設置有在其后側上具有圖案的基板的發光二極管及其制造方法
【專利摘要】提供一種制造發光二極管的方法。首先，設置具有前側和后側的基板。在后側上形成不平坦的圖案。通過在具有不平坦的圖案的基板的前側上依次堆疊第一半導體層、有源層和第二半導體層來形成發光半導體層。將發光半導體層和基板分成多個發光單元。
【專利說明】設置有在其后側上具有圖案的基板的發光二極管及其制造方法
【技術領域】
[0001]本專利文件涉及一種半導體裝置，更具體地，涉及一種發光二極管。
【背景技術】
[0002]發光二極管是一種包括η型半導體層、P型半導體層以及介于η型半導體層和ρ型半導體層之間的有源層的裝置。當將電場沿正向方向施加到η型半導體層和ρ型半導體層時，電子和空穴被注入到有源層中，注入到有源層中的電子和空穴重新結合以發出光。
[0003]發光二極管的效率取決于內量子效率和光提取效率(即，外量子效率)。為提高光提取效率，存在一種方法，在該方法中，在基板(比如圖案化的藍寶石基板)上形成不平坦的圖案，然后在不平坦的圖案上生長半導體層。然而，存在光提取效率仍然低的問題。
【發明內容】
[0004]技術問題
[0005]本專利文件的實施例提供一種具有改進的發光效率的發光二極管和一種制造該發光二極管的方法。
[0006]技術方案
[0007]根據本專利文件的一方面，提供一種制造發光二極管的方法。首先，設置具有前側和后側的基板。在后側中形成不平坦的圖案。通過在后側中具有不平坦的圖案的基板的前側上依次堆疊第一型半導體層、有源層和第二型半導體層來形成發光半導體層。將發光半導體層和基板分成多個發光單元。
[0008]在一些實施例中，基板具有多個發光單元區域和位于其間的分隔區域，不平坦的圖案的形成步驟可以包括在分隔區域及鄰近于分隔區域的區域中形成其入口寬度大于其底部寬度的分隔槽，并在發光單元區域中形成不平坦的圖案。
[0009]作為示例，在形成分隔槽之前，可以在基板的后側上形成使分隔區域及鄰近于分隔區域的區域暴露的第一掩模圖案，可以激光劃片分隔區域。此時，可以利用第一掩模圖案作為掩模通過濕蝕刻被激光劃片的基板的后側來形成分隔槽。然后，可以形成填充分隔槽的第二掩模圖案。可以利用第二掩模圖案作為掩模通過濕蝕刻基板的后側來形成不平坦的圖案。另一方面，可以形成第二掩模圖案以填充分隔槽并使每個發光單元區域的部分暴露，并且可以利用第二掩模圖案作為掩模通過干蝕刻基板的后側來形成不平坦的圖案。
[0010]作為另一示例，在形成分隔槽之前可以激光劃片分隔區域，并且可以通過濕蝕刻被激光劃片的基板的后側來同時形成分隔槽和不平坦的圖案。
[0011]可以在將發光半導體層和基板分成多個發光單元之前在不平坦的圖案上形成熒光材料層。
[0012]在其他示例中，在形成不平坦的圖案之前，可以在分隔區域及鄰近于分隔區域的區域上形成第一掩模圖案。其次，可以利用第一掩模圖案作為掩模通過蝕刻后側來在后側中形成槽。可以在槽的底表面中形成不平坦的圖案。另外，在將發光半導體層和基板分成多個發光單元之前，可以在不平坦的圖案上形成反射層。
[0013]根據本專利文件的一方面，提供一種發光二極管。發光二極管包括具有前側和后側的基板。不平坦的圖案可以形成在基板的后側中。第一型半導體層、有源層和第二型半導體層可以依次堆疊在基板的前側上。
[0014]基板的側壁可以包括朝向后側減小基板的寬度的斜表面。熒光材料層可以設置在不平坦的圖案上。
[0015]基板可以包括位于后側中的槽，不平坦的圖案可以位于槽的底表面中。在這種情況下，反射層可以設置在不平坦的圖案上。
