TWI222761B - Light-emitting diode and its manufacturing method - Google Patents

Description

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1222761 五、發明說明（2) 該晶粒1具有一 p型雷 該η型電極3係朝向^ / 1型電極3 ’且該P型電極2與 -具有複數半導體層;參考第la®及第1b圖’形成 之複數半導體層〗4 ^貝石基板之晶粒1，移除部份 該藍寳石基板4底部愈m該一n型電極3朝上，而 固晶面13結合。，然後再 （7如一 ^粒承載座）之― 式，用導線9分別電性接= bonding)的方 承載體之電性連^6、7 2電極2 &該11型電極3與該 線接合之發光二極體1〇包封起來，以伴 :=10Λ該承載體5之間的電性及機械連结。 時所產生的作用熱較=傳；結構相…發光 將導致二極體因作用埶積聚 D — = 1之散熱效率， 不穩定、較低二極體，亮；；：；化’&成二極體發光特性 且由於η型電極3及p型雷極？ +门士丄 利電極之配置。如此4 之半導體層(主動綱 積，降低元件的發光效率及亮i。-極體兀件的發光面 另外，此種構裝方式需逸并 的電性連結，該導線9連接該發光Λ-人了線接合來進灯兀件 性連接端6、7,所形成之線圈牛之電極Μ與« 、略（loop)更必須佔據相當

__! Μ 0691-9379TWF(N1);AOC-02-17-TW;PH0ELIP.ptd 第6頁

1222761 五、發明說明（3) 大的空間。對於目前發光元 說，無疑是一種缺點。 件不斷朝小型化發展的趨勢來 發明内容】 有鑑於此，為了解決上 提供一種發光二極體，其去除 =明之主要目的在 ，以將-第-型電極設置於“於：：體晶粒之部份基 ，當該晶粒與晶粒承載座接合時，、上之半導體膜層 上1f晶粒承載座之-第-型電極接觸d:極直接 打線接合步驟，以解決習知技術在使用電性連結，減少 晶層之基板時’為達電性連結不導電材質作為 ’導致需二次打線接合電極、散=置於同-問題。 … 良及降低發光區域 本發明之另—目的係提供一種發 ，以獲致本發明所述使用不導電極板只ί二= 極之發光二極體。 而-人打線接合 為獲致上述之目的，本發明所述之發 包括-晶粒承載座，該晶粒承載座係具有及y :::極接觸區於其上；-發光二極體晶粒，:;曰：：； ”板’…述第一型電極與基= i ΐ ΐ:二型電極位於複數半導體層之頂•，而：上 , ;昼位於晶粒之不同側，且該晶粒以上述圖^ 之土反側固合於上述晶粒承載座之固晶面上、該晶粒之第

0691·937(卿⑽）；縱 第7頁 遣編隱哪關 L厶厶厶丨U1 五、發明說明（4) 一型電極與上述晶 ' 結，以及一第二型4雷座之第一型電極接觸區電性連 體晶粒之第二型 性接觸區，以一導線與上述二極 根擄太欢電電性連結。 據本發明所述之 複數半導體層底部具二^ 一極體，其發光二極體晶粒之 體層相接處係為11〕有一第一表面，而基板上與複數半導 相接，而第一表弟一表面，該第一表面係與該第二表面 晶粒之第一型雷太，面積係大於第二表面之面積，且上述 面上。 σ糸位於未與上述第二表面相接的第一表 基於本 體之製作方 粒承載座係 提供一基板 複數之半導 案化之罩覆 去除部份基 基板；形成 上述圖案化 半導體層之 側，將上述 載座之固晶 載座之第一 二極體晶粒 性之連結。 發 明 之 另 — 法 ， 其 步 驟 具 有 一 固 晶 5 在 其 上 形 體 層 構 成 層 於 上 述 發 板 使 得 上 第 一 形 電 之 基 板 同 頂 部 而 與 晶 粒 以 上 述 面 上 5 且 使 型 電 極 接 觸 之 第 二 型 電 目，本發明 至少包括提 面及一第一 成複數之半 發光二極體 光二極體晶 述發光二極 極於上述複 側；形成一 上述第一型 圖案化之基 该晶粒之弟 區電性連結 極與一第二 係關於提供 供一晶粒承 型電極接觸 導體層，而 晶粒；形成 粒之基板側 體晶粒具有 數半導體層 第二形電極 電極於上述 板側固合於 '一型電極與 ，以及以一 型電極電性 一發光二極 載座，該晶 區於其上； §亥基板及該 並定義一圖 ，以一程序 一圖案化之 之底部而與 於上述複數 晶粒之不同 上述晶粒承 上述晶粒承 導線將上述 接觸區作電

