CN100448043C - 发光器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
发光器件及其制造方法具有的优点在于：除去在多个发光结构之间形成的蚀刻膜，以互相分离发光结构的各个侧面，并且除去衬底以彼此分离器件的下部，由此更易于器件的分割。更进一步的优点在于不进行划片工艺而分开器件，从而可以减少例如裂缝或弯曲等缺陷的出现，并且不用为划片工艺保留器件之间的间隔，由此增加了器件的集成度。
Description
技术领域
本发明涉及发光器件及其制造方法。
背景技术
通常，通过在薄膜中生长氮化镓(GaN)晶体制造发光器件。生长GaN晶体的最佳选择是GaN衬底。
然而，由于难以生长GaN晶体等原因导致GaN衬底非常昂贵。
因此，大部分基于GaN的发光器件在异质衬底上生长。异质衬底包括蓝宝石(A12O3)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)等。最近，已经广泛使用的异质衬底之一是蓝宝石衬底。
图1a到1e是说明制造基于GaN的发光器件的常规方法的剖面图。如图1a所示，在蓝宝石衬底(20)上形成多个发光结构(10)，各个结构互相间隔开。
这里，多个发光结构(10)中的每一个包括用于产生光的有源层。
另外，在多个发光结构中的每一个上淀积P型电极，使得P型电极与之欧姆接触，由此稳定地将外部电流加到发光结构上。
其后，借助于电镀等手段(图1b)形成金属膜(30)，以覆盖多个发光结构(10)。
此时，因为金属膜(30)夹住了发光结构(10)，所以在随后的工艺中容易除去蓝宝石衬底(20)。
然后，蓝宝石衬底(20)与每个发光结构(10)的底部分离(图1c)。
可以使用激光剥离工艺除去蓝宝石衬底(20)。
这里，激光剥离工艺是通过从蓝宝石衬底(20)下面照射激光束，从被金属膜(30)覆盖的多个发光结构(10)上分离并除去蓝宝石衬底的工艺。
此时，在金属膜形成工艺和激光剥离工艺期间产生的能量直接传送到金属膜，导致在金属膜中产生应力。
因此，出现例如金属膜的裂纹或弯曲等缺陷。这些缺陷导致有缺陷的器件，由此降低了器件的产品收得率(production yield)。
如图1d所示，在蓝宝石衬底分离之后，进行划片工艺，以在彼此间隔开的相邻发光结构(10)之间的金属膜上形成切割槽(40)。
此时，金属本身的刚性使得在切割槽(40)下面产生裂缝(41)。此外，裂缝(41)可能扩展到发光结构，导致发光器件品质的退化。
最后，如图1e所示，进行扩张和裂片工艺，其中力施加于被金属膜(30)覆盖的相邻的发光结构上，从而逐个分开发光结构。
在常规制造工艺中，在金属膜上形成槽以分割发光结构，然后用于进行裂片工艺。然而，因为金属膜的下部有时可能没有切断，所以存在不能完全分开所有的发光结构的问题。
尤其是，如果用高延展性的材料，例如，铜，形成金属膜，则金属膜容易拉伸，导致难以分开发光结构。
另外，如上所述，当分开发光器件时，在划片工艺期间产生的金属膜的裂缝(41)扩展到发光结构的可能性较高。
当然，存在通过增加发光结构之间的间距来最大限度地减少裂缝扩散到发光结构的方法。然而，在这种情况下，减少了集成在单个晶片上器件的数量，不可避免的导致产量的降低。因为存在应当改进现有划片工艺的问题，所以该方法不是合适的解决方案。
发明内容
构思本发明以解决上述问题。本发明的一个目的是提供发光器件及其制造方法，其中除去蚀刻膜以互相分离发光结构的各个侧面，并且除去衬底以彼此分离器件的下部，进一步易于器件的分割。
本发明的另一个目的是提供发光器件及其制造方法，其中不进行划片工艺而分开器件，从而可以减少例如裂缝或弯曲等缺陷的出现，并且不用为划片工艺保留器件之间的间隔，由此增加了器件的集成度。
