專利名稱：發(fā)光二極管元件與其形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管元件與其形成方法，特別是一種具有高制程良率及較大發(fā)光面積的發(fā)光二極管元件與其形成方法。
背景技術：
近年來發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè)的發(fā)展朝向氮化鎵(Gallium Nitride)基半導體，例如氮化鎵化合物半導體，作為用以發(fā)出光波長范圍介于綠光、藍光與紫外光之間的短波長發(fā)光二極管。短波長發(fā)光二極管由于具有高頻率或短波長可用作為綠光及藍光于全彩的應用，藍光與紫光發(fā)光二極管更可通過能量轉(zhuǎn)換做成白光光源。
傳統(tǒng)上，為了增加氮化鎵/藍寶石發(fā)光二極管的發(fā)光面積，而將電極接點置于對角線兩端以增加發(fā)光面積。但是為了將電極接點與外界連接以驅(qū)動發(fā)光二極管，必須將電極接點以導線穿過一形成于發(fā)光二極管頂端的金屬墊(Pad)或電極接墊(Contact Pads)。這樣的設計會造成發(fā)光二極管的發(fā)光面積遭到遮蔽，特別是俯視發(fā)光二極管時，亦即發(fā)光二極管的發(fā)光面積實質(zhì)上變小。此外，此傳統(tǒng)結(jié)構易造成電流過度集中于兩個金屬墊之間，亦即造成電流堵塞而影響元件壽命。
如上所述，此化合物半導體發(fā)光二極管必須以電極接點置于發(fā)光面對角線兩端。由于為了將電極接點與外界連接以驅(qū)動發(fā)光二極管，必須將電極接點以導線與外界連接以驅(qū)動發(fā)光二極管，而電極接點與導線體積不可能太小，故將造成發(fā)光二極管的發(fā)光面積實質(zhì)縮小。此外，當元件尺寸縮小時，一般具正方形輪廓的發(fā)光二極管由于其電極接點位于其對角線兩端，此時電極接點將十分接近且更容易形成電流堵塞而影響元件特性，如可靠度降低且因電極過度接近，打線良率將因而降低。另外，由于藍寶石底材屬六方晶格(Hexagonal Lattice)結(jié)構，將發(fā)光二極管切成正方形容易造成元件劈裂使得制程良率(合格率)降低。
有鑒于上述傳統(tǒng)元件結(jié)構與制程的缺點，因此有必要發(fā)展出一種新穎進步的元件結(jié)構與制程，此元件結(jié)構與制程能克服上述傳統(tǒng)元件結(jié)構與制程的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所欲解決的技術問題為提高元件切割(Scribing)的良率。
本發(fā)明所欲解決的技術問題為提供一尺寸縮小的覆晶封裝發(fā)光二極管元件。
本發(fā)明所欲解決的技術問題為提供一當元件尺寸縮小時仍具有足夠電極間距離的發(fā)光二極管元件。
本發(fā)明所欲解決的技術問題為提供一種亮度均勻的發(fā)光二極管元件。
本發(fā)明所欲解決的技術問題為提供一種能增加生產(chǎn)良率與產(chǎn)量的發(fā)光二極管元件制程。
本發(fā)明所欲解決的技術問題為提供一種在同樣元件大小情況下，具有大發(fā)光面積的發(fā)光二極管元件結(jié)構與制程。
在一實施例中，本發(fā)明解決問題的技術手段包含下列步驟。首先提供一底材，接著形成一具有一第一導電型的第一摻雜半導體層于該底材上。然后形成一發(fā)光主動層于該第一摻雜半導體層上。接著形成一具有一第二導電型的第二摻雜半導體層于該發(fā)光主動層上。然后形成一透光導體層于該第二摻雜半導體層上，并轉(zhuǎn)移復數(shù)個位于復數(shù)個第一菱形圖案較長的對角線一端的第一電極圖案進入該透光導體層、該第二摻雜半導體層與發(fā)光主動層并至該第一摻雜半導體層的一預定深度，其中該第一菱形圖案的一邊與該底材的易劈裂方向平行。接著形成一介電層覆蓋該底材，并轉(zhuǎn)移位于復數(shù)個第二菱形圖案較長的對角線二端的復數(shù)個該第一與第二電極圖案至該介電層并暴露出該透光導體層與該第一摻雜半導體層，其中該第二菱形圖案的一邊與該底材的易劈裂方向平行。然后形成復數(shù)個第一電極與第二電極于該第一摻雜半導體層與該透光導體層。沿該底材的易劈裂方向切割出復數(shù)個具有菱形輪廓的元件及通過覆晶封裝方式將該元件的該第一電極與該第二電極以焊接凸塊連接至二元件固定電極。
