发光二极管元件及其制造方法

专利名称：发光二极管元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光元件，且特别是涉及一种发光二极管(LED)元件及其制造方法。
背景技术：
请参照图IA与图1B，其为分别绘示一种传统垂直式发光二极管结构的俯视示意图、以及沿着图IA的A-B剖面线所获得的剖面示意图。发光二极管结构100包括基板102、接合层104、P型接触层106、P型半导体层108、有源层110、η型半导体层112、η型电极垫114、η型导电分支116与P型电极层118。在发光二极管结构100中，接合层104、ρ型接触层106、ρ型半导体层108、有源层110与η型半导体层112依序堆叠在基板102的表面120上。如图IA所示，η型导电分支 116与η型电极垫114相连，且自η型电极垫114向外延伸而出。此外，如图IB所示，η型电极垫114与η型导电分支116均设置在η型半导体层112上。另外，ρ型电极层118则设置在相对于表面120的基板102的另一表面122上。其中，ρ型接触层106通常采用高反射率材料来制作，因此又可称为反射层。然而，此种发光二极管结构100有其缺点。首先，由于η型电极垫114与η型导电分支116均设置在有源层110上方的η型半导体层112上，因此η型导电分支116会吸收有源层Iio所发出的光,而降低发光二极管结构100的光取出效率。其次，垂直式发光二极管结构100与传统水平式发光二极管结构不同。请参照图2，其为绘示一种传统水平式发光二极管结构的剖面示意图。传统水平式发光二极管结构200包括基板202 ;设置在基板202上的未掺杂氮化镓层204 ;设置在未掺杂氮化镓层204上的η型氮化镓层206 ;设置在部分的η型氮化镓层206上的有源层208 ;设置在有源层208上的P型氮化镓层210、设置在η型氮化镓层206的暴露出的镓表面(Ga_face)216上的η型电极垫212、设置在ρ型氮化镓层210上的ρ型欧姆接触层220与设置在部分的ρ型欧姆接触层220上的ρ型电极垫214。其中，因为材料特性的关系，η型氮化镓层206的远离生长基板的上表面为镓表面216,而未掺杂氮化镓层204的靠近生长基板的下表面为氮表面(N_face)218。因此，在水平式发光二极管结构200中，η型电极垫212设置在η型氮化镓层206的镓表面216上。在这样的架构下，η型电极垫212于合金化后，仍可保有良好的欧姆接触。另一方面，在垂直式发光二极管结构100中，η型电极垫114与η型导电分支116设置在η型半导体层112的氮表面上。因而，当η型电极垫114与η型导电分支116设置在氮表面上时，η型电极垫114与η型导电分支116的热稳定性会变差。如此一来，经合金工艺后，η型电极垫114和η型导电分支116与η型半导体层112之间的欧姆接触会变差，而导致η型电极垫114和η型导电分支116与η型半导体层112之间的电阻升高。再者，在垂直式发光二极管结构100的工艺中，P型接触层106需经两次的合金工艺，亦即P型接触层106形成后所进行的第一次合金工艺、以及η型电极垫114和η型导电分支116形成后所进行的第二次合金工艺。如此一来，兼具有反射层作用的P型接触层106经过两次合金工艺后，其反射率不易控制。

发明内容
因此，本发明的示例就是提供一种发光二极管元件及其制造方法，其导电分支设置在外延结构内，故可降低光被导电分支所吸收的比例。本发明的另一示例是提供一种发光二极管元件及其制造方法，其是将第一电性电极垫与第一电性导电分支设置在第一电性半导体层的镓表面上，因此可提高第一电性电极垫与第一电性导电分支的热稳定性。本发明的又一示例是提供一种发光二极管元件及其制造方法，其兼具有反射功能的第二电性接触层是在第一电性电极垫与第一电性导电分支的合金处理之后制作。因此，可有效控制第二电性接触层的反射率。本发明的再一示例是提供一种发光二极管元件及其制造方法，其可将切割后的发 光二极管芯片直接固定在封装基板或导线架上，再移除生长基板(growth substrate),即大致完成发光二极管元件的制作。因此，在生长基板移除后，可无需再进行光刻工艺。本发明的再一示例是提供一种发光二极管元件及其制造方法，其将切割后的发光二极管芯片设置于封装基板或支架上后，可无需额外制作排气走道来供以激光移除生长基板时所产生的气体流通。因此，可增加发光二极管芯片的发光面积利用率。本发明的再一示例是提供一种发光二极管元件及其制造方法，其可将不同发光波长的发光二极管芯片，通过堆叠方式顺利结合在一起，而形成混光的发光二极管元件。因此，可提高发光二极管元件的多样性与应用性。根据本发明的上述目的，提出一种发光二极管元件。此发光二极管元件包括基板、第一接合层、第一外延结构、第一电性导电分支、第一电性电极层、绝缘层以及第二电性电极层。基板具有相对的第一表面与第二表面。接合层设于前述第一表面上。第一外延结构具有相对的第三表面与第四表面，且包括第一凹槽与第二凹槽。其中，此第一外延结构包括依序堆叠在第一接合层上的第二电性半导体层、有源层与第一电性半导体层。前述的第一凹槽自第四表面经由有源层而延伸至第一电性半导体层，第二凹槽自第四表面延伸至第三表面。其中，第一电性半导体层与第二电性半导体层的电性不同。第一电性导电分支设于第一凹槽中的第一电性半导体层上。第一电性电极层设于第二凹槽中，且与第三表面共平面，并与第一电性导电分支连接。绝缘层填充于第一凹槽与第二凹槽中。第二电性电极层与第二电性半导体层电性连接。依据本发明的实施例，上述的第二电性电极层设于基板的第二表面上，且此基板为导电基板。依据本发明的另一实施例，上述的第一外延结构还包括第三凹槽自第四表面延伸至第三表面，且上述的绝缘层更填充于第三凹槽中。此外，上述的第二电性电极层设于第三凹槽中，且与第三表面共平面。而且，发光二极管元件还包括导电层电性连接第二电性电极层与第二电性半导体层。依据本发明的又一实施例，上述的发光二极管元件还包括第一导线电性连接第一电性电极层与外部电源的第一电极、以及第二导线电性连接第二电性电极层与前述的外部电源的第二电极。