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1222761 五、發明說明（5) 本發明 往習知技術 除部分半導 法。本發明係在形成 部分之基板 之半導體膜 之特徵在 在使用不 體層，而 將第一 層上，使 粒之不同 之第一型電極接觸區 性連結的 電極接觸 發明之上 例，並配 極形成於 aa 線以達到電 極與第二型 為使本 舉較佳實施 於本發 導電材 將電極 複數半 型電極 二極體 側，以 電性連 作法相 區電性 述目的 合所附 明所述 質作為 設置於 導體層 設置於 晶粒之 利第一 結，如 比，P、 連結即 、特徵 圖式， 之發光二極體，不同以 半導體層之基板時，移 同一側（發光側）之作 於基板之步驟後，移除 移除部分基板後所露出 第一型電極與第二型電 型電極與晶粒承載座上 此與習知技術需打兩次 需打一條線將第二型電 〇 能更明 作洋細 顯易懂，下文特 說明如下： 【實施方式】 以下將配合圖式詳細說明本發明 請參照则，其顯示本iid:施例： 基板！ 2 〇，本發明之方法適用於_印例刷之雷起f步驟。提供一 板或是半導體基板，可以是一藍寶石電路基板、陶瓷基 首先，在上述基板120上形成複數之丰"板或一尖石基板。 之半導體層13〇及上述基板120構成—體層130 ’此複數 二極體晶粒丨丨0當通入電流之後即產生一伞接體晶粒1 1 0 ’此 任意擇自由P型束縛層、η型束缚層、半士 to層1 3 0可 觸層所組成之族群中。半導體層13〇可\衝層、线層及接 」由液i曰石曰、、表 (LPE)、氣相磊晶法（VPE)或是有機金 從相邱日日淥 . 屬軋相磊晶法

m 0691-9379rrWF(Nl)；AOC-02-17-rnV；PHOELIF.ptd 第9頁

1222761 五、發明說明（6) (Μ 0 C V D )所形成。在此二極體晶粒之組成中，亦可包含布 拉格反射層（distributed Bragg reflector ;DBR)、透明 接觸層或是多重量子井層。在一較佳實施例中，該晶粒可 以是在一藍寶石（sapphire)基板上以有機金屬氣相磊晶法 (M0CVD)磊晶成長氮化鎵（GaN)系列的發光元件。 再形成一電極於上述晶粒11 〇的複數半導體層1 3 0之頂 部’以作為该晶粒的弟二型電極1 4 〇 b。作為電極之材質可 擇自由鉑（Pt)、鈷（Co)、金（Au)、鈀（Pd)、鎳（Ni)、鎂 (Mg)、銀（Ag)、|呂（A1)、鈒（V)、猛（Μη)、絲（Bi)、銖 (Re)、銅（Cu)、錫（Sn)、錄（Rh)、鈦（Ti)、鉬（Mo)、鶴 (W」、辞（Zn)、絡（Cr)、銳（Nb)、給（Hf)及其合金所組成 之族群中。 接下來，請參照第2b圖，形成並定義一圖案化之罩覆 層1 5 0於上述晶粒1 1 〇之基板1 2 0上，再以上述圖案化之罩 覆層1 5 0作為餘刻之罩幕進行一餘刻程序，以钱刻掉部分 之基板1 2 0，得到移除部分基板後露出之半導體膜層下表 面1 3 2，請參照第2 c圖。蝕刻掉部分基板之蝕刻程序可以 是一乾餘刻，可利用錢擊I虫刻（s p u 11 e r i n g e t c h )、反應 離子姓刻（r e a c t i v e i ο n e t c h i n g，R I E )、磁強化反應離 子 I虫刻（magnetically enhanced RIE，MERIE)、電子迴 旋共振（electron cyclotron resonance，ECR)|虫刻或感 應耦合電漿蝕刻程序（ICP，TCP)等方式，用來作為反應氣 體的分子可為含有氟化合物之氣體分子、含硫化合物之氣 體分子、氧氣及輔助氣體分子等（如惰性氣體）。

