专利名称：半导体发光装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体发光元件，且特别涉及一种发光二极管(LED)阵列及其制
造方法。
背景技术：
图I绘示一种传统水平式发光二极管(horizontal light emitting diode)的示意图。请参照图1，水平式发光二极管100包括外延(磊晶)基板102。外延结构104通过一
外延成长工艺(epitaxial growth process)自外延基板102长成。电极单元106形成于外延结构上，用以提供电能。外延基板102以例如蓝宝石(sapphire)或碳化娃等材质制成,如此一来能够将第三族氮化物(例如是氮化镓系(GaN-based)或氮化铟镓系(InGaN-based)半导体材料)外延成长于外延基板102上。外延结构104通常以氮化镓系半导体材料或氮化铟镓系半导体材料制成。在外延成长工艺中，氮化镓系半导体材料或氮化铟镓系半导体材料以外延方式自外延基板102长成，以形成η型掺杂层108和P型掺杂层110。当施加电能于外延结构108上时,位于η型掺杂层108和P型掺杂层110的交界处的发光部112产生电子空穴捕捉现象(electron-holecapture phenomenon)。如此一来,发光部112中的电子会掉入一较低的能阶且以光子模式放出能量。举例来说，发光部112是一个多重量子讲(multiple quantum weIl7MQff)结构，能够局限电子和空穴在空间中的移动。因此，电子和空穴碰撞的机率提高，使得电子空穴捕捉现象较容易发生，进而提高发光效率。电极单元106包括第一电极114和第二电极116。第一电极114和第二电极116是分别地与η型掺杂层108和P型掺杂层110欧姆性接触(ohmic contact)。上述电极用以提供电能至外延结构104。当施加电压在第一电极114和第二电极116之间，电流会从第二电极116经由外延基板102流向第一电极114且水平分布在外延结构104中。于是，许多光子由外延结构104里的光电效应(photoelectric effect)而产生。水平式发光二极管100因为电流水平分布在外延结构104中而发光。水平式发光二极管100的工艺简单。然而，水平式发光二极管100会造成一些问题，例如电流群聚(current crowding)问题、发光不均勻(non-uniformitylightemitting)的问题、以及蓄热(thermal accumulation)问题等等,但不限于此。这些问题会造成水平式发光二极管100的发光效率下降以及/或水平式发光二极管100的损坏。为了克服上述的问题而发展了垂直式发光二极管(vertical light emittingdiode)。图2绘不一种传统垂直式发光二极管的不意图。垂直式发光二极管200包含外延结构204以及电极单元206，电极单元206设置于外延结构上用以提供电能。类似于图I所示的水平式发光二极管100，外延结构204可以由氮化镓系半导体材料或氮化铟镓系半导体材料经由一外延成长工艺而制成。在外延成长工艺中，氮化镓系半导体材料和氮化铟镓系半导体材料以外延方式自外延基板(未绘示)长成，以形成η型掺杂层208、发光结构212、和P型掺杂层210。接着,剥除(stripping)外延基板之后，电极单元206连接至外延结构204。电极单元206包括第一电极214与第二电极216。第一电极214及第二电极216是分别地与η型掺杂层208及P型掺杂层210欧姆性接触。此外，第二电极216可黏贴至散热基板(heat dissipating substrate) 202,以增加散热效率。当施加一电压于第一电极214与第二电极216之间时，电流是垂直地流通。因此垂直式发光二极管200可以有效地改善水平式发光二极管100的电流群聚问题、发光不均匀问题及蓄热问题。然而，如图2绘示的传统垂直式发光二极管具有电极遮蔽效应(shading effect)的问题。此外，形成垂直式发光二极管200的工艺可能较为复杂。举例而言，外延结构204可能因第二电极216黏贴至散热基板202的高热(high heat)而损坏。近年来已发展出宽能带隙氮化物系(wide-bandgap nitride-based)发光二极管，其波长范围为紫外光至可见光谱的短波长部分。发光二极管装置可应用于新的显示技术，例如交通号志、液晶电视及手机背光源。因缺少同质基板(native substrates),氮化镓薄膜以及相关的氮化物系化合物通常是长在蓝宝石晶圆(圆片)上。传统的发光二极管(如本文前述者)因光子往四面八方发射而缺乏效率。发射出的光中有一大部分均受限于蓝宝石基板，而无法提供作为可用的发光。再者，蓝宝石基板的低热传导性也是传统氮化物发光二极管的一个问题。因此，不使用蓝宝石的独立式氮化镓光电元件(optoelectronic)是·被倾向用来解决此一问题的技术。外延膜移转技术(epilayer transferring technique)为一种广为人知可实现超高亮度发光二极管(ultrabright LED)的发明。具有以激光剥离(laser lift-off, LL0)技术在娃基板上制成的高反射性反射体的薄膜式p侧向上型(p-side-up)氮化镓发光二极管，并结合η型氮化镓的表面粗化，已被确立为用于消除氮化物系异质外延结构中蓝宝石的限制的有效工具。此结构被视为是一种提高氮化镓系发光二极管的出光率(light extraction efficiency)的良好方式。然而，此技术同样具有电极遮蔽问题。发出的光被电极遮盖以及吸收，而导致发光效率的下降。具有交叉指形埋置式电极(interdigitated imbedded electrode)的薄膜式打侧向上(n-side-up)装置氮化镓发光二极管，可通过减少一部分的电极遮蔽问题来改善发光情形。