专利名称：发光二极管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管晶粒的结构，特别涉及一种具有保护段的发 光二极管及其制造方法。
背景技术：
发光二极管具有许多的优势，例如元件尺寸小(compact size)，可以整合 到中小型尺寸的元件或是需要小型化的元件中，并可以直流电源操作，驱动 电路设计简单，消耗功率小及容易应用在移动式的元件中。再者，发光二极 管符合欧盟的有害物质禁令(Rohs)的无汞工艺，具有环保的优势，其采用半 导体工艺，故产品稳固而耐摔。所有可见光频谱中的各色光都可以通过发光 二极管发射，发光二极管的应用从简单的指示信号迈向其它的应用，例如照 明或是提供白色的背光源。
相较于发光二极管，传统的光源，例如白炽灯泡，主要的发射能量是在 红外线，而红外线除了不被人眼看到之外，还会产生许多的热，对于以发光 为目的而言是较耗能的。发光二极管的频谱集中，不会有红外线光源的产生， 相较于白炽灯泡是相当节能的光源。而阴极射线管所产生的光源，例如日光 灯，使用的寿命相较于发光二极管而言相当的短，并且需要一个安定器去驱 动灯管。另外，日光灯管是使用阴极射线去激发汞蒸气，也不符合现代的环 保要求。因此，在传统的照明方面，高亮度发光二极管有大量的市场需求。
要提高发光二极管的亮度，有几种方式。最直觉的方式就是提高在发光 二极管内通过的电流密度，因为发光亮度与在发光二极管内通过的电流密度 成正比。另夕卜，就是提供较大尺寸的发光二极管晶粒，例如40X40米尔(mil; 千分之一英吋)的晶粒，发光面积增加，发光的亮度当然增加。
除了直接提高亮度的方式，另一种方式就是将没有利用的光线再加利 用。主要的方式就是使用反射金属层将射向背面的光线反射到正面，例如图 1所示。在图1中，在磊晶基板10上磊晶形成发光二极管磊晶结构层12，在磊晶基板10的下面，形成所谓的复合金属反射层，包含金属铝20、金属 钛22、金属银24、以及金锡层26。 一般使用复合金属反射层之后，发光亮 度可以增加30%到50%左右。
在发光二极管形成之后，需要将发光二极管封装以便进行其应用。目前， 在封装的时候，晶粒是使用固晶胶将晶粒固定在封装基材上。 一般的固晶胶 主要是环氧树脂掺杂金属银，又称作银胶。惨杂银可以让环氧树脂具有导电 与导热的效果，特别是在发光二极管的晶粒结构为异面电极时，需要使用可 以导电的固晶胶。经过烘烤之后，环氧树脂会将发光二极管固定在封装基板 上。
另一种将发光二极管固定在封装基材上的方式是使用共晶(eutectic)接 合，即将晶粒使用金属共晶的方式固定在封装基材上。如图2所示，发光二 极管的最下面一层的金锡层26可以与位于封装基材上的焊锡30形成金属共 晶。使用共晶接合将发光二极管固定在封装基材上有许多的优点，例如接合 更紧密，可以让发光二极管可以承受更高的推拉力。另外，金属的散热较环 氧树脂更佳，发光二极管可以有较佳的散热效果。
然而，在共晶接合的工艺中，焊锡受到挤压时，会沿着晶粒的边缘攀爬。 在该工艺中，攀爬的焊锡会进入到反射金属层之间，如图3所示。在图3中， 攀爬的焊锡40可能会沿着发光二极管的侧边进入到磊晶基板10与金属铝20 之间、金属铝20与金属钛22之间、金属钛22与金属银24之间、或是金属 银24与金锡层26之间。侵入到复合反射金属层之间的焊锡40，会降低发光 二极管的反光效果，并且造成产品的寿命降低等问题。
综上所述，市场上亟需要一种避免焊锡侵入叠层内部的发光二极管晶粒 的结构，并能改善上述现有发光二极管的各种缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管，其能提升发光二极管的质量与 制造合格率，在发光二极管的基板相对于磊晶结构的一面形成保护段，可防 止发光二极管在共晶接合阶段，焊锡进入复合反射金属层之间所造成的问题。
