本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置及其制造方法，特別是涉及一種具有發(fā)光二極管的發(fā)光裝置及其制造方法。

背景技術：

發(fā)光二極管(lightemittingdiode，led)由于具有發(fā)光效率高、壽命長以及低耗電等優(yōu)點，近年來已逐漸取代傳統(tǒng)鎢絲燈泡、鹵素燈泡或燈管而成為主流的光源，發(fā)光二極管也被廣泛應用于大熒幕彩色顯示、汽車照明、交通信號、多媒體顯示和光通訊等領域。然而，發(fā)光二極管的電極會在制造過程或是運送過程中會與空氣接觸而容易遭到粒子或臟污附著等污染，在后續(xù)的電線連接電極的過程造成電阻上升或是粘著度不佳、易脫落等缺點。因此需要一個新的制作工藝方法改善上述的現(xiàn)象。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明包括一種發(fā)光二極管裝置，包括一基板；一半導體發(fā)光疊層，位于基板上；一電極，位于半導體發(fā)光疊層上，作為對外電性接合的用途；以及一保護層，覆蓋電極的上表面，其中保護層具有遇熱產(chǎn)生裂解的特性或/及于對外電性接合時可被擊穿的特性。

本發(fā)明還包括一種發(fā)光二極管裝置的制造方法，包括形成一半導體發(fā)光疊層于一基板上；形成一電極于半導體發(fā)光疊層上，作為對外電性接合的用途；以及形成一保護層并覆蓋電極的上表面，其中保護層具有遇熱產(chǎn)生裂解的特性或/及于對外電性接合時可被擊穿的特性。

附圖說明

圖1a為一實施例的發(fā)光二極管裝置的剖面示意圖；

圖1b為另一實施例的發(fā)光二極管裝置的剖面示意圖；

圖1c為另一實施例的發(fā)光二極管裝置的剖面示意圖；

圖1d為另一實施例的發(fā)光二極管裝置的剖面示意圖；

圖2～圖4為一些實施例的發(fā)光二極管裝置的中間制作工藝步驟的剖面示意圖；

圖5為一實施例的發(fā)光二極管的推力測試的示意圖。

符號說明

100發(fā)光二極管裝置

102基板

103、103’半導體發(fā)光疊層

104第一半導體層

106、106’發(fā)光層

108、108’第二半導體層

110第二電極

112第一電極

114電流阻障層

116、116’透明導電層

117圖案化光致抗蝕劑層

118保護層

120二氧化硅保護層

具體實施方式

以下針對本發(fā)明的半導體裝置作詳細說明。應了解的是，以下的敘述提供許多不同的實施例或例子，用以實施本發(fā)明的不同樣態(tài)。以下所述特定的元件及排列方式盡為簡單描述本發(fā)明。當然，這些僅用以舉例而非本發(fā)明的限定。此外，在不同實施例中可能使用重復的標號或標示。這些重復僅為了簡單清楚地敘述本發(fā)明，不代表所討論的不同實施例及/或結構之間具有任何關聯(lián)性。再者，當述及一第一材料層位于一第二材料層上或之上時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸的情形?；蛘撸部赡荛g隔有一或更多其它材料層的情形，在此情形中，第一材料層與第二材料層之間可能不直接接觸。

此外，實施例中可能使用相對性的用語，例如“較低”或“底部”及“較高”或“頂部”，以描述圖示的一個元件對于另一元件的相對關系。能理解的是，如果將圖示的裝置翻轉使其上下顛倒，則所敘述在“較低”側的元件 將會成為在“較高”側的元件。

在此，“約”、“大約”的用語通常表示在一給定值或范圍的20％之內(nèi)，較佳是10％之內(nèi)，且更佳是5％之內(nèi)。在此給定的數(shù)量為大約的數(shù)量，意即在沒有特定說明的情況下，仍可隱含“約”、“大約”的含義。

請參照圖1a，其繪示發(fā)光二極管裝置100的剖面示意圖。如圖1a所示，發(fā)光二極管裝置100包括一半導體發(fā)光疊層103設置于一基板102上。其中該半導體發(fā)光疊層103包含一第一半導體層104、設置于第一半導體層104上的一發(fā)光層106，其暴露出部分的第一半導體層104，以及設置于發(fā)光層106上的一第二半導體層108。在一些實施例中，基板102可為藍寶石(sapphire)基板、磷化鎵(gap)、砷化鎵(gaas)、砷化鋁鎵(algaas)、或碳化硅(sic)。

