發光二極體結構及其製造方法
2023-07-30 15:51:06
專利名稱：發光二極體結構及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種發光元件，且特別是涉及一種發光二極體(LED)結構及其製造方法。
背景技術：
目前，在製作垂直結構的氮化鎵系列(GaN-based)發光二極體時，通常在發光外延結構成長於外延成長基板(Epitaxial Growth Substrate)上之後，利用雷射剝離(Laser Lift-off)技術，來去除此成長基板。成長基板目前一般採用由氧化鋁(Al2O3)所組成的藍
寶石基板。然而，由於氧化鋁與氮化鎵系列材料之間具有很大的晶格不匹配，因此利用雷射剝離去除成長基板時，會產生相當大的應力。而且，發光外延結構更可能會吸收雷射的能量。如此一來，發光外延結構會因此而受到損害，而造成發光二極體元件的發光效能與可靠度、以及製作工藝合格率大幅下降。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種發光二極體結構的製造方法，其僅去除部分的外延成長基板。如此一來，可大幅降低外延成長基板移除時所產生的應力，故可有效降低外延成長基板移除時對外延結構所造成的損傷。本發明的另一目的在於提供一種發光二極體結構的製造方法，其中雷射僅接觸小部分的外延結構或者蝕刻材料層，可大幅減輕對外延結構所造成的損害，因此可提高製作工藝合格率。本發明的又一目的在於提供一種發光二極體結構，具有優異的發光效能與高可靠度。根據本發明的上述目的，提出一種發光二極體結構，包含ρ型電極、接合基板、ρ型半導體層、發光層、η型半導體層、外延成長基板及η型電極。接合基板設於P型電極上。P 型半導體層設於接合基板上。發光層設於P型半導體層上。η型半導體層設於發光層上。 外延成長基板設於η型半導體層上，其中外延成長基板包含一開口貫穿外延成長基板。η型電極設於開口中，且與η型半導體層電連接。依據本發明的一實施例，上述的金屬層包含一第一部分與二第二部分，且這些第二部分分別 接合在第一部分的相對二側上，而形成一類U字型結構。根據本發明的上述目的，另提出一種發光二極體結構的製造方法，包含提供一外延成長基板，其中外延成長基板的一表面依序覆蓋有η型半導體層、發光層與ρ型半導體層；接合一接合基板的第一表面與P型半導體層，接合基板更包含第二表面相對於第一表面；形成一通道貫穿外延成長基板，以暴露出η型半導體層的至少一部分；進行一蝕刻步驟，利用一蝕刻劑經由通道而蝕刻η型半導體層，使得外延成長基板的一部分懸突於η型半導體層上；移除至少部分的外延成長基板的懸突的部分，而在外延成長基板中形成一開口，此開口暴露出部分的η型半導體層；形成一η型電極在η型半導體層的暴露部分上；以及形成一 P型電極在接合基板的第二表面上。依據本發明的一實施例，上述形成通道的步驟以及移除外延成長基板的懸突部分的步驟可利用雷射，且上述的蝕刻步驟可為溼蝕刻步驟。根據本發明的上述目的，又提出一種發光二極體結構的製造方法，包含提供一外延成長基板，其中外延成長基板的一表面依序覆蓋有η型半導體層、發光層與ρ型半導體層；進行一 圖案化步驟，以移除部分的P型半導體層與部分的發光層，直至至少暴露出部分的η型半導體層，而形成一第一開口 ；形成一金屬層在第一開口的底面上，其中金屬層與η 型半導體層電連接，且外延成長基板的表面與金屬層之間設有一蝕刻材料層；形成一絕緣層填充第一開口 ；接合一接合基板的第一表面與P型半導體層，接合基板更包含第二表面相對於第一表面；形成一通道貫穿外延成長基板，以暴露出蝕刻材料層的至少一部分；進行一蝕刻步驟，利用一蝕刻劑經由通道而蝕刻前述的蝕刻材料層，使得外延成長基板的一部分懸突於金屬層上；移除至少部分的外延成長基板的懸突的部分，而在外延成長基板中形成一第二開口，第二開口暴露出部分的金屬層；形成一 η型電極在金屬層的暴露部分上； 以及形成一 P型電極在接合基板的第二表面上。依據本發明的一實施例，上述的金屬層包含一第一部分、與二第二部分從第一部分的相對二側延伸至外延成長基板中。