依据本发明的再一实施例，上述的发光二极管元件还包括第二接合层设于基板与第一接合层之间、第一导线电性连接第一电性电极层与外部电源的第一电极、以及第二导线电性连接前述第二接合层与外部电源的第二电极。依据本发明的再一实施例，上述的发光二极管元件，还包括第一透明导电层、第二外延结构、多个第一接合垫、另一第一电性导电分支、另一第一电性电极层以及另一绝缘层。第一透明导电层设于第三表面上。第二外延结构具有相对的第五表面与第六表面，且包括第三凹槽与第四凹槽。其中，第二外延结构包括依序堆叠在第一透明导电层上的另一第二电性半导体层、另一有源层与另一第一电性半导体层。而且，第三凹槽自第六表面经由前述另一有源层而延伸至另一第一电性半导体层，第四凹槽自第六表面延伸至第五表面。前述的第一接合垫接合在第一透明导电层与第一外延结构之间。另一第一电性导电分支设于第三凹槽中的另一第一电性半导体层上。另一第一电性电极层设于第四凹槽中，且与第五表面共平面，并与另一第一电性导电分支连接。前述另一绝缘层填充于第三凹槽与第四凹 槽中。依据本发明的再一实施例，上述的发光二极管元件还包括第二透明导电层、第三外延结构、多个第二接合垫、又一第一电性导电分支、又一第一电性电极层以及又一绝缘层。第二透明导电层设于第五表面上。第三外延结构具有相对的第七表面与第八表面，且包括第五凹槽与第六凹槽。其中，第三外延结构包括依序堆叠在第二透明导电层上的又一第二电性半导体层、又一有源层与又一第一电性半导体层。而且，第五凹槽自第八表面经由又一有源层而延伸至又一第一电性半导体层，第六凹槽自第八表面延伸至第七表面。前述的第二接合垫接合在第二透明导电层与第二外延结构之间。前述的又一第一电性导电分支设于第五凹槽中的又一第一电性半导体层上。前述的又一第一电性电极层设于第六凹槽中，且与第七表面共平面，且与前述的又一第一电性导电分支连接。前述的又一绝缘层填充于第五凹槽与第六凹槽中。根据本发明的上述目的，另提出一种发光二极管元件的制造方法，其包括下列步骤。于第一基板上形成第一外延结构。其中，此第一外延结构包括依序堆叠在第一基板上的第一电性半导体层、有源层与第二电性半导体层。第一外延结构包括第一凹槽与第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽自第二电性半导体层分别延伸至第一电性半导体层与第一基板。形成第一电性导电分支与第一电性电极层分别位于第一凹槽中的第一电性半导体层上、以及第二凹槽中的第一基板上。形成绝缘层填充于第一凹槽与第二凹槽中。形成第一接合层于第二电性半导体层与绝缘层上。接合第二基板于前述的第一接合层上。移除前述的第一基板。


为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的说明如下图IA绘示一种传统垂直式发光二极管结构的俯视示意图。图IB绘示沿着图IA图的A-B剖面线所获得的剖面示意图。图2绘示一种传统水平式发光二极管结构的剖面示意图。
图3A绘示依照本发明的第一实施方式的一种发光二极管元件的俯视图。图3B绘示沿着第3A图的A-B剖面线所获得的剖面图。图3C绘示沿着第3A图的C-D剖面线所获得的剖面图。图4A至图4E绘示依照本发明的第一实施方式的一种发光二极管元件的工艺剖面图。图5A绘示依照本发明的第二实施方式的一种发光二极管元件的俯视图。图5B绘示沿着图5A的E-F剖面线所获得的剖面图。图6A至图6E绘示依照本发明的第二实施方式的一种发光二极管元件的工艺剖面图。 图7A与图7B绘示依照本发明的第三实施方式的一种发光二极管元件的工艺剖面图。图8A与图SB绘示依照本发明的第四实施方式的一种发光二极管元件的工艺剖面图。图9A至图9E绘示依照本发明的第五实施方式的一种发光二极管元件的工艺剖面图。附图标记说明100 :发光二极管结构 102 :基板104 :接合层106 p型接触层108 p型半导体层110 :有源层112 :n型半导体层114 :n型电极垫
116 n型导电分支 118 :p型电极层120 :表面122 :表面200 :发光二极管结构202 :基板204:未掺杂氮化镓层206 :n型氮化镓层208 :有源层210 p型氮化镓层212 :n型电极垫214 :p型电极垫216 :镓表面218 :氮表面220 p型欧姆接触层300a :发光二极管元件300b :发光二极管元件300c :发光二极管元件300d :发光二极管元件300e :发光二极管元件300f :发光二极管元件302:基板304:接合层306:第二电性接触层308:第二电性半导体层308a :第二电性半导体层308b :第二电性半导体层310 :有源层310a :有源层310b :有源层312:第一电性半导体层312a :第一电性半导体层312b :第一电性半导体层314:未掺杂半导体层314a :未掺杂半导体层314b :未掺杂半导体层316:凹槽316a:凹槽
316b:凹槽318 :凹槽318a:凹槽318b :凹槽320:第一电性导电分支320a :第一电性导电分支320b :第一电性导电分支322:第一电性电极层322a:第一电性电极层322b :第一电性电极层324 :反射层326 :绝缘层328 :外延结构328a :外延结构328b :外延结构330 :表面
330a :表面330b :表面332 :表面332a :表面332b :表面334 :表面336 :表面338:第二电性电极层340 :基板342 :表面344:凹槽346:第二电性电极层348:开孔350:导电层352 :导电插塞354 :基板356 :接合层358 :导线360 :导线362 :导线364 :导线366 :增光层368 :基板370 :接合层372:透明导电层374:接合垫376 :接合垫