一般而言，第一半導體層104與第二半導體層108具有不同的導電型態(tài)，在一些實施例中，第一半導體層104是n型半導體材料，而第二半導體層108是p型半導體材料。在一些實施例中，半導體材料包括氮化鋁(aln)、氮化鎵(gan)、氮化銦(inn)、氮化鋁鎵(algan)、氮化鋁銦(alinn)、氮化銦鎵(ingan)、氮化鋁銦鎵(alingan)，或上述的組合。

發(fā)光層106可包括一層或多層量子阱層的量子阱結構(quantumwell)。發(fā)光層106可以通過施加電壓電子與空穴復合發(fā)光。發(fā)光層106的材料可包括氮化銦鎵(ingan)、氮化鋁銦鎵(algainn)、砷化鎵(gaas)、砷化鋁鎵(algaas)、磷化銦鎵(ingap)、磷化銦砷(inasp)、砷化銦鎵(ingaas)，或上述的組合。

請繼續(xù)參照圖1a，一第一電極112設置于半導體發(fā)光疊層103的第二半導體層108上，而一第二電極110設置于半導體發(fā)光疊層103的暴露的第一半導體層104上。在一些實施例中，第一電極112以及第二電極110的材料包括鉻、鉑、鈦、鋁、銅、鎳、金或上述的組合。第一電極112以及第二電極110作為與外部電源或電子元件電連接的用途。電連接的接合包含以打線方式形成導線或以倒裝接合方式與外部電連接。由于在制作工藝過程或是運送過程中，第一電極112以及第二電極110會與空氣接觸而容易遭到粒子或臟污附著而污染，進而影響發(fā)光二極管裝置100在后續(xù)封裝接合的品質(zhì)與穩(wěn)定度。因此，如圖1a所示，本揭露的發(fā)光二極管裝置100包括一保護層118，設置于第二電極110以及第一電極112之上，并大體上覆蓋第二電極110以及第一電極112的上表面。在一些實施例中，保護層118在第二電極 110與第一電極112上表面上的總面積覆蓋率至少約90％，例如約95％～100％。在一些實施例，如圖1b所示，保護層118更延伸至第二電極110與第一電極112的側壁并順應性覆蓋半導體發(fā)光疊層103的其他部分包含第一半導體層104、發(fā)光層106以及第二半導體層108。在其他實施例中，使用蝕刻或掀離(lift-off)制作工藝，使保護層118僅覆蓋第二電極110以及第一電極112的上表面，如圖1a所示。

保護層118為一抗污保護層，可保護其下的第二電極110與第一電極112不受粒子或臟污污染及防止電極金屬形成氧化。在本實施例中，保護層118的材料可包括可進行熱裂解的材料，例如氟基化合物(如，聚四氟乙烯)。在其他實施例中，保護層118也可以是納米高分子涂層材料(例如，環(huán)氧樹脂或石墨烯氧化物)、納米鐵基材料(例如，二氧化三鐵(fe2o3))、納米非鐵基材料(例如，納米硅酸鹽材料)或光觸媒抗污材料(例如，二氧化鈦(tio2))。在一些實施例中，保護層118于可見光下的透明度高于60％。在一些實施例，保護層118具有撥水特性，其水接觸角大于90°，高于無保護層的水接觸角約為60°。其抗污的特性，在一置于具有機污染氣體環(huán)境下進行外觀判定，無保護層的電極外觀在電極金屬表面呈黑色受污染外觀，具保護層118的電極外觀在電極金屬表面仍維持金屬亮面，具有抗污防氧化效果。在一實施例中，保護層118的厚度介于10至500埃此較薄的厚度，因此不需在對外電性接合前，例如打線接合前進行額外程序?qū)⒈Ｗo層118移除。在一實施例中，可于打線接合時被擊穿，使焊線與電極能緊密接合。在另一實施例中，保護層118包括熱裂解材料，可先對發(fā)光二極管裝置100進行熱處理，例如烘烤發(fā)光二極管裝置100，使保護層118裂解后再進行后續(xù)的對外電性接合制作工藝，例如打線接合或倒裝接合，烘烤的溫度可為約100至400℃，例如約300℃，時間為約5至10分鐘。在另一實施例中，在保護層118于打線接合時被擊穿后可再進行熱裂解或利用接合后的退火溫度進行熱處理，可提升焊線與電極接合的粘著度。