尽管相较于薄膜式P侧向上装置氮化镓发光二极管而言，薄膜式η侧向上装置氮化镓发光二极管提供了较佳的性质，对于P侧向上装置与η侧向上装置的改进结构及其改进工艺的需求仍存在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体发光装置及其制造方法。半导体发光装置包括一外延结构，外延结构包括一第一型掺杂层、一发光层，及一第二型掺杂层。一基板可以一黏着层连接至外延结构的至少一表面上。至少一个或以上的柱体(分隔物)可位于黏着层中。实施例中，外延结构可包括一无掺杂层。实施例中，多个柱体根视其设置的位置可以具有不同的宽度。实施例中，柱体只设置在外延结构的某些部分之下。实施例中，至少一个或以上的柱体决定黏着层的一厚度。实施例中，柱体的材质与基板的材质是为相同。实施例中，柱体是由一导电性金属制成。实施例中，在基板连接至外延结构之前，柱体形成于基板上。实施例中，基板连接至外延结构之前，柱体形成于外延结构上。
半导体发光装置的制造方法包括提供一外延结构于一暂时基板上。外延结构包括一第一型掺杂层、一发光层，及一第二型掺杂层。外延结构的一第一表面耦合于暂时基板。一个或以上的柱体形成于一永久基板的一表面上。具有柱体的永久基板的表面耦合至具有一黏着层的外延结构的一第二表面，外延结构的第二表面是与外延结构的第一表面相对。接着，暂时基板从外延结构的第一表面移除。实施例中，半导体发光装置的制造方法包括提供一外延结构于一暂时基板上。外延结构包括一第一型掺杂层、一发光层，及一第二型掺杂层。外延结构的一第一表面耦合于暂时基板。一个或以上的柱体形成于一永久基板的一表面上。永久基板耦合至外延结构具有一黏着层的一第二表面。接着，暂时基板从外延结构的第一表面移除。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图I绘示一种传统水平式发光二极管的示意图； 图2绘示一种传统垂直式发光二极管的示意图；图3绘示一实施例的P侧向上薄膜式氮化镓发光二极管的示意图；图4A 图4F绘示一实施例的如发光二极管的P侧向上薄膜式氮化镓发光二极管的制造方法的示意图；图5绘示一实施例的η侧向上薄膜式氮化镓发光二极管的示意图；图6Α 图6Ε绘示一实施例的如发光二极管的η侧向上薄膜式氮化镓发光二极管的制造方法的示意图；图7Α 图7C绘示一实施例的基板和外延结构的间的黏着层中具有柱体的P侧向上薄膜式氮化镓发光二极管的制造方法的示意图；图8Α 图8D绘示一实施例的具有柱体及反射层的基板的制造方法的示意图；图9Α 图9Ε绘示一实施例的具有金属柱体及反射层的基板的制造方法的示意图；图10绘示一实施例的P侧向上发光二极管的基板具有金属柱体形成于基板之上的不意图；图IlA 图IlE绘示一实施例的具有反射层位于金属柱体之下的基板的制造方法的不意图；图12绘示一实施例的P侧向上发光二极管的基板具有金属柱体形成于基板上的反射层之上的示意图；图13Α 图13D绘示一实施例的具有柱体及反射层的基板的粗化表面的制造方法的不意图；图14绘示一实施例的P侧向上发光二极管的粗化的基板具有由基板形成的柱体的不意图；图15Α 图15F绘示一实施例的具有金属柱体及反射层的粗化表面基板的制造方法的示意图；图16绘示一实施例的P侧向上发光二极管的粗化的基板具有金属柱体形成于基板之上的不意图17A 图17F绘示一实施例的具有反射层位于金属柱体之下的粗化表面基板的制造方法的示意图；图18绘示一实施例的P侧向上发光二极管的粗化的基板具有金属柱体形成于基板上的反射层之上的示意图；图19A 图19E绘示一实施例的具有突起物位于无掺杂层上的外延结构的制造方法的示意图；图20A 图20F绘示一实施例的具有柱体及突起物在无掺杂层上的外延结构的制造方法的示意图；图21A 图21F绘示一实施例的具有柱体在无掺杂层上的外延结构的制造方法的示意图；图22绘不一实施例的发光二极管的柱体只位于外延结构上的第一电极和第二电极之下的侧视示意图； 图23绘示一实施例的发光二极管的柱体只位于外延结构上的第一电极和第二电极之下的俯视示意图；图24绘示一实施例的发光二极管的柱体位于电极之下以及柱体位于外延结构的其余区域之下的侧视示意图；图25绘示一实施例的发光二极管的柱体位于电极之下以及柱体位于外延结构402的其余区域之下的俯视示意图；图26绘示一实施例的发光二极管的柱体只位于外延结构的芯片区域之下的侧视示意图；图27绘示一实施例的发光二极管的柱体只位于外延结构的芯片区域之下的俯视示意图。其中，附图标记100、200、300、426、500、624 :发光二极管102 :外延基板104,204,402,602 :外延结构106、2。6:电极单元108、208 :n 型掺杂层110、210 :p 型掺杂层112:发光部114、214、314、412、514、612 :第一电极116、216、316、414、516、614 :第二电极202 :散热基板212 :发光结构302、506 p型掺杂氮化镓层304、408、504、608 :发光层306、502 n型掺杂氮化镓层307、507 :未掺杂氮化镓层308、508 :黏着层
310、510 :反射层312、512 :基板318 :膜层400,600 :第一基板404、604 :无掺杂层406、606 :第一掺杂层410,610 :第二掺杂层411 :部分 416,616 :第二基板418、618 :第一黏着层420 :第三基板422、620 :反射层424:第二黏着层428,442,442A,442B :柱体430、432 :掩膜434 :金属层440 :突起物622 :绝缘层