具体实施例方式请参照图3A至图3C，其为分别绘示依照本发明的第一实施方式的一种发光二极管元件的俯视图、沿着图3A的A-B剖面线所获得的剖面图、以及沿着图3A的C-D剖面线所获得的剖面图。在本实施方式中，发光二极管元件300a主要包括基板302、接合层304、外延结构328、第一电性导电分支320、第一电性电极层322、绝缘层326与第二电性电极层338，如图3B所示。在发光二极管元件300a中，基板302具有表面334与336分别位于其相对二侧。外延结构328透过接合层304而接合在基板302的表面334上，亦即接合层304接合在外延结构328与基板302的表面334之间。接合层304的材料为导电材料，例如为金、金锡合金或铟。外延结构328的材料可例如为氮化镓系列材料。外延结构328具有表面330与332位于其相对二侧。在实施例中，外延结构328可包括依序堆叠在接合层304上方的第二电性半导体层308、有源层310与第一电性半导体层312。因此，此时外延结构328的表面332为第一电性半导体层312的表面，外延结构328的表面330为第二电性半导体层308的表面。在本发明中，第一电性与第二电性为不同的电性。例如，第一电性与第二电性的其中一者为η型，另一者则为P型。在本实施方式中，第一电性可为η型，第二电性为ρ型。
在另一些实施例中，如图3B所示，外延结构328可选择性地包括未掺杂半导体层314,其中此未掺杂半导体层314设于第一电性半导体层312上。因此,不同于前述实施例，此时外延结构328的表面332为未掺杂半导体层314的表面。此外，未掺杂半导体层314的表面，即外延结构328的表面332，可设有规则排列结构或不规则排列结构，以提升发光二极管元件300a的光取出率。在此实施例中，根据产品需求，发光二极管元件300a包括有第二电性接触层306。其中，第二电性接触层306设置在第二电性半导体层308与接合层304之间，以提升第二电性半导体层308的电性接触品质。因此，第二电性接触层306的材料为导电材料，例如镍/银(Ni/Ag)。在例子中，第二电性接触层306可同时具有反射功能，因此第二电性接触层306有时亦可称为反射层。在本实施方式中，外延结构328包括二凹槽316与318。凹槽316自第二电性半导体层308延伸至第一电性半导体层312，亦即凹槽316自外延结构328的表面330经由有源层310而延伸至第一电性半导体层312。而且,凹槽316的底部暴露出部分的第一电性半导 体层312。另一方面，凹槽318自第二电性半导体层308延伸至未掺杂半导体层314，且贯穿外延结构328，亦即凹槽318自外延结构328的表面330延伸至表面332。请再次参照图3B，第一电性电极层322设于凹槽318中，且与外延结构328的表面332共平面。另外,第一电性导电分支320设于外延结构328的凹槽316所暴露出的第一电性半导体层312上。请同时参照图3A与图3C，第一电性电极层322与第一电性导电分支320连接,且第一电性导电分支320可自第一电性电极层322向外延伸而出。第一电性导电分支320与第一电性电极层322为一体的结构。如图3C所不,第一电性电极层322与第一电性导电分支320彼此之间具有高低落差。第一电性导电分支320与第一电性电极层322的材料可为叠层结构，例如钛/铝、铬/钼/金、或钛/铝/钛/金。在实施例中，发光二极管元件300a可选择性地包括反射层324。如图3B与图3C所不，反射层324设于第一电性电极层322与第一电性导电分支320的上表面上。在另一实施例中，反射层324可包覆在第一电性电极层322与第一电性导电分支320的上表面与侧面上。反射层324可例如由铝、银、钼或分散式布拉格反射(DBR)结构所构成。绝缘层326则填充于凹槽316与318中，并包覆住分别位于凹槽316与318中的第一电性导电分支320与第一电性电极层322。绝缘层326的材料可例如为旋涂玻璃(SOG)、二氧化硅或氮化硅。在本实施方式中，如图3B与图3C所示，第二电性电极层338设于基板302的表面336上。此时，基板302优选为导电基板，以使第二电性电极层338可透过基板302、接合层304和第二电性接触层306，而与第二电性半导体层308电性连接。在实施例中，基板302可为高导热材料，例如硅、铜(Cu)、铜钨合金(CuW)，以提升发光二极管元件300a的散热能力。第二电性电极层338可例如由钛/金结构所组成。当然，若基板302为导电基板，若该基板302与后续工艺可以有良好的电性特性，也可以视情况省略第二电性电极层338。在另一实施例中，发光二极管元件300a还可根据产品需求而选择性地包括增光层366。此增光层366设于未掺杂半导体层314上。增光层366可为单层材料层所构成的结构，或者为多层材料层堆叠而成的结构。在例子中，增光层366的相对于未掺杂半导体层314的一侧的表面可设有规则排列结构、或不规则排列结构，以提升发光二极管元件300a的光取出率。增光层366的材料优选为透明材料，例如氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或二氧化钛(TiO2)。而且，此增光层366的折射系数大于空气的折射系数，但小于未掺杂半导体层314的折射系数。如此一来，折射系数可从外延结构328、增光层366至空气，呈现渐变的变化，即折射系数从外延结构328、至增光层366、而至空气渐次缩减。通过这样的折射系数渐变设计，可避免外延结构328经由增光层366而发射至外界的光产生全反射，进而可提高发光二极管元件300a的光取出效率。请参照图4A至图4E，其为绘示依照本发明的第一实施方式的一种发光二极管元件的工艺剖面图。在本实施方式中，制作发光二极管元件300a时，可提供基板340。其中，基板340为提供外延结构328生长的外延基板。接着，利用例如有机金属化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition ;M0CVD)法，在基板 340 的表面 342 上依序生长外延结构328的未掺杂半导体层314、第一电性半导体层312、有源层310与第二电性半导体层308。 