根据实现目的的本发明的第一方面，提供一种发光器件的制造方法，包括：在衬底上形成多个发光结构，使得各个结构互相间隔开；在相邻的发光结构之间形成由选择性可蚀刻材料制成的蚀刻膜；形成覆盖多个发光结构和蚀刻膜的金属膜；将衬底与被金属膜覆盖的多个发光结构和蚀刻膜分开；除去蚀刻膜；以及逐个分开被金属膜覆盖的多个发光结构。
根据实现目的的本发明的第二方面，提供一种发光器件的制造方法，包括：在衬底上形成多个发光结构，使得各个结构互相间隔开；在相邻发光结构之间形成高度高于每个发光结构的高度并且由选择性可蚀刻材料制成的蚀刻膜；形成金属膜覆盖多个发光结构和蚀刻膜的侧面，同时露出蚀刻膜的顶部；除去蚀刻膜；以及将衬底与被金属膜覆盖的多个发光结构分开。
根据实现目的的本发明的第三方面，提供一种发光器件的制造方法，包括：在衬底上形成多个发光结构，使得各个结构互相间隔开；在相邻发光结构之间形成高于每个发光结构的蚀刻膜并且蚀刻膜由选择性可蚀刻材料制成；形成覆盖蚀刻膜和多个发光结构的金属膜；除去金属膜的上部以露出蚀刻膜的顶部；除去蚀刻膜；以及将衬底与被金属膜覆盖的多个发光结构分开。
根据实现目的的本发明的第四方面，提供一种发光器件的制造方法，包括：在衬底上形成多个基于GaN的发光结构，使得各个结构互相间隔开；在多个基于GaN的发光结构中的每一个上形成电极；形成覆盖多个基于GaN的发光结构的侧面和电极侧面的绝缘膜，同时互相隔离多个基于GaN的发光结构；形成覆盖电极顶部和绝缘膜的整个外表面的籽晶层；在隔开的基于GaN的发光结构之间的籽晶层上形成由选择性可蚀刻材料制成的蚀刻膜；形成覆盖籽晶层顶部和蚀刻膜的金属膜；将衬底与多个基于GaN的发光结构分开；除去蚀刻膜；以及逐个分开被金属膜覆盖的多个基于GaN的发光结构。
根据实现目的的本发明的第五方面，提供一种发光器件，包括：包括依次叠置的具有第一极性的第一半导体层、有源层和具有第二极性的第二半导体层的发光结构；在发光结构的侧面上形成的具有绝缘性能的高反射膜；在具有第二极性的第二半导体层之上形成的第一电极；以及在具有第一极性的第一半导体层下面形成的第二电极。
附图说明
图1a到1e是说明制造基于GaN的发光器件的常规方法的剖面图。
图2a到2e是说明制造根据本发明的发光器件的方法的剖面图。
图3a到3d是说明制造基于GaN的发光器件的方法的剖面图，其中与图2b的工艺相比较，蚀刻膜高于每个发光结构。
图4a到4e是说明制造发光器件的另一个方法的剖面图，其中与图2b的工艺相比较，蚀刻膜高于每个发光结构。
图5是示出了在根据本发明的发光结构之间形成的蚀刻膜的平面图。
图6a到6e是说明制造根据本发明优选实施例的基于GaN的发光器件的方法的剖面图。
图7是根据本发明的发光结构的示意剖面图。
图8是根据本发明的发光器件的剖面图。
图9是示出了在根据本发明的蚀刻膜上形成铜膜的不完全连接界面区域的照片。
图10是示出了图9的界面区域的放大照片。
具体实施方式
参考图2a到2e，在异质衬底(200)上形成多个发光结构(100)，使得它们互相间隔开(图2a)。
这里，多个发光结构(100)中的每一个包括依次叠置的n型半导体层(110a)、有源层(110b)和p型半导体层(110c)，如图7所示。在n型半导体层(110a)、有源层(110b)和p型半导体(110c)的侧面上形成绝缘膜(130)。
这里，绝缘膜(130)优选为高反射膜。
另外，最好在多个发光结构(100)中的每一个上淀积p型电极，由此p型电极与之欧姆接触。
此外，异质衬底优选蓝宝石衬底。
然后，如图2b所示，在彼此间隔开的相邻发光结构(100)之间形成由能够选择性蚀刻的材料制成的蚀刻膜(400)。
这里，能够选择性蚀刻的材料优选光致抗蚀剂或聚酰亚胺。
