CN102201511B

CN102201511B - 发光二极管结构及其制造方法

Info

Publication number: CN102201511B
Application number: CN 201010144359
Authority: CN
Inventors: 余国辉; 卢宗宏; 朱长信
Original assignee: FOSHAN QIMING PHOTOELECTRIC Co Ltd; Chi Mei Lighting Technology Corp
Current assignee: FOSHAN QIMING PHOTOELECTRIC Co Ltd; Chi Mei Lighting Technology Corp
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2030-03-22
Also published as: CN102201511A

Abstract

本发明公开一种发光二极管结构及其制造方法。此发光二极管结构包含p型电极、接合基板、p型半导体层、发光层、n型半导体层、外延成长基板及n型电极。接合基板设于p型电极上。p型半导体层设于接合基板上。发光层设于p型半导体层上。n型半导体层设于发光层上。外延成长基板设于n型半导体层上，其中外延成长基板包含一开口贯穿外延成长基板。n型电极设于开口中，且与n型半导体层电连接。

Description

发光二极管结构及其制造方法

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)结构及其制造方法。

背景技术

目前，在制作垂直结构的氮化镓系列(GaN-based)发光二极管时，通常在发光外延结构成长于外延成长基板(Epitaxial Growth Substrate)上之后，利用激光剥离(Laser Lift-off)技术，来去除此成长基板。成长基板目前一般采用由氧化铝(Al₂O₃)所组成的蓝宝石基板。

然而，由于氧化铝与氮化镓系列材料之间具有很大的晶格不匹配，因此利用激光剥离去除成长基板时，会产生相当大的应力。而且，发光外延结构更可能会吸收激光的能量。如此一来，发光外延结构会因此而受到损害，而造成发光二极管元件的发光效能与可靠度、以及制作工艺合格率大幅下降。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种发光二极管结构的制造方法，其仅去除部分的外延成长基板。如此一来，可大幅降低外延成长基板移除时所产生的应力，故可有效降低外延成长基板移除时对外延结构所造成的损伤。

本发明的另一目的在于提供一种发光二极管结构的制造方法，其中激光仅接触小部分的外延结构或者蚀刻材料层，可大幅减轻对外延结构所造成的损害，因此可提高制作工艺合格率。

本发明的又一目的在于提供一种发光二极管结构，具有优异的发光效能与高可靠度。

根据本发明的上述目的，提出一种发光二极管结构，包含p型电极、接合基板、p型半导体层、发光层、n型半导体层、外延成长基板及n型电极。接合基板设于p型电极上。p型半导体层设于接合基板上。发光层设于p型半导体层上。n型半导体层设于发光层上。外延成长基板设于n型半导体层上，其中外延成长基板包含一开口贯穿外延成长基板。n型电极设于开口中，且与n型半导体层电连接。

依据本发明的一实施例，上述的金属层包含一第一部分与二第二部分，且这些第二部分分别接合在第一部分的相对二侧上，而形成一类U字型结构。

根据本发明的上述目的，另提出一种发光二极管结构的制造方法，包含：提供一外延成长基板，其中外延成长基板的一表面依序覆盖有n型半导体层、发光层与p型半导体层；接合一接合基板的第一表面与p型半导体层，接合基板更包含第二表面相对于第一表面；形成一通道贯穿外延成长基板，以暴露出n型半导体层的至少一部分；进行一蚀刻步骤，利用一蚀刻剂经由通道而蚀刻n型半导体层，使得外延成长基板的一部分悬突于n型半导体层上；移除至少部分的外延成长基板的悬突的部分，而在外延成长基板中形成一开口，此开口暴露出部分的n型半导体层；形成一n型电极在n型半导体层的暴露部分上；以及形成一p型电极在接合基板的第二表面上。

