TW201547053A - 形成發光裝置的方法 - Google Patents

Abstract

各種具體態樣提供形成發光裝置的方法。方法可以包括提供多層結構，其中多層結構依序包括基板、第一傳導類型的第一半導體層、作用層、第二傳導類型的第二半導體層，並且包括形成在第一半導體層和第二半導體層當中至少一者上的至少一金屬接觸。方法進一步包括在至少一金屬接觸上形成至少一溝槽，以及在至少一溝槽中形成至少一金屬支持物。

Description

形成發光裝置的方法

具體態樣大致而言關於發光裝置及其形成方法。

發光二極體(LED)，例如基於GaN(氮化鎵)的LED，係視為用於下一代固態照明的光源選擇，並且這領域的研究和發展已經在過去幾十年來做出巨大的進展。高亮度GaN LED已經應用於各種用途，例如液晶顯示器(LCD)的背光、交通號誌、全彩顯示器。

目前，GaN LED開始進入一般的照明市場。為了加速對一般照明市場的滲透，GaN LED的效能需要進一步改善。舉例來說，GaN LED在高功率操作下的電力轉換效率必須更優，舉例而言要高於50%，以便使它們取代目前的螢光燈(後者的電力轉換效率大約20%)，而有較好之消費者經驗和成本效益的好處。

進一步改善目前基於藍寶石基板的LED之效率則有科技的限制。由於電絕緣天性和不良的導熱率(瓦/米‧K)，故基於藍寶石的LED經常苦於有不良的光萃取、不良的熱逸散、高接面溫度(>100℃)、在高功率操作下的效率大萎縮(>40%)。這些缺點造成了在高功率操作條件下進一步改善LED效率的嚴重瓶頸。

因此已經提出倒置式LED概念來對付這問題。倒置式LED 是在金屬支持物上的架構，而光從電極的相對側來萃取，這代表了現代LED科技的技術水準具有許多無比的價值，例如相較於習用的側向架構LED而有優異的熱傳導和光萃取。這些大有可為的LED具有極高的效率和長壽命，即使在高電流密度下操作亦然。倒置式LED的原理是移除藍寶石基板，並且將LED附著到具有良好電和熱傳導率的替代基板。替代基板將同時作為傳導電流的電極和作為有效的熱逸散路徑。在移除藍寶石之後，暴露之非故意摻雜的GaN(u-GaN)表面或n型摻雜的GaN(n-GaN)表面可加以粗糙化或圖案化以增進光萃取效率。

然而，這科技不是單純直接的就可實現，並且關鍵點在於藍寶石的移除過程。在移除藍寶石之前，應首先實現強的導電支持層，以便維持自由站立的LED層並且避免在藍寶石的移除期間和之後有任何損傷。支持層可以由晶圓結合過程所形成，其中應用了稱為熱音波翻轉結合過程的Au軟焊過程。

圖1示範製造具有倒置組態之LED 100的方法。LED晶粒110首先以類似於側向晶片的程序來製造，譬如包括凸臺蝕刻、金屬襯墊沉積、鏡面接觸沉積、晶粒切塊……。LED晶粒110包括依序形成在藍寶石基板上的n-GaN層、多重量子井(multi-quantum wells，MQW)層、p-GaN層，並且包括分別形成在n-GaN層和p-GaN層上的n襯墊和p襯墊(其包括透明的歐姆接觸和反射鏡面)。把沉積了SiO₂鈍化層的LED晶粒110翻轉過來，並且p襯墊和n襯墊使用熱音波翻轉結合過程而經由軟焊凸塊122(譬如Au凸塊)和金屬接觸124以軟焊或結合到副載具120(例如銅或矽晶圓)上。在LED晶粒110結合到副載具120之後，將藍寶石基板(其可以是圖案化的基 板)移除並且粗糙化。在基板和n-GaN層之間的非故意摻雜的層或n-GaN層也可加以暴露和粗糙化以增進光萃取效率。p襯墊和n襯墊形成於相同側，因此光將不被任何襯墊和線路所阻擋，如圖1指出的發光路徑所示。

然而，由於裝置到副載具的熱傳導途徑是透過一或多個軟焊凸塊或Au栓(Au栓的直徑大約50~200微米)，其相較於整個裝置面積而言小很多，故Au軟焊過程提供小接觸面積用於熱逸散。再說，Au軟焊和副載具製造顯著增加了LED的整體成本。相對而言，金屬鍍覆是便宜的方式來達成用於倒置式LED的黏著性支持模板。然而，倒置式LED晶片的電極將站在相同側上，並且它們必須加以隔離以用於最終的晶片。此外，對於金屬鍍覆過程而言，需要鍍覆的所有部分必須是導電的。這要求阻礙了將金屬鍍覆技術應用於倒置式LED製程。

各種具體態樣提供形成發光裝置的方法。方法可以包括提供多層結構，其中多層結構依序包括基板、第一傳導類型的第一半導體層、作用層、第二傳導類型的第二半導體層，並且包括形成在第一半導體層和第二半導體層當中至少一者上的至少一金屬接觸。方法進一步包括在至少一金屬接觸上形成至少一溝槽，以及在至少一溝槽中形成至少一金屬支持物。

100‧‧‧具有倒置組態的發光二極體(LED)

110‧‧‧LED晶粒

120‧‧‧副載具

122‧‧‧軟焊凸塊

124‧‧‧金屬接觸

200‧‧‧流程圖

202~206‧‧‧步驟

300‧‧‧示意圖解

302‧‧‧基板

304‧‧‧第一半導體層

306‧‧‧作用層、第二半導體層

308‧‧‧第一部分

310‧‧‧第二部分

312‧‧‧隔離溝槽

314‧‧‧p金屬接觸、p金屬鏡面接觸層

316‧‧‧n金屬接觸、n金屬鏡面接觸層

320‧‧‧多層結構、LED結構

322‧‧‧第一鈍化結構、鈍化層

324‧‧‧種子層

330‧‧‧第二鈍化結構、圖案化結構

332‧‧‧鈍化部分、網絡連接部分

334‧‧‧溝槽、網絡島區域

336‧‧‧光阻層

344‧‧‧p金屬支持物、p電極、金屬網絡島

346‧‧‧n金屬支持物、n電極、金屬網絡島

350‧‧‧圖案

352‧‧‧藍膠帶

400~1500‧‧‧示意圖解

1600‧‧‧發光裝置晶粒或晶片

1620‧‧‧多層結構

於圖式，不同圖中之相同的元件符號大致都是指相同的零件。圖式未必按照比例，而是大致強調示範本發明的原理。於以下敘述，參考以下圖式來描述各種具體態樣，其中： 圖1示範製造具有倒置組態之LED的方法。