接着，如图4A所示，利用例如光刻与蚀刻方式，移除部分的外延结构328，以在外延结构328中定义出凹槽316与318。凹槽316的底部暴露出第一电性半导体层312，而凹槽318则贯穿外延结构328，且凹槽318的底部暴露出基板340的表面342。接下来，如图4B所示，利用例如蒸镀、光刻与蚀刻方式，分别在凹槽318与316中形成第一电性电极层322与第一电性导电分支320。第一电性电极层322位于凹槽318内的基板340的表面342的暴露部分上，而第一电性导电分支320则位于凹槽316内的第一电性半导体层312的暴露部分上。在实施例中，在第一电性导电分支320与第一电性电极层322形成后，可进行合金处理，以提高第一电性导电分支320与所接触的第一电性半导体层312之间的电性接触品质。随后，利用例如沉积方式，形成反射层324覆盖在第一电性电极层322与第一电性导电分支320的上表面上，如图4B所示。或者，反射层324可包覆住第一电性电极层322与第一电性导电分支320。接下来，利用例如沉积或旋转涂布方式，形成一层绝缘材料覆盖住外延结构328的整个表面330，并填满凹槽316与318。然后，利用例如蚀刻或研磨方式，移除外延结构328的表面330上多余的绝缘材料，而形成绝缘层326填充于凹槽316与318中，如图4C所示。在实施例中，可先形成停止层(未绘示)，例如蚀刻停止层或研磨停止层，覆盖在外延结构328的表面330上。举例而言，利用干蚀刻方式来移除外延结构328上多余的绝缘材料时，可先在外延结构328的表面330上形成金或镍等材料所组成的干蚀刻停止层。如此，可使得后续蚀刻绝缘材料的工艺可获得良好的蚀刻深度控制，由此使得所形成的绝缘层326的表面与外延结构328的表面330位于相同平面上。接着，可先选择性地利用例如沉积方式，形成第二电性接触层306覆盖在外延结构328的表面330与绝缘层326上。在实施例中，在第二电性接触层306形成后，可进行合金处理，以提升第二电性接触层306与其所接触的第二电性半导体层308之间的电性接触品质。再利用例如沉积方式形成接合层304覆盖在第二电性半导体层308与绝缘层326上方的第二电性接触层306上，而形成如图4D所示的结构。接下来，如图4E所示，利用接合层304，来将外延结构328与另一基板302接合。此时，基板302接合在接合层304上。
随后，以基板302作为支撑结构，利用例如激光剥除或研磨方式，移除外延用的生长基板340，而暴露出外延结构328的表面332、第一电性电极层322与绝缘层326。在本实施方式中，接着可利用例如蒸镀或溅镀方式，形成第二电性电极层338覆盖在基板302的表面336上，而大致完成发光二极管结构300a的制作，如图3B与图3C所示。在发光二极管元件300a中，第二电性电极层338与接合层304分别位于基板302的相对二侧的表面336与334上。此外，基板302可为导电基板，由此使第二电性电极层338经由基板302、接合层304与第二电性接触层306，而与第二电性半导体层308电性连接。在实施例中，供外延生长的基板340移除后，还可利用例如沉积方式，而选择性地形成增光层366覆盖在外延结构328的表面332上，亦即覆盖在未掺杂半导体层314上。在本发明中，第一电性电极层与第二电性电极层可位于同一平面上。请参照图5A与图5B，其为分别依照本发明的第二实施方式的一种发光二极管元件的俯视图、以及沿着图5A的E-F剖面线所获得的剖面图。在本实施方式中，发光二极管元件300b与上述实施方式的发光二极管元件300a的架构大致相同，二者之间的差异在于发光二极管元件300b的 外延结构328还包括另一贯穿外延结构328的凹槽344，如图5B所示。其次，发光二极管元件300b的第二电性电极层346位于此凹槽344中，且第二电性电极层346透过导电层350来与第二电性半导体层308电性连接。再者，第二电性电极层346与第一电性电极层322位于同一平面上，如图5A所不。亦即，第二电性电极层346和第一电性电极层322均与外延结构328的表面332共平面，如图5B所示。值得注意的是，在本实施方式中，省略了发光二极管元件300a的增光层366的制作。当然，亦可根据产品需求，而如同第一实施方式的发光二极管兀件300a般,在本实施方式的发光二极管元件300b中加入增光层。请再次参照图5B，在发光二极管元件300b中，与凹槽318相同地，凹槽344自第二电性半导体层308延伸至未掺杂半导体层314，且贯穿外延结构328，亦即凹槽344自外延结构328的表面330延伸至表面332。同样地，第一电性电极层322设于凹槽318中，且与外延结构328的表面332共平面。第一电性导电分支320设于外延结构328的凹槽316所暴露出的第一电性半导体层312上。另一方面，第二电性电极层346则设于凹槽344中。且第一电性电极层322和第二电性电极层346均与外延结构328的表面332共平面。第二电性电极层346可例如由钛/金结构所组成。发光二极管元件300b同样可选择性地包括反射层324。其中，反射层324设于第一电性电极层322、第一电性导电分支320与第二电性电极层346的上表面上。在另一实施例中，反射层324可包覆在第一电性电极层322、第一电性导电分支320与第二电性电极层346的上表面与侧面上。此外，绝缘层326填充于外延结构328的凹槽316、318与344中，并包覆住这些凹槽316、318与344中的第一电性导电分支320、第一电性电极层322与第二电性电极层346。在本实施方式中，发光二极管元件300b还包括导电层350覆盖在外延结构328的表面330上。其中，此导电层350具有导电插塞352延伸穿设在凹槽344内的绝缘层326中，且导电层350与第二电性半导体层308和第二电性电极层346上的反射层324连接，由此电性连接第二电性电极层346与第二电性半导体层308。请参照图6A至图6E，其为绘示依照本发明的第二实施方式的一种发光二极管元件的工艺剖面图。