對照本發(fā)明與先前技術的功效，由于傳統(tǒng)的化合物半導體發(fā)光二極管必須以電極接點置于發(fā)光面對角線兩端，故將造成發(fā)光二極管的發(fā)光面積實質(zhì)縮小，且亮度將較為不均勻。本發(fā)明利用藍寶石底材晶格排列的特性，沿其晶格易劈裂方向切割晶圓，并形成一具有菱形輪廓的發(fā)光二極管元件，因此能提供具有較大發(fā)光面積的發(fā)光二極管元件，同時能增加發(fā)光二極管元件制程生產(chǎn)良率與產(chǎn)量。另外，由于使用覆晶封裝的制程及將電極置于菱形輪廓對角線。故較小的元件仍能可靠地被制程為覆晶式元件。
上述有關發(fā)明的內(nèi)容及以下實施方式的說明僅為范例并非限制。其它不脫離本發(fā)明的精神的等效改變或修飾均應包含在的本發(fā)明的專利范圍之內(nèi)。
為了能讓本發(fā)明上述的其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合所示附圖，作以詳細說明。


圖1顯示本發(fā)明的一實施例中一半導體發(fā)光二極管元件；
圖2顯示一包含圖1所示的半導體發(fā)光二極管元件的晶圓的俯視圖；圖3顯示本發(fā)明一實施例的半導體發(fā)光二極管元件的俯視圖；圖4顯示本發(fā)明另一實施例的半導體發(fā)光二極管元件的俯視圖；圖5顯示本發(fā)明另一實施例的半導體發(fā)光二極管元件的俯視圖；圖6顯示本發(fā)明的半導體發(fā)光二極管元件通過覆晶封裝的方式以固定于元件固定電極上；及圖7顯示本發(fā)明的半導體發(fā)光二極管元件通過覆晶封裝的方式以固定于電路板上。
圖中符號說明1 晶圓10發(fā)光二極管元件12電極14電極16凸塊18凸塊102 底材104 透光導體層106 半導體層108 主動(發(fā)光)導體層110 半導體層112 介電層114 電極116 電極118 導體層120 電極接觸墊122 電路板
具體實施例方式
在此必須說明的是以下描述的制程步驟及結(jié)構并不包含完整的制程及結(jié)構。本發(fā)明可以通過各種制程技術來實施，在此僅提及了解本發(fā)明所需的制程技術。
以下將根據(jù)本發(fā)明所示附圖做詳細的說明，請注意附圖均為簡單的形式且未依照比例描繪，而尺寸均被夸大以利于了解本發(fā)明。
參考圖1所示，顯示本發(fā)明的一實施例中一發(fā)光二極管元件10。此發(fā)光二極管元件10包含一底材102，此底材102上可形成多層化合物半導體結(jié)構，例如氮化鎵相關化合物半導體層。此多層化合物半導體層可由金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)法形成，但也可由分子束磊晶(MBE)或其它化學氣相沉積法形成。此多層化合物半導體層包含半導體層106、108與110。
發(fā)光二極管元件還包含透光導電層104。此透光導電層104以制程形成而非磊晶形成。透光導電層104為一透光導體層(TransparentConductive Layer，TCL)，而半導體層108包含一主動(發(fā)光)層(ActiveLayer)。半導體層106與110包含具有相反導電性質(zhì)(N型或P型)的半導體層，亦即半導體層106與110可包含多層結(jié)構。此多層結(jié)構可包含未摻雜的半導體層以作為緩沖層(Buffer Layer)或包覆(CladdingLayer)層，或是AlGaN/GaN及InGaN等層的組合。