圖2顯示流程圖，其示範根據各種具體態樣來形成發光裝置的方法。

圖3顯示示意圖解，其示範根據各種具體態樣之層結構的俯視圖和截面圖。

圖4顯示示意圖解，其示範根據各種具體態樣而在倒置式過程的凸臺蝕刻之後的層結構輪廓的俯視圖和截面圖。

圖5顯示示意圖解，其示範在深蝕刻之後的層結構輪廓的俯視圖和截面圖。

圖6顯示示意圖解，其示範根據各種具體態樣而形成有金屬接觸之多層結構輪廓的俯視圖和截面圖。

圖7顯示示意圖解，其示範根據各種具體態樣而沉積了第一鈍化結構之多層結構的俯視圖和截面圖。

圖8顯示示意圖解，其示範根據各種具體態樣而沉積了種子層之多層結構的俯視圖和截面圖。

圖9顯示示意圖解，其示範根據各種具體態樣而形成有第二鈍化結構之多層結構的俯視圖和截面圖。

圖10顯示示意圖解，其示範根據各種具體態樣而形成有至少一金屬支持物之多層結構的俯視圖和截面圖。

圖11顯示示意圖解，其示範根據各種具體態樣而從LED晶圓移除藍寶石基板之過程的俯視圖和截面圖。

圖12顯示示意圖解，其示範在移除基板之後具有網絡島作為支持物的LED層結構。

圖13顯示示意圖解，其示範根據多樣之具體態樣的粗糙化過程。

圖14顯示示意圖解，其示範根據各種具體態樣來分離LED晶粒。

圖15顯示示意圖解，其示範根據各種具體態樣而銅支持物附著在藍膠帶上之圖14倒置式晶粒的仰視圖。

圖16顯示示意圖解，其示範根據多樣之具體態樣的發光裝置。

以下詳細敘述參照伴隨的圖式，其藉由示範而顯示可以實施本發明的特定細節和具體態樣。這些具體態樣是以充分細節來描述而使熟於此技藝者能夠實施本發明。可以利用其他的具體態樣，並且可以做出結構和邏輯上的改變而不偏離本發明的範圍。各種具體態樣未必是互相排斥的，因為某些具體態樣可以與一或更多個其他具體態樣組合以形成新的具體態樣。

各種具體態樣提供形成發光裝置的方法，譬如使用網絡金屬鍍覆技術的倒置式高功率LED。相較於習用的科技，各種具體態樣形成金屬支持物(也稱為網絡金屬島)而作為用於後續製程的支持物。當應用這方法到倒置式製造時，在圖案化技術和網絡金屬島的幫助下，可以同時鍍覆p和n電極支持物。金屬支持物與金屬接觸有大很多的接觸面積則將允許有遠勝於習用倒置式科技的熱逸散。據此，各種具體態樣所提供的方法更有成本效益並且具有很大潛力來改善產出率和效率。

應了解「上」、「之上」、「側向」、「頂」、「底」、「之下」……等詞當用於以下敘述時是為了方便而使用，並且幫助了解相對位置或方向，而不打算限制任何裝置或結構或者任何裝置或結構之任何部分的指向。

圖2顯示流程圖200，其示範根據各種具體態樣之形成發光裝置的方法。

在步驟202，提供多層結構。多層結構依序包括基板、第一傳導類型的第一半導體層、作用層、第二傳導類型的第二半導體層，並且包括形成在第一半導體層和第二半導體層當中至少一者上的至少一金屬接觸。

在步驟204，至少一溝槽形成在至少一金屬接觸上。

在步驟206，至少一金屬支持物形成在至少一溝槽中。

根據各種具體態樣，多層結構是LED(發光二極體)結構。第一和第二半導體層以及作用層連同至少一金屬接觸形成了LED結構。

根據各種具體態樣，金屬支持物的區域實質靠近金屬接觸在金屬支持物下的區域。金屬支持物的區域可以稱為金屬支持物直接或間接接觸著金屬接觸的底面區域。金屬接觸的區域可以稱為金屬接觸直接或間接接觸著金屬支持物的頂面區域。

於各種具體態樣，形成了至少一溝槽，其包括在多層結構上形成鈍化結構。鈍化結構包括鈍化部分，其界定至少一溝槽和/或連接相鄰的溝槽。於範例性具體態樣，二相鄰的鈍化部分可以在其間界定溝槽。於範例性具體態樣，二相鄰的溝槽可以由其間的鈍化部分所連接或隔離。

於各種具體態樣，方法可以進一步包括切塊或蝕刻穿過一或更多個鈍化部分以形成至少一發光裝置晶粒。

於各種具體態樣，鈍化部分和至少一金屬支持物共平面。藉由示範，當翻轉多層結構而使基板在頂部時，共平面的鈍化部分和至少一 金屬支持物形成並且作為基板支持物。

於各種具體態樣，每個鈍化部分可以具有的寬度範圍在20微米到2毫米。

於各種具體態樣，形成鈍化結構可以包括：在多層結構上沉積光阻層；以及將光阻層曝光和顯影，以致移除光阻層在至少一金屬接觸上的部分而形成至少一溝槽。

於各種具體態樣，光阻層可以沉積出的厚度範圍在10微米到500微米。

於各種具體態樣，在形成至少一金屬支持物之後，可以移除鈍化結構，並且絕緣材料可以沉積到移除之鈍化結構的區域裡。

於各種具體態樣，至少一溝槽所形成的深度或厚度範圍在10微米到500微米。

於各種具體態樣，形成在第一半導體層上之金屬接觸上的溝槽所具有的深度大於形成在第二半導體層上之金屬接觸上的溝槽，使得形成在第一半導體層上之金屬接觸上的金屬支持物所具有的厚度大於形成在第二半導體層上之金屬接觸上的金屬支持物。