為讓本發明的上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下圖IA至圖IF為依照本發明的一實施方式的一種發光二極體結構的製作工藝剖視圖；圖2Α至圖2F為依照本發明的另一實施方式的一種發光二極體結構的製作工藝剖視圖。主要元件符號說明100:外延成長基板102 表面104:表面106 :η型半導體層108:發光層110 :ρ型半導體層112 :ρ型接觸層114:反射層116:接合層118:接合基板120 表面122 表面124 通道126 懸突部128 雷射130 部分132:開口134 :η 型電極136 :ρ型電極138 發光二極體結構140:寬度142:寬度144:開口146:蝕刻材料層148 金屬層150 第一部分
152 第二部分154 絕緣層156:懸突部158:雷射160:開口162 部分164 發光二極體結構166 底面168:寬度
具體實施方式
請參照圖IA至圖1F，其為依照本發明的一實施方式的一種發光二極體結構的製作工藝剖視圖。製作發光二極體結構時，先提供外延成長基板100。外延成長基板100具有相對的表面102與104。外延成長基板100的材料可例如為氧化鋁。在一實施例中，外延成長基板100可為由氧化鋁所組成的藍寶石基板。接著，利用例如外延成長方式，依序在外延成長基板100的表面102上覆蓋η型半導體層106、發光層108與ρ型半導體層110。在一實施例中，η型半導體層106、發光層108與ρ型半導體層110的材料可例如為氮化鎵系列 (GaN-based)材料，例如氮化銦鋁鎵(InAlGaN)。此外，發光層108可例如包含多重量子井 (Multi-quantum Well ；MQff)結構。接著，可選擇性地形成ρ型接觸層112覆蓋在ρ型半導體層110上。ρ型接觸層 112可與ρ型半導體層110形成歐姆接觸。ρ型接觸層112可為單層結構或多層結構。在一實施例中，P型接觸層112的材料為鎳/金(Ni/Au)、鎳/銀(Ni/Ag)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋅鎵(GZO)、氧化鋅鋁(AZO)或氧化銦(In2O3)。此外，可依產品需求，而選擇性地形成反射層114覆蓋在ρ型接觸層112上，以反射發光層108所發出之光。反射層 114的材料可包含高反射率金屬，例如鋁、銀或鉬。另外，更可根據製作工藝需求，而選擇性地形成接合層116，以利接合ρ型半導體層110上的反射層114與接合基板118。接合層116可先形成在ρ型半導體層110上方的反射層114上。或者，可先形成在接合基板118的表面120上。接合層116可為單層或多層的金屬結構。接著，如圖IA所示，可通過接合層116，而將接合基板118的表面120接合在P型半導體層上方的反射層114上。接合基板118更具有另一表面122，其中表面122與 120分別位於接合基板118的相對二側。接合基板118的材料可例如為高導熱的金屬、半導體材料或金屬半導體複合材料。在一實施例中，接合基板118的材料可例如包含矽、鉬、銅、 鎳、鋁、銅鎢合金、或上述材料的任意組合。在一些實施例中，完成接合基板118與ρ型半導體層110的接合製作工藝後，可依產品需求，而選擇性地對外延成長基板100的表面104進行研磨，以消減外延成長基板100 的厚度。在一實施例中，經研磨後的外延成長基板100的厚度可例如介於1微米至300微米之間。為便於後續製作工藝說明，圖IB至圖IF為圖IA上下翻轉的示意圖。接下來，如圖IB所示，利用例如雷射，從外延成長基板100的表面104劃穿局部的外延成長基板100， 而在外延成長基板100中形成貫穿外延成長基板100的通道124。在本實施方式中，通道 124暴露出η型半導體層106的一部分。在一實施例中，通道124的寬度140可例如介於1 微米至50微米之間。在圖IB所示的實施例中，通道124並未延伸至η型半導體層106中。 在另一實施例中，通道124可延伸至η型半導體層106中。
