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發光元件及其制造方法.pdf

關 鍵 詞:
發光 元件 及其 制造 方法
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摘要
申請專利號:

CN201110330881.X

申請日:

2008.09.19

公開號:

CN102324454B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01L 33/00申請日:20080919|||公開
IPC分類號: H01L33/00(2010.01)I; H01L33/62(2010.01)I 主分類號: H01L33/00
申請人: 晶元光電股份有限公司
發明人: 歐震; 徐宸科; 莊家銘
地址: 中國臺灣新竹市
優先權:
專利代理機構: 北京市柳沈律師事務所 11105 代理人: 邱軍
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110330881.X

授權公告號:

102324454B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2012.03.14|||2012.01.18

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種發光元件及其制造方法,尤其涉及一種使用化學鍍膜法于發光元件形成焊墊的方法。此發光元件包含基板、半導體疊層,位于基板之上,其中半導體疊層包含p型半導體層、n型半導體層、及位于p型半導體層與n型半導體層間的發光層、以及焊墊,位于p型半導體層與n型半導體層中至少其中之一的上方,此焊墊包含以物理鍍膜法形成的晶種層與以化學鍍膜法形成的化鍍層,且晶種層的結晶顆粒大于化鍍層的結晶顆粒。

權利要求書

1: 一種發光元件的制造方法, 包含 : 提供基板 ; 形成半導體疊層于該基板上方, 該半導體疊層包含 p 型半導體層、 n 型半導體層、 及位 于該 p 型半導體層與該 n 型半導體層間的發光層 ; 形成晶種層于該 p 型半導體層與該 n 型半導體層中至少其中之一的上方 ; 以及 形成化鍍層于該晶種層上方, 該化鍍層上表面的粗糙度小于該半導體疊層上表面的粗 糙度。
2: 如權利要求 1 所述的發光元件的制造方法 : 其中形成該晶種層之方法包括物理鍍膜法, 以及形成該化鍍層之方法包括化學鍍膜 法。
3: 如權利要求 2 所述的發光元件, 其中該物理鍍膜法包括熱蒸鍍法、 電子束蒸鍍及離 子濺鍍法 ; 以及其中該化學鍍膜法包括電鍍法或無電電鍍法。
4: 如權利要求 1 所述的發光元件的制造方法, 其中還包括粗化該半導體疊層、 該晶種 層或該化鍍層其中至少一層的上表面, 其中該粗化結構可利用外延或化學蝕刻方式形成。
5: 一種發光元件, 包含 : 基板 ; 半導體疊層, 位于該基板之上, 其中該半導體疊層包含 p 型半導體層、 n 型半導體層、 及 位于該 p 型半導體層與該 n 型半導體層間的發光層 ; 以及 焊墊, 位于該 p 型半導體層與該 n 型半導體層中至少其中之一的上方, 其中該焊墊包含 晶種層與化鍍層, 且該化鍍層上表面的粗糙度小于該半導體疊層上表面的粗糙度。
6: 如權利要求 5 所述的發光元件, 其中該晶種層的厚度為 該化鍍層的 厚度為 0.5μm ~ 3μm。
7: 如權利要求 5 所述的發光元件, 其中該晶種層或該化鍍層的材料為金、 銅、 鎳或鋁。
8: 如權利要求 5 所述的發光元件, 其中該晶種層或該化鍍層為多層結構。
9: 如權利要求 5 所述的發光元件, 其中該晶種層的面積與該化鍍層的面積不同。
10: 如權利要求 5 所述的發光元件, 其中該半導體疊層、 該晶種層或該化鍍層其中至少 一層的上表面為粗化結構。
11: 如權利要求 5 所述的發光元件, 其中該晶種層的上表面粗糙度小于該半導體疊層 上表面的粗糙度。

