TWI523263B - 發光二極體及其製造方法 - Google Patents

Description

發光二極體及其製造方法

本發明是有關於一種發光二極體，且特別是有關於一種採用基底置換技術的發光二極體的製造方法以及使用此製造方法所製造出的發光二極體。

隨著科技的發展與進步，各式各樣的照明裝置也與時俱進，以符合現代人的需求。在眾多的照明裝置中，發光二極體因具有發熱量低、耗電量小、壽命長以及體積小等優點，已有逐漸替代傳統照明裝置(如日光燈、白熾燈泡)，成為市場主流的趨勢。

圖1A至圖1C是習知之發光二極體的製造流程圖。請先參照圖1A，習知技術是先於磊晶基板110形成磊晶層120，再於磊晶層120上形成金屬層130。接著，如圖1B所示，將磊晶層120與金屬層130置換於支撐基板140上，置換的步驟是先將金屬層130接合於支撐基板140上的金屬層142。然後，如圖1C所示，移除磊晶基板120，進而得到發光二極體100。

在進行基板置換時，需在高溫中進行，所以磊晶層120與支撐基板140的膨脹程度較大。當製程完成後，磊晶層120與支撐基板140會冷卻收縮。此外，發光二極體100發光時會導致磊晶層120與支撐基板140產生熱膨脹，而當發光二極體100停止發光後，磊晶層120與支撐基板140會冷卻收縮。然而，由於支撐基板140的熱膨脹係數小於磊晶層120的熱膨脹係數，且兩者之間的差異較大，導致冷卻後的磊晶層120有過大的應力殘留，此將使發光二極體100的元件特性及使用壽命容易受到損害。

本發明提供一種發光二極體的製造方法，以提升發光二極體的元件特性及使用壽命。

本發明另提供一種發光二極體，以提升其元件特性及使用壽命。

本發明提出一種發光二極體的製造方法，其包括下列步驟。首先，於第一基底上形成磊晶層，之後再於此磊晶層上形成金屬接墊以及應力釋放環，其中應力釋放環圍繞金屬接墊。接著，進行基底置換製程，以將磊晶層、金屬接墊及應力釋放環置換至第二基底上，且金屬接墊及應力釋放環位於磊晶層與第二基底之間。而後，圖案化磊晶層，以暴露出部份應力釋放環。然後，移除應力釋放環，以使部份磊晶層懸空。

在本發明之一實施例中，在進行基底置換製程前更包括形成覆蓋金屬接墊的阻障層，且阻障層更填入金屬接墊與應力釋放環之間的間隙。

在本發明之一實施例中，上述之阻障層更覆蓋應力釋放環。

在本發明之一實施例中，上述之金屬接墊為反射層。

在本發明之一實施例中，上述之金屬接墊接觸應力釋放環。

在本發明之一實施例中，上述之應力釋放環的厚度介於500埃至5000埃之間。

在本發明之一實施例中，上述之應力釋放環的材質選自二氧化矽、氮化矽、光阻、溶膠-凝膠、矽及氧化鋁所組成的族群。

在本發明之一實施例中，上述之磊晶層的懸空部份呈一環狀。

在本發明之一實施例中，上述之磊晶層的寬度為D1，而該環狀的寬度為D2，且0.1×D1＞D2＞0.05×D1。

在本發明之一實施例中，上述之基底置換製程是於金屬接墊及應力釋放環上形成一金屬層並於第二基底上形成另一金屬層，接著結合金屬接墊及應力釋放環上的金屬層及第二基底上的金屬層。然後，再移除第一基底。

本發明另提出一種發光二極體，其包括基底、金屬層、金屬接墊以及磊晶層。金屬層配置於基底上，而金屬接墊配置於金屬層上。磊晶層配置於金屬接墊上，且磊晶層的邊緣凸出金屬接墊外而形成懸空部份。