接著，進行蝕刻步驟，以使蝕刻劑經由通道124來蝕刻η型半導體層106。在一實施例中，此蝕刻步驟可例如採溼蝕刻方式，蝕刻劑進入通道124，而對η型半導體層106的暴露部分進行蝕刻。蝕刻劑可沿著外延成長基板100與η型半導體層106的界面，而由通道124的底面朝通道124外側橫向蝕刻而移除部分的η型半導體層。經此蝕刻步驟，鄰近於通道124的外延成長基板100部分懸突於η型半導體層106上，而形成懸突部126，如圖 IC所示。在一實施例中，蝕刻劑可例如包含硫酸(H2SO4)與磷酸(H3PO4)的組合物、氫氧化鉀(KOH)、或氫氧化鈉(NaOH)。接下來，如圖ID所示，可利用例如雷射128，劃斷外延成長基板100的懸突部126， 而移除外延成長基板100的懸突部126，以在外延成長基板100中形成開口 132。在圖ID 所示的實施例中，外延成長基板100的懸突部126遭完全移除。在另一實施例中，外延成長基板100的懸突部126並未完全移除，而可有部分懸突於開口 132中。
外延成長基板100的懸突部126遭移除後，所形成的開口 132暴露出η型半導體層106的一部分130，如圖IE所示。η型半導體層106所暴露出的部分130的寬度142可例如大於30微米。接著，可依產品需求，而選擇性地從接合基板118的表面122研磨接合基板118，以降低接合基板118的厚度。然後，如圖IF所示，利用例如蒸鍍方式，形成η型電極134與ρ 型電極136，而完成發光二極體結構138的製作。在一實施例中，η型電極134可僅設置在 η型半導體層106的暴露部分130上，如圖IF所示。在另一實施例中，η型電極134可部分位於η型半導體層106的暴露部分130上，另一部分位於外延成長基板100的表面104上。 η型電極134與η型半導體層106電連接，且較佳可呈歐姆接觸。ρ型電極136則覆蓋在接合基板118的表面122上。ρ型電極與接合基板118電連接，且較佳可呈歐姆接觸。ρ型電極136可例如包含共金金屬層(eutectic layer)，且此共金金屬層的材料可例如為金錫合金(AuSn)、銀錫合金(AgSn)、金錫銅合金(AuSnCu)或銀錫銅合金(AgSnCu)。請參照圖2A至圖2F，其為依照本發明的另一實施方式的一種發光二極體結構的製作工藝剖視圖。在本實施方式中，與上述圖IA至圖IF所示的實施方式相同的標號代表相同特徵。製作發光二極體結構時，先提供外延成長基板100。接著，利用例如外延成長方式，而形成包含依序覆蓋在外延成長基板100的表面102上的η型半導體層106、發光層108 與P型半導體層110的發光外延結構。接著，圖案化發光外延結構，以移除部分的P型半導體層110與部分的發光層108， 直至至少暴露出部分的η型半導體層106，而在發光外延結構中形成開口 144。在一實施例中，此圖案化步驟所形成的開口 110的底面166暴露出部分的η型半導體層106。因此，請參照圖2Α，外延成長基板100的表面102上的蝕刻材料層146為η型半導體層106的一部分。在另一實施例中，此圖案化步驟可移除部分的η型半導體層106，而使開口 144暴露出外延成長基板100的表面102。因此，完成此圖案化步驟後，可利用例如沉積方式，另外形成蝕刻材料層146覆蓋在外延成長基板100的表面102的暴露部分上。蝕刻材料層146 的材料可例如為二氧化矽、氮化矽、二氧化鈦或氧化鋁。在一實施例中，開口 110的底面166 為蝕刻材料層146的頂面。接著，利用光刻、蝕刻與沉積等技術，形成金屬層148，其中此金屬層148至少位於開口 144的底面166上。因此，蝕刻材料層146介於金屬層148與外延成長基板100的表面102之間。此外，金屬層148與η型半導體層106接合而呈電連接。請參照圖2Α，在一實施例中，金屬層148包含第一部分150與二第二部分152，其中這兩個第二部分152接合在第一部分150的相對二側，且自第一部分150穿過η型半導體層106與蝕刻材料層146之間而延伸至外延成長基板100的表面102。因此，金屬層148呈一類U字型結構。在一實施例中，第二部分152與外延成長基板100的表面102接觸。在另一實施例中，第二部分152 一直延伸至外延成長基板100中，因而每個第二部分152的一端嵌設在外延成長基板100 中。接 下來，利用例如沉積方式，形成絕緣層154覆蓋在金屬層148與開口 144的底面 166上，並填滿開口 144，以電性隔離金屬層148及ρ型半導體層110。絕緣層154可為單層結構或多層堆疊結構。在一實施例中，絕緣層154的材料可例如為二氧化矽、氮化矽、二氧化鈦、氧化鋁或氮化鈦。