半导体发光元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种倒装芯片半导体发光元件，其包含衬底以及半导体多层结构。该半导体多层结构具有第一表面以及相对于该第一表面的第二表面，并且该半导体多层结构以该第一表面接合于该衬底的表面上，并且该第二表面具有多个凸点，该多个凸点呈周期性排列。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于一种半导体发光元4牛(Semiconductor light emitting device)以 及其制造方法，特别地，本专利技术关于一种倒装芯片(Flipchip)半导体发光元件 以及其制造方法。
技术介绍
由于具有寿命长、轻巧、低耗电量以及不含水银等有害物质等优点，半 导体发光元件，如发光二极管(Light emitting diode, LED)，已成为一种非常 理想的新式照明光源，并且正蓬勃发展。发光二极管应用的市场非常广，包 含如，资讯、通讯、消费性电子、汽车市场、号志、看板以及照明市场。目 前较热门的应用市场主要是通讯产业的手机背光源及按键光源；汽车产业的 各种灯饰以及仪表板；以及号志、广告看板以及照明等。为了将发光二极管更广泛地运用到各相关领域，发光二极管的亮度势必 需要被提高。而要提高发光二极管的亮度主要可以从两个方向进行， 一是提 高其效率，二是提高其功率。就提高发光二极管的效率而言，又可提升分为内部量子效率与外部取出 效率(Extmction e伍ciency)两个部分。内部量子效率是半导体晶片通电后，电 光转化的效能。近年来，由于晶片材质的改变，由早期的磷化镓(GaP)进展 到四元高亮度的磷化铝镓铟(AlGalnP)，使发光二极管的内部量子效率几乎可 达到100%。然而，由于外部取光效率的低落仍导致发光二极管最终亮度小于晶片转 换效能。而造成外部取光效率低落的原因，主要归咎于不同介质间的全反射 损失与构装材料本身的吸收。根据斯涅耳定律(Snell，s Law),光从高折射率 介质进入低折射率介质时，其介面会发生全反射现象，使得光无法有效导出。 由于发光二极管具有多层半导体结构，并且各层的折射率皆不尽相同，因此 从有源层发出的光线经过多层半导体结构以及外部的封装结构后，大部分的 光线被反射回晶片内部，造成亮度效能受损。此外，发光二极管的衬底(Substrate)以及封装材料等也会吸收由内部发出的光线而减低发光二极管的 外部取光效率。因此，熟悉该领域者致力于解决前述的问题，以提升发光二极管的外部 取光效率。举例而言，藉由晶元接合(Wafer bonding)以及衬底移除等技术， 将吸光衬底移除，再以倒装芯片(Flip chip)方式将移除吸光衬底后的发光二极 管接合于一透明衬底或高反射层上，以提升光子取出效率。然而，由于该发 光二极管的结构缺少具有足够厚度的光窗层(Window layer),致使光子于该 发光二极管表面的全反射更明显，造成该发光二极管的外部取光效率的减 低。
技术实现思路
因此，本专利技术的一范畴是提供一种半导体发光元件以及其制造方法，并件的外部取光效率较习知半导体发光元件更高，因此能解决上述习知半导体 发光元件的缺失。根据本专利技术的一较佳具体实施例的一种倒装芯片半导体发光元件包含 衬底以及半导体多层结构。该半导体多层结构具有第一表面以及相对于该第 一表面的第二表面。此外，该半导体多层结构以该第一表面接合于该衬底的 表面上，并且该第二表面具有多个凸点，该多个凸点呈周期性排列。此外，该多个凸点包含第一凸点以及与该第一凸点相邻的第二凸点，该 第一凸点与该第二凸点各具有峰点，且该第二表面于该第一凸点与该第二凸 点间包含有底点，其中该峰点至该底点的垂直距离以及两个峰点间的水平距 离比介于0.01至IO之间。进一步，本专利技术的另 一范畴是提供一种制造一倒装芯片半导体发光元件 的方法。根据本专利技术的一较佳具体实施例的一种制造倒装芯片半导体发光元件的方法包含下列步骤首先，形成半导体多层结构于第一衬底之上。随后， 将该半导体多层结构以倒装芯片方式接合于第二衬底上。接着，移除该第一 衬底，致使该半导体多层结构的第一表面棵露。最后，于该半导体多层结构 的该第一表面上形成多个凸点，该多个凸点呈周期性排列。而该多个凸点包 含第一凸点以及与该第一凸点相邻的第二凸点，该第一凸点与该第二凸点各 具有峰点，且该第二表面于该第一凸点与该第二凸点间包含有底点，其中该峰点至该底点的垂直距离以及两个峰点间的水平距离比介于0.01至IO之间。 根据本专利技术的另 一较佳具体实施例的一种制造倒装芯片半导体发光元件的方法包含下列步骤首先，形成半导体多层结构于生长衬底之上。随后， 将该半导体多层结构以倒装芯片方式接合于支持衬底上。接着，移除该生长 衬底，使该半导体多层结构的暂时表面棵露。之后，于该半导体多层结构的 该暂时表面上形成光窗层，并且该光窗层具有第二表面。最后，于该第二表 面上形成多个凸点，该多个凸点呈周期性排列。而该多个凸点包含第一凸点 以及与该第一凸点相邻的第二凸点，该第一凸点与该第二凸点各具有峰点， 且该第二表面于该第 一凸点与该第二凸点间包含有底点，其中该峰点至该底 点的垂直距离以及两个峰点间的水平距离比介于0.01至IO之间。关于本专利技术的优点与精神可以藉由以下的实施方式对本的专利技术详述及 所附图式得到进一步的了解。