如圖1a及圖1b所示，發(fā)光二極管裝置100還可包括一電流阻障層114位于第二半導體層108上，以及一透明導電層116位于第二半導體層108上且覆蓋電流阻障層114，其中透明導電層116位于第二半導體層108與第一電極112之間，且電流阻障層114的位置對應于第一電極112的位置。電流阻障層114可包括絕緣材料，例如氧化硅(siox)或氧化氮(sinx)，并且電流阻 障層114的位置對應于第一電極112的位置(如圖1a及圖1b所示)，可以讓電流平均分布到第一電極112以外的區(qū)域，讓主要發(fā)光區(qū)域分布在第一電極112以外的區(qū)域，提高第一電極112以外區(qū)域的出光效率。透明導電層116設置于第二半導體層108與第一電極112之間，可均勻分散電流路徑。在一些實施例中，透明導電層116的材料可為氧化銦錫、氧化鋅鋁或氧化銦鋅(indiumzincoxide，izo)。

請參照圖1c，在一些實施例中，可形成材質(zhì)為二氧化硅(sio2)的保護層120于圖1a所示的半導體發(fā)光疊層103及透明導電層116上，并暴露出第一電極112以及第二電極110。在一些實施例中，可通過化學氣相沉積(cvd)、等離子體輔助化學氣相沉積(pecvd)，或其他合適的沉積制作工藝，以及后續(xù)的圖案化制作工藝形成上述二氧化硅保護層120。

接著，請參照圖1d，在另一些實施例中，可同樣形成二氧化硅保護層120于圖1b所示的半導體發(fā)光疊層103及透明導電層116上，并暴露出第一電極112以及第二電極110，并且以保護層118順應性覆蓋二氧化硅保護層120、第一電極112以及第二電極110。二氧化硅保護層120可提供半導體發(fā)光疊層103與其他裝置的電性隔離，并且避免半導體發(fā)光疊層103受到來自外部環(huán)境的損害。二氧化硅保護層120的材料并不以二氧化硅為限，也可為氧化鋁(alxoy)或氮化硅(sinx)等材料所替代。

圖2～圖4繪示上述發(fā)光二極管裝置100的中間制作工藝步驟的剖面示意圖。請參照圖2，形成一半導體發(fā)光疊層103’于一基板102上，該半導體發(fā)光疊層103’包含一第一半導體層104、一發(fā)光層106’于第一半導體層104上，以及一第二半導體層108’于發(fā)光層106’上。在一些實施例中，利用有機金屬化學氣相沉積法(metalorganicchemical-vapordeposition，mocvd)、液相外延法(liquidphaseepitaxy，lpe)或分子束外延法(molecularbeamepitaxy，mbe)來形成第一半導體層104、發(fā)光層106’以及第二半導體層108’。在一些實施例中，第一半導體層104是n型半導體材料，而第二半導體層108’是p型半導體材料。

接著，形成一電流阻障層114于第二半導體層108’上。在一些實施例中，可利用電子束蒸鍍(electronbeamevaporation)制作工藝、濺鍍(sputtering)制作工藝形成電流阻障層114。接著形成一透明導電層116’于第二半導體層108’上，并且覆蓋電流阻障層114。在一些實施例中，可用濺鍍(sputtering) 制作工藝形成透明導電層116’。接著，經(jīng)由光刻(photolithography)制作工藝，形成一圖案化光致抗蝕劑層117于透明導電層116’上，如圖2所示。

請參照圖3～圖4，將圖案化光致抗蝕劑層117作為一蝕刻掩模層，并經(jīng)由一蝕刻制作工藝移除未被光致抗蝕劑覆蓋的部分透明導電層116’、第二半導體層108’以及發(fā)光層106’，而形成透明導電層116、第二半導體層108以及發(fā)光層106，以暴露出部分的第一半導體層104，接著移除圖案化光致抗蝕劑層117。在一些實施例中，蝕刻制作工藝可進一步蝕刻部分的第一半導體層104(未繪示)。

接著，請參照圖4，形成一第二電極110于暴露出的第一半導體層104上，以及形成一第一電極112于透明導電層116上。在一些實施例中，可利用光光刻制作工藝、蝕刻制作工藝以及沉積制作工藝，形成第二電極110以及第一電極112。在此實施例中，透明導電層116位于第二半導體層108與第一電極112之間，且電流阻障層114的位置對應于第一電極112的位置。