[0016]技術效果
[0017]根據本發明，可通過在基板的后側形成不平坦的圖案來改善光提取效率。另外，為了在基板的前側形成發光半導體層之后在后側形成不平坦的圖案，需要在所述發光半導體層上形成保護層。然而，在本發明中卻是在基板的后側形成不平坦的圖案之后在前側形成半導體層，于是可以不用形成所述保護層。因此，可具有基于工藝步驟減少的節省成本的技術效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1A至圖1G是示出根據本專利文件的實施例的制造發光二極管的方法的剖視圖。
[0019]圖2是示出參照圖1A至圖1G所描述的發光二極管芯片的封裝件的剖視圖。
[0020]圖3A至圖3C是示出根據本發明構思的另一實施例的制造發光二極管的方法的剖視圖。
[0021]圖4A和圖4B是示出根據本發明構思的另一實施例的制造發光二極管的方法的剖視圖。
[0022]圖5A至圖5E是示出根據本發明構思的另一實施例的制造發光二極管的方法的剖視圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將參照附圖來詳細描述本專利文件的示例性實施例。然而，本專利文件的實施例可以以不同的方式被修改且不應被解釋為限制于這里闡述的實施例。
[0024]應該理解的是，當層被稱為“在”另一層或基板“上”時，該層可以直接形成在所述另一層或基板上，或者在該層和所述另一層或基板之間也可以存在中間層。此外，術語“上面的”、“上部分”或“上表面”等可以被理解為“下面的”、“下部分”或“下表面”等。也就是說，空間相對術語意在包括不同的方位，也就是說，它們僅是相對的且不意指絕對方向。將被理解的是，雖然這里可以使用術語“第一”、“第二”等來描述不同的元件，但這些元件不應被這些術語所限制。這些術語僅用來將一個元件與另一個元件區分開。
[0025]另外，在附圖中，為了清晰起見，可以夸大層或區域的厚度。在對附圖的整個描述中，同樣的標號始終表示同樣的元件。
[0026]圖1A至圖1G是示出根據本專利文件的實施例的制造發光二極管的方法的剖視圖。
[0027]參照圖1A，設置基板10。基板10可以是藍寶石(Al2O3)基板、碳化硅(SiC)基板、氮化鎵(GaN)基板、氮化銦鎵(InGaN)基板、氮化鋁鎵(AlGaN)基板、氮化鋁(AlN)基板、氧化嫁(Ga2O3)基板或娃基板。例如，基板10可以是例如GaN基板的氣化物半導體基板。基板10包括多個發光單元區域UC和位于它們之間的分隔區域SL。另外，基板10包括前側10_f s 和后側 10_bs。
[0028]可以在后側ΙΟ-bs上形成第一掩模圖案51。當基板10是氮化物半導體基板(特別地，GaN基板)時，后側ΙΟ-bs可以是N面(N-face)。第一掩模圖案51可以是光致抗蝕劑圖案。第一掩模圖案51可以使分隔區域SL及鄰近分隔區域SL的區域暴露。可以在被第一掩模圖案51暴露的分隔區域SL中形成分隔槽10a。可以利用激光劃片方法來執行分隔槽1a的形成。分隔槽1a的入口和底部的寬度可以大體上相同。
[0029]參照圖1B，可以向基板10的形成有分隔槽1a的后側10_bs涂覆濕蝕刻溶液。結果，可以使用第一掩模圖案51作為蝕刻掩模來濕蝕刻基板的后側ΙΟ-bs。在此過程中，因為相比于分隔槽1a的底表面主要蝕刻了分隔槽1a的側表面，所以分隔槽1a可以呈其入口寬度大于其底部寬度的V形形狀。濕蝕刻溶液可以是硫酸鹽-磷酸鹽混合溶液或KOH溶液。濕蝕刻溶液可以是熱的溶液。