於各種具體態樣，至少一金屬支持物所形成的厚度遠大於至少一金屬接觸的厚度，使得足夠厚的金屬支持物可以作為用於LED結構的金屬基板支持物。於各種具體態樣，至少一金屬支持物所形成的厚度範圍在10微米到500微米。

於各種具體態樣，至少一金屬支持物包括銅或銀。

於各種具體態樣，至少一金屬支持物可以使用電鍍、電子束 蒸鍍、熱蒸鍍、物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)、化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)或濺鍍沉積其中一者而形成。

於各種具體態樣，方法可以進一步包括在形成溝槽之前先在至少一金屬接觸上形成種子層。

於各種具體態樣，形成種子層以增進後續金屬支持物沉積的黏著強度。種子層可以包括從Cu(銅)、Ni(鎳)、W(鎢)、Au(金)、TaN(氮化鉭)、Ti(鈦)、Pt(鉑)、TiN(氮化鈦)、Sn(錫)和任何其他適合之金屬所選擇的材料。種子層324的厚度範圍可以在10奈米到500奈米。

種子層可以使用電子束沉積、濺鍍、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿增強CVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD)、離子束沉積、電化學沉積或任何其他適合的沉積方法而沉積。

於各種具體態樣，在形成溝槽之前，方法可以進一步包括：在多層結構上形成進一步鈍化結構，以致實質暴露至少一金屬接觸；以及在暴露的金屬接觸上形成種子層。

於各種具體態樣，形成進一步鈍化結構可以包括：在多層結構上沉積鈍化層；以及蝕刻鈍化層以實質暴露至少一金屬接觸。舉例而言，可以暴露至少一金屬接觸的整個頂面。

於各種具體態樣，至少一金屬接觸可以包括反光層。反光層也稱為鏡面層，其在可見光譜具有90%和以上的高反射度。鏡面層可以包括Al(鋁)、Ag(銀)、Ti(鈦)、Pt(鉑)、Cr(鉻)、Pd(鈀)或其他具有高反射度的金屬。

於各種具體態樣，第一半導體層上的至少一金屬接觸可以包括一或更多個表面佈局，其包括點、交叉線或交叉指。

於各種具體態樣，至少一金屬接觸的厚度範圍可以在3奈米到2000奈米。

於各種具體態樣，至少一金屬接觸可以使用電子束沉積、濺鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積、離子束沉積、電化學沉積或任何其他適合的沉積方法其中一者而形成。

於各種具體態樣，方法可以進一步包括蝕刻第二半導體層和作用層，以致暴露第一半導體層的至少一第一部分，並且第一半導體層的至少一第二部分保持被作用層和第二半導體層所覆蓋。

於各種具體態樣，至少一金屬接觸形成在第一半導體層的至少一第一部分上。第一半導體層之第一部分上的至少一金屬接觸可以稱為第一傳導類型的金屬接觸。第一傳導類型的金屬接觸可以包括或者可以由Ti、Al、Pt、Pd、Cr、Au、ITO(indium tin oxide，氧化銦錫)或任何其他適合的金屬或導電金屬氧化物所做成。

於各種具體態樣，至少一金屬接觸形成在第二半導體層上。形成在第二半導體層上的金屬接觸可以稱為第二傳導類型的金屬接觸。第二傳導類型的金屬接觸可以包括或者可以由Ni、Ag、Ti、Au、Pt、Pd、Al、W、Mo(鉬)、Ta(鉭)、TaN、耐火金屬、金屬合金、ITO(氧化銦錫)和任何其他適合的金屬或這些任何材料的複合物當中至少一者所做成。

於各種具體態樣，至少一溝槽形成在第一傳導類型的至少一金屬接觸上，並且至少一溝槽形成在第二傳導類型的至少一金屬接觸上。 在第一傳導類型之金屬接觸上的溝槽和在第二傳導類型之金屬接觸上的溝槽可以同時或分開形成。在第一傳導類型之金屬接觸上的溝槽所具有的深度可以大於在第二傳導類型之金屬接觸上的溝槽。

於各種具體態樣，第一傳導類型的至少一金屬支持物形成在第一傳導類型之金屬接觸上的至少一溝槽中，並且第二傳導類型的至少一金屬支持物形成在第二傳導類型之金屬接觸上的至少一溝槽中。第一傳導類型的金屬支持物和第二傳導類型的金屬支持物可以同時或分開形成。第一傳導類型之金屬支持物所具有的厚度可以大於第二傳導類型的金屬支持物。

於各種具體態樣，在蝕刻第二半導體層和作用層以暴露第一半導體層的至少一第一部分之後，可以形成至少一隔離溝槽，其延伸穿過第一半導體層的至少一第一部分。

於各種具體態樣，隔離溝槽可以藉由蝕刻第一半導體層的第一部分直到暴露基板為止而形成。

於各種具體態樣，隔離溝槽可以填充了鈍化層。

於各種具體態樣，方法可以進一步包括沿著至少一隔離溝槽而切塊或蝕刻多層結構以形成至少一發光裝置晶粒。

於各種具體態樣，方法可以進一步包括使用雷射剝離、研磨或化學蝕刻其中一者而移除基板。

於各種具體態樣，多層結構可以藉由以下而形成：在基板上形成第一傳導類型的第一半導體層、在第一半導體層上形成作用層、在作用層上形成第二傳導類型的第二半導體層。

於各種具體態樣，第一半導體層、作用層、第二半導體層當中一或更多者可以使用金屬有機化學氣相沉積或分子束磊晶而生長在基板上。

於各種具體態樣，基板可以從藍寶石(Al₂O₃)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、砷化鎵(GaAs)所構成的群組來選擇。於各種具體態樣，基板可以是c平面基板，也稱為(0001)基板。於各種具體態樣，基板可以披覆了孕核(nucleation)層，舉例而言為GaN或AlGaN(氮化鋁鎵)孕核層，以緩和基板與後續沉積的氮化層之間的晶格不匹配。