依据本发明的一实施例，上述形成通道的步骤以及移除外延成长基板的悬突部分的步骤可利用激光，且上述的蚀刻步骤可为湿蚀刻步骤。

根据本发明的上述目的，又提出一种发光二极管结构的制造方法，包含：提供一外延成长基板，其中外延成长基板的一表面依序覆盖有n型半导体层、发光层与p型半导体层；进行一图案化步骤，以移除部分的p型半导体层与部分的发光层，直至至少暴露出部分的n型半导体层，而形成一第一开口；形成一金属层在第一开口的底面上，其中金属层与n型半导体层电连接，且外延成长基板的表面与金属层之间设有一蚀刻材料层；形成一绝缘层填充第一开口；接合一接合基板的第一表面与p型半导体层，接合基板更包含第二表面相对于第一表面；形成一通道贯穿外延成长基板，以暴露出蚀刻材料层的至少一部分；进行一蚀刻步骤，利用一蚀刻剂经由通道而蚀刻前述的蚀刻材料层，使得外延成长基板的一部分悬突于金属层上；移除至少部分的外延成长基板的悬突的部分，而在外延成长基板中形成一第二开口，第二开口暴露出部分的金属层；形成一n型电极在金属层的暴露部分上；以及形成一p型电极在接合基板的第二表面上。

依据本发明的一实施例，上述的金属层包含一第一部分、与二第二部分从第一部分的相对二侧延伸至外延成长基板中。

附图说明

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，所附附图的说明如下：

图1A至图1F为依照本发明的一实施方式的一种发光二极管结构的制作工艺剖视图；

图2A至图2F为依照本发明的另一实施方式的一种发光二极管结构的制作工艺剖视图。

主要元件符号说明

100：外延成长基板 102：表面

104：表面 106：n型半导体层

108：发光层 110：p型半导体层

112：p型接触层 114：反射层

116：接合层 118：接合基板

120：表面 122：表面

124：通道 126：悬突部

128：激光 130：部分

132：开口 134：n型电极

136：p型电极 138：发光二极管结构

140：宽度 142：宽度

144：开口 146：蚀刻材料层

148：金属层 150：第一部分

152：第二部分 154：绝缘层

156：悬突部 158：激光

160：开口 162：部分

164：发光二极管结构 166：底面

168：宽度

具体实施方式

请参照图1A至图1F，其为依照本发明的一实施方式的一种发光二极管结构的制作工艺剖视图。制作发光二极管结构时，先提供外延成长基板100。外延成长基板100具有相对的表面102与104。外延成长基板100的材料可例如为氧化铝。在一实施例中，外延成长基板100可为由氧化铝所组成的蓝宝石基板。接着，利用例如外延成长方式，依序在外延成长基板100的表面102上覆盖n型半导体层106、发光层108与p型半导体层110。在一实施例中，n型半导体层106、发光层108与p型半导体层110的材料可例如为氮化镓系列(GaN-based)材料，例如氮化铟铝镓(InAlGaN)。此外，发光层108可例如包含多重量子井(Multi-quantum Well；MQW)结构。

接着，可选择性地形成p型接触层112覆盖在p型半导体层110上。p型接触层112可与p型半导体层110形成欧姆接触。p型接触层112可为单层结构或多层结构。在一实施例中，p型接触层112的材料为镍/金(Ni/Au)、镍/银(Ni/Ag)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化锌镓(GZO)、氧化锌铝(AZO)或氧化铟(In₂O₃)。此外，可依产品需求，而选择性地形成反射层114覆盖在p型接触层112上，以反射发光层108所发出之光。反射层114的材料可包含高反射率金属，例如铝、银或铂。

另外，更可根据制作工艺需求，而选择性地形成接合层116，以利接合p型半导体层110上的反射层114与接合基板118。接合层116可先形成在p型半导体层110上方的反射层114上。或者，可先形成在接合基板118的表面120上。接合层116可为单层或多层的金属结构。接着，如图1A所示，可通过接合层116，而将接合基板118的表面120接合在p型半导体层上方的反射层114上。接合基板118更具有另一表面122，其中表面122与120分别位于接合基板118的相对二侧。接合基板118的材料可例如为高导热的金属、半导体材料或金属半导体复合材料。在一实施例中，接合基板118的材料可例如包含硅、钼、铜、镍、铝、铜钨合金、或上述材料的任意组合。

在一些实施例中，完成接合基板118与p型半导体层110的接合制作工艺后，可依产品需求，而选择性地对外延成长基板100的表面104进行研磨，以消减外延成长基板100的厚度。在一实施例中，经研磨后的外延成长基板100的厚度可例如介于1微米至300微米之间。

