、氧化鋅或五氧化二鈕等能隙大於主動層 208所發出之光的能量的材料。 由於透明基板216係直接製作成長在窗戶層212之表面 214 ,因此透明基板216與窗戶層212及發光磊晶結構1〇2 1326500 的結合無需再透過黏著介質，亦無需考慮基板材料與欲接合 表面之曰曰格匹配問題，不僅可簡化製程、降低製程難度，因 可大1知:升製程的良率。此外’透明基板216對窗戶層 . 之、° σ力亦可獲得顯著提升，進一步可提高發光二極體 元件的可靠度。 . 元成透明基板216之成長後，由於原生基板200與發光 磊晶結構204之間設有反射層202，因此原生基板200無須 70全移除，而利用例如濕式蝕刻的方式移除吸光之原生基板 • 200之部分厚度即可。但是，值得注意的一點是，原生基板 200仍可疋全移除。在本示範實施例中，僅移除具有部分厚 度之原生基板20〇a，而留下具有另一部分厚度之原生基板 2〇〇b，如第2C圖所示。留下之原生基板2〇〇b可提供發光 磊晶結構204結構支撐。如第2D圖所示，有了殘留原生基 板200b所提供之結構強度，可不需太大厚度之透明基板 216，如此一來可縮減透明基板216之成長製程的時間。 接著，如第2E圖所示暴露出窗戶層212之一部分表面 φ 218，方法例如可利用微影與蝕刻方式來進行發光磊晶結構 204之圖案定義，而移除部分之原生基板2〇〇b、反射層 以及發光磊晶結構204,直至暴露出窗戶層212之一部分表 面218,以利後續形成之電極能與窗戶層212形成接觸，進 一步可與第二電性半導體層21〇產生電性連接。 完成發光磊晶結構204之圖案定義後，利用例如蒸鍍沉 積等技術’形成第二電極220於窗戶層212之暴露表面218 的一部分上，並形成第一電極222於部分之原生基板2〇仆 上，如第2F圖所示。 12 1326500

然後，可選擇性地先㈣例如沉積方式形成保❹ 224,以覆蓋在原生基板200b上，以及先前經圖案定義後所 暴露出之反射層202側面與發光為晶結構2〇4之側面上。並 :’保護層224之材料可例如為二氧化石夕、氮化矽⑽二 氧化鎂（MgO)、氮化叙（A1N)、環氧樹酿、：氧化欽、氧化 鋅或五氧化二卜接著，即可進行發光二極體之覆晶封裝製 程。先提供子基座230,其中子基座⑽之材㈣佳可選用 高導熱且導電材料’例如矽。再透過導電介質，例如銲球 226與銲球228,將透明基板216連同窗戶層212、發光磊 晶結構204、反射層202與留下之原生基板2〇〇b覆蓋並接 合在子基座230上’其中子基座no透過銲球226與詳球 228而分別與第二電極22〇及第一電極222電性接合，而大 致完成發光二極體232之製作，如第20圖所示。 由上述本發明較佳實施例可知，本發明之一優點就是因 為本發明之發光二極體的透明永久基板係直接成長在窗戶 層之表面上，因此可增強透明永久基板與發光磊晶結構之結 合力。 由上述本發明較佳實施例可知，本發明之另一優點就是 因為本發明之發光二極體之製造方法係直接在窗戶層之表 面上成長透明基板，而非利用晶圓鍵結方式，因此可簡化製 程’更可提高製程良率。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明’任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫 離本發明之精神和範圍内’當可作各種之更動與潤飾，因此 本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 13 1326500

【圖式簡單說明】 第1A圖至第lG 圓係繪示依照本發明一較佳實施例的 一種發先一極體之製程剖面圖。 第2Α圖至第2G圖係繪示依照本發明另一較佳實施例 的一種發光二極體之製程剖面圖。 【主要元件符號說明】

102 :發光為晶結構 106 :主動層 110 :窗戶層 114 :透明基板 118 :第二電極 122 :銲球 126 :子基座 200 :原生基板 2〇〇b :原生基板 204 :發光磊晶結構 208 :主動層 212 :窗戶層 216 :透明基板 220 :第二電極 224 :保護層 228 :銲球 232:發光二極體 10 0 .原生基板 104.第一電性半導體層 108.第二電性半導體層 112 :表面 116 :表面 120 :第一電極 124 :銲球 128 :發光二極體 200a :原生基板 202 :反射層 206 :第一電性半導體層 210 :第二電性半導體層 214 :表面 218 :表面 222 :第一電極 226 :銲球 230 :子基座

Claims (1)

1326500 十、申蠢專利範顧 1. 一種發光二極體’至少包括： 一窗戶層，具有相對之一第一表面與一第二表面； 一發光磊晶結構，設於該窗戶層之該第一表面之一第 一部分，其中該發光磊晶結構至少包括依序堆疊在該窗戶 層之一第二電性半導體層、一主動層以及一第一電性半導 體層，且該第一電性半導體層與該第二電性半導體層具有 不同電性； 一透明基板，直接成長在該窗戶層之該第二表面； 一第二電極，設於該窗戶層之該第一表面之一第二部 分； ° 一第一電極，設於部分之該第一電性半導體層上；以 及 一子基座，其中該子基座透過二導電介質而分別與該 第—電極和該第二電極電性接合。 2. 如申凊專利範圍第1項所述之發光二極體，其中 5發光_極體係一珅化鎵系列（GaAs-based)發光二極體。 3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中 該第一電性半導體層為N型，且該第二電性半導體層為p 型。 4.如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中 15 1326500 該窗戶層之材料為磷化鎵（GaP) β 5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體，其中 該第一電性半導體層之材料為磷化鋁鎵銦（AlGaInP)。 6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體，其中 該第二電性半導體層之材料為磷化鋁鎵銦。 7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中 該透明基板之材料係選自於由二氧化矽（si〇2)、氮化石夕 (SiNx)、氧化鎂（Mg〇)、氮化鋁（A1N)、環氧樹酯、二氧化 鈦（Ti〇2)、氧化鋅（Zn0)以及五氧化二钽（τ&2〇5)所組成之 一族群。 8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中 該透明基板係一旋塗透明基板。 9. 如申請專利範圍第丨項所述之發光二極體，其中 該子基座之材料為石夕。 10. 如申請專利範圍第i項所述之發光二極體，更至 少包括一反射層設於該第一電性半導體層上，且介於該第 一電性半導體層與該第一電極之間。

11·如申請專利範圍第10項所述之發光二極