在本实施方式中，制作发光二极管元件300b时，可提供基板340，以供外延结构328外延生长于其上。接着,利用例如有机金属化学气相沉积法,在基板340的表面342上依序生长外延结构328的未掺杂半导体层314、第一电性半导体层312、有源层310与第二电性半导体层308。接着，如图6A所示，利用例如光刻与蚀刻方式，移除部分的外延结构328，以在外延结构328中定义出凹槽316、318与344。凹槽316的底部暴露出第一电性半导体层312。凹槽318贯穿外延结构328，且凹槽318的底部暴露出基板340的表面342。此外，凹槽344同样贯穿外延结构328，且凹槽344的底部亦暴露出基板340的表面342。接下来，如图6B所示，利用例如蒸镀方式，分别在凹槽318、316与344中形成第一电性电极层322、第一电性导电分支320与第二电性电极层346。第一电性电极层322与第二电性电极层346分别位于凹槽318与344内的基板340的表面342的暴露部分上,而第一电性导电分支320则位于凹槽316内的第一电性半导体层312的暴露部分上。在实施例中，在第一电性导电分支320、第一电性电极层322与第二电性电极层346形成后，可进行合 金处理，以提高第一电性导电分支320与所接触的第一电性半导体层312之间的电性接触品质。然后，如图6B所示，利用例如沉积方式，形成反射层324覆盖在第一电性电极层322、第一电性导电分支320与第二电性电极层346的上表面上。或者，反射层324可包覆住第一电性电极层322、第一电性导电分支320与第二电性电极层346。接下来，利用例如沉积或旋转涂布方式，形成一层绝缘材料覆盖住外延结构328的整个表面330，并填满凹槽316与318。然后，利用例如蚀刻或研磨方式，移除外延结构328的表面330上多余的绝缘材料，而形成绝缘层326填充于凹槽316、318与344中。接下来，可利用例如光刻与蚀刻技术，对凹槽344内的绝缘层326进行图形的定义步骤，以移除凹槽344内的部分绝缘层326，由此在凹槽344内的绝缘层326中形成开孔348。其中，如图6C所不,开孔348的底部暴露出第二电性电极层346上方的反射层324的一部分。在实施例中，同样可先形成停止层(未绘示)，例如蚀刻停止层或研磨停止层，覆盖在外延结构328的表面330上，由此使后续蚀刻或研磨绝缘材料的工艺可获得良好的移除深度控制，使得所形成的绝缘层326的表面与外延结构328的表面330位于相同平面上。接着，可利用例如沉积方式，形成导电层350覆盖在外延结构328的表面330与绝缘层326上，且填满凹槽344内的绝缘层326中的开孔348，以电性连接第二电性半导体层308与反射层324下方的第二电性电极层346。导电层350在开孔348中的部分形成导电插塞352。在本实施方式中，导电层350优选选择可与第二电性半导体层308形成良好电性接触的材料。在实施例中，在导电层350形成后，可进行合金处理，以提升导电层350与其所接触的第二电性半导体层308之间的电性接触品质。接下来，如图6D所示，利用例如沉积方式，形成接合层304覆盖在第二电性半导体层308与绝缘层326上方的导电层350上。随后，如图6E所示，利用接合层304，来接合外延结构328与另一基板302，以将外延结构328接合至基板302。接着，以基板302作为支撑结构，利用例如激光剥除或研磨方式，移除外延用的生长基板340,而暴露出外延结构328的表面332、第一电性电极层322、第二电性电极层346与绝缘层326，而大致完成发光二极管结构300b的制作，如图5B所示。请参照图7A与图7B，其为绘示依照本发明的第三实施方式的一种发光二极管元件的工艺剖面图。在本实施方式中，制作如图7B所示的发光二极管元件300c时，可如同上述实施方式中配合图4A至图4D所做的描述般，在晶片上形成多个如图4D所示的外延芯片。接着，将晶片上所形成的这些外延芯片切割分离。随后，提供基板354。其中，基板354可例如为封装基板、闻导热基板或封装支架。接着，可利用例如沉积方式，形成接合层356覆盖在基板354的表面上。接合层356的材料为导电材料，例如为金、金锡合金或铟。在实施例中，此接合层356可直接作为发光二极管元件300c的第二电性电极层。在另一实施例中，可在外延芯片的第二电性接触层306与接合层304之间，额外设置第二电性电极层。如图7A所示，再利用分割下来的外延芯片上的接合层304与基板354上的接合层356，将外延芯片固定至基板354上。在本实施方式中，基板354的尺寸通常大于外延芯片的尺寸。完成外延芯片与基板354的接合后，利用例如激光剥除或研磨方式，移除外延基 板340，而暴露出外延结构328的未掺杂半导体层314与第一电性电极层322。接着，如图7B所示，形成导线358与360，来分别连接第一电性电极层322与外部电路的电极、以及接合层356与此外部电路的另一电极,而完成发光二极管兀件300c的制作。其中，外部电路的此二电极具有不同电性，且此二电极的电性是与所接合的发光二极管元件300c的电极层的电性配合。举例而言，当第一电性电极层322为η型，且第二电性电极层为ρ型时，则与第一电性电极层322连接的外部电路电极为η极，而与接合层356连接的外部电路电极为P极。请参照图8Α与图SB，其为绘示依照本发明的第四实施方式的一种发光二极管元件的工艺剖面图。在本实施方式中，制作如图8Β所示的发光二极管元件300d时，可如同上述实施方式中配合图6A至图6D所做的描述般，在晶片上形成多个如图6D所示的外延芯片。接着，将晶片上所形成的这些外延芯片切割分离。随后，提供基板368。基板368可例如为封装基板、闻导热基板或封装支架。接着，可利用例如沉积方式，形成接合层370覆盖在基板368的表面上。接合层370的材料为导电材料，例如为金、金锡合金或铟。如图8A所示，再利用分割下来的外延芯片上的接合层304与基板368上的接合层370，将外延芯片固定至基板368上。在本实施方式中，基板368的尺寸通常大于外延芯片的尺寸。