於各種具體態樣，非故意的摻雜層生長在基板上，並且夾在基板和第一半導體層之間。可以移除基板以暴露非故意的摻雜層。於各種具體態樣，暴露之非故意的摻雜層可加以粗糙化。

於各種具體態樣，非故意的摻雜層可以包括非故意摻雜的氮化鎵(u-GaN)層，以緩和基板與後續沉積的氮化層之間的晶格不匹配。

於各種具體態樣，第一傳導類型的第一半導體層可以包括n型摻雜的氮化鎵(n-GaN)層，或者可以包括其他適合的材料，例如n型摻雜的氮化鋁鎵(n-AlGaN)層、n型摻雜的氮化銦鎵(n-InGaN)層或n型摻雜的氮化鋁鎵銦(n-AlGaInN)層。n型摻雜物可以是Si(矽)或Ge(鍺)。

於各種具體態樣，第二傳導類型的第二半導體層可以包括p型摻雜的氮化鎵(p-GaN)層，或者可以包括其他適合的材料，例如p型摻雜的氮化鋁鎵(p-AlGaN)層、p型摻雜的氮化銦鎵(p-InGaN)層或p型摻雜的氮化鋁鎵銦(p-AlGaInN)層。p型摻雜物可以是Mg(鎂)、Be(鈹)或Zn(鋅)。

於各種具體態樣，作用層可以包括由量子阻障層所夾住的一 或更多個量子井層。於各種具體態樣，作用層可以包括由量子阻障層所夾住的單一量子井層，稱為單一量子井(single quantum well，SQW)結構；或者可以包括多重量子井層，其每一者由量子阻障層所夾住，稱為多重量子井(MQW)結構。量子井層和量子阻障層可以採取交替次序而形成。

於各種具體態樣，一或更多個量子井層可以包括氮化銦鎵。量子井層中的銦組成可以取決於所要的發射波長而變化。量子井層可以做非故意的摻雜。

於各種具體態樣，量子阻障層可以包括氮化鎵。量子阻障層可以做非故意的摻雜，或者可以摻雜了n型摻雜物，例如Si或Ge。

根據各種具體態樣，可以一次鍍覆n和p金屬支持物，並且n和p金屬接觸完全接觸著金屬支持物。不像一次僅鍍覆一襯墊的多數鍍覆過程，在鈍化結構所提供之網絡圖案的幫助下，p和n金屬支持物可以在鍍覆過程期間連接，如此則它們可以一次就鍍覆好。這使LED層結構完全接觸著金屬支持物，因此提供較好的熱逸散。

不像習用的科技是將金屬基板沉積做在整個晶圓層級上或完全分離的晶粒層級上，多樣之具體態樣的金屬支持物沉積/鍍覆可以進行在晶粒層級上，而鈍化結構的鈍化部分安排在晶粒和晶粒之間以將晶粒連接在一起。

不像習用的科技經常是將整個銅晶圓切塊來獲得分離的晶粒，多樣之具體態樣的方法僅須將鈍化結構的鈍化部分加以切塊或蝕刻，藉此達成簡單的晶粒分離過程而有低工作量和高產量。

不像習用的科技是透過暫時的基板來組裝分離的晶粒，各種 具體態樣所提供之鈍化結構的鈍化部分可以使用作為支持物並且將所有晶粒維持在一起，其提供用於製程的自我支持組裝。據此，多樣之具體態樣的方法簡化了過程、減少成本和改善產出。

下面關於圖3到14來描述形成發光裝置之過程的多樣具體態樣。

圖3顯示示意圖解300，其示範根據各種具體態樣之層結構的俯視圖和截面圖。

上述各種具體態樣對於有關以下圖3到16所述的具體態樣是有效的，並且反之亦然。

如圖3所示，顯示的是依序形成的基板302、第一傳導類型的第一半導體層304、作用層、第二傳導類型的第二半導體層306。雖然為了示範而將作用層和第二半導體層顯示和標示成一層306，但是要了解作用層係形成和夾在第一半導體層304和第二半導體層306之間。圖3的層順序也可以稱為LED磊晶層結構或LED晶圓。

於各種具體態樣，LED磊晶層結構可以藉由使用金屬有機化學氣相沉積或分子束磊晶以在基板302上依序生長第一半導體層304、作用層、第二半導體層306而形成。

於下述的範例性具體態樣，基板302可以是藍寶石基板。第一半導體層304可以是n型摻雜層，譬如n-GaN層。作用層306可以是InGaN/GaN作用層。第二半導體層306可以是p型摻雜層，譬如p-GaN層。要了解其他各種適合材料可以用於個別層。

圖4顯示示意圖解400，其示範根據各種具體態樣而在倒置 式過程的凸臺蝕刻之後的層結構輪廓的俯視圖和截面圖。

如圖4所示，對於倒置式過程而言，可以進行凸臺蝕刻，直到暴露n-GaN層304為止。

於各種具體態樣，可以蝕刻p-GaN層和作用層306，以致暴露n-GaN層304的至少一第一部分308，並且n-GaN層304的至少一第二部分310保持被作用層和p-GaN層306所覆蓋。凸臺蝕刻可以形成至少一凸臺結構，其可以包括n-GaN層304的第一部分308以及相鄰的p-GaN層和作用層306。

圖5顯示示意圖解500，其示範在深蝕刻之後的層結構輪廓的俯視圖和截面圖。

如圖5所示，可以進行深蝕刻，直到暴露藍寶石基板302為止。於各種具體態樣，可以蝕刻n-GaN層304的至少一第一部分308，直到暴露基板302為止，以形成至少一隔離溝槽312。於各種具體態樣，隔離溝槽312延伸穿過n-GaN層304的至少一第一部分308，並且形成以用於後續過程的晶粒隔離和晶粒分離。