本发明提供一种发光二极管，包含一具有一第一面与一第二面的基材，一位于该基材的第一面上的可发光的磊晶结构，以及一位于该基材的第二面 上的复合反射层。其中该第二面具有一保护段。
上述发光二极管的一种制造方法，包含在一基材的第一面形成一可发光 的磊晶结构，之后在该基材的第二面形成一保护段，以及在该基材的第二面 形成一复合反射层。上述的基材用于磊晶的基材，可为蓝宝石基板、碳化硅 基板、砷化镓基板、硅基板、磷化铟基板、磷化镓基板、或氧化锌基板。
上述发光二极管的另一种制造方法，包含依序在一暂时基材上形成一可 发光的磊晶结构，在该可发光的磊晶结构上形成一基材。之后移除该暂时基 桐、在上述基材上形成一保护段，并且在基材上形成一复合反射层。
上述的保护段为至少一沟渠，或是多个沟渠图案占满该基材。沟渠图案 与发光二极管的外轮廓(外观)接近或是不相同。
上述的复合反射层可为Ni/Au/Al/Ti/Au、 ITO/Al/Ti/Au、 ITO/Al/Ti/Ag、 ITO/Si02/Al/Si02、 Si02/Al/Si02/Ag、或Al/Ti/Ag。在复合反射层外还包含一 层金锡层以提供发光二极管以共晶接合方式固定于封装基材上。
本发明的有益技术效果在于通过本发明的发光二极管，能提升发光二 极管的质量与制造合格率，在发光二极管的基板相对于磊晶结构的一面形成 保护段，可防止发光二极管在共晶接合阶段，焊锡进入复合反射金属层之间 所造成的问题。
图1为以传统的方式形成具有反射金属层的发光二极管的截面结构示意
图2为以图1的发光二极管进行共晶接合的示意图； 图3为以传统的技术进行共晶接合时所遇到的问题；
图4为以本发明的方法形成具有保护段的发光二极管的截面结构示意
图5为以图4的具有保护段的发光二极管在焊锡攀爬侵入的俯视示意
图6为以图4的具有保护段的发光二极管在焊锡攀爬侵入的另一种俯视 示意图；图7为以本发明的方法形成具有保护段的发光二极管的各步骤的截面结 构示意图，其中光致抗蚀剂已经具有沟渠的图案；
图8为以本发明的方法形成具有保护段的发光二极管的各步骤的截面结 构示意图，其中硬屏蔽层在蚀刻后形成沟渠的图案；
图9为以本发明的方法形成具有保护段的发光二极管的各步骤的截面结 构不意图，其中基板在蚀刻后形成沟渠的图案；
图10为以本发明的方法形成具有保护段的发光二极管的各步骤的截面 结构示意图，其中复合金属反射层依序形成在具有沟渠的基板上；以及
图11为以本发明的方法形成具有保护段的发光二极管的各步骤的截面 结构示意图，其中用以共晶接合的金锡层形成在复合金属反射层上。
其中，附图标记说明如下
12磊晶结构层 22 26
40焊锡
110发光磊晶结构 122 金属钛 126金锡层 140焊锡 200硬屏蔽层
焊锡
r晶
10 幕晶 20 24 30 100 120 124
130焊锡 142焊锡 210光致抗蚀剂层 220、 222-1、 222-2、
222-3、 222-4、 222-
沟渠
具体实施例方式
本实施例所涉及的示意图，均为以附图的方式阐明本发明的实施例并不 用以限制本发明的范围。附图的内容为结构示意图，不能以附图的尺寸限縮 本发明的范围。
本发明的目的在于在发光二极管的基材上形成保护段，防止在共晶接合 阶段，焊锡会进入复合金属反射层之间。保护段可以在磊晶之后，晶粒切割 的工艺中进行，也可以在磊晶之前直接形成。在晶粒切割的工艺中，可以在发光二极管的电极形成之前先形成保护段以及复合金属反射层；也可以在形 成发光二极管的电极与保护层之后，磊晶晶圆切割成芯片之前形成保护段与 复合金属反射层。