具体实施例方式本文中的「耦合(coupled to)」是指物体或元件之间直接地连接或不直接地连接(例如一个或以上的介于两者之间的连接元件(intervening connections))。图3绘示一实施例的P侧向上薄膜式氮化镓发光二极管的示意图。P侧向上发光二极管300包括P型掺杂氮化镓层302、发光层304、以及η型掺杂氮化镓层306。发光层304可以例如是多重量子阱。实施例中，未掺杂氮化镓层307耦合至η型掺杂层306的底表面。未掺杂氮化镓层307例如是外延缓冲层(epitaxial buffer layer)。实施例中，P型掺杂氮化镓层302具有一粗化的顶表面以及/或者未掺杂氮化镓层307具有一粗化的底表面(例如是以湿式蚀刻粗化的表面)。表面粗化可以提升膜层的发光效率。未掺杂氮化镓层307的底表面以黏着层308连接至反射层310。反射层310可以连接于基板312上。黏着层308的材质例如是具有低折射率的黏胶(其折射率例如大约为1.4)。反射层310可包括分布式布拉格反射镜(distributed Bragg reflector,DBR)、全向性反射镜(omni-directional ref lector, 0DR)、银、招、钛、以及/或其他反射性金属。基板312可包括硅、氧化硅、金属、陶瓷、高分子、或其他具有高热传导性的适合的基板材质，其热传导系数例如是168W/mK。第一电极314和第二电极316可以分别地形成在p型掺杂层302上和η型掺杂层306上。因此，第一电极314作为P型掺杂层302的接触点，第二电极316作为η型掺杂层306的接触点。因为第一电极314和第二电极316形成于ρ型掺杂层302和η型掺杂层306之上，这些电极可能会遮蔽其下的膜层的部分区块，而降低发光二极管300的发光效率。实施例中，膜层318形成于ρ型掺杂层302之上。膜层318可以是透明导电层，用以散布电流(current spreading)。举例来说,膜层318可以包括铟锡氧化物(ITO)。膜层318的顶表面可以是粗化的。 图4A 图4F绘示一实施例的如发光二极管300的ρ侧向上薄膜式氮化镓发光二极管的制造方法的示意图。图4Α绘示外延结构402形成于第一基板400上的示意图。第一基板400可以是一个暂时基板，例如是蓝宝石基板。外延结构402可以通过一般现有的外延技术形成于第一基板400上,例如是有机金属化学汽相沉积法(metal organic chemicalvapor deposition,MOCVD)。外延结构402可以包括无掺杂层404、第一掺杂层406、发光层408、以及第二掺杂层410。实施例中，无掺杂层404、第一掺杂层406、发光层408、以及第二掺杂层410是为氮化镓层，且于多个沉积工艺步骤中形成。发光层408可以例如是多重量子阱。实施例中，第一掺杂层406是η型掺杂层，第二掺杂层410是ρ型掺杂层。实施例中，第二掺杂层410的顶表面例如是以湿式蚀刻粗化。经由图案化发光层408和第二掺杂层410而曝露出第一掺杂层406的顶表面的一部分。第一电极412可以形成于第一掺杂层406的顶表面上。第二电极414可以形成于第二掺杂层410的顶表面上。可以利用一微影工艺(photolithography process)来定义第一电极412 和第二电极414的尺寸和形状。外延结构402形成于第一基板400上之后，如图4B所示，外延结构402的顶表面可以通过第一黏着层418连接至第二基板416。在连接步骤之前或之后，整个装置都可以如图4B所示上下颠倒翻转，使得无掺杂层404位于外延结构402的上部，而第二掺杂层410位于外延结构402的下部。第二基板416可以是一个暂时基板(例如是玻璃基板、蓝宝石基板、或其他绝缘材质的基板)。第一黏着层418可以例如是环氧树脂黏胶、蜡、旋涂式玻璃(spin-on-glass, S0G)、光阻、单体、高分子、或任何现有可用来将氮化镓层连接至陶瓷层或玻璃层的黏胶材质。实施例中，外延结构402以第一黏着层418连接至第二基板416，其操作温度介于约200°C至约300°C之间，而当基板的厚度为2英寸(inch)时，其操作压力介于约5公斤至约30公斤之间。第二基板416连接至外延结构402之后，如图4C所示，接着将第一基板400从外延结构402移除。第一基板400可以例如以激光剥离技术移除。此时，第一基板400移除后曝露出无掺杂层404的顶表面。实施例中，如图4D所不,无掺杂层404的顶表面是被粗化。无掺杂层404的顶表面可以例如是利用湿式蚀刻工艺粗化。如图4D所示的结构接着可以经由第二黏着层424连接至第三基板420，如图4E所示。在连接步骤之前或之后，整个装置都可以如图4E所示上下颠倒翻转，使得第三基板420位于外延结构402的下方。实施例中，第三基板420包括反射层422，反射层422位于第三基板420的顶表面上。第三基板420可以例如是硅基板或其他适合的热传导性的基板。第三基板420可以是外延结构402的永久基板。反射层422可包括分布式布拉格反射镜、全向性反射镜、银、铝、钛、以及/或其他反射性传导材料。第二黏着层424的材质可以和第一黏着层418的材质相同或是不同。举例来说,实施例中，第一黏着层418是乙醚系(ether-based)化合物，第二黏着层424是娃氧系(silicone-based)化合物或亚酰胺系(imide_based)化合物。实施例中，以第二黏着层424连接的操作温度介于约150°C至约200°C之间，而当基板的厚度为2英寸时，其操作压力介于约300公斤至约400公斤之间。第三基板420连接至外延结构402之后，如图4F所示，接着将第一黏着层418从外延结构402移除，以将第一黏着层418和第二基板416从外延结构402移除。第一黏着层418和第二基板416可以例如以激光剥离技术、酸蚀刻工艺(acid etching process)、或其他适合的蚀刻工艺移除。至此形成的结构是一个P侧向上发光二极管426，如图4F所示。P侧向上发光二极管426是一种发光二极管，其中具有第二(ρ型掺杂)掺杂层410位于外延结构402的上部，以及电极412和414曝露出来作为接触垫使用。图5绘示一实施例的η侧向上薄膜式氮化镓发光二极管的示意图。η侧向上发光二极管500包括η型掺杂氮化镓层502、发光层504、以及ρ型掺杂氮化镓层506。发光层504可以例如是多重量子阱。实施例中，未掺杂氮化镓层507耦合至ρ型掺杂层506的底表面。未掺杂氮化镓层507例如是外延缓冲层。实施例中，η型掺杂氮化镓层502具有一粗化的顶表面以及/或者未掺杂氮化镓层507具有一粗化的底表面(例如是以湿式蚀刻粗化的表面)。表面粗化可以提升膜层的发光效率。未掺杂氮化镓层507的底表面以黏着层508连接至反射层510。反射层510可以