圖6顯示示意圖解600，其示範根據各種具體態樣而形成有p金屬接觸和n金屬接觸之多層結構輪廓的俯視圖和截面圖。

如圖6所示，至少一p金屬接觸314可以沉積到p-GaN層306上。至少一n金屬接觸316可以沉積到n-GaN層304上，譬如在n-GaN層304的第一部分308上。據此，p金屬接觸314和n金屬接觸316形成在相對於n-GaN層304和基板302的同一側。

p金屬接觸314可以包括歐姆接觸層和反光層(也稱為鏡面 層)，並且可以稱為p金屬鏡面接觸層314。p金屬鏡面接觸層可以具有90%或以上的高反射度。p金屬鏡面接觸層314可以包括Ni、Ag、Ti、Au、Pt、Pd、Al、W、Mo、Ta、TaN、耐火金屬、金屬合金、ITO(氧化銦錫)和任何其他適合的金屬或這些材料的複合物當中至少一者。p金屬接觸層314的厚度範圍可以在3奈米到2000奈米。p金屬接觸層314的沉積可以使用電子束沉積、濺鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積、電漿增強CVD、離子束沉積、電化學沉積或任何其他適合沉積方法來進行。

n金屬接觸316可以包括或者可以由Ti、Al、Pt、Pd、Cr、Ti、Au、ITO或任何其他適合的金屬或導電金屬氧化物所做成。n金屬接觸316也可以包括鏡面層，並且可以稱為n金屬鏡面接觸層316。n金屬鏡面接觸層可以具有90%或以上的高反射度。n金屬接觸316的厚度範圍可以在3奈米到2000奈米。n金屬接觸316可以使用電子束沉積、濺鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積、電漿增強CVD、離子束沉積、電化學沉積或任何其他適合的沉積方法而沉積。

n金屬鏡面接觸層316可以設計成各種佈局，例如點、交叉線、交叉指……或其組合。設計的經驗法則是以最小的面積來做最好的電流分散，這導致有最大面積的光發射。鑒於p接觸314和n接觸316的同側組態，提供和形成了n金屬鏡面接觸層316以增進抵達n接觸區域之光的反射度。因此，相較於習用的側向晶片設計，抑制了擋光問題。

包括基板302、n-GaN層304、作用層和p-GaN層306、p金屬接觸314、n金屬接觸316的結構可以稱為上面具體態樣所述的多層結構320，或者可以稱為LED結構320。

於各種具體態樣，可以在大約300~600℃、空氣或N₂/O₂混合物中進行大約5分鐘的短退火以達到較好的歐姆接觸。

圖7顯示示意圖解700，其示範根據各種具體態樣而具有沉積了第一鈍化結構之多層結構的俯視圖和截面圖。

如圖7所示，第一鈍化結構322可以形成在多層結構320上。於各種具體態樣，形成和圖案化第一鈍化結構322，以致實質暴露至少一金屬接觸。舉例而言，可以實質暴露p金屬接觸314和/或n金屬接觸316的頂面而無第一鈍化結構。p金屬接觸314和/或n金屬接觸316的暴露區域可以分別實質靠近p金屬接觸314和/或n金屬接觸316的頂面區域。這可以允許後續形成在金屬接觸314、316上的金屬支持物具有與金屬接觸之足夠大的接觸面積。

於各種具體態樣，第一鈍化結構322可以藉由以下而形成：在多層結構320上沉積鈍化層322，並且蝕刻鈍化層322以實質暴露至少一金屬接觸314、316。

於各種具體態樣，可以形成鈍化層322以填充隔離溝槽312。

於各種具體態樣，鈍化層322可以沉積在個別凸臺結構的側壁上，譬如在隔離溝槽312的側壁上、在金屬接觸314、316的側壁上、在p-GaN層和作用層306的側壁上…等。

圖8顯示示意圖解800，其示範根據各種具體態樣而沉積了種子層之多層結構的俯視圖和截面圖。

如圖8所示，種子層324可以沉積在金屬接觸314、316當中至少一者上，譬如用於增進後續金屬沉積的黏著強度。種子層324可以 包括選自Cu、Ni、W、Au、TaN、Ti、Pt、TiN、Sn和任何其他適合金屬的材料。種子層324的厚度範圍可以在10奈米到500奈米。種子層324可以使用電子束沉積、濺鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積、電漿增強CVD、離子束沉積、電化學沉積或任何其他適合的沉積方法而沉積。

於各種具體態樣，可以採用薄光阻以形成用於種子層沉積的網絡島圖案。據此，具有網絡圖案的種子層324使用光阻圖案化材料而形成在至少一金屬接觸314、316的頂部上。網絡圖案可以具有許多變化，像是二島之間有不同數目的網絡連接(譬如種子層部分係沉積在金屬接觸314、316上)和不同寬度的網絡連接(譬如鈍化層322在個別結構304、306、314、316之間)。

圖9顯示示意圖解900，其示範根據各種具體態樣而形成有第二鈍化結構之多層結構的俯視圖和截面圖。

如圖9所示，第二鈍化結構330形成在多層結構320上，譬如在多層結構320上所形成的第一鈍化結構322上。第二鈍化結構330可以包括鈍化部分332，其界定在至少一金屬接觸314、316上的至少一溝槽334和/或連接相鄰的溝槽，如圖9所示。

於各種具體態樣，第二鈍化結構330可以形成如下：沉積光阻層336在多層結構320上，並且將光阻層336曝光和顯影，以致移除光阻層在至少一金屬接觸314、316和種子層324上的部分而形成至少一溝槽334。示範而言，厚的圖案化材料層336(例如SUS或125nXT)可以旋塗到第一鈍化結構322和種子層324的表面上。圖案化的材料層336可以具有的厚度範圍在10微米到500微米。在曝光之後，圖案化材料層336接受顯影， 其可以根據不同的烘烤過程而有所不同。在顯影之後，圖案化結構330則形成有溝槽334而無圖案化材料。

於各種具體態樣，圖案化的材料層可以包括光阻、氧化物、氮化物或其他適合的介電材料。

第二鈍化結構330顯示成在第一鈍化結構322之表面上的圖案化結構。圖案化的材料壁之厚度範圍可以在10微米到500微米。溝槽334也稱為網絡島區域(其當金屬後續鍍覆於溝槽中時形成網絡島)則是暴露的而無圖案化材料。溝槽/網絡島區域334的尺寸(譬如寬度)範圍可以在100微米到2毫米。溝槽334的深度或島區域的厚度範圍可以在10微米到500微米。每個鈍化部分332(也稱為網絡連接部分)的寬度範圍可以從20微米到2毫米。鈍化部分/網絡連接332的厚度範圍可以在10微米到500微米。

於各種具體態樣，形成在n金屬接觸316上的溝槽334所具有的深度或厚度大於形成在p金屬接觸314上的溝槽334，如圖9所示。據此，後續形成在n金屬接觸316上之金屬支持物所具有的厚度大於後續形成在p金屬接觸314上的金屬支持物。