說明書


發光元件及其制造方法

     本申請文件是 2008 年 9 月 19 日提交的第 200810165663.3 號發明專利申請的分 案申請。技術領域
     本發明涉及一種發光元件的結構與制造方法, 特別是涉及一種使用化學鍍膜法于 發光元件形成焊墊的方法。 背景技術 一般制造發光二極管 (light emitting diode ; LED) 管芯的方法是于生長基板上 形成多個外延層以及位于外延層上方的焊墊。外延層中至少包含 n 型半導體層、 p 型半導 體層、 以及位于 n 型半導體層與 p 型半導體層間的發光層 (light-emitting layer)。
     焊墊 (bonding pad) 通常通過引線 (wire bonding) 或倒裝焊 (flip chip) 方式 使 n 型半導體層與 p 型半導體層與外部線路電連接, 因此在其材料選擇上, 主要以具適當厚 度的金屬以能承受引線時所造成的沖擊為原則。
     焊墊一般是以物理鍍膜方式形成, 如電子束蒸鍍、 熱蒸鍍或離子濺鍍。 但物理鍍膜 方向是全向性 (omni-directional), 因此無須形成焊墊的部分也會被焊墊材料所覆蓋, 而 這些材料必須被移除, 造成制造成本的浪費。 特別若是以金等貴金屬做為焊墊材料, 將使制 造成本大幅上升。
     此外, 許多發光二極管采用表面粗化技術以提升出光效率, 而通常以物理鍍膜方 式所形成的焊墊, 其表面都會受發光二極管表面粗化的影響, 而也有粗糙的現象。 此粗糙表 面在發光二極管封裝工藝中, 易造成引線機械設備辨識不良等問題。
     發明內容 本發明涉及一種發光元件的結構與制造方法, 尤其涉及一種使用化學鍍膜法于發 光元件形成焊墊的方法。此發光元件包含基板 ; 半導體疊層, 位于基板之上, 其中半導體疊 層包含 p 型半導體層、 n 型半導體層、 及位于 p 型半導體層與 n 型半導體層間的發光層 ; 以 及焊墊, 位于 p 型半導體層與 n 型半導體層中至少其中之一的上方, 其中焊墊包含以物理鍍 膜法形成的晶種層與以化學鍍膜法形成的化鍍層, 且晶種層厚度小于化鍍層的厚度。
     其中晶種層材料可與化鍍層材料元素相同, 但具有不同的結晶形態, 且晶種層的 結晶顆粒 (grain) 可大于化鍍層的結晶顆粒。
     其中晶種層或化鍍層的結構可為多層結構, 此晶種層或化鍍層的多層結構中至少 有一層與另一結構的一層材料元素相同, 但具有不同的結晶形態, 例如, 與化鍍層材料相同 的晶種層其結晶顆粒大于此化鍍層的結晶顆粒。
     其中半導體疊層、 晶種層與化鍍層的上表面可為粗化結構, 且晶種層上表面的粗 糙度, 可小于外延結構上表面的粗糙度, 且化鍍層的上表面粗糙度, 也可小于晶種層上表面 的粗糙度。
     附圖說明
     圖 1 為說明本發明的發光二極管發光裝置的制造流程圖 ; 圖 2 為顯示依照本發明實施例的發光二極管發光裝置的結構剖面圖 ; 圖 3 為顯示依照本發明實施例的發光二極管發光裝置的結構剖面圖 ; 圖 4 為顯示依照本發明實施例的發光二極管發光裝置的結構剖面圖 ; 以及 圖 5 為顯示依照本發明實施例的發光二極管發光裝置的結構剖面圖。 附圖標記說明 1 ~基板 2 ~ n 型半導體層 3 ~發光層 4 ~ p 型半導體層 5 ~透明導電層 206、 208、 306、 308、 406、 408、 506、 508 ~晶種層 207、 209、 307、 309、 407、 409、 507、 509 ~化鍍層具體實施方式 以下配合附圖說明本發明的實施例。
     本發明是關于一種形成發光二極管焊墊的制造方法, 尤其是通過化學鍍膜法以形 成發光二極管的焊墊 (bond pad) 的制造方法。以下參考圖 1, 說明使用化學鍍膜法形成焊 墊的流程。首先, 在步驟 101 中, 形成發光二極管外延結構, 此發光二極管外延結構至少包 含基板、 n 形半導體層、 p 形半導體層以及位于 n 形半導體層與 p 形半導體層間的發光層。
     接著, 在步驟 102 中, 在發光二極管外延結構上形成作為晶種層 (seed layer) 的 金屬層或導體層, 以覆蓋至少部分的外延結構表面。
     在步驟 103 中, 在發光二極管外延結構未被晶種層覆蓋的其他表面上覆蓋一層保 護層或絕緣層。