连接于基板512上。黏着层508的材质例如是具有低折射率的黏胶(其折射率例如大约为I. 4)。反射层510可包括分布式布拉格反射镜、全向性反射镜、银、铝、钛、以及/或其他反射性金属。基板512可包括硅、氧化硅、金属、陶瓷、高分子、或其他具有高热传导性的适合的基板材质。基板512的材质为硅时，其热传导系数例如是168W/mK。第一电极514和第二电极516可以分别地形成在ρ型掺杂层506上和η型掺杂层502上。因此，第一电极514作为ρ型掺杂层506的接触点，第二电极516作为η型掺杂层502的接触点。第一电极514和第二电极516可以埋置在发光二极管500中，如此一来则不会造成电极遮蔽现象，因而可提升发光二极管的发光效率。图6k 图6E绘示一实施例的如发光二极管500的η侧向上薄膜式氮化镓发光二极管的制造方法的示意图。图6Α绘示外延结构602形成于第一基板600上的示意图(第一基板600例如是一个暂时基板)。第一基板600可以例如是蓝宝石基板。外延结构602可以通过一般现有的外延技术形成于第一基板600上，例如是有机金属化学汽相沉积法。外延结构602可以包括无掺杂层604、第一掺杂层606、发光层608、以及第二掺杂层610。实施例中，无掺杂层604、第一掺杂层606、发光层608、以及第二掺杂层610是为氮化镓层,且于多个沉积工艺步骤中形成。发光层608可以例如是多重量子讲。实施例中，第一掺杂层606是η型掺杂层,第二掺杂层610是ρ型掺杂层。实施例中，第二掺杂层610的顶表面例如是以湿式蚀刻粗化。经由图案化发光层608和第二掺杂层610而曝露出第一掺杂层606的顶表面的一部分。第一电极612可以形成于第一掺杂层606的顶表面上。第二电极614可以形成于第二掺杂层610的顶表面上。可以利用一微影工艺来定义第一电极612和第二电极614的尺寸和形状。外延结构602形成于第一基板600上之后，如图6Β所不,外延结构602的顶表面可以通过第一黏着层618连接至第二基板616。在连接步骤之前或之后，整个装置都可以如图6Β所示上下颠倒翻转，使得无掺杂层604位于外延结构602的上部，而第二掺杂层610位于外延结构602的下部。第二基板616可以例如是娃基板或其他适合的热导性基板。第二基板616可以是外延结构602的永久基板。实施例中，第二基板616包括反射层620和/或绝缘层622,绝缘层622位于第二基板616的顶表面上。反射层620可包括分布式布拉格反射镜、全向性反射镜、银、铝、钛、以及/或其他反射性传导材料。绝缘层622可包括氧化物、氮化物、和/或其他适合的具有高光穿透率的电性绝缘材料。第一黏着层618可以例如是环氧树脂黏胶、蜡、旋涂式玻璃、光阻、单体、高分子、或任何现有可用来将氮化镓层连接至硅层、氧化硅层、金属层、陶瓷层或高分子层的黏胶材质。第二基板616连接至外延结构602之后，如图6C所示，接着将第一基板600从外延结构602移除。第一基板600可以例如以激光剥离技术移除。此时，第一基板600移除后曝露出无掺杂层604的顶表面。第一基板600移除之后,如图6D所不,移除部分无掺杂层604和部分第一掺杂层606,以曝露出至少一部分的第一电极612,和进一步移除部分的发光层608和第二掺杂层610，以曝露出至少一部分的第二电极614。部分无掺杂层604和部分第一掺杂层606例如 是利用非等向性蚀刻工艺(anisotropic etching process)移除,例如是感应稱合等离子体(inductively coupled plasma, ICP)反应式离子蚀刻(reactive ion etching, RIE)。实施例中，如图6E所示，无掺杂层604的顶表面被粗化。无掺杂层604的顶表面可以例如是利用湿式蚀刻工艺粗化(例如是氢氧化钠湿式蚀刻工艺或磷酸湿式蚀刻工艺)。至此形成的结构是一个η侧向上发光二极管624，如图6Ε所示。η侧向上发光二极管624是一种发光二极管，其中具有第一(η型掺杂)掺杂层606位于外延结构602的上部，以及电极612和614曝露出来作为接触垫使用，且电极并未遮蔽发光层608。在如图4Α 图4F及图6Α 图6Ε所绘示的工艺中，其中一个需考量的议题便是黏着层的厚度的控制。在利用黏着层的连接工艺步骤中，提升温度(例如高于约200°C)以使得黏着材料(例如是环氧树脂黏胶)流动。此外，施加压力(例如至少9. 8百万帕斯卡(MPa))在装置上，以促使外延结构和基板之间的连接。由于黏着材料具有黏度，因此难以准确地控制黏着层的厚度。黏着层的厚度得以准确控制可以提供样品之间以及/或工艺之间的黏着层的厚度的一致性。黏着层的厚度得以准确控制的一个可能的解决方案便是经由利用柱体或分隔物，在连接工艺步骤中，黏着层中的柱体或分隔物在永久基板和外延结构之间维持一个选定的距离，而决定黏着层的厚度。图IfC图7C绘示一实施例的基板和外延结构之间的黏着层中具有柱体的P侧向上薄膜式氮化镓发光二极管的制造方法的示意图。图7A 图7C绘示的实施例的制造方法中，类似于图4A 图4F绘示的制造方法的部分为省略。图7A绘示外延结构402形成于第一基板400上的示意图。第一基板400可以例如是蓝宝石基板。外延结构402可以包括无掺杂层404、第一掺杂层406、发光层408、以及第二掺杂层410。发光层408可以例如是多重量子讲。实施例中，第一掺杂层406是η型掺杂层，第二掺杂层410是ρ型掺杂层。实施例中，第二掺杂层410的顶表面的一部分411例如是以湿式蚀刻粗化(7Α图未显示粗化)。第一电极412可以形成于第一掺杂层406的顶表面上。第二电极414可以形成于第二掺杂层410的顶表面上。外延结构402形成于第一基板400上之后,如图7Β所不,夕卜延结构402的顶表面可以通过第一黏着层418连接至第二基板416。第二基板416可以例如是玻璃基板、蓝宝石基板、或其他绝缘材质的基板。第二基板416连接至外延结构402之后，如图7Β所示，接着将第一基板400从外延结构402移除。第一基板400可以例如以激光剥离技术移除。第一基板400移除后曝露出无掺杂层404的表面。实施例中，无掺杂层404的表面可被粗化(7Β图未显不粗化)。