於各種具體態樣，溝槽334之形成在n金屬接觸316上的區域(譬如溝槽334接觸種子層324或n金屬接觸316的底面區域)實質靠近n金屬接觸316的區域(譬如n金屬接觸316接觸種子層324或溝槽334的頂面區域)。溝槽334之形成在p金屬接觸314上的區域(譬如溝槽334接觸種子層324或p金屬接觸314的底面區域)實質靠近p金屬接觸314的區域(譬如p金屬接觸314接觸種子層324或溝槽334的頂面區域)。

圖10顯示示意圖解1000，其示範根據各種具體態樣而形成 有至少一金屬支持物之多層結構的俯視圖和截面圖。

如圖10所示，在圖9形成第二鈍化結構330以形成溝槽/網絡島區域334之後，至少一金屬支持物344、346形成於至少一溝槽334中。

示範而言，鍍覆了金屬支持物344、346(也稱為金屬網絡島)以填充第二鈍化圖案330所界定的溝槽334。形成用於p金屬接觸314的金屬支持物344可以稱為p金屬支持物344或p電極344。形成用於n金屬接觸316的金屬支持物346可以稱為n金屬支持物346或n電極346。p金屬支持物344和n金屬支持物346是由鈍化部分/網絡連接332所連接和隔離。

於各種具體態樣，金屬支持物344、346可以形成的厚度範圍在10微米到500微米。於各種具體態樣，n金屬支持物346可以具有大於p金屬支持物344的厚度。於各種具體態樣，金屬支持物344、346的厚度遠大於金屬接觸314、316的厚度，如此則厚金屬支持物344、346可以作為用於LED結構的金屬基板支持物。

於各種具體態樣，p金屬支持物344的區域(譬如p金屬支持物344接觸種子層324或p金屬接觸314的底面區域)可以實質靠近p金屬接觸314的區域(譬如p金屬接觸314接觸種子層324或p金屬支持物344的頂面區域)，並且n金屬支持物346的區域(譬如n金屬支持物346接觸種子層324或n金屬接觸316的底面區域)可以實質靠近n金屬接觸316的區域(譬如n金屬接觸316接觸種子層324或n金屬支持物346的頂面區域)，如此以在金屬支持物344、346和金屬接觸314、316之間形成足夠大的接觸面積。

於各種具體態樣，金屬支持物/網絡島344、346可以擁有優異之導熱率和優異之導電率的性質。擁有這些性質之銅、銀或其他適合的金屬可以使用作為用於金屬支持物/網絡島344、346的材料。

於範例性具體態樣，銅電鍍可以用於將銅鍍到溝槽/網絡島區域334裡，其中銅具有優異的導電率和導熱率(401瓦/米‧K)。99%純度的硫酸銅五水合物可以使用作為電解質，並且例如來自Enthone化學之320C的添加劑可以使用作為增進銅鍍覆品質的添加劑。鍍覆電流密度範圍可以設定在每平方公吋2安培到每平方公吋20安培。對應的鍍覆速率範圍可以在每小時50微米到每小時200微米。銅層344、346的厚度範圍可以在10微米到500微米。金屬支持物344、346也可以使用其他的金屬沉積方法而沉積，例如電子束蒸鍍、熱蒸鍍、PVD、CVD或濺鍍沉積。

於各種具體態樣，金屬支持物344、346和第二鈍化結構330的鈍化部分332可以共平面，如圖10所示，如此則譬如當翻轉多層結構以面向下時作為支持物或金屬基板。

根據各種具體態樣所形成之金屬支持物/網絡島344、346可以用於幾個目的。於第一方面，金屬支持物/網絡島344和346可以作為發光裝置的電極。於第二方面，金屬支持物/網絡島344、346可以作為熱槽和最終支持物。p金屬支持物344可以具有大於n金屬支持物346的面積，並且可以用來更有效率的使熱逸散。於第三方面，金屬支持物/網絡島344、346和溝槽/網絡連接332可以作為連接和支持物以將所有晶粒維持在一起以用於後續過程。

根據各種具體態樣，金屬支持物344、346可以直接形成在 金屬接觸314、316上以實體接觸著金屬接觸314、316，而沒有形成種子層324。

於各種具體態樣，在沉積金屬支持物之後，第二鈍化結構330可以保留成隔離材料和額外的支持材料。於各種具體態樣，舉例而言，如果用於第二鈍化結構330的光阻材料不適合隔離和支持，則第二鈍化結構330可以使用丙酮作為溶劑而移除。絕緣材料(例如強黏著劑和隔離材料)可以沉積到移除之第二鈍化結構330的區域裡，如此以填充金屬支持物344、346之間的區域。

圖11顯示示意圖解1100，其示範根據各種具體態樣而從LED晶圓移除藍寶石基板之過程的俯視圖和截面圖。

如圖11所示，翻轉圖10的LED層結構以使基板302面向上。基板302可以使用雷射剝離、研磨或化學蝕刻方法而移除。

圖12顯示示意圖解1200，其示範在移除藍寶石基板302之後而具有網絡島344、346作為支持物的LED層結構。

於各種具體態樣，可以沉積緩衝或聯合層，譬如非故意摻雜的GaN(u-GaN)層(未顯示)，其夾在基板和n-GaN層304之間。據此，在移除基板302之後，可以暴露u-GaN層。n-GaN層304可以不須要藉由蝕刻而暴露，因為n接觸316可以形成在n-GaN層304的另一側。

圖13顯示示意圖解1300，其示範根據多樣之具體態樣的粗糙化過程。

為了改善光萃取效率，暴露的u-GaN層表面可以經由溼式蝕刻或其他圖案化技術(例如光微影術、奈米壓印、奈米球微影術)而加以粗 糙化。

於各種具體態樣，在移除基板之後，可以暴露n-GaN層302，並且暴露之n-GaN層302的表面可以採取類似的方式而粗糙化。

暴露的表面可以粗糙化成包括多樣形狀的圖案350，例如圓錐形、角錐形、柱形、半球形，並且間距、直徑、高度的尺寸範圍在100奈米到5微米。

圖14顯示示意圖解1400，其示範根據各種具體態樣來分離LED晶粒。

在u-GaN層表面的粗糙化和/或圖案化之後，具有金屬支持物344、346作為金屬基板的LED晶粒可以附著或置於藍膠帶352上，並且可以藉由切塊機或化學蝕刻而分離，如圖14所示。