在一實施例中，可選擇性地形成ρ型接觸層112覆蓋在ρ型半導體層110與絕緣層154上。ρ型接觸層112可與ρ型半導體層110形成歐姆接觸。依產品需求，可選擇性地形成反射層114覆蓋在ρ型接觸層112上，以反射發光層108所發出的光。另外，根據製作工藝需求，可選擇性地形成接合層116，以利接合反射層114與接合基板118。在一實施例中，接合層116可先形成在ρ型半導體層110上方的反射層114上。在另一實施例中，接合層116可先形成在接合基板118的表面120上。接下來，如圖2Α所示，可通過接合層116， 而將接合基板118的表面120接合在ρ型半導體層上方的反射層114上。接合基板118具有與表面120相對的另一表面122。在一些實施例中，完成接合基板118與ρ型半導體層110的接合製作工藝後，同樣可依產品需求，而選擇性地對外延成長基板100的表面104進行研磨，以消減外延成長基板 100的厚度。經研磨後的外延成長基板100的厚度可例如介於1微米至300微米之間。為便於後續製作工藝說明，圖2Β至圖2F為圖2Α上下翻轉的示意圖。接著，如圖 2Β所示，利用例如雷射，從外延成長基板100的表面104劃穿外延成長基板100，而在外延成長基板100中形成貫穿外延成長基板100的通道124，並暴露出蝕刻材料層146的一部分。在一實施例中，通道124並未延伸進入蝕刻材料層146中，如圖2Β所示。在另一實施例中，通道124可延伸進入蝕刻材料層146中。隨後，利用例如溼蝕刻技術，以使蝕刻劑經由通道124來蝕刻蝕刻材料層146。蝕刻劑由通道124的底面朝通道124外側橫向蝕刻而移除蝕刻材料層146。在本實施方式中， 此蝕刻步驟可利用金屬層148的第一部分150作為縱向蝕刻方向的終點結構，且可利用金屬層148的第二部分152作為橫向蝕刻方向的終點結構，以利準確控制蝕刻終點。完成此蝕刻步驟後，鄰近於通道124的外延成長基板100包含懸突部156懸突於金屬層148上，如圖2C所示。在一實施例中，蝕刻劑可例如包含硫酸與磷酸的組合物、氫氧化鉀、氫氧化鈉、 緩衝氧化物蝕刻劑(Buffered Oxide Etcher ；B0E)或氟化氫(HF)。接著，如圖2D所示，可利用例如雷射158，劃斷外延成長基板100的懸突部156，用於移除外延成長基板100的懸突部156，而在外延成長基板100中形成開口 160。在圖2D所示的實施例中，外延成長基板100的懸突部156並未遭完全移除，而有部分懸突於開口 160 中。在另一實施例中，可完全移除外延成長基板100的懸突部156。
如圖2E所示，移除外延成長基板100的懸突部156後，在外延成長基板100中所形成的開口 132暴露出金屬層148的一部分162。金屬層148所暴露出的部分162的寬度 168可例如大於30微米此時，可依產品需求，而選擇性地從接合基板118的表面122研磨接合基板118， 以縮減接合基板118的厚度。接下來，如圖2F所示，利用例如蒸鍍方式，形成η型電極134 與P型電極136，而完成發光二極體結構164的製作。在一實施例中，η型電極134可僅設置在金屬層148的暴露部分162上，如圖2F所示。在另一實施例中，η型電極134可部分位於金屬層148的暴露部分162上，另一部分則位於外延成長基板100的表面104上。ρ型電極136則覆蓋在接合基板118的表面122上。η型電極134與η型半導體層106電連接， P型電極與接合基板118電連接。η型電極134與η型半導體層106較佳可呈歐姆接觸，ρ 型電極與接合基板118較佳可呈歐姆接觸。由上述本發明實施方式可知，本發明的一優點就是因為本發明的發光二極體結構的製造方法僅去除部分的外延成長基板。因此，可大幅降低外延成長基板移除時所產生的應力，故可有效降低外延成長基板移除時對外延結構所造成的損傷。由上述本發明實施方式可知，本發明的另一優點為本發明的發光二極體結構的製造方法的雷射僅接觸小部分的外延結構或者蝕刻材料層，可大幅減輕對外延結構所造成的損害，因此可提高製作工藝合格率。由上述本發明實施方式可知，本發明的又一優點就是因為本發明的發光二極體結構受到雷射接觸的部分外延層或蝕刻材料層，均於隨後的蝕刻步驟去除，而可消除因外延結構損傷而影響發光效能。因此，本發明的發光二極體結構具有優異的發光效能與高可靠度。