保护段在本发明的实施例中，主要是在基板上形成沟渠，使得焊锡要进 入复合金属反射层之间的缝隙时，会增加进入的距离；并且，焊锡钻入缝隙 的方向改变，使得焊锡钻入的难度增加，因此可以阻挡焊锡的进入。
沟渠的图案可以跟晶粒的外轮廓相同，是方形，另夕卜，也可以是圆形或 是其它的形状，例如椭圆形、菱形、规则的图案或是不规则的图案。沟渠的 深度不受限制，主要的目的是可增加焊锡进入复合金属反射层之间缝隙的难 度。沟渠的宽度不受限制，主要可让复合金属反射层可以以共形的方式形成 在沟渠内。沟渠的数量可以是一个、两个、三个，或是形成在整个晶粒的背 面。沟渠的形成方式可以使用蚀刻，而蚀刻剂的选择依赖基材的不同而不同。
基材可以是磊晶基板，也可以是其它的基板。例如，在原先的磊晶基板 上磊晶之后形成一第二基板，然后将原先的磊晶基板移除。这样的工艺称为 基板掀离(lift-off)工艺。例如，将砷化镓基板移除，并且在磊晶结构的另一端 形成磷化镓基板或金属基板，或是将蓝宝石基板以激光掀离工艺移除，并且 在磊晶结构的另一端形成金属基板。
接下来，以图4说明本发明实施例的结构示意图。图4为发光二极管的
截面结构示意图，在磊晶基板100的第一面上形成发光磊晶结构110，其中 可发光的磊晶结构110包含一 n型化合物半导体层以及一 p型化合物半导体 层。磊晶基板100可以是蓝宝石基板、碳化硅基板、砷化镓基板、硅基板、 磷化铟基板、磷化镓基板、或是氧化锌基板等。磊晶结构110可以是III-V 族化合物半导体材料，例如三族砷化物、三族磷化物及三族氮化物，其可
包含砷化镓、磷化镓、磷化铝镓、磷化铟镓、磷化铝铟镓、氮化镓、氮化铝
镓、氮化铟镓、或是氮化铝铟镓。磊晶结构iio也可以是其它的n-vi族化
合物半导体材料。磊晶结构110—般是在化学气相沉积室里面进行反应磊晶， 例如有机金属气相磊晶(OMVPE; OrganoMetal Vapor Phase Epitaxy),氢化物 气相磊晶(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy)。目前，在n型化合物半导体 层与p型化合物半导体层之间，会形成一主动层以增进发光效率。主动层与 n型化合物半导体层及p型化合物半导体层形成所谓的双异质结构(DoubleHetrostructure)。另一种主动层具有多重量子井(MQW; Multiple Quantum Well)
结构，可以更进一步提升发光二极管的效率。
在形成磊晶结构IIO之后，在磊晶基板100的第二面(一般是指发光二极 管的背面)形成至少一个沟渠220。沟渠220的深度以不影响发光二极管的出 光效果为佳。复合金属反射层中，包含金属铝120、金属钛122、金属银124 等以共形(conformal)的方式依序形成在具有沟渠220的磊晶基板100的第二 面上。复合金属反射层最后的金锡层126将沟渠220填平，以有利于与封装 基板上的焊锡130之间进行共晶接合。
图5为图4中的截面结构的一种俯视图。当基板与磊晶结构均为透明时， 图5为从基板的第一面俯视图4的示意图。在图5中，两个沟渠220-1与220-2 的外形接近发光二极管晶粒的外轮廓，在附图中沟渠220与沟渠以外的部分 均为相同的材质，而为了附图的方便而单独用影线标示。攀爬的焊锡140从 发光二极管的侧边侵入，遇到沟渠220-1后很难再继续进入。沟渠的数量愈 多，焊锡侵入的机会愈小。
图6为图4中的截面结构的另一种俯视图。在这个实施例中，共有五个 沟渠222-1、 222-2、 222-3、 222-4、及222-5，每个沟渠均为圆形。在图6的 实施例中，每个沟渠的宽度均不一样，可以是有规则的变化，或是无规则的 变化。攀爬的焊锡142从发光二极管的侧边侵入，遇到沟渠222-1后很难再 继续进入。即便是攀爬的焊锡142可以通过沟渠222-1，后面还有其它的沟 渠可以阻挡攀爬的焊锡142进入。