於各種具體態樣，切塊或蝕刻可以進行成穿過第二鈍化結構330的一或更多個鈍化部分/網絡連接332以形成一或更多個LED晶粒。於各種具體態樣，切塊或蝕刻可以沿著至少一隔離溝槽312而進行以形成一或更多個LED晶粒。

於各種具體態樣，第一鈍化結構322之填充於隔離溝槽312中的部分可加以圖案化和移除以暴露第二鈍化結構330的鈍化部分/網絡連接332。鈍化部分/網絡連接332可加以切割或蝕刻以分開LED晶粒。

圖15顯示示意圖解1500，其示範根據多樣之具體態樣的圖14倒置式晶粒的仰視圖，而銅支持物附著在藍膠帶上。

如圖15所示，多個LED晶粒附著在藍膠帶352上，其在移除藍膠帶352之後可以分離成單一晶片，如圖16所示。

根據多樣之具體態樣的發光裝置晶粒或晶片1600則顯示於圖16。發光裝置1600包括多層結構1620，其依序包括第一傳導類型的第一半導體層304(譬如n型摻雜層)、作用層、第二傳導類型的第二半導體層306(譬如p型摻雜層)，並且具有形成在第一半導體層304和第二半導體層306當中至少一者上的至少一金屬接觸(譬如p金屬接觸314和n金屬接觸316)。發光裝置1600進一步包括至少一金屬支持物(譬如p金屬支持物344和n金屬支持物346)，其形成在至少一金屬接觸314、316上的至少一溝槽中。

種子層324可以可選用的沉積在金屬接觸314、316和金屬支持物344、346之間。

金屬接觸314、316可以由鈍化層322所絕緣和連接。金屬支持物344、346可以由進一步鈍化層336所絕緣和連接。

p金屬支持物344之接觸p金屬接觸314或可選用的種子層324的區域可以實質靠近p金屬接觸314之接觸p金屬支持物344或可選用的種子層324的區域。n金屬支持物346之接觸n金屬接觸316或可選用的種子層324的區域可以實質靠近n金屬接觸316之接觸n金屬支持物346或可選用的種子層324的區域。

上面圖3到15所述之各種具體態樣示範了多於一個的LED晶粒。要了解根據上面各種具體態樣而包括形成溝槽和金屬支持物的方法也可以進行於單一晶粒。

上面多樣之具體態樣所揭示的方法可以應用於製造光電子裝置(例如高功率LED、光偵測器、雷射二極體)和微電子器件(例如雙極電晶體)。

根據上面各種具體態樣，提供了網絡鍍覆技術以在金屬基板上製造倒置式高功率LED。據此，可以同時鍍覆p電極和n電極，如此則晶片之p接觸和n接觸與金屬支持物的接觸面積幾乎等於晶片尺寸。以p和n金屬支持物所做的網絡金屬鍍覆在鍍覆過程期間連接，並且在最終晶片製程中藉由刻劃或蝕刻網絡連接部分而輕易分離，則使熱傳導區域增加為幾乎整個裝置尺寸。這將允許有比習用倒置式科技好很多的熱逸散。此外，鍍覆的金屬支持物可以同時使用作為接觸、支持物和副載具，這可以顯著減少成本。

因此，多樣之具體態樣的方法顯著改善熱逸散效率、增加產出、降低成本，並且對於高功率倒置式LED的大量生產來說是大有可為。

根據各種具體態樣，移除了藍寶石基板，並且暴露的GaN表面被粗糙化或圖案化以增進光萃取效率。高反射性鏡面可以應用在LED層結構上所形成的金屬接觸和金屬支持基板之間，這也可以幫助增進光萃取效率。對於倒置式LED過程而言，n電極和p電極都可以相對於基板和n-GaN層而形成在同一側上。據此，光將不被任何襯墊和線路所阻擋。這過程不須要蝕刻u-GaN，則厚很多的GaN層有助於較好的光萃取。

藍寶石基板的熱傳導很差(導熱率大約41.9瓦/米‧K)，並且LED由於藍寶石基板的大熱阻所造成的接面溫度增加而苦於嚴重效率萎縮。根據各種具體態樣，藉由使用具有高導熱率的金屬支持物，例如銅金屬支持物(導熱率大約401瓦/米‧K)，則LED中所產生的熱可以有效的逸散出去並且可以保留LED的高效率。相較於習用的倒置式過程，p-GaN和副載具之間的接觸面積大很多，這允許有較好的熱逸散。

於習用的科技，整個晶圓層級的金屬基板沉積和金屬基板切塊過程是必需的。可能在LED晶圓中產生應力和彎曲，其將在移除藍寶石基板之後引起LED膜的龜裂和損傷。這將引起LED的立即和潛在的故障，並且降低LED的產出和可靠度。此外，金屬顆粒容易在金屬基板切塊過程期間產生，這對於LED裝置而言是嚴重的污染物，並且可以引起電流洩漏和短路的問題。這些因素可以降低產出和引起可靠度問題。

根據各種具體態樣，金屬網絡島沉積進行在晶粒層級而具有網絡連接，其有效的抑制應力和彎曲的產生。對於晶粒的分離而言，單純的切割過程僅切割網絡連接部分，這將大大減少金屬顆粒污染問題，藉此改善倒置式過程的產出和可靠度。

根據各種具體態樣，網絡連接的金屬支持物可以同時作為支持物與p和n電極，其在製程期間節省了額外暫時支持晶圓的成本，因此減少成本。對於倒置式過程而言，p和n電極襯墊都鍍覆成自我支持層，這避免軟焊過程並且節省了Au栓金屬和副載具的成本。結果，相較於覆晶過程，製造成本可以減少10~20%。因此，多樣之具體態樣的方法是有成本效益的並且在材料/過程上是有效率的。

雖然已經參考特定具體態樣來特別顯示和描述本發明，不過熟於此技藝者應了解當中可以在形式和細節上做出各種改變，而不偏離本發明如所附請求項界定的精神和範圍。本發明的範圍因此是由所附申請專利範圍而指出，並且因而打算涵蓋落於請求項之等同意義和範圍裡的所有改變。

200‧‧‧流程圖

202~206‧‧‧步驟

Claims (34)