[0030]參照圖1C，可以移除第一掩模圖案51。然后，可以形成填充分隔槽1a并使分隔槽1a之間的發光單元區域UC暴露的第二掩模圖案52。第二掩模圖案52可以是光致抗蝕劑圖案。可以通過在基板10的已經移除了第一掩模圖案51的后側ΙΟ-bs上填充分隔槽1a而形成光致抗蝕劑層(未示出)并回蝕刻光致抗蝕劑層來形成第二掩模圖案52。
[0031]可以將濕蝕刻溶液涂覆到基板10的發光單元區域UC被暴露的后側ΙΟ-bs。結果，可以通過利用第二掩模圖案52作為蝕刻掩模來濕蝕刻基板10的后側ΙΟ-bs，以在發光單元區域UC中形成不平坦的圖案或凹凸圖案10c。不平坦的圖案1c的凹部可以具有V形形狀。濕蝕刻溶液可以是硫酸鹽-磷酸鹽混合溶液或KOH溶液。濕蝕刻溶液可以是熱的溶液。
[0032]參照圖1D，可以移除第二掩模圖案52，并且可以在基板10的后側10_bs上形成絕緣層11。絕緣層11可以是硅氧化物層。絕緣層11可以完全填充分隔槽1a和不平坦的圖案1c的凹部，絕緣層11的上表面大體上可以是平坦的。
[0033]參照圖1E，可以在其后側ΙΟ-bs上形成有絕緣層11的基板10的前側10_fs上形成第一導電型半導體層21、有源層22和第二導電型半導體層23。第一導電型半導體層21、有源層22和第二導電型半導體層23可以形成發光半導體層20。
[0034]第一導電型半導體層21可以是氮化物基半導體層，并且可以是摻雜有η型摻雜劑的層。例如，第一導電型半導體層21可以是用Si作為η型摻雜劑的InxAlyGanyN(O彡χ彡1，O彡y彡1，且x+y彡I)層。有源層22可以是InxAlyGa1^yN(O彡x彡1，O彡y彡1，且O彡x+y彡I)層，并且具有單量子阱(SQW)結構或多量子阱(MQW)結構。第二導電型半導體層23也可以是氮化物基半導體層，并且可以是摻雜有P型摻雜劑的層。例如，第二導電型半導體層23可以是用Mg或Zn作為ρ型摻雜劑來摻雜的InxAlyGa1^yN(O彡x彡1，O彡y彡1，且O彡x+y彡I)層。可以通過MOCVD (金屬有機化學氣相沉積)方法或MBE (分子束外延)方法來形成發光半導體層20。
[0035]可以在發光半導體層20上形成電流擴散導電層30。電流擴散導電層30可以是透明導電層，并且可以是氧化銦錫(ITO)層。
[0036]在發光半導體層20的形成過程中，半導體層因絕緣層11而可以不在基板10的后側?ο-bs上生長。另外，由于絕緣層11，因此基板10可以在形成發光半導體層20和電流擴散導電層30的室中穩定地保持水平。因此，在發光半導體層20的形成期間，熱量可以均勻地分布在整個基板10之上，從而，可以降低發光半導體層20的生長中的變化。
[0037]參照圖1F，臺面蝕刻電流擴散導電層30、第二導電型半導體層23和有源層22以暴露第一導電型半導體層21。可以分別在被暴露的第一導電型半導體層21和電流擴散導電層30上形成第一電極41和第二電極43。
[0038]參照圖1G，可以在利用濕蝕刻或干蝕刻移除絕緣層11之后在基板10的后側ΙΟ-bs上形成熒光層60。然后，分隔區域SL被劃片并被切割以使發光單元分離。每個發光單元可以形成發光二極管芯片C。
[0039]圖2是示出參照圖1A至圖1G描述的發光二極管芯片的封裝件的剖視圖。
[0040]參照圖2，設置封裝件基板90。封裝件基板90可以是陶瓷基板或樹脂基板。彼此分開的第一結合焊盤91和第二結合焊盤93可以設置在封裝件基板90上。分別連接到結合焊盤91和93的外連接端子(未示出)可以設置在封裝件基板90的外部上。引線框架中可以包括結合焊盤91和93以及外連接端子。焊盤91和93可以是銅焊盤、鎳焊盤或鐵焊盤。