如图7B所示的结构接着可以经由第二黏着层424连接至第三基板420，如图7C所示。第三基板420可以例如是硅基板或其他适合的热传导性的基板。第三基板420可以是外延结构402的永久基板。第三基板420连接至外延结构402之后，接着将第一黏着层418从外延结构402移除，以将第一黏着层418和第二基板416从外延结构402移除。如图7C所示，第三基板420包括一个或以上的柱体428。柱体428具有的高度是为第二黏着层424的选定(期望)厚度。柱体428接触第三基板420的表面，如此一来柱体428定义无掺杂层404和第三基板420之间的距离。在利用第二黏着层424的连接工艺步骤中，柱体428维持住无掺杂层404和第三基板420之间的距离。因此，柱体428的高度决定第二黏着层424的厚度。实施例中，第三基板420和/或柱体428包括反射层422。反射层422可包括分布式布拉格反射镜、全向性反射镜、银、铝、钛、以及/或其他反射性传导材料。第二黏着层424可以例如是环氧树脂黏胶、蜡、旋涂式玻璃、光阻、单体、或高分子。图8A 图8D绘示一实施例的具有柱体428及反射层422的基板420的制造方法·的示意图。图8A绘示一实施例的基板420的示意图。基板420可以包括以下群组中的一种或两种以上的任意组合硅、氧化硅、金属、陶瓷、以及高分子。图8B绘示一实施例的基板420上的掩膜430的示意图。掩膜430可以是以任何现有的微影技术图案化的一个光阻层。如图8C所示，通过基板420上的掩膜430，以一干式蚀刻工艺或一湿式蚀刻工艺蚀刻基板420以形成柱体428。在基板蚀刻步骤之后，如图8C所示，移除掩膜430。柱体428形成之后，如图8D所示，形成反射层422于基板420上以及覆盖柱体428。接着，如图8D所绘示的具有柱体428的基板420材料作为如图7C所绘示的第三基板420来使用。实施例中，柱体428的材质与基板的材质不同。举例来说，柱体428可以由金属或其他适合的材料制成。图9A 图9E绘示一实施例的具有金属柱体428及反射层422的基板420的制造方法的示意图。图9A绘示一实施例的基板420的示意图。图9B绘示一实施例的掩膜432位于基板420上的示意图。掩膜432可以是以任何现有的微影技术图案化的一个光阻层。如图8C所不,掩膜432位于基板420上,形成金属层434于基板420上和掩膜432上。金属层434的材质可以例如是铝、钛、其他适合的金属材质、其他适合的柱体的材质、以及/或上述材质的两种以上的任意组合。沉积金属层434之后，如图9D所示，以剥离工艺(lift off process)移除掩膜432以及位于掩膜432之上的部分金属层434。剥离工艺可以是一个化学蚀刻工艺(例如是湿式工艺)用以将掩膜材质从基板420上移除。剥离工艺使得柱体428由金属层434而形成。柱体428形成之后，如图9E所示，形成反射层422于柱体428和基板420之上且覆盖柱体428。图10绘示一实施例的ρ侧向上发光二极管426的基板420具有金属柱体428形成于基板之上的示意图。—实施例中，反射层422形成于基板420上而形成于柱体428之下(例如反射层形成于柱体和基板之间)。图IlA 图IlE绘示一实施例的具有反射层422位于金属柱体428之下的基板420的制造方法的不意图。图IlA绘不一实施例的基板420的不意图。如图IIB所示，反射层422形成于基板420上且覆盖基板420。如图IlC所示，掩膜432形成于反射层422上。如图IlD所不,掩膜432位于反射层422上,形成金属层434于掩膜432上且覆盖反射层422。
沉积金属层434之后，如图IlE所示，以剥离工艺移除掩膜432以及位于掩膜432之上的部分金属层434。剥离工艺使得柱体428由金属层434形成且位于基板420上的反射层422之上。图12绘示一实施例的P侧向上发光二极管426的基板420具有金属柱体428形成于基板上的反射层422之上的示意图。实施例中，基板420位于柱体428之间的表面被粗化。粗化的基板表面可以增加P侧向上发光二极管426的发光效率。图13A 图13D绘示一实施例的具有柱体428及反射层422的基板420的粗化表面的制造方法的示意图。图13A 图13D所示的步骤与图8A 图8D所示的步骤相似，图13A 图13D是增加粗化步骤。图13A绘示一实施例的基板420的示意图。图13B绘示一实施例的基板420上的掩膜430的示意图。如图13C所示，通过基板420上的掩膜430，以一干式蚀刻工艺或一湿式蚀刻工艺蚀刻基板420以形成柱体428。在干式蚀刻工艺或湿式蚀刻工艺中，蚀刻基板420以粗化柱体428之间的基板表面。举例来说,可以至少部分地过度蚀刻基板420以粗化基板表面。在基板蚀刻步骤之后，如图13C所示，移除掩膜430。柱体428形成之后，如图13D所示，形成反射层422于基板420上以及覆盖柱体428，使得反射层422为与基板420的一 表面及柱体428形状一致。图14绘示一实施例的P侧向上发光二极管426的粗化的基板420具有由基板形成的柱体428的不意图。图15A 图15F绘示一实施例的具有金属柱体428及反射层422的粗化表面基板420的制造方法的示意图。图15A 图15F所示的步骤与图9A 图9E所示的步骤相似，图15A 图15F增加粗化步骤。图15A绘示一实施例的基板420的示意图。图15B绘示以干式蚀刻工艺或湿式蚀刻工艺粗化基板420的示意图。图15C绘示一实施例的基板420上的掩膜432的示意图。