专利名称：发光二极管及其形成方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管(light emitting diode)及其制造方法，特别是 涉及一种可提高光输出强度的发光二极管及其制造方法。
背景技术：
发光二极管(Light Emitting Diode; LED)因具有生产成本低、结构简单、 低耗电、体积小以及安装容易的优势，已逐渐地取代一般光源，而被广泛地 应用在各个领域。
图1为一种已知焊线式(wirebond)封装的发光二极管IOO的剖面示意图。 发光二极管100包含基板110、 N型半导体层120、发光层130、 P型半导体 层125、以及电极140及145，其中电极140及145分别接触N型半导体层 120及P型半导体层125。发光二极管IOO位于封装基底160上，其中两条 导线分别从发光二极管100的电极140及145连接到封装基底160上的导电 区150及155。
参考图1,发光二极管100包含发光区A(即包含发光层130的区域)及 非发光区B(即不包含发光层130的区域)。然而，在发光区A中，电极145 将遮住部分发光层130所产生的光，而造成发光二极管IOO的光输出强度降低。
图2为 一种已知倒装芯片式(flip chip)封装的发光二极管200的剖面示意 图。发光二极管200包含透明基板210、 N型半导体层220、发光层230、 P 型半导体层225、以及电极240及245，其中电极240及245分别接触N型 半导体层220及P型半导体层225。发光二极管200利用焊料(solder)270直 接与封装基底260上的导电区250及255连接，而不需要管芯粘结(Die Bonding)与金属拉线(Wire Bonding)等过程。
参考图2，在发光区A中，由于倒装芯片式发光二极管200的发光在向 上输出时，不会受到电极245的遮挡，因此相较于图1的焊线式发光二极管 100，倒装芯片式发光二极管200具有优选的发光特性。然而，倒装芯片式发光二极管200仍存在非发光区B, —般而言，非发光区B约占整个管芯大 小的百分之二十到百分之三十，因此仍将限制发光二极管光输出强度的提 升。
因此，有必要提供一种可更进一步改善发光二极管的发光亮度的结构与 方法。
发明内容
鉴于先前技术所存在的问题，本发明提供了一种可提高光输出强度的发 光二极管及其制造方法。
本发明的一方面在于提供一种发光二极管，其包含基板、第一半导体层、 发光层、第二半导体层、多个介层孔、第一金属层、第二金属层及图案化钝 化层，其中基板包含第一区及第二区。第一半导体层于基板上、发光层于第 一半导体层上、且第二半导体层于发光层上。多个介层孔于第一区之上，且 贯穿第二半导体层及发光层而暴露部分的第一半导体层。第一金属层于第一
区之上，且透过多个介层孔而与第一半导体层电性接触。第二金属层于第二 区之上，其与第二半导体层电性接触且与第一金属层电性绝缘。图案化钝化 层夹设于第二半导体层与第 一金属层之间，用以使第 一金属层分别与第二半 导体层及发光层电性隔离。
本发明的另一方面在于提供一种发光二极管，其包含基板、第一半导体 层、发光层、第二半导体层、多个介层孔、图案化钝化层、第一金属层及第 二金属层，其中基板包含第一区及第二区。第一半导体层于基板上、发光层 于第一半导体层上、且第二半导体层于发光层上。多个介层孔于第一区之上， 且贯穿第二半导体层及发光层而暴露部分的第一半导体层。图案化钝化层于 第二半导体层之上，其于第一区之上覆盖所有的第二金属层与发光层，且于 第二区之上覆盖部分的第二半导体层。第一金属层于第一区之上，且透过多 个介层孔而与第一半导体层电性接触。第二金属层于第二区之上，与第二半 导体层电性接触且与第一金属层电性绝缘。
本发明的另 一方面在于提供一种形成发光二极管的方法，其包含以下步 骤提供基板，其包含第一区及第二区；形成第一半导体层于基板上；形成 发光层于第一半导体层上；形成第二半导体层于发 层上；形成多个介层孔 于第一区之上，多个介层孔贯穿第二半导体层及发光层而暴露部分的第 一半导体层；形成图案化钝化层于第二半导体层之上，其中图案化钝化层于第一
区之上覆盖所有的第二金属层与发光层，且于第二区之上覆盖部分的第二半
导体层；形成第一金属层于第一区之上，使第一金属层透过多个介层孔而与
第一半导体层电性接触；以及形成第二金属层于第二区之上，使第二金属层
与第二半导体层电性接触且与第 一金属层电性绝缘。