在本發明之一實施例中，上述之磊晶層的懸空部份與金屬層之間的距離介於500埃至5000埃之間。

在本發明之一實施例中，上述之磊晶層的懸空部份呈環狀。

在本發明之一實施例中，上述之磊晶層的寬度為D1，而環狀的寬度為D2，且0.1×D1＞D2＞0.05×D1。

在本發明之一實施例中，上述之發光二極體更包括阻障層，配置於金屬接墊與金屬層之間，並包覆金屬接墊的側邊，而磊晶層之懸空部份凸出阻障層外。

在本發明之一實施例中，上述之發光二極體更包括阻障層，配置於金屬接墊與金屬層之間，並包覆金屬接墊的側邊，其中部份阻障層延伸至磊晶層之懸空部份的下方，且磊晶層之懸空部份與阻障層之間的距離介於500埃至5000埃之間。

在本發明之一實施例中，上述之金屬接墊為反射層。

本發明之發光二極體的製造方法是先在製程中形成應力釋放環，再於基底置換製程完成後將應力釋放環移除，藉此得到具有懸空部份的磊晶層。由於依照本發明之發光二極體的製造方法所形成之發光二極體的磊晶層具有懸空部份，所以在磊晶層受熱膨脹時，懸空部份有足夠的膨脹空間，如此能減少磊晶層因熱漲冷縮而形成的殘留應力。因此，本發明之發光二極體的元件特性及使用壽命較佳。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖2A至圖2E是本發明一實施例之一種發光二極體的製造方法的流程圖。請先參照圖2A，本實施例之發光二極體的製造方法包括下列步驟。首先，於基底210(即第一基底)上形成磊晶層220。基底210的材質例如是氧化鋁，但不以此為限。此外，磊晶層220是由多個膜層堆疊而成。以氮化鎵系發光二極體為例，磊晶層220包括N型氮化鎵層、P型氮化鎵層以及位於N型氮化鎵層與P型氮化鎵層之間的多層量子井。關於磊晶層220的具體形成方法為所屬技術領域中的通常知識，在此將不詳細說明。

接著，於磊晶層220上形成金屬接墊230以及應力釋放環240，且應力釋放環240圍繞金屬接墊230。本實施例並不限定形成金屬接墊230與應力釋放環240的先後順序。也就是說，可先形成應力釋放環240再形成金屬接墊230，或是，先形成金屬接墊230再形成應力釋放環240。此外，在本實施例中，金屬接墊230例如是接觸應力釋放環240。應力釋放環240的厚度例如是介於500埃至5000埃之間，而應力釋放環240的材質可選自二氧化矽、氮化矽、光阻、溶膠-凝膠、矽及氧化鋁所組成的族群。

而後，如圖2B所示，進行基底置換製程，以將磊晶層220、金屬接墊230及應力釋放環240置換至另一基底250(即第二基底)上。基底250的材質可以是矽或銅等材質，但不以此為限。此外，進行基底置換製程時是先於金屬接墊230及應力釋放環240上形成金屬層M1，並於基底250上形成金屬層M2。接著，結合金屬接墊230及應力釋放環240上的金屬層M1及基底250上的金屬層M2。金屬層M1與金屬層M2結合後可視為同一金屬層M。

然後，如圖2C所示，移除基底210，以將磊晶層220、金屬接墊230及應力釋放環240置換至基底250上，如此金屬接墊230及應力釋放環240會位於磊晶層220與基底250之間。此外，移除基底210的方法例如是雷射剝離(laser lift-off)。

之後，如圖2D所示，圖案化磊晶層220，以暴露出部份應力釋放環240。然後，如圖2E所示，移除應力釋放環240，以使部份磊晶層220懸空，進而得到發光二極體200。

採用上述製造方法製造出的發光二極體200包括基底250、金屬層M、金屬接墊230以及磊晶層220。金屬層M配置於基底250上，而金屬接墊230配置於金屬層M上。磊晶層220配置於金屬接墊230上，且磊晶層220的邊緣凸出金屬接墊230外而形成懸空部份S。此懸空部份S與金屬層M之間的距離T例如是介於500埃至5000埃之間，且懸空部份S例如是呈環狀(如圖3所示)。此外，磊晶層220的寬度為D1，而環狀的寬度為D2，在一實施例中，0.1×D1＞D2＞0.05×D1。