本發(fā)明的具有菱形輪廓的發(fā)光二極管元件，可利用各種制程形成。一種形成方法為例如首先利用磊晶形成半導體層106、108與110，接著蝕刻半導體層110、108與106的一部分形成一凹槽以容納一電極并連接半導體層106，再以制程形成透光導電層104與透明介電層112。接著再形成電極于菱形圖案較長的對角線兩端，最后再以圖2所示的切割方式形成本發(fā)明的發(fā)光二極管元件。本發(fā)明的具有菱形輪廓的發(fā)光二極管元件亦可以其它形成方法制成。圖1所示的電極114、116與導體層118僅為范例，并非限制。電極114與116可使用相同材料且同時形成，或使用不同材料。甚至電極118可省略。菱形圖案與電極的形成可利用光罩、微影與蝕刻制程。電極114與116與118及透光導電層104可由微影與物理/化學沉積法或傳統(tǒng)的蒸鍍方式形成。介電層112將半導體層106與110隔開。而半導體層106與110透過電極116與114連接至驅(qū)動電路。介電層112可為二氧化硅層，但不限于二氧化硅層，例如氮化硅或透明的高分子層。而介電層112可由微影、蝕刻與化學氣相沉積法或傳統(tǒng)的蒸鍍法形成。介電層112對于覆晶元件為必備，但對于非覆晶元件則或可省略。
若使用氮化鎵(GaN)化合物半導體，則底材102包含六方晶格(Hexagonal Lattice)的藍寶石(Sapphire)底材。半導體層106與110包含一具有一第一導電型的第一摻雜氮化鎵半導體層與一具有一第二導電型的第二摻雜氮化鎵半導體層。半導體層106與110可同時包含未摻雜氮化鎵緩沖層(Buffer Layer)或包覆(Cladding Layer)層。半導體層106與110為N型層與P型層，而電極114與116則為P型電極與N型電極層。此外底材102亦可為碳化硅(SiC)底材或其它耐高溫且透明的底材。
參考圖2所示，顯示一包含圖1所示的發(fā)光二極管元件10的晶圓1的俯視圖。圖1所示的發(fā)光二極管元件10具有俯視菱形輪廓，而電極114與118則位于較長的對角線兩端上，如圖3所示。圖4與圖5則顯示不同構形的電極114與118。圖4所示的電極114具有二延伸區(qū)域，使電極114與118間的距離不論于何處均不至于差距過大。圖5所示的電極114與118各自具有一延伸區(qū)域，使電極114與118之間距不論于何處均十分均勻。為了利于切割，可形成溝槽于發(fā)光二極管元件圖3所示的切割線上。
參考圖6所示，本發(fā)明的發(fā)光二極管元件10以凸塊(Bump)16與18固定于元件固定電極12與14上。電極12與14則連接至電路，使本發(fā)明的發(fā)光二極管元件10成為發(fā)光二極管燈(Lamp)。發(fā)光二極管元件10以覆晶(Flip Chip)封裝的方式，以電極114與118分別與凸塊16與18接合。但上述的結(jié)構不限于以覆晶封裝的方式結(jié)合，亦可以表面黏著(Surface Mounting)技術接合。圖1所示電極118并非必要，亦可省略。而圖6中的凸塊(Bump)16與18亦可以導電膠取代。上述的結(jié)構不限于以覆晶封裝的方式結(jié)合，亦可以表面黏著(Surface Mounting)技術接合。
參考圖7所示，本發(fā)明的發(fā)光二極管元件10以覆晶封裝的方式固定于電路板122的電極接觸墊120上。電極接觸墊120則連接至電路。發(fā)光二極管元件10以覆晶封裝的方式，以電極114與118分別與接觸墊120以焊接或?qū)щ娔z接合，亦可用凸塊16與18接合。上述的結(jié)構不限于以覆晶封裝的方式結(jié)合，亦可以表面黏著技術接合。
本發(fā)明利用藍寶石底材晶格排列的特性，沿其晶格易劈裂方向切割晶圓并形成一具有菱形輪廓的發(fā)光二極管元件，因此能提供具有大發(fā)光面積、電極距離較遠的發(fā)光二極管元件，同時能增加發(fā)光二極管元件制程生產(chǎn)良率與產(chǎn)量，特別是切割(Scribing)時的良率與當元件尺寸縮小時可避免電流堵塞。另外，由于使用覆晶封裝的制程及將電極置于菱形輪廓對角線，發(fā)光亮度均勻，并可做成較小的覆晶封裝元件。
上述有關發(fā)明的詳細說明僅為范例并非限制。其它不脫離本發(fā)明的精神的等效改變或修飾均應包含在的本發(fā)明的專利范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種發(fā)光二極管元件，該發(fā)光二極管元件包含一底材；一具有菱形輪廓的多層化合物半導體結(jié)構，該多層化合物半導體結(jié)構位于該底材上，其中該菱形輪廓的一對平行邊與該底材的易劈裂方向平行；及分別位于該菱形輪廓較長的對角線二端的一第一電極與一第二電極，使電流分布均勻。