[0041]暴露結合焊盤91和93的一部分的阻焊層95可以設置在結合焊盤91和93上。凸塊97和99可以分別形成在結合焊盤91和93上。
[0042]參照圖1A至圖1G描述的發光二極管芯片C可以形成在凸塊97和99上。發光二極管芯片C的第一電極41和第二電極43可以分別利用凸塊97和99連接到結合焊盤91和93。
[0043]從發光二極管芯片C的有源層22發出的光可以穿過裝置基板10被釋放。裝置基板10的側壁可以具有裝置基板10的寬度向著后側減小的斜表面S。另外，裝置基板10的后側可以包括不平坦的圖案10C。裝置基板10的側壁的斜表面S和不平坦的圖案1c可以改變從有源層22發出的光的路徑或使光散射以改善發光效率。
[0044]同時，在裝置基板10的前側上形成發光半導體層20之后，為了在裝置基板10的后側上形成不平坦的圖案10c，需要在發光半導體層20上形成保護層。然而，如參照圖1A至圖1G所描述的，通過在形成發光半導體層20之前在裝置基板10的后側上形成不平坦的圖案10c，可以無需在發光半導體層20上形成保護層。因此，可以減少工藝步驟，這引起成本節約效果。
[0045]另外，熒光層60可以將穿過裝置基板10發出的光轉化為具有較低波長的光以實現白光發射裝置。例如，當發光二極管芯片C是產生紫外光的裝置時，可以通過在熒光層60中布置紅色熒光材料、綠色熒光材料和藍色熒光材料來實現白光發射裝置，當發光二極管芯片C是產生藍色光的裝置時，可以通過在熒光層60中布置黃色熒光材料來實現白光發射
>j-U ρ?α裝直。
[0046]圖3Α至圖3C是示出根據本發明構思的另一實施例的制造發光二極管的方法的剖視圖。除了下面的描述以外，根據本發明構思的實施例的制造發光二極管的方法與參照圖IA至圖1G描述的制造發光二極管的方法相似。
[0047]參照圖3A，可以從基板10的包括通過圖1B中描述的方法形成的分隔槽1a的后側ΙΟ-bs移除第一掩模圖案(在圖1B中的參考標號51)。可以在基板10的已經移除了第一掩模圖案(圖1B中的參考標號51)的后側ΙΟ-bs上形成填充分隔槽1a并使分隔槽1a之間的每個發光單元區域UC的多個部分暴露的第二掩模圖案53。第二掩模圖案53可以是光致抗蝕劑圖案。
[0048]可以各向異性地蝕刻(即，利用第二掩模圖案53作為掩模干蝕刻)基板10的后側ΙΟ-bs。結果，可以在發光單元區域UC中形成不平坦的圖案或凹凸圖案10d。不平坦的圖案1d的凹部和凸部可以呈四邊形形狀。
[0049]參照圖3B，可以移除第二掩模圖案53。因此，具有其入口寬度大于其底部寬度的V形形狀的分隔槽1a與具有四邊形的凹部和凸部的不平坦的圖案1d可以被暴露在基板10的后側ΙΟ-bs上。
[0050]參照圖3C，可以通過圖1D至圖1G中描述的方法來獲得倒裝芯片發光二極管芯片C。發光二極管芯片C的基板10可以朝向其后側ιο-bs錐化以在其側壁中形成斜表面S。另外，基板10的后側ιο-bs可以包括不平坦的圖案10d。基板10的側壁的斜表面S和不平坦的圖案1d可以改變從有源層22發出的光的路徑或使光散射以改善發光效率。
[0051]圖4A和圖4B是示出根據本發明構思的另一實施例的制造發光二極管的方法的剖視圖。除了下面的描述以外，根據本發明構思的實施例的制造發光二極管的方法與參照圖1A至圖1G所描述的制造發光二極管的方法相似。