1. 一種形成發光裝置的方法，該方法包括：提供多層結構，該多層結構依序包括基板、第一傳導類型的第一半導體層、作用層、第二傳導類型的第二半導體層，並且該多層結構具有形成在該第一半導體層和該第二半導體層當中至少一者上的至少一金屬接觸；在該至少一金屬接觸上形成至少一溝槽；以及在該至少一溝槽中形成至少一金屬支持物。
2. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中該金屬支持物的區域實質靠近該金屬接觸在該金屬支持物下的區域。
3. 根據申請專利範圍第1或2項的方法，其中形成該至少一溝槽包括：在該多層結構上形成鈍化結構，該鈍化結構包括鈍化部分，其界定該至少一溝槽和/或連接相鄰的溝槽。
4. 根據申請專利範圍第3項的方法，其進一步包括：切塊或蝕刻穿過一或更多個該等鈍化部分以形成至少一發光裝置晶粒。
5. 根據申請專利範圍第3或4項的方法，其中該等鈍化部分和該至少一金屬支持物係共平面。
6. 根據申請專利範圍第3到5項中任一項的方法，其中該等鈍化部分的每一者所具有的寬度範圍在20微米到2毫米。
7. 根據申請專利範圍第3到6項中任一項的方法，其中形成該鈍化結構包括：在該多層結構上沉積光阻層；以及 將該光阻層曝光和顯影，以致移除該光阻層在該至少一金屬接觸上的部分而形成該至少一溝槽。
8. 根據申請專利範圍第7項的方法，其中該光阻層所沉積的厚度範圍在10微米到500微米。
9. 根據申請專利範圍第3到8項中任一項的方法，其進一步包括：在形成該至少一金屬支持物之後，移除該鈍化結構；以及將絕緣材料沉積到該鈍化結構已移除的區域裡。
10. 根據申請專利範圍第1到9項中任一項的方法，其中該至少一溝槽所形成的深度範圍在10微米到500微米。
11. 根據申請專利範圍第1到10項中任一項的方法，其中形成在該第一半導體層上之該金屬接觸上的該溝槽所具有的深度大於形成在該第二半導體層上之該金屬接觸上的該溝槽，使得形成在該第一半導體層上之該金屬接觸上的該金屬支持物所具有的厚度大於形成在該第二半導體層上之該金屬接觸上的該金屬支持物。
12. 根據申請專利範圍第1到11項中任一項的方法，其中該至少一金屬支持物所形成的厚度範圍在10微米到500微米。
13. 根據申請專利範圍第1到12項中任一項的方法，其中該至少一金屬支持物包括銅或銀。
14. 根據申請專利範圍第1到13項中任一項的方法，其進一步包括：使用電鍍、電子束蒸鍍、熱蒸鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積或濺鍍沉積其中一者而形成該至少一金屬支持物。
15. 根據申請專利範圍第1到14項中任一項的方法，其進一步包括： 在形成該溝槽之前，在該至少一金屬接觸上形成種子層。
16. 根據申請專利範圍第15項的方法，其進一步包括：在形成該溝槽之前，在該多層結構上形成進一步鈍化結構，以致實質暴露該至少一金屬接觸；以及在已暴露的該金屬接觸上形成該種子層。
17. 根據申請專利範圍第16項的方法，其中形成該進一步鈍化結構包括：在該多層結構上沉積鈍化層；以及蝕刻該鈍化層以實質暴露該至少一金屬接觸。
18. 根據申請專利範圍第1到17項中任一項的方法，其中該至少一金屬接觸包括反光層。
19. 根據申請專利範圍第1到18項中任一項的方法，其中該第一半導體層上的該至少一金屬接觸包括一或更多個表面佈局，其包括點、交叉線、或交叉指。
20. 根據申請專利範圍第1到19項中任一項的方法，其進一步包括：使用電子束沉積、濺鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積、離子束沉積或電化學沉積其中一者而形成該至少一金屬接觸。
21. 根據申請專利範圍第1到20項中任一項的方法，其進一步包括：蝕刻該第二半導體層和該作用層，以致暴露該第一半導體層的至少一第一部分，並且該第一半導體層的至少一第二部分保持被該作用層和該第二半導體層所覆蓋。
22. 根據申請專利範圍第21項的方法，其進一步包括： 在該第一半導體層的該至少一第一部分上形成該至少一金屬接觸。
23. 根據申請專利範圍第21或22項的方法，其進一步包括：在該第二半導體層上形成該至少一金屬接觸。
24. 根據申請專利範圍第21到23項中任一項的方法，其進一步包括：在蝕刻該第二半導體層和該作用層以暴露該第一半導體層的該至少一第一部分之後，形成至少一隔離溝槽，其延伸穿過該第一半導體層的該至少一第一部分。
25. 根據申請專利範圍第24項的方法，其中該隔離溝槽係藉由蝕刻該第一半導體層的該第一部分直到暴露該基板為止而形成。
26. 根據申請專利範圍第24或25項的方法，其中該隔離溝槽係以鈍化層填充。
27. 根據申請專利範圍第26項的方法，其進一步包括：沿著該至少一隔離溝槽來切塊或蝕刻該多層結構以形成至少一發光裝置晶粒。
28. 根據申請專利範圍第1到27項中任一項的方法，其進一步包括：使用雷射剝離、研磨或化學蝕刻其中一者而移除該基板。
29. 根據申請專利範圍第28項的方法，其中非故意的摻雜層夾在該基板和該第一半導體層之間；其中移除該基板以暴露該非故意的摻雜層。
30. 根據申請專利範圍第29項的方法，其進一步包括：將已暴露之該非故意的摻雜層粗糙化。
31. 根據申請專利範圍第29或30項的方法，其中該非故意的摻雜層包 括非故意摻雜的氮化鎵層。
32. 根據申請專利範圍第1到31項中任一項的方法，其中該第一半導體層包括n型摻雜的氮化鎵層、n型摻雜的氮化鋁鎵層、n型摻雜的氮化銦鎵層或n型摻雜的氮化鋁鎵銦層。
33. 根據申請專利範圍第1到32項中任一項的方法，其中該第二半導體層包括p型摻雜的氮化鎵層、p型摻雜的氮化鋁鎵層、p型摻雜的氮化銦鎵層或p型摻雜的氮化鋁鎵銦層。
34. 根據申請專利範圍第1到33項中任一項的方法，其中該作用層包括由量子阻障層所夾住的一或更多個量子井層。