另外，最好蚀刻膜(400)具有5到50μm的宽度和5到100μm的高度。
其后，如图2c所示，形成金属膜(300)以覆盖多个发光结构(100)和蚀刻膜(400)。
这里，在异质衬底(200)上形成金属膜(300)，同时覆盖多个发光结构(100)以及蚀刻膜(400)的侧面和顶部的一部分。
此时，在蚀刻膜(400)的顶部的一部分上不形成金属膜(300)，从而在蚀刻膜(400)之上形成空白空间(410)。即，最好由分别包括发光结构(100)的结构划分金属膜(300)。
然后，异质衬底(200)与被金属膜(300)覆盖的多个发光结构(100)和蚀刻膜(400)分离(图2d)。
这里，异质衬底(200)的分离优选通过进行从异质衬底(200)下面照射激光束的激光剥离工艺实现。
因此，异质衬底(200)与发光结构(100)、金属膜(300)和蚀刻膜(400)分离。其后，除去蚀刻膜(400)。
这里，优选通过使用有机溶剂，例如，丙酮，或使用有机溶剂喷雾蚀刻的手段除去蚀刻膜(400)。
然后，除去的蚀刻膜(400)在相邻发光结构(100)之间提供空白空间401。
最后，逐个分开被金属膜(300)覆盖的多个发光结构(100)(图2e)。
此时，为了解除在多个发光结构(100)之间可能存在的任何结合力，在多个发光结构(100)之间施加外力，从而金属膜能够被分成分别包含发光结构(100)的单独的金属膜(300)的块。
这里，因为除去了在多个发光结构(100)之间存在的蚀刻膜(400)以产生空白空间并且在蚀刻膜(400)之上分开金属膜(300)，所以仅用轻微的力就能够容易地将金属膜分开为分别包含发光结构(100)的单独的金属膜块。
优选通过施加力同时扩张金属膜(300)，从而能够分开金属膜的扩张和裂片工艺实现分割。
转到图3a，在互相间隔开的多个发光结构(100)之间形成具有比发光结构(100)的高度H1更高的高度H2，并且由选择性可蚀刻材料组成的蚀刻膜(410)。
然后，形成金属膜(300)以露出蚀刻膜(410)的顶部并且覆盖多个发光结构(100)和蚀刻膜(410)的侧面(图3b)。其后，除去蚀刻膜(410)(图3c)。
在该工艺中，通过除去蚀刻膜(410)，在覆盖各个发光结构(100)的金属膜(300)的相邻块之间形成空白空间(411)。因此，被金属膜(300)覆盖的多个发光结构(100)分割在各个单独的区域之内。
最后，异质衬底(200)与被金属膜(300)覆盖的多个发光结构(100)分离(图3d)。
在图3a到3d的制造基于GaN的发光器件的方法中，通过除去蚀刻膜(410)以分离器件的侧面和随后除去衬底以分离器件的底面，能够容易地分开器件。
参考图4a到4e，与图2b的工艺相比较，蚀刻膜高于每个发光结构。在互相间隔开的多个发光结构(110)之间形成具有比发光结构(100)的高度H1更高的高度H2，并且由选择性可蚀刻材料组成的蚀刻膜(410)(图4a)。
然后，形成金属膜(300)以覆盖蚀刻膜(410)和多个发光结构(100)(图4b)。
其后，除去金属膜(300)的上部，以露出蚀刻膜(410)的顶部(图4c)。随后，除去蚀刻膜(410)(图4d)。
最后，异质衬底(200)与被金属膜(300)覆盖的多个发光结构(100)分离(图4e)。
在通过图4a到4e制造基于GaN的发光器件的方法中，通过形成金属膜以覆盖蚀刻膜的顶部，除去金属膜的上部以露出蚀刻膜的顶部以及除去蚀刻膜和衬底来分开器件。
图5是示出了在根据本发明的发光结构之间形成的蚀刻膜的平面图。在异质衬底(200)上形成每个结构互相间隔开的发光结构(100)，并且在发光结构(100)之间形成蚀刻膜(400)。
如图5所示，以网格图形的方式形成蚀刻膜(400)，以分开发光结构(100)的各个侧面。