接著，進行保護層118的沉積制作工藝。在一實施例中，可使用旋轉涂布(spincoating)方式形成一保護層118，并覆蓋第二電極110以及第一電極112的上表面。首先，將圖4所示的發(fā)光二極管裝置100貼附于一載體上，并將載體放置于一承座上，其中該承座具有一通孔，通孔可連接至一真空系統(tǒng)或抽氣系統(tǒng)。接著，將承座抽真空，使載體與承座緊密貼附。接著，旋轉承座，并同時以位于承座上噴頭噴灑一化學藥劑于發(fā)光二極管裝置100上，以持續(xù)旋轉涂布方式將包含保護層118的材料的化學藥劑均勻涂布在發(fā)光二極管裝置100上，使發(fā)光二極管裝置100上形成一層薄膜(未繪示)，之后于室溫或加熱干燥而形成前述的保護層118。在上述中，旋轉承座可控制在速度為1000至6000rpm，以形成厚度約為10至500埃的保護層118。經(jīng)由旋涂方式所形成的保護層118將覆蓋第二電極110、第一電極112、以及第一半導體層104、發(fā)光層106以及第二半導體層108，如圖1b所示。之后，可視需要進行光光刻制作工藝及蝕刻制作工藝，將部分保護層移除，余留下的保護層118僅覆蓋第二電極110或第一電極112的上表面，如圖1a所示。

在另一實施例中，可使用浸泡方式進行保護層118的沉積制作工藝，以形成保護層118并覆蓋第二電極110以及第一電極112的上表面。首先，將如第4圖所示的發(fā)光二極管裝置100貼附于一載體上，并將載體以固定速率浸泡入裝有包含保護層118的材料的化學藥劑的容器中，靜置一時間后，再 以同樣固定速率取出載體，使發(fā)光二極管100上的第二電極110以及第一電極112的上表面上形成一層薄膜(未繪示)，之后于室溫或加熱使薄膜干燥而形成前述的保護層118。在上述中，浸入化學藥劑的時間為約1至180秒，以形成厚度約為10至500埃的保護層118。經(jīng)由浸泡方式所形成的保護層118將覆蓋第二電極110與第一電極112、半導體發(fā)光疊層103以及透明導電層116，如圖1b所示。之后，可視需要進行光光刻制作工藝及蝕刻制作工藝，將部分保護層移除，余留下的保護層118僅覆蓋第二電極110與第一電極112的上表面，如圖1a所示。另一實施例中，可將一承載著未切割的多個發(fā)光二極管裝置100的晶片，直接旋轉涂布或浸泡該含保護層118材料的化學藥劑于晶片表面上，依據(jù)前述步驟(旋轉涂布或浸泡制作工藝可參考前面的相關敘述，在此不做重復說明)形成保護膜118于多個發(fā)光二極管裝置100上。

在另一實施例中，也可使用掀離(lift-off)制作工藝以形成上述如圖1a所示的僅覆蓋第二電極110與第一電極112的上表面的保護層118。在形成保護層118前，先于發(fā)光二極管裝置100上沉積一圖案化犧牲層(未繪示)，僅露出第二電極110與第一電極112。之后使用上述的旋轉涂布或浸泡方式于發(fā)光二極管裝置100上形成一薄膜(其中旋轉涂布或浸泡制作工藝可參考前面的相關敘述，在此不做重復說明)，之后于室溫使薄膜于室溫或加熱干燥而形成前述的保護層118。接著選擇性移除圖案化犧牲層以及其上的保護層，余留下的保護層118僅覆蓋第二電極110與第一電極112的上表面的保護層118，如圖1a所示。

在一實施例中，如圖1d所示，可視需要形成一二氧化硅保護層120于如圖4所示的發(fā)光二極管裝置100上。在一些實施例中，可通過化學氣相沉積(cvd)、等離子體輔助化學氣相沉積(pecvd)，或其他合適的制作工藝順應性地沉積二氧化硅保護層120于半導體發(fā)光疊層103、透明導電層116、第一電極112以及第二電極110上，并對二氧化硅保護層120實施圖案化制作工藝以暴露出第一電極112以及第二電極110。接著，順應性地沉積保護層118于二氧化硅保護層120、第一電極112以及第二電極110上，如圖1d所示。之后，可視需要進行光光刻制作工藝及蝕刻制作工藝，將部分保護層移除，余留下的保護層118僅覆蓋第二電極110或第一電極112的上表面，如圖1c所示。