本實施例之發光二極體的製造方法在製程中形成應力釋放環240，再於基底置換製程完成後將應力釋放環240移除，以使磊晶層220具有懸空部份S。因懸空部份S與金屬層M之間存有間隙，所以磊晶層220受熱時，懸空部份S有充足的膨脹空間，如此能減少磊晶層220因熱漲冷縮而形成的殘留應力。因此，本實施例之發光二極體200的元件特性及使用壽命較佳。

圖4是本發明另一實施例之發光二極體的示意圖，而圖5是本發明另一實施例之發光二極體的製造方法其中一步驟的示意圖。請先參照圖4，相較於圖2E之發光二極體200，本實施例之發光二極體200a更包括配置於金屬接墊230與金屬層M之間的阻障層270。阻障層270包覆金屬接墊230的側邊231，但不超出磊晶層220的懸空部份S，所以磊晶層220之懸空部份S凸出阻障層270外。再者，磊晶層220之懸空部份S與金屬層M之間的距離T介於500埃至5000埃之間。阻障層270的材質可以是鎢化鈦、鉑鎢合金或是鎳及鎢化鈦的合金，但不限於此。

請參照圖5，上述之阻障層270是在形成金屬接墊230與應力釋放環240之後形成的。阻障層270覆蓋金屬接墊230。此外，金屬接墊230與應力釋放環240之間例如具有間隙A，而阻障層270更填入金屬接墊230與應力釋放環240之間的間隙A。另外，本實施例是在阻障層270形成之後才進行前述的基底置換製程、圖案化磊晶層220的製程和移除應力釋放環240的製程，以得到圖4之發光二極體200a。

在本實施例中，位於金屬接墊230與金屬層M之間的阻障層270可用以防止金屬交互擴散效應，而環繞金屬接墊230之部份的阻障層270，可用以防止金屬電遷移的現象，進而避免發光二極體200a的光電特性受損。此外，金屬接墊230亦可作為反射層，以反射磊晶層220的所發出的光線，進而提升光利用效率。

圖6是本發明另一實施例之發光二極體的示意圖，而圖7是本發明另一實施例之發光二極體的製造方法其中一步驟的示意圖。請先參照圖6，本實施例之發光二極體200b與圖4之發光二極體200a相似，差別處在於阻障層270’的形狀。在本實施例中，部份阻障層270’更延伸至磊晶層220之懸空部份S的下方。再者，磊晶層220之懸空部份S與阻障層270’之間的距離T’介於500埃至5000埃之間。

請參照圖7，上述之阻障層270’是在形成金屬接墊230與應力釋放環240之後形成的。阻障層270’覆蓋金屬接墊230，並填入金屬接墊230與應力釋放環240之間的間隙A。而且，阻障層270’更覆蓋應力釋放環240。此外，本實施例是在阻障層270形成之後才進行前述的基底置換製程、圖案化磊晶層220的製程和移除應力釋放環240的製程，以得到圖6之發光二極體200b。

本實施例之發光二極體製造方法所製得的發光二極體200b之優點與上述發光二極體200a的優點相似，在此將不再重述。

綜上所述，本發明之發光二極體的製造方法是先形成應力釋放環，再於基底置換製程完成後將應力釋放環移除，以得到具有懸空部份的磊晶層。由於依照本發明之發光二極體的製造方法所形成之發光二極體的磊晶層具有懸空部份，所以在磊晶層受熱膨脹時，懸空部份有足夠的膨脹空間，如此能減少磊晶層因熱脹冷縮而形成的殘留應力。因此，本發明之發光二極體的元件特性及使用壽命較佳。此外，阻障層的設置可避免金屬交互擴散與金屬電遷移的現象損害本發明之發光二極體的光電特性。而且，金屬接墊可作為反射層，以提升本發明之發光二極體的光利用效率。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。