为便于后续制作工艺说明，图1B至图1F为图1A上下翻转的示意图。接下来，如图1B所示，利用例如激光，从外延成长基板100的表面104划穿局部的外延成长基板100，而在外延成长基板100中形成贯穿外延成长基板100的通道124。在本实施方式中，通道124暴露出n型半导体层106的一部分。在一实施例中，通道124的宽度140可例如介于1微米至50微米之间。在图1B所示的实施例中，通道124并未延伸至n型半导体层106中。在另一实施例中，通道124可延伸至n型半导体层106中。

接着，进行蚀刻步骤，以使蚀刻剂经由通道124来蚀刻n型半导体层106。在一实施例中，此蚀刻步骤可例如采湿蚀刻方式，蚀刻剂进入通道124，而对n型半导体层106的暴露部分进行蚀刻。蚀刻剂可沿着外延成长基板100与n型半导体层106的界面，而由通道124的底面朝通道124外侧横向蚀刻而移除部分的n型半导体层。经此蚀刻步骤，邻近于通道124的外延成长基板100部分悬突于n型半导体层106上，而形成悬突部126，如图1C所示。在一实施例中，蚀刻剂可例如包含硫酸(H₂SO₄)与磷酸(H₃PO₄)的组合物、氢氧化钾(KOH)、或氢氧化钠(NaOH)。

接下来，如图1D所示，可利用例如激光128，划断外延成长基板100的悬突部126，而移除外延成长基板100的悬突部126，以在外延成长基板100中形成开口132。在图1D所示的实施例中，外延成长基板100的悬突部126遭完全移除。在另一实施例中，外延成长基板100的悬突部126并未完全移除，而可有部分悬突于开口132中。

外延成长基板100的悬突部126遭移除后，所形成的开口132暴露出n型半导体层106的一部分130，如图1E所示。n型半导体层106所暴露出的部分130的宽度142可例如大于30微米。

接着，可依产品需求，而选择性地从接合基板118的表面122研磨接合基板118，以降低接合基板118的厚度。然后，如图1F所示，利用例如蒸镀方式，形成n型电极134与p型电极136，而完成发光二极管结构138的制作。在一实施例中，n型电极134可仅设置在n型半导体层106的暴露部分130上，如图1F所示。在另一实施例中，n型电极134可部分位于n型半导体层106的暴露部分130上，另一部分位于外延成长基板100的表面104上。n型电极134与n型半导体层106电连接，且较佳可呈欧姆接触。p型电极136则覆盖在接合基板118的表面122上。p型电极与接合基板118电连接，且较佳可呈欧姆接触。p型电极136可例如包含共金金属层(eutectic layer)，且此共金金属层的材料可例如为金锡合金(AuSn)、银锡合金(AgSn)、金锡铜合金(AuSnCu)或银锡铜合金(AgSnCu)。

请参照图2A至图2F，其为依照本发明的另一实施方式的一种发光二极管结构的制作工艺剖视图。在本实施方式中，与上述图1A至图1F所示的实施方式相同的标号代表相同特征。制作发光二极管结构时，先提供外延成长基板100。接着，利用例如外延成长方式，而形成包含依序覆盖在外延成长基板100的表面102上的n型半导体层106、发光层108与p型半导体层110的发光外延结构。

接着，图案化发光外延结构，以移除部分的p型半导体层110与部分的发光层108，直至至少暴露出部分的n型半导体层106，而在发光外延结构中形成开口144。在一实施例中，此图案化步骤所形成的开口110的底面166暴露出部分的n型半导体层106。因此，请参照图2A，外延成长基板100的表面102上的蚀刻材料层146为n型半导体层106的一部分。

在另一实施例中，此图案化步骤可移除部分的n型半导体层106，而使开口144暴露出外延成长基板100的表面102。因此，完成此图案化步骤后，可利用例如沉积方式，另外形成蚀刻材料层146覆盖在外延成长基板100的表面102的暴露部分上。蚀刻材料层146的材料可例如为二氧化硅、氮化硅、二氧化钛或氧化铝。在一实施例中，开口110的底面166为蚀刻材料层146的顶面。