掩膜432可以是以任何现有的微影技术图案化的一个光阻层。如图15D所不，掩膜432位于基板420上,形成金属层434于基板420上以及掩膜432上。沉积金属层434之后，如图15E所示，以剥离工艺移除掩膜432以及位于掩膜432之上的部分金属层434。剥离工艺使得柱体428由金属层434而形成。柱体428形成之后，如图15F所示，形成反射层422于柱体428和基板420之上且覆盖柱体428。图16绘示一实施例的P侧向上发光二极管426的粗化的基板420具有金属柱体428形成于基板之上的示意图。图17A 图17F绘示一实施例的具有反射层422位于金属柱体428之下的粗化表面基板420的制造方法的示意图。图17A 图17F所示的步骤与图IlA 图IlE所示的步骤相似，图17A 图17F是增加粗化步骤。图17A绘示一实施例的基板420的示意图。图17B绘示以干式蚀刻工艺或湿式蚀刻工艺粗化基板420的示意图。如图17C所示，反射层422形成于基板420上且覆盖基板420，使得反射层422与基板420的一表面形状一致。如图17D所示，掩膜432形成于反射层422上。如图17E所示，掩膜432位于反射层422上，形成金属层434于掩膜432上且覆盖反射层422。沉积金属层434之后，如图17F所示，以剥离工艺移除掩膜432以及位于掩膜432之上的部分金属层434。剥离工艺使得柱体428由金属层434形成且位于基板420上的反射层422之上。图18绘示一实施例的P侧向上发光二极管426的粗化的基板420具有金属柱体428形成于基板上的反射层422之上的示意图。—实施例中，在外延结构以黏着层连接至永久基板之前，形成柱体或其他结构于外延结构上。图19A 图19E绘示一实施例的具有突起物位于无掺杂层上的外延结构的制造方法的示意图。图19A绘示外延结构402形成于第一基板400上的示意图。第一基板400可以例如是蓝宝石基板。外延结构402可以包括无掺杂层404、第一掺杂层406、发光层408、以及第二掺杂层410。发光层408可以例如是多重量子阱。实施例中，第一掺杂层406是η型掺杂层，第二掺杂层410是P型掺杂层。实施例中，第二掺杂层410的顶表面的一部分411例如是以湿式蚀刻粗化。第一电极412形成于第一掺杂层406的顶表面上。第二电极414形成于第二掺杂层410的顶表面上。如图19Α所示，无掺杂层404可以具有一个非平坦(non-flat)的底表面，其中突起物440形成于无掺杂层404的表面上。突起物440可以是无掺杂层404的一部分，在成长无掺杂层404于第一基板400上时一起形成。实施例中，突起物440也可以在成长无掺杂层404之前先形成于第一基板400的表面上。
外延结构402形成于第一基板400上之后,如图19B所不,外延结构402的顶表面可以通过第一黏着层418连接至第二基板416。第二基板416可以例如是玻璃基板、蓝宝石基板、或其他绝缘材质的基板。第二基板416连接至外延结构402之后，如图19C所示，接着将第一基板400从外延结构402移除。第一基板400可以例如以激光剥离技术移除。第一基板400移除后曝露出无掺杂层404的具有突起物440的表面。如图19C所示的结构接着可以经由第二黏着层424连接至第三基板420成为如图19D所示。第三基板420可以例如是硅基板或其他适合的热传导性的基板。第三基板420可以是外延结构402的永久基板。第三基板420连接至外延结构402之后，将第一黏着层418从外延结构402移除，以将第一黏着层418和第二基板416从外延结构402移除，如图19E所示。实施例中，第三基板420包括反射层422。反射层422可包括分布式布拉格反射镜、全向性反射镜、银、铝、钛、以及/或其他反射性传导材料。第二黏着层424可以例如是环氧树脂黏胶、蜡、旋涂式玻璃、光阻、单体、或高分子。如图19D 图19E所示，突起物440具有的高度是为第二黏着层424的选定(期望)厚度。突起物440接触第三基板420的表面(例如是反射层422)，如此一来突起物440定义无掺杂层404和第三基板420之间的距离。在利用第二黏着层424的连接工艺步骤中，突起物440可以维持住无掺杂层404和第三基板420之间的距离。因此，突起物440的高度决定第二黏着层424的厚度。 一实施例中，在外延结构通过黏着层连接至永久基板之前，除了突起物440之外，形成柱体于外延结构上。图20A 图20F绘示一实施例的具有柱体及突起物在无掺杂层上的外延结构的制造方法的示意图。图20A绘示外延结构402形成于第一基板400上的示意图。无掺杂层404可以具有非平坦的底表面，其中突起物440形成于无掺杂层404的表面上。外延结构402形成于第一基板400上之后，如图20B所示，外延结构402的顶表面可以通过第一黏着层418连接至第二基板416。第二基板416连接至外延结构402之后，如图20C所示，接着将第一基板400从外延结构402移除。第一基板400移除之后，如图20D所示，柱体442可以形成于无掺杂层404的表面上。柱体442可以由金属制成，例如是铝、钛、其他适合的材料、以及/或以上材料的两种以上的任意组合。实施例中，柱体442的材质和无掺杂层404的材质是为相同。柱体442可以延伸而具有一高度大于突起物440的高度。实施例中，多个柱体442中的一部分是自突起物440延伸。柱体442形成之后，如图20D所示的结构接着可以经由第二黏着层424连接至第三基板420，如图20E所示。如图20F所示，第三基板420连接至外延结构402之后，将第一黏着层418从外延结构402移除，以将第一黏着层418和第二基板416从外延结构402移除。实施例中，第三基板420包括反射层422。如图20D 图20E所示，柱体442具有的高度是为第二黏着层424的选定(期望)厚度。柱体442接触第三基板420的表面(例如是反射层422)，如此一来柱体442定义无掺杂层404和第三基板420之间的距离。