本发明的其他方面，部分将在后续说明中陈述，而部分可由说明中轻易 得知，或可由本发明的实施而得知。本发明的各方面将可利用权利要求中所 特别指出的元件及组合而理解并达成。需了解，先述的一般说明及下列详细 说明均仅作举例之用，并非用以限制本发明。
图1为一种已知焊线式封装的发光二极管的剖面示意图2为一种已知倒装芯片式封装的发光二极管的剖面示意图3A至图3E揭示根据本发明方法以制造发光二极管的流程剖面以及
图4A及4B为根据本发明实施例所绘示的在不同工艺阶段的发光二极 管的立体示意图。
附图标记说明
100发光二极管
110基板
120N型半导体层
125P型半导体层
130发光层
140、 145电极
150、 155导电区
160封装基底
200发光二极管
210基板
220N型半导体层
225P型半导体层
230发光层
7240、245电极
250、255导电区
260封装基底
270焊料
310基板
320第一半导体层
325第二半导体层
330发光层
335介层孔
340、342外导电凸块
344、346表面金属层
350、352导电区域
360基座
380图案化钝化层
385保护层
390、392延伸接点
394、396内导电凸块
410基板
420N型半导体层
425P型半导体层
440、442外导电凸块
480钝化层
485保护层
490延伸接点
492延伸接点
494、496内导电凸块
具体实施例方式
本发明披露一种发光二极管及其形成方法，用以提高发光二极管的发光
效率。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图3A 至图4B的附图。然而以下实施例中所述的装置、元件及方法步骤，仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。应注意，为清楚呈现本发明，所 附图中的各元件并非按照实物的比例绘制，而且为避免模糊本发明的内容， 以下说明亦省略已知的零部件、相关材料、及其相关处理技术。
于本发明的方法中建立在基底上的各层物质，可以经由本领域的 一般技
术人员所熟知的方法来^丸行，例如沉积法(deposition)，化学气相沉积法 (chemical vapor deposition)或原子层沉积法(atomic layer deposition (ALD))。
图3A至图3E揭示根据本发明方法以制造发光二极管的流程剖面图。 参考图3A，在本发明的一实施例中，提供基板310,其包含第一区I及第二 区II。接着在基板310上形成第一半导体层320、发光层330、及第二半导 体层325，其中半导体层320与325为不同掺杂型。在一实施例中，第一半 导体层320为N型半导体层，第二半导体层325为P型半导体层。
一般来说，基板310例如可为玻璃基板、蓝宝石基板、SiC基板、磷化 镓(GaP)基板、磷化砷镓(GaAsP)基板、硒化锌(ZnSe)基板、硫化锌(ZnS)基板、 或硫硒化锌(ZnSSe)基板。发光层330可为磷化铝镓铟(AlGalnP)、氮化铟镓 (InGaN)或砷化铝镓(AlGaAs)的其中之一 ，而其结构可以是采用传统的同质 结构(Homostructure)、单异质结构(Single Heterostructure)、双异质结构(Double Heterostructure (DH》、或是多重量子阱(Multiple Quantum Well (MQW))。
接着，如图3B所示，利用光刻蚀刻技术将部分的第二半导体层及 发光层330除去，以在第一区I上方形成多个暴露出第一半导体层320的介 层孔335。蚀刻第二半导体层325及发光层330的方法例如可为反应性离子 蚀刻(RIE)等干式蚀刻法，然不在此限。 一般来说，介层孔335的直径为约3 鋒至约10,。
然后，参考图3C，在基板310上形成图案化钝化层380,其在第一区I 上覆盖全部的第二半导体层325及发光层330,并在第二区II上覆盖部分的 第二半导体层325。需注意的是，在第一区I上，多个介层孔335仍暴露出 第一半导体层320。图案化钝化层380的材料包含氧化铝(八1203)、 二氧化硅 (Si02)、氮化硅(SiNJ、旋涂玻璃、硅树脂、BCB树脂、环氧树脂、聚亚酰 胺、或上述的组合。图案化钝化层380的形成方法包含使用传统的光刻、蚀 刻等工艺。举例来说，先以已知的半导体沉积方法，全面性地沉积钝化层， 接着涂布光致抗蚀剂层于此钝化层上，再利用曝光显影等图案转移技术图案 化光致抗蚀剂层而定义出所欲暴露的第一及第二半导体层320、 325的位置，再以此图案化光致抗蚀剂层为掩模，蚀刻钝化层而得到图3C所示结构。