随后，利用例如激光剥除或研磨方式，移除外延基板340，而暴露出外延结构328的未掺杂半导体层314、第一电性电极层322与第二电性电极层346。接下来，如图8B所示，形成导线362与364，来分别连接第一电性电极层322与外部电路的电极、以及第二电性电极层346与此外部电路的另一电极，而完成发光二极管元件300d的制作。其中，外部电路的此二电极具有不同电性。在制作发光二极管元件300c与300d时，由于是将切割后的发光二极管芯片设置于封装基板或支架上，因此在后续工艺中，无需另外制作排气走道来供以激光移除生长基板时所产生的气体流通。故，运用此二实施方式，可增加发光二极管芯片的发光面积利用率。本发明可将不同发光波长的发光二极管芯片，通过堆叠方式结合在一起，而形成混光的发光二极管元件。请参照图9A至图9E，其为绘示依照本发明的第五实施方式的一种发光二极管元件的工艺剖面图。在本实施方式中，先制作如第一实施方式的发光二极管元件300a，如图9A所示。在图9A所示的发光二极管元件300a中，省略了增光层366的制作。此发光二极管兀件300a可具有第一发光波长。接着，如图9B所示，制作发光二极管元件300e。发光二极管元件300e的结构类似于图4C所示的结构。二个结构的差异在于发光二极管元件300e另包括透明导电层372覆盖在发光外延结构328a的表面330a上；以及发光二极管元件300e还包括数个接合垫374与376分别位于第一电性电极层322a与第一电性导电分支320a上方的透明导电层372上。发光二极管元件300e可具有第二发光波长，其中此第二发光波长可不同于第一发光波长。在实施例中，透明导电层372的材料可例如为氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)或镍金合金(NiAu)。接合垫374与376的材料可例如包括铟、锡、金锡合金(AuSn)、或银锡铜合金(AgSnCu) ο
在发光二极管元件300e中，外延结构328a包括依序堆叠在基板340上的未掺杂 半导体层314a、第一电性半导体层312a、有源层310a与第二电性半导体层308a。外延结构328a包括二表面330a与332a位于其相对二侧。外延结构328a还具有至少一凹槽316a与至少一凹槽318a。其中，凹槽316a自第二电性半导体层308a延伸至第一电性半导体层312a，亦即凹槽316a自外延结构328a的表面330a经由有源层310a而延伸至第一电性半导体层312a。而且，凹槽316a的底部暴露出部分的第一电性半导体层312a。凹槽318a自第二电性半导体层308a贯穿外延结构328a，亦即凹槽318a自外延结构328a的表面330a延伸至表面332a。此外，第一电性电极层322a设于凹槽318a中，且与外延结构328a的表面332a共平面。第一电性导电分支320a设于外延结构328a的凹槽316a所暴露出的第一电性半导体层312a上。类似于图3C所不的结构,第一电性电极层322a与第一电性导电分支320a连接。在此同时，如图9C所示，制作发光二极管元件300f。发光二极管元件300f的结构与发光二极管元件300e的结构相同。然而，发光二极管元件300f可具有第三发光波长，而此第三发光波长可不同于第一发光波长与第二发光波长。相同地，在发光二极管元件300f中，外延结构328b包括依序堆叠在基板340上的未掺杂半导体层314b、第一电性半导体层312b、有源层310b与第二电性半导体层308b。外延结构328b包括二表面330b与332b位于其相对二侧。外延结构328b还具有至少一凹槽316b与至少一凹槽318b。其中，凹槽316b自第二电性半导体层308b延伸至第一电性半导体层312b，亦即凹槽316b自外延结构328b的表面330b经由有源层310b而延伸至第一电性半导体层312b。而且，凹槽316b的底部暴露出部分的第一电性半导体层312b。凹槽318b自第二电性半导体层308b贯穿外延结构328b，亦即凹槽318b自外延结构328b的表面330b延伸至表面332b。此外，第一电性电极层322b设于凹槽318b中，且与外延结构328b的表面332b共平面。第一电性导电分支320b设于外延结构328b的凹槽316b所暴露出的第一电性半导体层312b上。类似于图3C所不的结构,第一电性电极层322b与第一电性导电分支320b连接。
接着，可进行发光二极管元件300e与300f的外延芯片的切割。然后，以发光二极管元件300e的接合垫374与376朝向外延结构328的方式，将发光二极管元件300e粘设至发光二极管元件300a上。随后，如图9D所示，将发光二极管元件300e的基板340予以移除，而暴露出外延结构328a的表面332a。发光二极管元件300e设置在发光二极管元件300a上之后，发光二极管元件300e的接合垫374与376介于发光二极管元件300e的透明导电层372与外延结构328之间。亦SP，发光二极管兀件300e的透明导电层372位于外延结构328的表面332上方。在实施例中，如图9D所示，发光二极管元件300e的接合垫374通过第一电性电极层322a与发光二极管元件300a的第一电性导电分支320之间在空间上的连线；而且，发光二极管元件300e的接合垫376通过第一电性导电分支320a与发光二极管元件300a的第一电性电极层322之间在空间上的连线。接下来，同样以发光二极管元件300f的接合垫374与376朝向外延结构328a的方式，将发光二极管元件300f粘设至发光二极管元件300e上。随后，如图9E所示，将发光 二极管元件300f的基板340予以移除，而暴露出外延结构328b的表面332b。如此，已大致完成由三种发光波长的发光二极管芯片，亦即发光二极管兀件300a、发光二极管兀件300e的外延结构328a与发光二极管元件300f的外延结构328b，所构成的发光二极管元件。