在一實施例中，發(fā)光二極管裝置以打線接合方式進行推力測試。在發(fā)光二極管裝置形成保護層118后，分別以形成保護層118后直接打線接合，以及在進行熱裂解保護層118后再進行打線接合兩種方式，對焊線及電極間的粘著程度進行推力測試，推力數(shù)值(force)代表打線后，將焊線推離第二電極110/第一電極112上表面所需的力量，所需力量大代表焊線與電極上表面之間的粘著程度較高。在一實施例中，經(jīng)打線推力實驗測試在形成保護層118后直接以打線方式與電極接合的推力約為43.05g，而先將保護層118經(jīng)前述的高溫烘烤約300℃熱裂解后再進行打線的推力可提升至55.50g。由上述測試結果可知，經(jīng)高溫烘烤熱裂解后再進行打線接合更能有效提升焊線及電極間的粘著度。保護層118同時可保護其覆蓋的第二電極110/第一電極112的上表面不受粒子或臟污污染，且于打線接合時擊穿保護層，使焊線與第二電極110/第一電極112電連接，具有一定的粘著程度。再者，經(jīng)由熱裂解保護層118后更能提升焊線與第二電極110/第一電極112間的粘著能力，進而提升發(fā)光二極管裝置的穩(wěn)定度。此實施例的實驗測試因采取浸泡方式形成保護層118，保護層118厚度約為272nm，但是采取旋轉涂布或其他涂布方式時，能使得厚度更薄，而在仍保有抗污保護膜的特性的最佳實施厚度為10至500埃時，其推力測試皆能有所提升。在另一實施例中，打線接合擊穿保護層118后可再進行熱裂解或利用打線接合后的退火溫度進行熱處理，可提升焊線與電極接合的粘著能力。在一實施例中，打線后的退火溫度可為150℃到230℃。

在另一實施例的發(fā)光二極管裝置中，除了前述各實施例的特征外，還包含一第一延伸電極以及一第二延伸電極(未繪示)；以第一實施例及圖1a及圖1b為例，第一延伸電極設置于半導體發(fā)光疊層103的第二半導體層108上，且連接第一電極112，自第一電極112向第二電極110方向延伸。第二延伸電極設置于半導體發(fā)光疊層103的暴露的第一半導體層104上，且連接第二電極110，自第二電極110向第一電極112方向延伸。第一延伸電極與第二延伸電極下也可設置電流阻障層(未繪示)，以平均電流分布。第一延伸電極與第二延伸電極的材料和第一電極112以及第二電極110的材料相同，包括鉻、鉑、鈦、鋁、銅、鎳、金或上述的組合。保護層118也可設置于第一延伸電極與第二延伸電極的上表面，并大體上覆蓋其上表面。第一延伸電極與第二延伸電極的尺寸，例如寬度，小于第一電極112以及第二電極110的寬度。通過延伸電極的高導電特性提高發(fā)光疊層103的電流擴散，在兼顧 電流擴散的目的下，也可減少由發(fā)光層106發(fā)出的光被電極吸收，提高光摘出效率。

綜上所述，本發(fā)明通過將第二電極110與第一電極112的上表面形成一層保護層118，防止在進行后續(xù)制作工藝(例如，在封裝端電性接合制作工藝前或是運送過程時)與空氣接觸遭到粒子或臟污附著等污染或氧化。保護層118具有較薄的厚度，例如10至500埃，可以在對外電性接合時直接將保護層118擊穿，或是高溫烘烤后使保護層118熱裂解后再進行對外電性接合，并同時維持發(fā)光二極管裝置的品質(zhì)以及穩(wěn)定度。

雖然結合以上優(yōu)選實施例公開了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作更動、替代與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視后附的權利要求所界定者為準。此外，本發(fā)明的保護范圍并未局限于說明書內(nèi)所述特定實施例中的制作工藝、機器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本發(fā)明揭示內(nèi)容中理解現(xiàn)行或未來所發(fā)展出的制作工藝、機器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據(jù)本發(fā)明使用。因此，本發(fā)明的保護范圍包括上述制作工藝、機器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法及步驟。另外，每一權利要求構成個別的實施例，且本發(fā)明的保護范圍也包括各個權利要求及實施例的組合。