     在步驟 104 中, 通過光刻法于保護層或絕緣層上形成化鍍層圖案。光刻法已為本 領域技術人員所熟知, 故不再贅述。
     在步驟 105 中, 將上述結構中至少晶種層的部分或欲形成化鍍層的部分, 進行化 學鍍膜程序, 使金屬離子還原為金屬并沉積在晶種層上, 以形成焊墊。
     在步驟 106 中, 移除保護層或絕緣層。移除的方式可使用但不限于濕蝕刻及 / 或 干蝕刻。
     以下實施例水平式發光二極管工藝為例, 說明本發明的方法。所謂水平式發光二 極管在此是指 p 極焊墊與 n 極焊墊分別位于基板的同一側。發光二極管的組成包含但不限 于 II-VI 族化合物、 III-V 族化合物、 III 族氮化物發光二極管、 或其組合。以上述組成形成 水平式發光二極管的技術已為本發明所屬技術領域的技術人員所已知, 在此不再詳述。
     第一實施例
     參考圖 2, 為水平式發光二極管外延結構的剖面圖。此外延結構至少包含基板 1、 n 型半導體層 2、 發光層 3、 及 p 型半導體層 4。p 型半導體層 4 上可以選擇性地形成透明導 電層 5 以作為電流分散層。 于透明導電層上形成晶種層 206, 在 n 型半導體層上形成另一晶 種層 208。在兩晶種層上分別形成化鍍層 207、 209。
     在此, 基板 1 的材料包含但不限于 AlGaInP、 AlGaAs、 GaAs、 SiC、 Si、 AlN、 藍寶石 (sapphire)、 CVD 鉆石、 陶瓷、 復合材料、 玻璃、 或任何可以適用于水平式發光二極管結構 的材料。透明導電層 5 可以化學氣相沉積、 物理氣相沉積、 蒸鍍或濺鍍等任一方式形成。 透明導電層的材料包含但不限于 ITO、 CTO、 IZO、 AZO、 ZnO、 或如 Ni/Au 等的透明導電金屬 層。晶種層 206、 208 可以使用物理鍍膜法形成, 其中物理鍍膜法可為熱蒸鍍法 (Thermal evaporation)、 電子束蒸鍍 (E-beam evaporation) 及離子濺鍍法 (Ion-sputtering)。晶 種層的材料可為金屬或導體層, 包含但不限于金 (Au)、 銅 (Cu)、 鎳 (Ni)、 或任何可以作為化 學鍍膜法晶種層的材料, 其厚度則約介于 其中晶種層 206、 208 可為相同組 成的結構。化鍍層 207、 209 可以使用化學鍍膜法形成在晶種層之上, 其中化學鍍膜法可為 電鍍法或無電電鍍法。化鍍層的材料可為金屬或導體層, 包含但不限于金 (Au)、 銅 (Cu)、 鎳 (Ni) 或其他金屬, 其厚度則約介于 0.5μm ~ 3μm。其中晶種層的厚度可選擇只要足夠提 供其化鍍層穩定形成即可。 在優選的實施例中, 晶種層的厚度小于化鍍層的厚度, 以減少制 作晶種層時的材料消耗, 達到降低成本的目的。晶種層材料可與化鍍層材料具有相同的組 成元素, 但具有不同的結晶形態, 在優選實施例中, 晶種層的結晶顆粒可大于化鍍層的結晶 顆粒。
     第二實施例
     參考圖 3, 為水平式發光二極管外延結構的剖面圖。此外延結構至少包含基板 1、 n 型半導體層 2、 發光層 3、 及 p 型半導體層 4。p 型半導體層 4 上可以選擇性地形成透明導 電層 5 以作為電流分散層。 透明導電層上形成晶種層 306, 在 n 型半導體層上形成另一晶種 層 308。在兩晶種層上分別形成化鍍層 307、 309。
     在此, 基板 1 的材料包含但不限于 AlGaInP、 AlGaAs、 GaAs、 SiC、 Si、 AlN、 藍寶石 (sapphire)、 CVD 鉆石、 陶瓷、 復合材料、 玻璃、 或任何可以適用于水平式發光二極管結構的 材料。透明導電層 5 可以使用化學氣相沉積、 物理氣相沉積、 蒸鍍或濺鍍等任一方式形成。 透明導電層的材料包含但不限于 ITO、 CTO、 IZO、 AZO、 ZnO、 或如 Ni/Au 等的透明導電金屬層。 晶種層 306、 308 可以使用物理沉積法形成。晶種層 306、 308 的材料可為金屬或導體層, 包 含但不限于金 (Au)、 銅 (Cu)、 鎳 (Ni)、 或任何可以作為化學鍍膜法晶種層的材料, 其厚度則 約介于 其中晶種層 306、 308 可為相同組成的結構。 化鍍層 307、 309 可以使 用化學鍍膜法, 例如電鍍法或無電電鍍法, 形成在晶種層之上。 其中晶種層或化鍍層的結構 可為多層結構, 此晶種層或化鍍層的多層結構中至少有一層與另一結構的一層材料元素相 同, 但具有不同的結晶形態。 例如, 與化鍍層材料相同的晶種層其結晶顆粒大于此化鍍層的 結晶顆粒。