接着，利用光刻、蚀刻与沉积等技术，形成金属层148，其中此金属层148至少位于开口144的底面166上。因此，蚀刻材料层146介于金属层148与外延成长基板100的表面102之间。此外，金属层148与n型半导体层106接合而呈电连接。请参照图2A，在一实施例中，金属层148包含第一部分150与二第二部分152，其中这两个第二部分152接合在第一部分150的相对二侧，且自第一部分150穿过n型半导体层106与蚀刻材料层146之间而延伸至外延成长基板100的表面102。因此，金属层148呈一类U字型结构。在一实施例中，第二部分152与外延成长基板100的表面102接触。在另一实施例中，第二部分152一直延伸至外延成长基板100中，因而每个第二部分152的一端嵌设在外延成长基板100中。

接下来，利用例如沉积方式，形成绝缘层154覆盖在金属层148与开口144的底面166上，并填满开口144，以电性隔离金属层148及p型半导体层110。绝缘层154可为单层结构或多层堆叠结构。在一实施例中，绝缘层154的材料可例如为二氧化硅、氮化硅、二氧化钛、氧化铝或氮化钛。

在一实施例中，可选择性地形成p型接触层112覆盖在p型半导体层110与绝缘层154上。p型接触层112可与p型半导体层110形成欧姆接触。依产品需求，可选择性地形成反射层114覆盖在p型接触层112上，以反射发光层108所发出的光。另外，根据制作工艺需求，可选择性地形成接合层116，以利接合反射层114与接合基板118。在一实施例中，接合层116可先形成在p型半导体层110上方的反射层114上。在另一实施例中，接合层116可先形成在接合基板118的表面120上。接下来，如图2A所示，可通过接合层116，而将接合基板118的表面120接合在p型半导体层上方的反射层114上。接合基板118具有与表面120相对的另一表面122。

在一些实施例中，完成接合基板118与p型半导体层110的接合制作工艺后，同样可依产品需求，而选择性地对外延成长基板100的表面104进行研磨，以消减外延成长基板100的厚度。经研磨后的外延成长基板100的厚度可例如介于1微米至300微米之间。

为便于后续制作工艺说明，图2B至图2F为图2A上下翻转的示意图。接着，如图2B所示，利用例如激光，从外延成长基板100的表面104划穿外延成长基板100，而在外延成长基板100中形成贯穿外延成长基板100的通道124，并暴露出蚀刻材料层146的一部分。在一实施例中，通道124并未延伸进入蚀刻材料层146中，如图2B所示。在另一实施例中，通道124可延伸进入蚀刻材料层146中。

随后，利用例如湿蚀刻技术，以使蚀刻剂经由通道124来蚀刻蚀刻材料层146。蚀刻剂由通道124的底面朝通道124外侧横向蚀刻而移除蚀刻材料层146。在本实施方式中，此蚀刻步骤可利用金属层148的第一部分150作为纵向蚀刻方向的终点结构，且可利用金属层148的第二部分152作为横向蚀刻方向的终点结构，以利准确控制蚀刻终点。完成此蚀刻步骤后，邻近于通道124的外延成长基板100包含悬突部156悬突于金属层148上，如图2C所示。在一实施例中，蚀刻剂可例如包含硫酸与磷酸的组合物、氢氧化钾、氢氧化钠、缓冲氧化物蚀刻剂(Buffered Oxide Etcher；BOE)或氟化氢(HF)。

接着，如图2D所示，可利用例如激光158，划断外延成长基板100的悬突部156，用于移除外延成长基板100的悬突部156，而在外延成长基板100中形成开口160。在图2D所示的实施例中，外延成长基板100的悬突部156并未遭完全移除，而有部分悬突于开口160中。在另一实施例中，可完全移除外延成长基板100的悬突部156。

如图2E所示，移除外延成长基板100的悬突部156后，在外延成长基板100中所形成的开口132暴露出金属层148的一部分162。金属层148所暴露出的部分162的宽度168可例如大于30微米。