形成如图4所示的发光二极管的各步骤的截面的结构示意图如图7到图 11所示。
如图7所示，在磊晶基板100的第一面形成发光二极管的磊晶结构110。 在磊晶基板100的第二面形成一硬屏蔽层200，在本实施例中硬屏蔽层200 的材质为二氧化硅。在硬屏蔽层200上形成一经过图案转移过的(pattemed) 光致抗蚀剂层210。 二氧化硅的形成方式可以是物理气相沉积、化学气相沉 积、或旋转涂布(SOG; spin on coating),例如常压化学气相沉积、低压化学 气相沉积、等离子体增益化学气相沉积、高密度等离子体化学气相沉积、或 是以四乙基硅酸盐方式旋涂等。硬屏蔽层200也可以使用其它的材料，例如 氮化硅、氮氧化硅、或是其它可在跟磊晶基材100之间有蚀刻选择性的材料，并且蚀刻选择性愈高愈好。
光致抗蚀剂层210可以选择正光致抗蚀剂或是负光致抗蚀剂，通常使用
旋转涂布的方式形成在硬屏蔽层200上，然后经过预烤(prebake)，曝光 (exposure),显影(develop)，后烘烤(post bake)之后形成如图所示的有图案的 光致抗蚀剂层210。
在本实施例中以蓝宝石作为磊晶基板100，然而亦可以应用到其它的磊 晶 基板，在此不再赘述。
之后，如图8所示，以光致抗蚀剂层210作为屏蔽，蚀刻硬屏蔽层200。 在本实施例中，蚀刻的方式可以是干蚀刻或是湿蚀刻。在湿蚀刻中，蚀刻二 氧化硅的蚀刻剂可为氢氟酸。在干蚀刻中， 一般使用氟碳化物的气体等离子 体，以活性离子反应器(RIE)、磁场强化活性离子反应器(MERIE)、电子回旋 共振式等离子体蚀刻机(ECR)、感应耦合式等离子体蚀刻机(ICP)、或是螺旋 波等离子体蚀刻机(HWP)等进行干式蚀刻。
然后，如图9所示，以硬屏蔽层200为屏蔽，蚀刻磊晶基板100形成沟 渠220，其中蚀刻的方式可为湿蚀刻或是干蚀刻。在本实施例中，以蓝宝石 作为磊晶基板100，因此在湿蚀刻中选择的蚀刻剂为硫酸与磷酸，而在干蚀 刻中使用以三氯化硼为基底的气体等离子体。干蚀刻可以在活性离子反应 器、磁场强化活性离子反应器、电子回旋共振式等离子体蚀刻机、感应耦合 式等离子体蚀刻机、或是螺旋波等离子体蚀刻机等进行。两种蚀刻方式的差 异在于蚀刻的轮廓。在本实施例中以干式蚀刻较佳，因为攀爬的焊锡要进入 复合金属反射层之间的缝隙时需要克服接近垂直的转角，侵入的困难更大。
接着，如图10所示，依序形成复合金属反射层。先形成金属铝120，然 后是金属钛122，之后是金属银124。在本实施例中，三层金属层均为共形 层(conformal layer)。三层的金属层的形成方式可为化学气相沉积或是物理气 相沉积，例如使用蒸镀的方式，热源可以是电子束加热，或是使用射频、加 热片等，亦可以使用溅镀、分子束磊晶法、以及电镀、化镀等方式。
然而，共形层可以只形成在第一层金属铝120上，之后的第二层的金属 钛122可以将沟渠填满，或是第三层的金属银124将沟渠填满。
除了在本实施例中所使用复合金属反射层之外，亦可以使用其它的复合 金属反射层，例如Ni/Au/Al/Ti/Au、 ITO/Al/Ti/Au、或是ITO/Al/Ti/Ag。另夕卜，亦可以使用其它的材料，例如ITO/Si02/Al/Si02、或是Si02/Al/Si02/Ag的复
合反射层。
之后，如图11所示，形成金锡层126。在本实施例中，金锡层126需要 将所有凹进去的沟渠填平。形成金锡层126的方式可为化学气相沉积或是物 理气相沉积，例如使用蒸镀的方式，热源可以是电子束加热、或是使用射频、 加热片等，亦可以使用溅镀、分子束磊晶法、以及电镀、化镀等方式。