在利用第二黏着层424的连接工艺步骤中，柱体442维持住无掺杂层404和第三基板420之间的距离。因此，柱体442的高度决定第二黏着层424的厚度。—实施例中，在外延结构通过黏着层连接至永久基板之前,形成柱体于外延结构 上，而突起物并未形成于外延结构上。图21A 图21F绘示一实施例的具有柱体在无掺杂层上的外延结构的制造方法的示意图。图21A绘示外延结构402形成于第一基板400上的示意图。实施例中，无掺杂层404具有平坦的底表面。外延结构402形成于第一基板400上之后，如图21B所示，外延结构402的顶表面可以通过第一黏着层418连接至第二基板416。第二基板416连接至外延结构402之后，如图21C所示，接着将第一基板400从外延结构402移除。第一基板400移除之后，如图2ID所示，柱体442可以形成于无掺杂层404的表面上。柱体442可以由金属制成，例如是铝、钛、其他适合的材料、以及/或以上材料的两种以上的任意组合。实施例中，柱体442形成于平坦的无掺杂层404上。实施例中，柱体442的材质和无掺杂层404的材质是为相同。柱体442形成之后，如图21D所示的结构接着可以经由第二黏着层424连接至第三基板420，形成如图21E所示。第三基板420连接至外延结构402之后，将第一黏着层418从外延结构402移除，以将第一黏着层418和第二基板416从外延结构402移除，形成如图2IF所示。实施例中，第三基板420包括反射层422。如图21D 图21F所示，柱体442具有的高度是为第二黏着层424的选定(期望)厚度。柱体442接触第三基板420的表面(例如是反射层422)，如此一来柱体442定义无掺杂层404和第三基板420之间的距离。在利用第二黏着层424的连接工艺步骤中，柱体442维持住无掺杂层404和第三基板420之间的距离。因此，柱体442的高度决定第二黏着层424的厚度。一实施例中，柱体428或柱体442只设置于外延结构的接触垫(电极)之下。图22绘示一实施例的发光二极管426的柱体428/442只位于外延结构402上的第一电极412和第二电极414之下的侧视示意图。图23绘示一实施例的发光二极管426的柱体428/442只位于外延结构402上的第一电极412和第二电极414之下的俯视示意图。如图22 图23所示，黏着层424中的柱体428/442只位于第一电极412和第二电极414之下可减少使用的柱体的数量，并且，相较于增加设置柱体于外延结构402的其他区域之下，柱体428/442只位于第一电极412和第二电极414可以减少光被遮蔽的情况。
然而，柱体的存在有可能增加外延结构402中的膜层(例如是无掺杂层404、第一掺杂层406、发光层408、以及第二掺杂层410)在连接工艺步骤中破裂的可能性。膜层可能会因为在黏着层连接过程中施加在外延结构402上的高压(例如是高于9. 8百万帕斯卡的压力)而破裂。实施例中，设置在电极412、414之下的柱体428/442相较于可能设置在外延结构402的其他区域之下的柱体具有较大的宽度。柱体的宽度的增加可以增加柱体的强度，以及减少在连接工艺步骤中破裂的可能性。设置在电极412、414之下的柱体428/442的宽度(直径)最大可以大约等于电极的宽度(直径)。举例来说，柱体428/442的宽度最大可以约为100微米(μ m)，柱体428/442的宽度最大也可以约为80微米，或者柱体428/442的宽度最大可以约为60微米。实施例中，柱体428/442的剖面的总面积可以小于叠置的电极412、414的剖面的总面积。一实施例中，柱体设置于外延结构的接触垫(电极)之下以及外延结构的其他区域之下。设置在电极之下的柱体相较于可能设置在外延结构的其他区域之下的柱体具有较大的宽度。图24绘不一实施例的发光二极管426的柱体428/442A位于电极412、414之下以及柱体428/442B位于外延结构402的其余区域之下的侧视示意图。图25绘示一实施例 的发光二极管426的柱体428/442A位于电极412、414之下以及柱体428/442B位于外延结构402的其余区域之下的俯视示意图。如图24 图25所示，设置较宽的柱体428/442A在电极412、414之下，在因为设置电极而使得光线被遮蔽的区域内可增加柱体的强度，并且减少在连接工艺步骤中破裂的可能性。设置较窄的柱体428/442B在外延结构402的其余区域之下，可以减少在外延结构的主动(芯片)区域之下的柱体造成的光被遮蔽的面积。因此，设置柱体428/442A和柱体428/442B可以减少膜层在连接工艺步骤中破裂的可能性，并且同时使柱体在芯片区域之下对于光线的干扰降到最小。柱体428/442A的宽度(直径)最大可以大约等于叠置的电极的宽度(直径)，而位于外延结构402的芯片区域之下的柱体428/442B的宽度(直径)则是越小越好，实际最小尺寸视用以形成柱体的图案化工艺中掩膜的解析度而定。举例而言，柱体428/442B的宽度最大约为10微米，柱体428/442B的宽度最大可以约为5微米，或者柱体428/442B的宽度最大约为3微米。实施例中，柱体428/442B的宽度大约为3 5微米。柱体428/442B的尺寸(宽度/直径)及数量可以视实际情况而定，例如视连接工艺步骤中用来抑制外延结构402的膜层破裂所需的最小支撑量而定，以及/或视黏着层中的柱体对于光线的可容许的最小遮蔽量而定。因此，实施例中，柱体428/442B的剖面的总面积提供用以抑制外延结构402的膜层破裂所需的最小面积，并且维持光线对黏着层的最大可能穿透率。—实施例中，柱体仅设置于外延结构的芯片区域之下(未设置于电极之下)。图26绘示一实施例的发光二极管426的柱体428/442只位于外延结构402的芯片区域之下的侧视不意图。图27绘不一实施例的发光二极管426的柱体428/442只位于外延结构402的芯片区域之下的俯视示意图。如图26 图27所示，柱体428/442只位于芯片区域之下可减少使用的柱体的数量，并且，在减少连接工艺步骤中膜层破裂的可能性时可以使用单一尺寸的柱体。