附图说明图1是绘示根据本专利技术的一具体实施例的一种倒装芯片半导体发光元件 的剖面视图2是绘示根据本专利技术的一具体实施例的一种倒装芯片半导体发光元件 的剖面视图3是绘示根据本专利技术的一具体实施例关于前述的第二表面的剖面视图4是绘示根据本专利技术的一具体实施例关于前述的第二表面的剖面视图5是绘示根据本专利技术的制造一倒装芯片半导体发光元件的方法的流程图6是绘示根据本专利技术的制造一倒装芯片半导体发光元件的方法的流程图。主要元件符号说明1、 3:倒装芯片半导体发光元件 12、 32:衬底 14、 34:半导体多层结构 142、 342:第一表面144、 344、 4:第二表面 1442、 3442:凸点141、 341:金属接合层 143、 343:反射层145、 345:有源层 L:方向 422:第一凸点 422t、 424t:峰点 D:垂直距离147、 347:表面层349:光窗层 424:第二凸点 426:底点W:水平距离S60 S93:流程步骤 具体实施例方式本专利技术提供一种倒装芯片(Flip chip)半导体发光元件(Semiconductor light emitting device)。根据本专利技术的较佳具体实施例揭露如下。首先，本专利技术所谓的倒装芯片半导体发光元件，如中国台湾专利公告号 第251388号，名称为贴附式发光二极管晶粒制造过程及其产品的专利技术 专利所揭露，是指于该半导体发光元件的制作过程中，先于一第一衬底上生 长一半导体多层结构(Multi-layer structure),并且该多层结构具有棵露的一第 一表面。接着将该第一衬底去除或磨薄，再以该半导体多层结构的该第一表 面接合于 一 第二衬底，以完成该倒装芯片半导体发光元件。或者，该倒装芯片半导体发光元件也可以先以该半导体多层结构的该第 一表面接合于该第二衬底，再将该第一衬底去除或磨薄，以完成该倒装芯片 半导体发光元件。于一较佳具体实施例中，根据本专利技术的倒装芯片半导体发光元件包含一 衬底以及一半导体多层结构。该半导体多层结构具有一第一表面以及相对于 该第一表面的一第二表面。并且该半导体多层结构以该第一表面接合于该衬 底的表面上。此外，该第二表面具有多个凸点，并且该多个凸点呈周期性排列。请参阅图1，图1是绘示根据本专利技术的一具体实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倒装芯片半导体发光元件，该半导体发光元件包含：衬底；以及半导体多层结构，该半导体多层结构具有第一表面以及相对于该第一表面的第二表面，并且该半导体多层结构以该第一表面接合于该衬底的表面上，并且该第二表面具有多个凸点，该多个凸点呈周期性排列；其中该多个凸点包含第一凸点以及与该第一凸点相邻的第二凸点，该第一凸点与该第二凸点各具有峰点，且该第二表面于该第一凸点与该第二凸点间包含有底点，其中该峰点至该底点的垂直距离以及两个峰点间的水平距离比介于０．０１至１０之间。

【技术特征摘要】
CN 2006-7-3 200610103105.51.一种倒装芯片半导体发光元件，该半导体发光元件包含衬底；以及半导体多层结构，该半导体多层结构具有第一表面以及相对于该第一表面的第二表面，并且该半导体多层结构以该第一表面接合于该衬底的表面上，并且该第二表面具有多个凸点，该多个凸点呈周期性排列；其中该多个凸点包含第一凸点以及与该第一凸点相邻的第二凸点，该第一凸点与该第二凸点各具有峰点，且该第二表面于该第一凸点与该第二凸点间包含有底点，其中该峰点至该底点的垂直距离以及两个峰点间的水平距离比介于0.01至10之间。2. 如权利要求1所述的倒装芯片半导体发光元件，其中该半导体多层 结构包含有源层，并且该有源层与该第二表面上的一个凸点的垂直距离介于 0.1 |am至10 iam之间。3. 如权利要求2所述的倒装芯片半导体发光元件，其中该半导体多层 结构包含金属接合层，并且该金属接合层具有该第一表面。4. 如权利要求3所述的倒装芯片半导体发光元件，其中该半导体多层 结构包含反射层，并且该反射层位于该有源层以及该金属接合层之间，用以 反射该有源层所发射的光线。5. 如权利要求1所述的倒装芯片半导体发光元件，其中该半导体多层 结构包含表面层，并且该表面层具有该第二表面，并且该表面层以 (AlxGal-x)ylnl-yP材料或AlxGal-xAs材料形成，其中O^x^l,并且1。6. 如权利要求1所述的倒装芯片半导体发光元件，其中该半导体多层 结构包含表面层以及光窗层，该光窗层形成于该表面层之上，并且该光窗层 具有该第二表面。7. 如权利要求6所述的倒装芯片半导体发光元件，其中该光窗层以导 电材料所形成，并且该导电材料选自由ITO、 Si02、 SiN、 Ti02、 ZnO以及 ZnSe所组成的群组中的一种导电材料。8. 如权利要求1所述的倒装芯片半导体发光元件，其中该多个凸点中 的各个凸点的凸点宽度介于0.1 nm至10nm之间，并且该第一凸点与该第 二凸点间的凸点距离介于0.1 pm至10pm之间。9. 如权利要求1所述的倒装芯片半导体发光元件，其中该多个凸点的 一凸点面积占该倒装芯片半导体发光元件的总发光面积的1 -100 %。10. —种制造倒装芯片半导体发光元件的方法，该方法包含下列步骤(a) 形成半导体多层结构于第一衬底之上；(b) 将该半导体多层结构以倒装芯片方式接合于第二衬底上；(c) 移除该第一村底，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄国欣，
申请(专利权)人：联胜光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]