[0052]參照圖4A，在基板10的分隔區域SL中形成分隔槽10a。分隔槽1a可以位于基板10的后側ιο-bs中。可以通過激光劃片方法來執行分隔槽1a的形成。分隔槽1a的入口的寬度與底部的寬度可以大體上相同。
[0053]參照圖4B，可以將濕蝕刻溶液涂覆到基板10的形成有分隔槽1a的表面10_bs。因此，可以濕蝕刻包括分隔槽1a的基板10的整個后側ΙΟ-bs。在此過程中，因為與分隔槽1a的底表面相比主要蝕刻了分隔槽1a的側表面，所以分隔槽1a可以具有其入口寬度大于其底部寬度的V形形狀。同時，可以在后側ΙΟ-bs的發光單元區域UC中形成不平坦的圖案或凹凸圖案10c。濕蝕刻溶液可以是硫酸鹽-磷酸鹽混合溶液或KOH溶液。濕蝕刻溶液可以是熱的溶液。
[0054]然后，可以通過圖1D至圖1G中描述的方法來得到倒裝芯片發光二極管芯片C。
[0055]圖5A至圖5E是示出根據本發明構思的另一實施例的制造發光二極管的方法的剖視圖。除了下面的描述以外，根據本發明構思的實施例的制造發光二極管的方法與參照圖1A至圖1G所描述的制造發光二極管的方法相似。
[0056]參照圖5A，可以設置基板10。基板10包括多個發光單元區域UC和位于發光單元區域UC之間的分隔區域SL。另外，基板10包括前側?ο-fs和后側10-bs。
[0057]可以在后側10-bs上形成掩模圖案54。掩模圖案54可以是光致抗蝕劑圖案。掩模圖案54可以位于分隔區域SL及鄰近于分隔區域SL的區域上，并暴露發光單元區域UC的中心部分。可以在被掩模圖案54暴露的發光單元區域UC中形成槽10e。可以通過各向異性蝕刻方法(例如，干蝕刻方法)來執行槽1e的形成。槽1e的入口的寬度和底部的寬度可以大體上相同。
[0058]參照圖5B，可以將濕蝕刻溶液涂覆到基板10的形成有槽1e的后側10_bs。因此，可以利用掩模圖案54作為掩模來濕蝕刻基板10的后側ΙΟ-bs。在此過程中，可以在槽1e的底表面上形成不平坦的圖案或凹凸圖案10f。不平坦的圖案1f的凹部可以具有V形形狀。同時，因為與槽1e的底表面相比主要蝕刻槽1e的側表面，因此槽1e可以具有其入口寬度大于其底部寬度的V形形狀，具體地，V形形狀的上部。濕蝕刻溶液可以是硫酸鹽-磷酸鹽混合溶液或KOH溶液。濕蝕刻溶液可以是熱的溶液。
[0059]參照圖5C，可以移除掩模圖案54以使后側ΙΟ-bs的相對平坦的表面暴露。可以在基板10的前側?ο-fs上形成第一導電型半導體層21、有源層22和第二導電型半導體層23。第一導電型半導體層21、有源層22和第二導電型半導體層23可以構成發光半導體層20。可以利用MOCVD方法或MBE方法來形成發光半導體層20。可以在發光半導體層20上形成電流擴散導電層30。電流擴散導電層30可以是諸如ITO層的透明導電層。
[0060]然后，可以在基板10的后側ΙΟ-bs上形成反射層70。反射層70可以是諸如Ag和Al的金屬層、分布式布拉格反射器(DBR)或全方位反射器(ODR)。
[0061]參照圖5D，臺面蝕刻電流擴散導電層30、第二導電型半導體層23和有源層22以使第一導電型半導體層21暴露。可以在暴露的第一導電型半導體層21和電流擴散導電層30上分別形成第一電極41和第二電極43。
[0062]參照圖5E，通過對分隔區域SL劃片并切割來分離發光單元。每個發光單元可以形成發光二極管芯片C。在發光二極管芯片C的有源層22中產生的光可以向上發射而不是向著基板10的方向發射。在這種情況下，從有源層22傳播到基板10的光可以被反射層70反射以向上發射。另外，可以通過在基板的后側ΙΟ-bs中形成槽1e來減小在發光二極管芯片C的中心部分中基板10的厚度。因此，可以縮短從有源層22向基板10的方向傳播隨后被反射層70反射的光的路徑。另外，形成在槽1e的底表面中的不平坦的圖案1f可以使光散散。以這種方式，發光效率可以因反射層70、槽1e和不平坦的圖案1f而顯著改盡口 ο