100、200、200a、200b．．．發光二極體

110．．．磊晶基板

120、220．．．磊晶層

130、142、M1、M2、M．．．金屬層

140．．．支撐基板

210、250．．．基底

230．．．金屬接墊

231．．．側邊

240．．．應力釋放環

270、270’．．．阻障層

A．．．間隙

D1、D2．．．寬度

S．．．懸空部份

T、T’．．．距離

圖1A至圖1C是習知之發光二極體的製造流程圖。

圖2A至圖2E是本發明一實施例之一種發光二極體的製造方法的製造流程圖。

圖3是圖2E之發光二極體的的上視圖。

圖4是本發明另一實施例之發光二極體的示意圖。

圖5是本發明另一實施例之發光二極體的製造方法其中一步驟的示意圖。

圖6是本發明另一實施例之發光二極體的示意圖。

圖7是本發明另一實施例之發光二極體的製造方法其中一步驟的示意圖。

200．．．發光二極體

220．．．磊晶層

230．．．金屬接墊

250．．．基底

D1、D2．．．寬度

M．．．金屬層

S．．．懸空部份

T．．．距離

Claims (16)

1. 一種發光二極體的製造方法，包括：於一第一基底上形成一磊晶層；於該磊晶層上形成一金屬接墊以及一應力釋放環，且該應力釋放環圍繞該金屬接墊；進行一基底置換製程，以將該磊晶層、該金屬接墊及該應力釋放環置換至一第二基底上，且該金屬接墊及該應力釋放環位於該磊晶層與該第二基底之間；圖案化該磊晶層，以暴露出部份該應力釋放環；以及移除該應力釋放環，以使部份該磊晶層懸空。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方法，其中在進行該基底置換製程前更包括形成覆蓋該金屬接墊的一阻障層，且該阻障層更填入該金屬接墊與該應力釋放環之間的一間隙。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體的製造方法，其中該阻障層更覆蓋該應力釋放環。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方法，其中該金屬接墊為一反射層。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方法，其中該金屬接墊接觸該應力釋放環。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方法，其中該應力釋放環的厚度介於500埃至5000埃之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方法，其中該應力釋放環的材質選自二氧化矽、氮化矽、光阻、溶膠-凝膠、矽及氧化鋁所組成的族群。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方法， 其中該磊晶層的懸空部份呈一環狀。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體的製造方法，其中該磊晶層的寬度為D1，而該環狀的寬度為D2，且0.1×D1>D2>0.05×D1。
10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的製造方法，其中該基底置換製程包括：於該金屬接墊及該應力釋放環上形成一金屬層，並於該第二基底形成另一金屬層；結合該金屬接墊及該應力釋放環上的該金屬層及該第二基底上的該金屬層；以及移除該第一基底。
11. 一種發光二極體，包括：一基底；一金屬層，配置於該基底上；一金屬接墊，配置於該金屬層上；一磊晶層，配置於該金屬接墊上，且該磊晶層的邊緣凸出該金屬接墊外而形成一懸空部份；以及一阻障層，配置於該金屬接墊與該金屬層之間，並包覆該金屬接墊的側邊，而該磊晶層之該懸空部份凸出該阻障層外。
12. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體，其中該磊晶層之該懸空部份與該金屬層之間的距離介於500埃至5000埃之間。
13. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體，其中該磊晶層之該懸空部份呈一環狀。
14. 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體，其中該磊晶層的寬度為D1，而該環狀的寬度為D2，且0.1×D1>D2> 0.05×D1。
15. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體，更包括一阻障層，配置於該金屬接墊與該金屬層之間，並包覆該金屬接墊的側邊，其中部份該阻障層延伸至該磊晶層之該懸空部份的下方，且該磊晶層之該懸空部份與該阻障層之間的距離介於500埃至5000埃之間。
16. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體，其中該金屬接墊為一反射層。