雖然結合以上實施例揭露了本發明，然而其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中熟悉此技術者，在不脫離本發明的精神和範圍內，可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍應以附上的權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種發光二極體結構，包含 P型電極；接合基板，設於該ρ型電極上； P型半導體層，設於該接合基板上； 發光層，設於該P型半導體層上； η型半導體層，設於該發光層上；外延成長基板，設於該η型半導體層上，其中該外延成長基板包含一開口貫穿該外延成長基板；以及η型電極，設於該開口中，且與該η型半導體層電連接。
2.如權利要求1所述的發光二極體結構，還包含接合層，其接合在該接合基板與該P型半導體層之間。
3.如權利要求1所述的發光二極體結構，還包含反射層，其介於該接合基板與該P型半導體層之間。
4.如權利要求1所述的發光二極體結構，還包含ρ型接觸層，其介於該接合基板與該ρ 型半導體層之間。
5.如權利要求1所述的發光二極體結構，其中該外延成長基板還包含懸突部，其突設於該開口中。
6.如權利要求1所述的發光二極體結構，其中該開口暴露出該η型半導體層的一部分， 且該η型電極設於該η型半導體層的該部分上。
7.如權利要求1所述的發光二極體結構，還包含 絕緣層，位於該開口的下方的該接合基板上；以及金屬層，位於該絕緣層上，其中該開口暴露出該金屬層。
8.如權利要求7所述的發光二極體結構，其中該η型電極設於該金屬層上。
9.一種發光二極體結構的製造方法，包含提供一外延成長基板，其中該外延成長基板的一表面依序覆蓋有η型半導體層、發光層與P型半導體層；接合一接合基板的第一表面與該P型半導體層，該接合基板還包含第二表面相對於該第一表面；形成一通道貫穿該外延成長基板，以暴露出該η型半導體層的至少一部分； 進行一蝕刻步驟，利用一蝕刻劑經由該通道而蝕刻該η型半導體層的該部分，使得該外延成長基板的一部分懸突於該η型半導體層上；移除至少部分的該外延成長基板的懸突的該部分，而在該外延成長基板中形成一開口，該開口暴露出部分的該η型半導體層；形成一 η型電極在該η型半導體層暴露的該部分上；以及形成一 P型電極在該接合基板的該第二表面上。
10.一種發光二極體結構的製造方法，包含提供一外延成長基板，其中該外延成長基板的一表面依序覆蓋有η型半導體層、發光層與P型半導體層；進行一圖案化步驟，以移除部分的該P型半導體層與部分的該發光層，直至至少暴露出部分 的該η型半導體層，而形成一第一開口 ；形成一金屬層在該第一開口的一底面上，其中該金屬層與該η型半導體層電連接，且該外延成長基板的該表面與該金屬層之間設有一蝕刻材料層； 形成一絕緣層填充該第一開口；接合一接合基板的第一表面與該P型半導體層，該接合基板還包含第二表面相對於該第一表面；形成一通道貫穿該外延成長基板，以暴露出該蝕刻材料層的至少一部分； 進行一蝕刻步驟，利用一蝕刻劑經由該通道而蝕刻該蝕刻材料層，使得該外延成長基板的一部分懸突於該金屬層上；移除至少部分的該外延成長基板的懸突的該部分，而在該外延成長基板中形成一第二開口，該第二開口暴露出部分的該金屬層；形成一η型電極在該金屬層暴露的該部分上；以及形成一 P型電極在該接合基板的該第二表面上。
全文摘要
本發明公開一種發光二極體結構及其製造方法。此發光二極體結構包含p型電極、接合基板、p型半導體層、發光層、n型半導體層、外延成長基板及n型電極。接合基板設於p型電極上。p型半導體層設於接合基板上。發光層設於p型半導體層上。n型半導體層設於發光層上。外延成長基板設於n型半導體層上，其中外延成長基板包含一開口貫穿外延成長基板。n型電極設於開口中，且與n型半導體層電連接。
文檔編號H01L33/20GK102201511SQ201010144359
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月22日 優先權日2010年3月22日
發明者餘國輝, 盧宗宏, 朱長信 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