2.如權利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中上述的該底材包含一藍寶石底材。
3.如權利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中上述的該多層化合物半導體結(jié)構包含一第一導電型的第一摻雜半導體層于該底材上；一發(fā)光主動層于該第一摻雜半導體層上；一具有一第二導電型的第二摻雜半導體層于該發(fā)光主動層上；一透光導體層于該第二摻雜半導體層上；一位于該菱形輪廓較長的對角線一端的凹槽，該凹槽深度及該第一摻雜半導體層以容納該第二電極并連接該第一摻雜半導體層并曝露部份的該第二摻雜半導體層、部份的該發(fā)光主動層與部份的該第一摻雜半導體層；及一介電層覆蓋該透光導體層、曝露的該第二摻雜半導體層、曝露的該發(fā)光主動層與曝露的該第一摻雜半導體層，以隔離該第一電極與該第二電極。
4.如權利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中更包含二端分別形成于該第一電極與該第二電極上的凸塊以進行覆晶封裝。
5.如權利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中更包含二端分別形成于該第一電極與該第二電極上的凸塊以進行表面黏著接合。
6.如權利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中更包含二端分別形成于該第一電極與該第二電極上的導電膠以進行覆晶封裝。
7.如權利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中更包含二端分別形成于該第一電極與該第二電極上的導電膠以進行表面黏著接合。
8.一種形成發(fā)光二極管元件的方法，該形成發(fā)光二極管元件的方法至少包含下列步驟提供一底材；形成一具有一第一導電型的第一摻雜半導體層于該底材上；形成一發(fā)光主動層于該第一摻雜半導體層上；形成一具有一第二導電型的第二摻雜半導體層于該發(fā)光主動層上；形成一透光導體層于該第二摻雜半導體層上；轉(zhuǎn)移復數(shù)個位于復數(shù)個第一菱形圖案較長的對角線一端的第一電極圖案進入該透光導體層、該第二摻雜半導體層與發(fā)光主動層并至該第一摻雜半導體層的一預定深度，其中該第一菱形圖案的一邊與該藍寶石底材的易劈裂方向平行；形成一介電層覆蓋該底材；轉(zhuǎn)移位于復數(shù)個第二菱形圖案較長的對角線二端的復數(shù)個該第一與第二電極圖案至該介電層并暴露出該透光導體層與該第一摻雜半導體層，其中該第二菱形圖案的一邊與該底材的易劈裂方向平行；形成復數(shù)個第一電極與第二電極于該第一摻雜半導體層與該透光導體層；及沿該底材的易劈裂方向切割出復數(shù)個具有菱形輪廓的元件。
9.如權利要求8所述的形成發(fā)光二極管元件的方法，其中上述的該第一摻雜半導體層與該第二摻雜半導體層以金屬有機化學氣相沉積法形成。
10.如權利要求8所述的形成發(fā)光二極管元件的方法，其中上述的該第一摻雜半導體層與該第二摻雜半導體層以分子束磊晶形成。
全文摘要
本發(fā)明揭露了一種發(fā)光二極管元件與其形成方法。此發(fā)光二極管元件具有菱形輪廓，其電極位于菱形較長的對角線兩端，因此其電極距離較遠且發(fā)光面積仍夠大。因形成菱形輪廓且順著基板的自然劈裂面進行，使制造過程中的合格率大為提高。此外，該發(fā)光二極管元件并可以做成較小的覆晶封裝元件。
文檔編號H01L33/00GK1630108SQ20031012325
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月19日 優(yōu)先權日2003年12月19日
發(fā)明者林照晃, 吳伯仁 申請人:洲磊科技股份有限公司