接着，参考图3D，在第一区I及第二区II上分别形成延伸接点390及 392，其分别接触第一半导体层320及第二半导体层325,用以延伸扩大对外 的接触面积。接着，分别形成内导电凸块394及396于延伸接点390及392 上，延伸接点390、 392的材料可为任何导电性良好的金属。接着，形成保 护层385于基板310之上，以覆盖图案化钝化层380、延伸接点390、 392 及内导电凸块394、 396，其中保护层385的材料可为环氧树脂、聚亚酰胺、 苯并环丁烷、液晶高分子、或任何其他合适的介电材料。需注意的是，内导 电凸块394及396的上表面仍暴露在外。举例来说，可先以已知的半导体沉 积方法沉积保护层385以全面覆盖基板310上所有元件，接着再以例如化学 机械抛光(CMP)等平坦化工艺，蚀刻保护层385的表面至暴露出内导电凸块 394及396的上表面。
继续参考图3D,外导电凸块340及342分别形成于内导电凸块394及 396上方。外导电凸块340及342用以电性连接至封装基底上。内导电凸块 394及396及外导电凸块340及342可为金属颗粒与高分子化合物的复合材 料所组成。外导电凸块340及342可再分别覆盖表面金属层344及346,表 面金属层344及346的材料可为镍、金、或其组合，或任何其他可用以帮助 与其他装置电性接合的材料。
接着，参考图3E，将图3D中的结构反转，再通过接合物(如锡铅凸块 (solder bump))将外导电凸块340及342分别与基座360上的导电区域350及 352接合，即得到图3E中的倒装芯片型发光二极管结构。外导电凸块340 及342与基座360的接合方式为已知的倒装芯片接合方式，故不赘述。
图4A及4B为根据本发明一实施例所绘示的在不同工艺阶段的发光二 极管的立体示意图。参考图4A,在基板410上依序形成N型半导体层420、 发光层(图未示)、P型半导体层425、及钝化层480，其中部分的N型半导体 层420及部份的P型半导体层425暴露于基板410上的不同区域，如图3C-3E 所示。接着，形成分别接触N型半导体层420及P型半导体层425的延伸接 点490及492，以及分別接触延伸接点490及492的内导电凸块494及496。
接着，参考图4B，形成保护层485于基板410之上，其覆盖钝化层480 及延伸接点490及492，并环绕内导电凸块494及496。然后，分别形成外型半导体层420及P型半导体层425。最后，可将图4B中的结构反转，再 以已知倒装芯片接合方式形成倒装芯片型发光二极管结构，如前所述。
相较于已知的发光二极管结构(如图2所示结构)，本发明所提供的倒装 芯片式发光二极管结构通过形成多个微小的介层孔至N型半导体层，而能够 在保留了绝大部分发光层的情况下达成与N型半导体层的电性接触。因此， 本发明的发光二极管结构并不具有非发光区，因而可大幅提升发光二极管的 光输出强度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的权利要 求；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等同改变或修饰，均应包 含在权利要求内。
权利要求
1.一种发光二极管，包含基板，包含第一区及第二区；于该基板上的第一半导体层；于该第一半导体层上的发光层；于该发光层上的第二半导体层；于该第一区之上的多个介层孔，该多个介层孔贯穿该第二半导体层及该发光层而暴露部分的该第一半导体层；于该第一区之上的第一金属层，透过该多个介层孔而与该第一半导体层电性接触；以及于该第二区之上的第二金属层，与该第二半导体层电性接触且与该第一金属层电性绝缘；以及图案化钝化层，夹设于该第二半导体层与该第一金属层之间，用以使该第一金属层分别与该第二半导体层及该发光层电性隔离。
2. 如权利要求1所述的发光二极管，其中该图案化钝化层于该第一区中 完全覆盖该第二半导体层同时暴露部分的该第一半导体层，以及该图案化钝 化层于该第二区中覆盖部分的该第二半导体层同时暴露部分的该第二半导 体层。
3. 如权利要求1所述的发光二极管，其中该图案化钝化层的材料包含氧 化铝、二氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃、硅树脂、BCB树脂、环氧树脂、聚亚 酰胺、或上述的组合。
4. 如权利要求1所述的发光二极管，其中该多个介层孔每一个具有约3 jum至约10|im的直径。