图疒图27绘示将黏着层中的柱体应用于P侧向上发光二极管的制造方法中，然而，相似的工艺方法也可应用在η侧向上发光二极管的制造方法中。举例来说，相似的方法可以用来将柱体耦合至基板，以及/或将柱体耦合至用来制造η侧向上发光二极管(例如如图6Α 图6Ε所绘示的实施例)的外延结构。因此，相似于前述的柱体可以形成于如图6Ε所示的基板与用来制造η侧向上发光二极管624的外延结构之间的黏着层中。此外，前述的柱体(例如柱体428和/或柱体442)使用于黏着层中更具有除前述优点之外的其他优点。举例来说，柱体可以具有比黏着层更高的热传导性，如此一来，柱体位在黏着层中还可提升基板和外延结构之间的热传导。再者，柱体可以具有反射性的侧壁，经由其光线反射特性以提升光线穿过黏着层的穿透率。本发明并不限定于上述系统，而可对的进行更动。另外，在此所使用的用语仅用以描述特定的实施例，而非用于限定本发明。此处所使用的单数形式「一」及「该」也用以包含复数形式，除非在文中已清楚指明另有其他含义。举例而言，用语「一装置」包含了二个或以上的装置的组合，并且，用语「一材料」包含了多种材料的混合物。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种半导体发光装置，其特征在于，包括 一外延结构，该外延结构包括一第一型掺杂层、一发光层，及一第二型掺杂层； 一基板，该基板以一黏着层连接至该外延结构的至少一表面上；以及 至少一柱体位于该黏着层中。
2.根据权利要求I所述的半导体发光装置，其特征在于，该至少一柱体的一高度决定该黏着层的一厚度。
3.根据权利要求I所述的半导体发光装置，其特征在于，还包括一无掺杂层于该外延结构中。
4.根据权利要求I所述的半导体发光装置，其特征在于，该至少一柱体的材质与该基板的材质为相同。
5.根据权利要求I所述的半导体发光装置，其特征在于，该至少一柱体由一导电性金属制成。
6.根据权利要求I所述的半导体发光装置，其特征在于，该至少一柱体形成该外延结构的一部分。
7.根据权利要求I所述的半导体发光装置，其特征在于，还包括一反射层设置于该基板和该黏着层之间。
8.根据权利要求7所述的半导体发光装置，其特征在于，该反射层与该基板的一表面形状一致。
9.根据权利要求7所述的半导体发光装置，其特征在于，该反射层与该基板的一表面及该至少一柱体形状一致。
10.根据权利要求7所述的半导体发光装置，其特征在于，还包括至少一接触垫，该接触垫形成于该外延结构的该第一型掺杂层与该第二型掺杂层的其中之一上，其中该至少一柱体只设置于该接触垫之下。
11.根据权利要求I所述的半导体发光装置，其特征在于，还包括至少一接触垫，该接触垫形成于该外延结构的该第一型掺杂层与该第二型掺杂层的其中之一上，其中该至少一柱体只设置于该外延结构，而不在有该接触垫的区域之下。
12.根据权利要求7所述的半导体发光装置，其特征在于，还包括至少一接触垫，该接触垫形成于该外延结构的该第一型掺杂层与该第二型掺杂层的其中之一上，其中设置于该接触垫之下的该至少一柱体的宽度大于未设置于该接触垫之下的该至少一柱体的宽度。
13.一种半导体发光装置的制造方法，其特征在于，包括 提供一外延结构于一暂时基板上，该外延结构包括一第一型掺杂层、一发光层，及一第二型掺杂层，其中该外延结构的一第一表面稱合于该暂时基板； 形成至少一柱体于一永久基板的一表面上； 耦合具有该至少一柱体的该永久基板的该表面至具有一黏着层的该外延结构的一第二表面，其中该外延结构的该第二表面与该外延结构的该第一表面相对；以及 从该外延结构的该第一表面移除该暂时基板。
14.根据权利要求13所述的半导体发光装置的制造方法，其特征在于，提供一外延结构于一暂时基板上步骤，包括 形成该外延结构于一第一暂时基板上，以稱合该外延结构的该第二表面至该第一暂时基板； 耦合该暂时基板至该外延结构的该第一表面；以及 从该外延结构移除该第一暂时基板以曝露该外延结构的该第二表面，以提供该外延结构于该暂时基板上。
15.根据权利要求13所述的半导体发光装置的制造方法，其特征在于，还包括形成至少一接触垫，该接触垫形成于该外延结构的该第一型掺杂层与该第二型掺杂层的其中之一上，其中该至少一柱体只设置于该接触垫之下。
16.一种半导体发光装置的制造方法，其特征在于，包括 提供一外延结构于一暂时基板上，该外延结构包括一第一型掺杂层、一发光层，及一第二型掺杂层，其中该外延结构的一第一表面稱合于该暂时基板； 形成至少一柱体于该外延结构的一第二表面上，其中该外延结构的该第二表面与该外延结构的该第一表面相对； 耦合一永久基板至具有一黏着层的该外延结构的该第二表面； 从该外延结构的该第一表面移除该暂时基板。
17.根据权利要求16所述的半导体发光装置的制造方法，其特征在于，提供一外延结构于一暂时基板上步骤，包括 形成该外延结构于一第一暂时基板上，以稱合该外延结构的该第二表面至该第一暂时基板； 耦合该暂时基板至该外延结构的该第一表面；以及 从该外延结构移除该第一暂时基板以曝露该外延结构的该第二表面，以提供该外延结构于该暂时基板上。
18.根据权利要求16所述的半导体发光装置的制造方法，其特征在于，还包括形成至少一接触垫，该接触垫形成于该外延结构的该第一型掺杂层与该第二型掺杂层的其中之一上，其中该至少一柱体只设置于该接触垫之下。
全文摘要
一种半导体发光装置及其制造方法。半导体发光装置包括一外延结构，外延结构包括一第一型掺杂层、一发光层，及一第二型掺杂层。外延结构可包括一无掺杂层。一基板以一黏着层连接至外延结构的至少一表面上。至少一个或以上的柱体位于黏着层中。多个柱体视其设置的位置可以具有不同的宽度，以及或者柱体可以只设置在外延结构的某些部分之下。
文档编号H01L33/00GK102891233SQ20121018106
公开日2013年1月23日 申请日期2012年6月4日 优先权日2011年7月19日
发明者洪瑞华, 刘恒, 卢怡安 申请人:华夏光股份有限公司, 财团法人成大研究发展基金会