[发明专利]发光二极管阵列的制造系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造，尤其涉及LEDs(发光二极管)阵列的制造方法与设备。

背景技术

半导体产业发展最快的部分之一为多芯片模块(multi-chip modules，MCM)的制造，多芯片模块越来越常使用在形成PC芯片组的计算机中，或是例如调制解调器及手机等电信项目上。此外，像是手表及计算器等消费性电子产品上典型地也包含多芯片模块。

在一多芯片模块中，未封装LEDs(即芯片)以黏接剂固定在基板上(例如印刷电路板)，接着直接电连接(electrical connection)至每一LED上的焊垫(bond pads)及在基板上的电引线。

为了使成本降到最低，并使组合封装的质量增至最高，一般来说需采取一些步骤来确保只有经发现具有功能性的LEDs才能相互进行组装，因此，在LED黏接制程之前，LEDs及承载基板一般需经过光电缺陷、污染和其它不规则性测试，于阵列中发现具有缺陷的LEDs一般以标记的方式与良好的构件相区别。

因此，对于未封装LEDs，半导体制造商需要提供经测试及证实为已知良品LED(known good LED，KGL)的LED阵列。换句话说，LEDs在我们日常生活中正扮演着越来越重要的角色。传统上，LEDs常见于许多应用中，像通信及其它领域，例如行动电话、设备及其它电子装置。最近，对于以氮化物(nitride)为基础的半导体材料(例如包含氮化镓(Gallium Nitride，GaN))应用于光电产品的需求已戏剧性地增加，例如视频显示器、光学储存装置、照明设备及医疗器材。常规的蓝光发光二极管使用氮化物的半导体材料制成，例如氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)和氮化铝铟镓(AlInGaN)。前面所提及的发光装置的半导体层大部分以磊晶的方式生成于不具导电性的蓝宝石基板上。因为蓝宝石基板为电绝缘体，电极无法直接形成在该蓝宝石基板上来驱动电流通过LEDs，取而代之，电极各自直接接触p型半导体层及n型半导体层，以完成LED装置的制造。然而，此类电极配置及蓝宝石基板的非导电本质呈现出此装置在操作上的一个重要局限。例如，半透明接点必需形成在p型半导体层上，以将电流自p电极散布至n电极，而该半透明接点会因内部反射及吸收而降低装置所发出的光强度，并且，p电极及n电极会遮住光线且减少该装置的发光面积。此外，该蓝宝石基板为热绝缘体，在装置操作期间所产生的热无法有效排除，因此限制了该装置的可靠性。

图1显示出一种这样的常规LED。如图所示，基板以1代表，该基板1通常为蓝宝石，缓冲层2形成在该基板1上，用来降低基板1与GaN间的晶格错置，该缓冲层2可以磊晶形式生长于该基板1上，且其可以是氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)及氮化铝铟镓(AlInGaN)；接着，依顺序形成n型GaN基底层3、多量子阱(multi-quantum well，MQW)层4及p型GaN层5。利用蚀刻法在n型GaN基底层3上形成暴露区域6；导电半透明涂层7设置在该p型GaN层5上；最后，n型电极9及p型电极8形成于所选定的电极区域上，n型电极9需要与p型电极位于该装置同一侧，以将电子及空穴分别注入多量子阱活性层4中。在多量子阱活性层4中的空穴与电子的放射性重组会放出光。然而，此常规LED结构的限制包括：(1)在p型半导体层5上的半透明接点最多只有70％的透明度，且其可阻挡由多量子阱活性层4所放出的光；(2)由于电极的位置，从n型电极散布至p型电极的电流并不一致；以及(3)因为蓝宝石为热和电的绝缘体，故于装置操作期间热会累积。

为了增加有效的照明面积，因而发展出垂直式LEDs。如图2所示，典型垂直式LED具有基板10(一般来说为硅、砷化镓(GaAs)或是锗(Ge))，接着将多重过渡金属层12、p型GaN层14、多量子阱层16及n型GaN层18形成于基板10上；之后将n型电极20与p型电极22形成于经选定作为电极的区域上。