5. 如权利要求1所述的发光二极管，其中该基板为透明基板，且其材料 包含蓝宝石、玻璃、磷化镓、碳化硅、磷化砷镓、硒化锌、硫化锌、或硫硒 化锌。
6. 如权利要求1所述的发光二极管，其中该第一半导体层为N型掺杂半 导体层，且该第二半导体层为P型掺杂半导体层。
7. —种发光二极管，包含 基板，包含第一区及第二区；于该基板上的第 一半导体层； 于该第一半导体层上的发光层；于该发光层上的第二半导体层；于该第一区之上的多个介层孔，该多个介层孔贯穿该第二半导体层及该发光层而暴露部分的该第一半导体层；于该第二半导体层之上的图案化钝化层，该图案化钝化层于该第一 区之 上覆盖所有的该第二金属层与该发光层，且于该第二区之上覆盖部分的该第 二半导体层；于该第一区之上的第一金属层，透过该多个介层孔而与该第一半导体层 电性接触；以及于该第二区之上的第二金属层，与该第二半导体层电性接触且与该第一 金属层电性绝缘。
8. 如权利要求7所述的发光二极管，其中该图案化钝化层的材料包含氧 化铝、二氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃、硅树脂、BCB树脂、环氧树脂、聚亚 酰胺、或上述的组合。
9. 如权利要求7所述的发光二极管，其中该多个介层孔每一个具有约3 iam至约10 |im的直4圣。
10. 如权利要求7所述的发光二极管，其中该基板为透明基板，且其材 料包含蓝宝石、玻璃、磷化镓、碳化硅、磷化砷镓、竭化锌、硫化锌、或硫 硒化锌。
11. 如权利要求7所述的发光二极管，其中该第一半导体层为N型掺杂 半导体层，且该第二半导体层为P型掺杂半导体层。
12. —种形成发光二极管的方法，包含以下步骤 提供基板，其包含第一区及第二区； 形成第一半导体层于该基^1上； 形成发光层于该第一半导体层上； 形成第二半导体层于该发光层上；形成多个介层孔于该第一区之上，该多个介层孔贯穿该第二半导体层及 该发光层而暴露部分的该第一半导体层；形成图案化钝化层于该第二半导体层之上，其中该图案化钝化层于该第 一区之上覆盖所有的该第二金属层与该发光层，且于该第二区之上覆盖部分的该第二半导体层；形成第 一金属层于该第 一 区之上，使该第 一金属层透过该多个介层孔而 与该第一半导体层电性接触；以及 .形成第二金属层于该第二区之上，使该第二金属层与该第二半导体层电 性接触且与该第 一金属层电性绝缘。
13.如权利要求12所述的形成发光二极管的方法，其中形成该图案化钝 化层的步骤包含全面性沉积钝化层于该第二半导体层之上，且覆盖该多个介层孔的侧壁；形成图案化光致抗蚀剂层于该钝化层之上，该图案化光致抗蚀剂层定义多个开口；以及以该图案化光致抗蚀剂层为掩模，蚀刻该钝化层，以于该第一区之上暴 露部分的该第一半导体层，且于该第二区之上暴露部分的该第二半导体层。
14.如权利要求12所述的形成发光二极管的方法，其中该图案化钝化层 使用以下材料而形成氧化铝、二氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃、硅树脂、BCB 树脂、-环氧树脂、聚亚酰胺、或上述的组合。
15. 如权利要求12所述的形成发光二极管的方法，其中形成多个介层孔 的步骤包含形成直径为约3jum至约10jam的多个介层孔。
16. 如权利要求12所述的形成发光二极管的方法，其中该基板使用以下 材料而形成蓝宝石、玻璃、磷化镓、碳化硅、磷化砷^l家、硒化锌、硫化锌、 或硫硒化。
17. 如权利要求12所述的形成发光二极管的方法，其中形成该第一半导 体层的该步骤为形成N型掺杂半导体层，且形成该第二半导体层的该步骤为 形成P型掺杂半导体层。
全文摘要
本发明提供一种发光二极管及其制造方法。此发光二极管包含基板、第一半导体层、发光层及第二半导体层，其中基板包含第一区及第二区。此发光二极管还包含多个介层孔、第一金属层、第二金属层、及夹设于第二半导体层与第一金属层之间的图案化钝化层。其中，多个介层孔位于第一区之上，且贯穿第二半导体层及发光层而暴露部分的第一半导体层。第一金属层于第一区之上，且透过该多个介层孔而与第一半导体层电性接触。第二金属层于第二区之上，与第二半导体层电性接触且与第一金属层电性绝缘。图案化钝化层用以使第一金属层分别与第二半导体层与发光层电性隔离。
文档编号H01L33/00GK101635323SQ20081013372
公开日2010年1月27日 申请日期2008年7月25日 优先权日2008年7月25日
发明者黄禄珍 申请人:相丰科技股份有限公司