对于使用基板掀离工艺的发光二极管，并非是磊晶基板100的基板一般 也可以应用于本发明中。然而，如果并非是磊晶基板100的基板是金属的， 可以有几种方式形成沟渠。 一种简单的方式是在p型化合物半导体层上，继 续磊晶足够厚度的p型半导体化合物层，然后在p型半导体化合物层上形成 沟渠，之后的金属基板为共形层，具有沟渠的图案。另一种方式是直接在金 属基板上形成沟渠。
本发明的技术内容及技术特点已如上述记载，然而熟悉本领域的技术人 员仍可能基于本发明的教导及记载而作种种不背离本发明精神的替换及修 饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所涉及的内容，而应包括各种 不背离本发明的替换及修饰，并涵盖在以下的权利要求书的保护范围内。
权利要求
1. 一种发光二极管，包含一基材，具有一第一面与一第二面，其中该第二面具有一保护段；一可发光的磊晶结构，位于该基材的第一面上；以及一复合反射层，位于该基材的第二面上。
2. —种制造发光二极管的方法，包含提供一基材，该基材具有一第一面与一第二面；在该基材的第一面形成一可发光的磊晶结构；在该基材的第二面形成一保护段；以及在该基材的第二面形成一复合反射层。
3. 根据权利要求1所述的发光二极管或权利要求2所述的制造发光二极管的方法，其中该基材以磊晶为基材，可以是蓝宝石基板、碳化硅基板、砷化镓基板、硅基板、磷化铟基板、磷化镓基板或氧化锌基板。
4. 一种制造发光二极管的方法，包含提供一暂时基材；在该暂时基材上形成一可发光的磊晶结构；在该可发光的磊晶结构上形成一基材；移除该暂时基材；在该基材上形成一保护段；以及在该基材上形成一复合反射层。
5. 根据权利要求1所述的发光二极管或权利要求2或4所述的制造发光二极管的方法，其中该复合反射层可为Ni/Au/Al/Ti/Au、 ITO/Al/Ti/Au、ITO/Al/Ti/Ag、 ITO/Si02/Al/Si02、 Si02/Al/Si02/Ag或Al/Ti/Ag。
6. 根据权利要求1所述的发光二极管或权利要求2或4所述的制造发光二极管的方法，其中该保护段为至少一沟渠。
7. 根据权利要求6所述的发光二极管或制造发光二极管的方法，其中该沟渠的图案占满该基材。
8. 根据权利要求6所述的发光二极管或制造发光二极管的方法，其中该沟渠的图案与该发光二极管的外轮廓接近。
9. 根据权利要求1所述的发光二极管或权利要求2或4所述的制造发光二极管的方法，其中在该复合反射层外还包含一层金锡层以提供该发光二极管以共晶接合方式固定于封装基材上。
10. —种发光二极管，包含一磊晶基材，具有一第一面与一第二面，其中该第二面具有多个沟渠；一可发光的磊晶结构，位于该磊晶基材的第一面上；以及--复合金属反射层，位于该磊晶基材的第二面上，该复合金属反射层可提供该发光二极管以共晶接合方式固定于一封装基材上。
全文摘要
本发明提供一种发光二极管及其制造方法，该发光二极管包含一具有一第一面与一第二面的基材，一位于该基材的第一面上的可发光的磊晶结构，以及一位于该基材的第二面上的复合反射层。其中该第二面具有一保护段。通过本发明的发光二极管，能提升发光二极管的质量与制造合格率，在发光二极管的基板相对于磊晶结构的一面形成保护段，可防止发光二极管在共晶接合阶段，焊锡进入复合反射金属层之间所造成的问题。
文档编号H01L33/00GK101465397SQ20071030203
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月20日 优先权日2007年12月20日
发明者詹世雄, 黄志强 申请人:先进开发光电股份有限公司