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0691 -9379TWF(N1);AOC-02-17-TW ； PHOELIP. ptd 第 10 頁 1222761 五、發明說明（7) 接著，請參照第2d圖，在移除部分基板120後所露出 之半導體膜層下表面1 3 2上形成一電極，以作為該晶粒的 第一型電極140a，此電極140a與基板120同樣形成於複數 半導體層130之底部表面。作為第一型電極140a之材質可 擇自由鉑（Pt)、姑（Co)、金（Au)、ls(Pd)、鎳（Ni)、鎮 (Mg)、銀（Ag)、鋁（A1)、釩（V)、錳（Μη)、鉍（Bi)、銖 (Re)、銅（Cu)、錫（Sn)、铑（Rh)、鈦（Ti)、钥（Mo)、鎢 (W)、鋅（Zn)、鉻（Cr)、鈮（Nb)、铪（Hf)及其合金所組成 之族群中。 再來，請參照第2e圖，提供 日日袓水戟座2 0 〇 具有一固晶面170及一第一型電極接觸區16〇a n將上述之 二極體晶粒11 〇以基板丨2 〇側固合於晶粒承載座2 〇 〇之固晶 面170上，且使上述二極體晶粒11〇之第一型電極H〇a(與 基板位於半導體層同一面）與晶粒承載座2 〇 〇上之第一型電 極接觸區1 6 0 a接觸，達到電性之連結。可以在第一型電極 140a上形成一金屬凸塊，或是在第一型電極接觸區16〇&上 形成一接合墊162 ,如此可方便第一型電極14〇3和 電極接觸區1 60a電性連結’以達到電性之連結。該金屬凸 :鬼或接合墊162之材質可與電極之材質相 ::適金屬、合金或複合膜層，例如可為二金 ::二錫銀合金之焊料凸塊。將晶粒固合於晶 芦來固^ a +之固晶面1 70之方法可以是利用—透明黏接 -I ^ 5日日例如BCB與環氧樹脂（ep〇xy);亦可使用低 溫焊料以電阻加熱焊接、超音波焊接、電弧焊

1222761 曰 修正 案號 92129734 五、發明說明（9) 綜上所述’本發明之發光二極體 下之優點： 瑕及其製造方法具有以 1 ·本發明之發光二極體其二極體曰 第二型電極係形成於晶粒之不同側上（型電極與 之表面，一形成於半導體層之底部），=你導體層 二極體所產生的熱積聚於同一側，且由如认此作法可避免 載座相*時’㈣*能傳至具*大散衙二二$晶粒承 逸散，可大大幫助發光二極體之散Ϊ熱:積=載體5而 狀；^ °所以本發明 =以習知技術製成之二極體，因作用熱積聚而， 發光特性不穩定及較低壽命等缺點。 、 &成 2·本發明所述之發光二極體，係移 分基板，以將第一型電極設置於移除又I —曰曰粒之嗒 半導體膜層上，如此-來，不需去板後所露出之 動層）以設置第一型電極與另一半導髅爲，你 以王 接觸，所以不會減少了二極體元件導的^ 的發光效率及亮度降低。請參考第7圖，技3、—避免兀件 極發光侧之俯視圖，半導體層頂部面積^^不本發光二 _ n , 積扣除第二型電極面 J即發光之面積30 0。而第8圖係顯示習知技術之發光面 3.本發明所述之發光二極體製造方法，在電性接合 之構裝時，只需進行一次打線接合便可6 由 ,, & j凡成70件的電性連 ’所需之導線也只要-條’不但滿足目前發光元件 朝小型化發展的趨勢，且較習知技術在製程上更具便利 性。 本發日月雖以較佳實施例揭露如上然其並非用以限定 〇69l-9379TWFl(Nl);AOC-02-17-TW.ptc