[0063]雖然已描述了一些實施例，但本領域技術人員將清楚的是，在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，可以對上面描述的本專利文件的示例性實施例進行各種修改。
【權利要求】
1.一種制造發光二極管的方法，所述方法包括: 設置具有前側和后側的基板； 在后側中形成不平坦的圖案； 通過在后側中具有不平坦的圖案的基板的前側上依次堆疊第一型半導體層、有源層和第二型半導體層來形成發光半導體層；以及將發光半導體層和基板分成多個發光單元。
2.如權利要求1所述的方法，其中，基板具有多個發光單元區域和位于其間的分隔區域，并且不平坦的圖案的形成步驟包括: 在分隔區域及鄰近于分隔區域的區域中形成其入口寬度大于其底部寬度的分隔槽，以及 在發光單元區域中形成不平坦的圖案。
3.如權利要求2所述的方法，所述方法還包括在形成分隔槽之前，在基板的后側上形成使分隔區域及鄰近于分隔區域的區域暴露的第一掩模圖案并且激光劃片分隔區域， 其中，利用第一掩模圖案作為掩模通過濕蝕刻被激光劃片的基板的后側來形成分隔槽。
4.如權利要求3所述的方法，所述方法還包括形成填充分隔槽的第二掩模圖案， 其中，利用第二掩模圖案作為掩模通過濕蝕刻基板的后側來形成不平坦的圖案。
5.如權利要求3所述的方法，所述方法還包括形成填充分隔槽并使每個發光單元區域的部分暴露的第二掩模圖案， 其中，利用第二掩模圖案作為掩模通過干蝕刻基板的后側來形成不平坦的圖案。
6.如權利要求2所述的方法，所述方法還包括在形成分隔槽之前，激光劃片分隔區域， 其中，通過濕蝕刻被激光劃片的基板的后側來同時形成分隔槽和不平坦的圖案。
7.如權利要求1所述的方法，所述方法還包括在將發光半導體層和基板分成所述多個發光單元之前在不平坦的圖案上形成熒光材料層。
8.如權利要求1所述的方法，其中，基板具有多個發光單元區域和位于其間的分隔區域，并且所述方法還包括在分隔區域及鄰近于分隔區域的區域上形成第一掩模圖案，在形成不平坦圖案之前，利用第一掩模圖案作為掩模通過蝕刻后側來在后側中形成槽， 其中，在槽的底表面中形成不平坦的圖案。
9.如權利要求8所述的方法，所述方法還包括在將發光半導體層和基板分成所述多個發光單元之前，在不平坦的圖案上形成反射層。
10.一種發光二極管，所述發光二極管包括: 基板，具有如側和后側； 不平坦的圖案，形成在基板的后側中；以及 第一型半導體層、有源層和第二型半導體層，依次堆疊在基板的前側上。
11.如權利要求10所述的發光二極管，其中，基板的側壁包括朝向后側減小基板的寬度的斜表面。
12.如權利要求10所述的發光二極管，所述發光二極管還包括設置在不平坦的圖案上的熒光材料層。
13.如權利要求10所述的發光二極管，其中，基板包括后側中的槽，以及 不平坦的圖案位于槽的底表面中。
14.如權利要求13所述的發光二極管，所述發光二極管還包括設置在不平坦的圖案上的反射層。
【文檔編號】H01L33/22GK104396032SQ201380020127
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年4月15日 優先權日:2012年4月18日
【發明者】李貞勛, 趙大成, 南基范 申請人:首爾偉傲世有限公司