发光二极管元件300f设置在外延结构328a上之后，发光二极管元件300f的接合垫374与376介于发光二极管元件300f的透明导电层372与外延结构328a之间。亦即，发光二极管元件300f的透明导电层372位于外延结构328a的表面332a上方。在实施例中，如图9E所示，发光二极管元件300f的接合垫374通过第一电性电极层322b与第一电性导电分支320a之间在空间上的连线；而且，发光二极管元件300f的接合垫376通过第一电性导电分支320b与第一电性电极层322a之间在空间上的连线。在第五实施方式的优选实施例中，位于下方的发光二极管元件300a的外延结构328的发光波长较短，位于中间的外延结构328a的发光波长较外延结构328的发光波长长，而位于上方的外延结构328b的发光波长又较外延结构328a的发光波长长。通过这样的安排，可利用下方外延结构328及/或外延结构328a所发出的较短波长的光，来激发上方的波长较长的外延结构328a及/或外延结构328b。由上述本发明的实施方式可知，本发明具有的优点就是因为本发明的发光二极管元件的导电分支设置在外延结构内，因此可降低光被导电分支所吸收的比例。由上述本发明的实施方式可知，本发明的另一优点就是因为本发明的发光二极管元件的制造方法是将第一电性电极垫与第一电性导电分支设置在第一电性半导体层的镓表面上，因此可提高第一电性电极垫与第一电性导电分支的热稳定性。由上述本发明的实施方式可知，本发明的又一优点就是因为本发明的发光二极管元件的兼具有反射功能的第二电性接触层是在第一电性电极垫与第一电性导电分支的合金处理之后制作。因此，可有效控制第二电性接触层的反射率。由上述本发明的实施方式可知，本发明的再一优点就是因为本发明的发光二极管元件的制造方法可将切割后的发光二极管芯片直接固定在封装基板或导线架上，再移除生长基板，即大致完成发光二极管元件的制作。因此，在生长基板移除后，可无需再进行光刻工艺。
由上述本发明的实施方式可知，本发明的再一优点就是因为在本发明的发光二极管元件的制造方法中，其将切割后的发光二极管芯片设置于封装基板或支架上后，可无需额外制作排气走道来供以激光移除生长基板时所产生的气体流通。因此，可增加发光二极管芯片的发光面积利用率。由上述本发明的实施方式可知，本发明的再一优点就是因为本发明可将不同发光波长的发光二极管芯片，通过堆叠方式顺利结合在一起，而形成混光的发光二极管元件。因此，可提高发光二极管元件的多样性与应用性。虽然本发明已以实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何在此技术领域 中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定为准。
权利要求
1.一种发光二极管兀件，包括 基板，具有相对的第一表面与第二表面； 第一接合层，设于该第一表面上； 第一外延结构，具有相对的第三表面与第四表面，且包括第一凹槽与第二凹槽，其中该第一外延结构包括依序堆叠在该第一接合层上的第二电性半导体层、有源层与第一电性半导体层，且该第一凹槽自该第四表面经由该有源层而延伸至该第一电性半导体层，该第二凹槽自该第四表面延伸至该第三表面，其中该第一电性半导体层与该第二电性半导体层的电性不同； 第一电性导电分支，设于该第一凹槽中的该第一电性半导体层上； 第一电性电极层，设于该第二凹槽中，且与该第三表面共平面，并与该第一电性导电分支连接； 绝缘层，填充于该第一凹槽与该第二凹槽中；以及 第二电性电极层，与该第二电性半导体层电性连接。
2.如权利要求I所述的发光二极管元件，其中该第二电性电极层设于该基板的该第二表面上，且该基板为导电基板。
3.如权利要求I所述的发光二极管元件，其中 该第一外延结构还包括第三凹槽，该第三凹槽自该第四表面延伸至该第三表面，且该绝缘层还填充于该第三凹槽中； 该第二电性电极层设于该第三凹槽中，并与该第三表面共平面；以及该发光二极管元件还包括导电层，该导弹层电性连接该第二电性电极层与该第二电性半导体层。
4.如权利要求3所述的发光二极管元件，还包括 第一导线，电性连接该第一电性电极层与外部电源的第一电极；以及 第二导线，电性连接该第二电性电极层与该外部电源的第二电极。
5.如权利要求I所述的发光二极管元件，还包括 第二接合层，设于该基板与该第一接合层之间； 第一导线，电性连接该第一电性电极层与外部电源的第一电极；以及 第二导线，电性连接该第二接合层与该外部电源的第二电极。
6.如权利要求I所述的发光二极管兀件，还包括反射层，设于该第一电性电极层与该第一电性导电分支上。
7.如权利要求I所述的发光二极管元件，还包括第二电性接触层，设于该第一接合层与该第二电性半导体层之间。
8.如权利要求I所述的发光二极管元件，还包括未掺杂半导体层，设于该第一电性半导体层上，其中该第一外延结构的该第三表面为该未掺杂半导体层的表面。
9.如权利要求I所述的发光二极管元件，还包括增光层，设于该未掺杂半导体层上，其中该增光层的折射系数大于空气的折射系数，但小于该未掺杂半导体层的折射系数。
10.如权利要求I所述的发光二极管元件，还包括 第一透明导电层，设于该第三表面上； 第二外延结构，具有相对的第五表面与第六表面，且包括第三凹槽与第四凹槽，其中该第二外延结构包括依序堆叠在该第一透明导电层上的另一第二电性半导体层、另一有源层与另一第一电性半导体层，且该第三凹槽自该第六表面经由该另一有源层而延伸至该另一第一电性半导体层，该第四凹槽自该第六表面延伸至该第五表面； 多个第一接合垫，接合在该第一透明导电层与该第一外延结构之间； 另一第一电性导电分支，设于该第三凹槽中的该另一第一电性半导体层上； 另一第一电性电极层，设于该第四凹槽中，且与该第五表面共平面，并与该另一第一电性导电分支连接；以及 另一绝缘层，填充于该第三凹槽与该第四凹槽中。
11.如权利要求10所述的发光二极管元件，其中该多个第一接合垫之一通过该另一第一电性电极层与该第一电性导电分支的空间上的连线，且该多个第一接合垫的另一个通过该另一第一电性导电分支与该第一电性半导体层的空间上的连线。