     第三實施例
     參考圖 4, 為水平型發光二極管外延結構的剖面圖。此外延結構至少包含基板 1、 n 型半導體層 2、 發光層 3、 及 p 型半導體層 4。p 型半導體層 4 上可以選擇性地形成透明導 電層 5 以作為電流分散層。 于透明導電層上形成晶種層 406, 在 n 型半導體層上形成另一晶 種層 408。在兩晶種層上分別形成化鍍層 407、 409。
     在此, 基板 1 的材料包含但不限于 AlGaInP、 AlGaAs、 GaAs、 SiC、 Si、 AlN、 藍寶石 (sapphire)、 CVD 鉆石、 陶瓷、 復合材料、 玻璃、 或任何可以適用于水平型發光二極管結構的 材料。透明導電層 5 可以使用化學氣相沉積、 物理氣相沉積、 蒸鍍或濺鍍等任一方式形成。透明導電層的材料包含但不限于 ITO、 CTO、 IZO、 AZO、 ZnO、 或如 Ni/Au 等的透明導電金屬 層。晶種層 406、 408 可以使用物理沉積法形成。晶種層的材料可為金屬或導體層, 包含但 不限于金 (Au)、 銅 (Cu)、 鎳 (Ni)、 或任何可以作為化學鍍膜法晶種層的材料, 其厚度則約介 于 其中晶種層 406、 408 可為相同組成的結構。 化鍍層 407、 409 可以使用化 學鍍膜法形成在晶種層之上。其中化學鍍膜法可為電鍍法或無電電鍍法。晶種層的結晶顆 粒可大于化鍍層的結晶顆粒。 在優選實施例中, 晶種層的厚度小于化鍍層的厚度, 晶種層的 面積可與化鍍層面積不同。其中, 晶種層的面積可大于化鍍層的面積。
     第四實施例
     參考圖 4, 為水平型發光二極管外延結構的剖面圖。此外延結構至少包含基板 1、 n 型半導體層 2、 發光層 3、 及 p 型半導體層 4。p 型半導體層 4 上可以選擇性地形成透明導 電層 5 以作為電流分散層。 于透明導電層上形成晶種層 506, 在 n 型半導體層上形成另一晶 種層 508。在兩晶種層上分別形成化鍍層 507、 509。在本實施例中, 外延結構表層具有粗化 結構, 可為利用外延形成凸起的島型粗化, 多孔穴狀或是凹孔的粗化 ( 如內六角孔穴 ), 或 是以化學蝕刻方式所形成的不規則粗化面。
     在此, 基板 1 的材料包含但不限于 AlGaInP、 AlGaAs、 GaAs、 SiC、 Si、 AlN、 藍寶石 (sapphire)、 CVD 鉆石、 陶瓷、 復合材料、 玻璃、 或任何可以適用于水平型發光二極管結構的 材料。透明導電層 5 可以使用化學氣相沉積、 物理氣相沉積、 蒸鍍或濺鍍等任一方式形成。 透明導電層的材料包含但不限于 ITO、 CTO、 IZO、 AZO、 ZnO、 或如 Ni/Au 等的透明導電金屬 層。晶種層 506、 508 可以使用物理沉積法形成。晶種層的材料可為金屬或導體層, 包含但 不限于金 (Au)、 銅 (Cu)、 鎳 (Ni)、 或任何可以作為化學鍍膜法晶種層的材料, 其厚度則約介 于 其中晶種層 506、 508 可為相同組成的結構。 化鍍層 507、 509 可以使用化 學鍍膜法形成在晶種層之上。其中晶種層的厚度可小于化鍍層的厚度, 且晶種層的結晶顆 粒可大于化鍍層的結晶顆粒。
     除外延結構外, 晶種層與化鍍層的表層也可具有粗化結構, 且晶種層上表面的粗 糙度, 可小于外延結構上表面的粗糙度 ; 且化鍍層的上表面粗糙度, 又可小于晶種層上表面 的粗糙度。
     上述各實施例中, 焊墊雖然同時形成于 p 型半導體與 n 型半導體之上, 但是, 并不 排除其他可能性, 也可能只形成于其中一側。 另外, 本實施例以水平式發光二極管外延結構 為例, 但本發明也可實施于垂直型發光二極管外延結構之上。
     本發明所列舉的各實施例僅用以說明本發明, 并非用以限制本發明的范圍。任何 人對本發明所作的任何顯而易知的修飾或變更皆不脫離本發明的精神與范圍。

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