1222761 _案號 92129734 五、發明說明（10) 年 月 曰 修正 本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍内，當可做各種的更動與潤飾，因此本發明之 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

0691-9379TWFl(Nl);A0C-02-17-TW.ptc 第14頁 1222761 年月曰 圖式簡輕@ ^— -- 第1 a圖及第1 b圖係顯示習知之發光二極體 圖。 ί 2 Ξ至第2 e圖係顯示根據本發明所述之 之一較佳'施例之製程流程圖。 第圖係”、員示根據本發明所述之發光二極雜 施例之結構剖面圖。 —第4圖係顯示根據本發明所述之發光二極體另 貫施例之結構剖面圖。 η H圖係顯示根據本發明所述之發光二極體一 施例，其二極體晶粒之仰視圖。 與f Γι 6φ圖盆係顯不根據本發明所述之發光二極體另一較佳 實施：中其二極體晶粒之仰視圖。 第7圖係顯示根據本發 — ^ 施例中之發光面積示意圖。斤这之發先-㈣車““ 第8圖係顯示一習 圖。 ％ 之毛先二極體其發光面積示意 結構 剖面 發光 極 較隹實 /較隹 較佳實 【符號說明】 1〜二極體晶粒； 2〜ρ型電極； 3〜η型電極； 4〜基板； 5〜承載體； 6、7〜電性連接端；

1222761 _案號92129734 _年月日__ 圖式簡單說明 8〜封裝樹脂； 9〜導線； 1 0〜發光二極體； 11〜導線之接合端點； 1 3〜金屬物質層； 14〜複數之半導體層； 20〜二極體之發光面積； 22〜半導體層被移除之面積； I 0 0〜發光二極體；

II 0〜二極體晶粒； 1 2 0〜基板； 130〜複數之半導體層； 132〜移除部分基板後露出之半導體膜層下表面； 140a〜第一型電極； 140b〜第二型電極； 1 4 4〜導線之接合端點； 1 5 0〜罩覆層； 160a〜第一型電極接觸區； 160b〜第二型電極接觸區；

1 6 2〜接合墊； 1 6 4〜導線； 1 7 0〜基板所佔面積； 20 0〜晶粒承載座； 21 0〜導線架； 3 0 0〜二極體之發光面積。

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Claims (1)

1222761 六、申請專利範圍 1. 一種發光二極體，至少包括： 一晶粒承載座，該晶粒承載座係具有一固晶面及一第 一型電極接觸區於其上； 一發光二極體晶粒，該晶粒具有複數半導體層、一第 一型電極、一第二型電極及一圖案化之基板，其中上述第 一型電極與基板位於複數半導體層之底部，上述第二型電 極位於複數半導體層之頂部，而與上述第一型電極不同 側，且該晶粒以上述圖案化之基板側固合於上述晶粒承載 座之固晶面上、該晶粒之第一型電極與上述晶粒承載座之 第一型電極接觸區電性連結；以及 一第二型電極電性接觸區’以一導線與上述二極體晶 粒之第二型電極電性連結。 2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中上 述發光二極體晶粒其複數半導體層底部具有一第一表面， 而上述基板上與上述複數半導體層之相接處係為一第二表 面，該第一表面係與該第二表面相接，而第一表面之面積 係大於第二表面之面積，且上述晶粒之第一型電極係位於 移除部分基板後所露出之半導體膜層的第一表面上。 3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該 第二型電極電性接觸區係位於上述晶粒承載座上。 4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該 第二型電極電性接觸區係位於一導線架（1 e a d f r a m e )上。 5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中上 述第一型電極電性接觸區具有一接合墊與上述晶粒之第一