12.如权利要求10所述的发光二极管元件，还包括 第二透明导电层，设于该第五表面上； 第三外延结构，具有相对的第七表面与第八表面，且包括第五凹槽与第六凹槽，其中该第三外延结构包括依序堆叠在该第二透明导电层上的又一第二电性半导体层、又一有源层与又一第一电性半导体层，且该第五凹槽自该第八表面经由该又一有源层而延伸至该又一第一电性半导体层，该第六凹槽自该第八表面延伸至该第七表面； 多个第二接合垫，接合在该第二透明导电层与该第二外延结构之间； 又一第一电性导电分支，设于该第五凹槽中的该又一第一电性半导体层上； 又一第一电性电极层，设于该第六凹槽中且与该第七表面共平面，并与该又一第一电性导电分支连接；以及 又一绝缘层，填充于该第五凹槽与该第六凹槽中。
13.如权利要求12所述的发光二极管元件，其中该多个第二接合垫之一通过该又一第一电性电极层与该另一第一电性导电分支的空间上的连线，且该多个第二接合垫的另一个通过该又一第一电性导电分支与该另一第一电性半导体层的空间上的连线。
14.一种发光二极管元件的制造方法，包括 于第一基板上形成第一外延结构，其中该第一外延结构包括依序堆叠在该第一基板上的第一电性半导体层、有源层与第二电性半导体层，且该第一外延结构包括第一凹槽与第二凹槽，该第一凹槽与该第二凹槽自该第二电性半导体层分别延伸至该第一电性半导体层与该第一基板； 形成第一电性导电分支与第一电性电极层，分别位于该第一凹槽中的该第一电性半导体层上、以及该第二凹槽中的该第一基板上； 形成绝缘层填充于该第一凹槽与该第二凹槽中； 形成第一接合层于该第二电性半导体层与该绝缘层上； 接合第二基板于该第一接合层上；以及 移除该第一基板。
15.如权利要求14所述的发光二极管元件的制造方法，还包括形成第二电性电极层的步骤，其中形成该第二电性电极层的步骤是于移除该第一基板的步骤后进行，且该第二电性电极层与该第一接合层分别位于该第二基板的相对二侧，该第二基板为导电基板。
16.如权利要求14所述的发光二极管元件的制造方法，其中 该第一外延结构还包括第三凹槽，该第三凹槽自该第二电性半导体层延伸至该第一基板； 该发光二极管元件的制造方法还包括形成第二电性电极层，形成该第二电性电极层的步骤包括在形成该绝缘层的步骤前，在该第三凹槽中的该第一基板上形成该第二电性电极层； 形成该绝缘层的步骤包括填充该绝缘层于该第三凹槽中、以及形成暴露出部分的该第二电性电极层的开孔于该第三凹槽的该绝缘层中；以及 该发光二极管元件的制造方法还包括于形成该绝缘层的步骤后，形成导电层覆盖在该绝缘层上且填满该开孔。
17.如权利要求16所述的发光二极管元件的制造方法，在移除该第一基板的步骤后，还包括 形成第一导线电性连接该第一电性电极层与外部电源的第一电极；以及 形成第二导线电性连接该第二电性电极层与该外部电源的第二电极。
18.如权利要求14所述的发光二极管元件的制造方法，其中接合该第二基板于该第一接合层上的步骤包括 形成第二接合层于该第二基板上；以及 利用该第一接合层与该第二接合层，以将该第一外延结构接合于该第二基板上。
19.如权利要求18所述的发光二极管元件的制造方法，在移除该第一基板的步骤后，还包括 形成第一导线电性连接该第一电性电极层与外部电源的第一电极；以及 形成第二导线电性连接该第二接合层与该外部电源的第二电极。
20.如权利要求14所述的发光二极管元件的制造方法，还包括 形成第二外延结构，其中该第二外延结构具有相对的第一表面与第二表面，该第二外延结构包括依序堆叠的另一第二电性半导体层、另一有源层与另一第一电性半导体层，且该第二外延结构包括第三凹槽与第四凹槽，其中该第三凹槽与该第四凹槽自该第二表面经由该另一有源层而分别延伸至该另一第一电性半导体层与该第一表面； 形成另一第一电性导电分支于该第三凹槽中的该另一第一电性半导体层上； 形成另一第一电性电极层于该第四凹槽中，且该另一第一电性电极层与该第一表面共平面，并与该另一第一电性导电分支连接； 填充另一绝缘层于该第三凹槽与该第四凹槽中； 形成第一透明导电层于该第二表面上； 形成多个第一接合垫于该第一透明导电层上；以及 利用该多个第一接合垫，接合该第一透明导电层与该第一外延结构。
21.如权利要求20所述的发光二极管元件的制造方法，还包括 形成第三外延结构，其中该第三外延结构具有相对的第三表面与第四表面，该第三外延结构包括依序堆叠的又一第二电性半导体层、又一有源层与又一第一电性半导体层，且该第三外延结构包括第五凹槽与第六凹槽，其中该第五凹槽与该第六凹槽自该第四表面经由该又一有源层而分别延伸至该又一第一电性半导体层与该第三表面；形成又一第一电性导电分支于该第五凹槽中的该又一第一电性半导体层上； 形成又一第一电性电极层于该第六凹槽中，且该又一第一电性电极层与该第三表面共平面，并与该又一第一电性导电分支连接； 填充又一 绝缘层于该第五凹槽与该第六凹槽中； 形成第二透明导电层于该第四表面上； 形成多个第二接合垫于该第二透明导电层上；以及 利用该多个第二接合垫，接合该第二透明导电层与该第二外延结构。
全文摘要
本发明公开一种发光二极管元件及其制造方法。发光二极管元件包括基板、第一接合层、外延结构、第一电性导电分支、第一电性电极层、绝缘层与第二电性电极层。第一接合层设于基板的第一表面上。外延结构包括第一凹槽与第二凹槽。第一凹槽自外延结构的第四表面延伸至第一电性半导体层，第二凹槽自外延结构的第四表面延伸至相对的第三表面。第一电性导电分支设于第一凹槽中的第一电性半导体层上。第一电性电极层设于第二凹槽中且与第三表面共平面。绝缘层填充于第一凹槽与第二凹槽。第二电性电极层与外延结构的第二电性半导体层电性连接。
文档编号H01L33/38GK102810614SQ201110190330
公开日2012年12月5日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年5月31日
发明者余国辉, 朱长信, 吴奇隆, 邱信嘉, 林忠欣, 张瑞君 申请人:奇力光电科技股份有限公司, 佛山市奇明光电有限公司