此时，可依产品需求，而选择性地从接合基板118的表面122研磨接合基板118，以缩减接合基板118的厚度。接下来，如图2F所示，利用例如蒸镀方式，形成n型电极134与p型电极136，而完成发光二极管结构164的制作。在一实施例中，n型电极134可仅设置在金属层148的暴露部分162上，如图2F所示。在另一实施例中，n型电极134可部分位于金属层148的暴露部分162上，另一部分则位于外延成长基板100的表面104上。p型电极136则覆盖在接合基板118的表面122上。n型电极134与n型半导体层106电连接，p型电极与接合基板118电连接。n型电极134与n型半导体层106较佳可呈欧姆接触，p型电极与接合基板118较佳可呈欧姆接触。

由上述本发明实施方式可知，本发明的一优点就是因为本发明的发光二极管结构的制造方法仅去除部分的外延成长基板。因此，可大幅降低外延成长基板移除时所产生的应力，故可有效降低外延成长基板移除时对外延结构所造成的损伤。

由上述本发明实施方式可知，本发明的另一优点为本发明的发光二极管结构的制造方法的激光仅接触小部分的外延结构或者蚀刻材料层，可大幅减轻对外延结构所造成的损害，因此可提高制作工艺合格率。

由上述本发明实施方式可知，本发明的又一优点就是因为本发明的发光二极管结构受到激光接触的部分外延层或蚀刻材料层，均于随后的蚀刻步骤去除，而可消除因外延结构损伤而影响发光效能。因此，本发明的发光二极管结构具有优异的发光效能与高可靠度。

虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何在此技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种发光二极管结构，包含：

p型电极；

接合基板，设于该p型电极上；

p型半导体层，设于该接合基板上；

发光层，设于该p型半导体层上；

n型半导体层，设于该发光层上；

外延成长基板，设于该n型半导体层上，其中该外延成长基板包含一开口贯穿该外延成长基板；以及

n型电极，设于该开口中，且与该n型半导体层电连接，

其中该外延成长基板还包含悬突部，其突设于该开口中。

2.如权利要求1所述的发光二极管结构，还包含接合层，其接合在该接合基板与该p型半导体层之间。

3.如权利要求1所述的发光二极管结构，还包含反射层，其介于该接合基板与该p型半导体层之间。

4.如权利要求1所述的发光二极管结构，还包含p型接触层，其介于该接合基板与该p型半导体层之间。

5.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该开口暴露出该n型半导体层的一部分，且该n型电极设于该n型半导体层的该部分上。

6.如权利要求1所述的发光二极管结构，还包含：

绝缘层，位于该开口的下方的该接合基板上；以及

金属层，位于该绝缘层上，其中该开口暴露出该金属层。

7.如权利要求6所述的发光二极管结构，其中该n型电极设于该金属层上。

8.一种发光二极管结构的制造方法，包含：

提供一外延成长基板，其中该外延成长基板的一表面依序覆盖有n型半导体层、发光层与p型半导体层；

接合一接合基板的第一表面与该p型半导体层，该接合基板还包含第二表面相对于该第一表面；

形成一通道贯穿该外延成长基板，以暴露出该n型半导体层的至少一部分；

进行一蚀刻步骤，利用一蚀刻剂经由该通道而蚀刻该n型半导体层的该部分，使得该外延成长基板的一部分悬突于该n型半导体层上；

移除至少部分的该外延成长基板的悬突的该部分，而在该外延成长基板中形成一开口，该开口暴露出部分的该n型半导体层；

形成一n型电极在该n型半导体层暴露的该部分上；以及

形成一p型电极在该接合基板的该第二表面上。

9.一种发光二极管结构的制造方法，包含：

进行一图案化步骤，以移除部分的该p型半导体层与部分的该发光层，直至至少暴露出部分的该n型半导体层，而形成一第一开口；

形成一金属层在该第一开口的一底面上，其中该金属层与该n型半导体层电连接，且该外延成长基板的该表面与该金属层之间设有一蚀刻材料层；

形成一绝缘层填充该第一开口；

形成一通道贯穿该外延成长基板，以暴露出该蚀刻材料层的至少一部分；

进行一蚀刻步骤，利用一蚀刻剂经由该通道而蚀刻该蚀刻材料层，使得该外延成长基板的一部分悬突于该金属层上；

移除至少部分的该外延成长基板的悬突的该部分，而在该外延成长基板中形成一第二开口，该第二开口暴露出部分的该金属层；

形成一n型电极在该金属层暴露的该部分上；以及

形成一p型电极在该接合基板的该第二表面上。