0691-9379TWF(Nl);AOC-02-17-TW;PHOELIP,ptd 第17頁 1222761 六、申請專利範圍 型電極電性連結。 6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中上 述晶粒之第一型電極具有一金屬凸塊與上述第一型電極電 性接觸區電性連結。 7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中上 述基板係為印刷電路基板、陶瓷基板或是半導體基板。 8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中上 述基板係為藍寶石基板或是晶尖石基板。 9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中上 述發光二極體晶粒係為在一藍寶石基板上磊晶成長而得之 氮化鎵系列二極體晶粒。 1 0. —種發光二極體的製造方法，至少包括： 提供一晶粒承載座，該晶粒承載座係具有一固晶面及 一第一型電極接觸區於其上； 提供一基板，在其上形成複數之半導體層，而該基板 及該複數之半導體層構成一發光二極體晶粒； 形成並定義一圖案化之罩覆層於上述發光二極體晶粒 之基板側，以一程序去除部份基板，使得上述發光二極體 晶粒具有一圖案化之基板； 形成一第一形電極於上述複數半導體層之底部而與上 述圖案化之基板同一側； 形成一第二形電極於上述複數半導體層之頂部，而與 上述第一型電極於上述晶粒之不同側； 將上述晶粒以上述圖案化之基板側固合於上述晶粒承

0691-9379TWF(N1);A0C-02-17-TW;PHOELIF.ptd 第18頁 1222761 六、申請專利範圍 載座之固晶面上，且使該晶粒之第一型電極與上述晶粒承 載座之第一型電極接觸區電性連結；以及 以一導線將上述二極體晶粒之第二型電極與一第二型 電極電性接觸區作電性之連結。 11.如申請專利範圍第1 0項所述之發光二極體的製造 方法，其中上述去除部份基板之程序係包括一蝕刻程序。 1 2.如申請專利範圍第1 0項所述之發光二極體的製造 方法，其中上述發光二極體晶粒其複數半導體層底部具有 一第一表面，而上述基板上與上述複數半導體層之相接處 係為一第二表面，該第一表面係與該第二表面相接，而第 一表面之面積係大於第二表面之面積，且上述晶粒之第一 型電極係位於移除部分基板後所露出之半導體膜層的第一 表面上。 1 3.如申請專利範圍第1 0項所述之發光二極體的製造 方法，其中該第二型電極電性接觸區係形成於上述晶粒承 載座上。 1 4.如申請專利範圍第1 0項所述之發光二極體的製造 方法，其中該第二型電極電性接觸區係形成於一導線架 (lead frame)上 ° 1 5.如申請專利範圍第1 0項所述之發光二極體的製造 方法，其中上述第一型電極電性接觸區具有一接合墊與上 述晶粒之第一型電極電性連結。 1 6.如申請專利範圍第1 0項所述之發光二極體的製造 方法，其中上述晶粒之第一型電極具有一金屬凸塊與上述

0691 -9379TWF(N1); AOC-02-17-TW;PHOELIF. pt'J 第19頁 1222761 » 六、申請專利範圍 第一型電極電性接觸區電性連結。 1 7.如申請專刺m 1祀圍弟1 〇項所述之發光二極體的製造 方法，其中上述福赵* f 1 J石H map、 数+導體層係由液相蠢晶法（LPE)、氣 相蠢晶法（VPE)或是古 ^ &有機金屬氣相磊晶法（MOCVD)所形成。 、18·如申明專利範圍第1 0項所述之發光二極體的製造 方法’其中上述基板係為印刷電路基板、陶瓷基板或是半 導體基板。 1 9 ·如申請專利範圍第丨〇項所述之發光二極體的製造 方法，其中上述基板係為藍寶石基板或是晶尖石基板。 20·如申請專利範圍第項所述之發光二極體的製造 方法，其中上述發光二 '係為在一藍寶石基板上磊 晶成長而得之氮化錄系列I^體晶粒。