现在转到图6a到6e，在异质衬底上形成多个基于GaN的发光结构(110)，使得它们互相间隔开。在基于GaN的发光结构(110)中的每一个上形成电极(120)。分别形成绝缘膜(130)以覆盖基于GaN的发光结构(110)的侧面和电极(120)的侧面，以及互相隔离多个基于GaN的发光结构(110)。
然后，淀积籽晶层(140)以覆盖电极(120)的顶部和绝缘膜(130)的整个外表面。
优选多个基于GaN的发光结构中的每一个包括第一极性的第一半导体层、有源层和具有与第一极性相反的第二极性的第二半导体层。如果第一极性是N型，则第二极性是P型。
另外，如果最上层是p型半导体层，则优选电极(120)与p型半导体层构成欧姆接触。
此外，绝缘膜(130)可以由具有绝缘性质的高反射膜形成。如果这种高反射膜覆盖发光结构(110)中的每一个的侧面，则它反射通过发光结构(100)中的每一个的侧面发出的光，由此提高光输出。
此外，使用籽晶层(140)以允许金属淀积其上，并且通常由UBM(凸点下金属化(under bump metallization))层形成。
另外，异质衬底(210)优选为蓝宝石(Al2O3)衬底。
接着，在彼此互相间隔开的相邻的基于GaN的发光结构(110)之间的籽晶层(140)上由选择性可蚀刻材料形成蚀刻膜(450)(图6b)。这里，选择性可蚀刻材料优选包括光致抗蚀剂或聚酰亚胺。
另一方面，最好蚀刻膜(450)具有5到50μm的宽度和5到100μm的高度。
其后，形成金属膜(310)以覆盖籽晶层(140)的顶部和蚀刻膜(450)(图6c)。
此时，优选通过电镀工艺形成金属膜(310)。
通过电镀工艺，由蚀刻膜(450)的顶部到金属膜的表面形成不完全连接界面区域(460)。
然后，异质衬底(210)与多个基于GaN的发光结构(110)分离(图6d)。
这里，优选使用激光束从异质衬底下面照射的激光剥离工艺进行异质衬底的分离。其后，除去蚀刻膜(450)。
这里，优选通过用有机溶剂，例如，丙酮，或使用有机溶剂喷雾蚀刻的手段除去蚀刻膜(450)。
然后，除去的蚀刻膜(450)在相邻的基于GaN的发光结构(100)之间提供空白空间(451)。
最后，逐个分开被金属膜(310)覆盖的多个基于GaN的发光结构(100)(图6e)。
因为除去了在多个发光结构(100)之间存在的蚀刻膜(450)以产生空白空间并且在蚀刻膜(450)之上分开金属膜(310)，所以仅用轻微的力就能够容易地断开金属膜(130)和籽晶层(140)，并且分开为分别包含发光结构(100)的单独的金属膜(310)的块。
这里，使用扩张和裂片工艺进行图6e的分割工艺。
此时，布置在蚀刻层(450)下面的绝缘膜(130)和籽晶层(140)的厚度足够小，以便容易断开并且不妨碍器件的分割。
图8是根据本发明的发光器件的剖面图。发光器件包括具有倾斜侧面的发光结构，并且包括依次叠置的第一极性的第一半导体层(171)、有源层(172)和第二极性的第二半导体层(173)；在发光结构(170)的侧面上形成的具有绝缘性质的高反射膜(180)；覆盖第二极性的第二半导体层(173)的第一电极(350)；以及在第一极性的第一半导体层(171)下面形成的第二电极(351)。
这里，因为发光结构(170)的每个侧面以一定的角度θ倾斜，所以从有源层(172)发出的光在高反射膜(180)上反射并穿过第一极性的第一半导体层(171)，导致发光结构(170)向下发出的光的数量增加。
图9是示出了在间隔开的基于GaN的发光结构之间由光致抗蚀剂形成蚀刻膜(500)，然后其上电镀由铜制成的金属膜(600)的情况下的电子显微照片。
通过照片可以看到，由蚀刻膜(500)的顶部到金属膜(600)的表面形成不完全连接界面区域(700)。
图10是图9的界面区域(700)的放大照片。
如上所述，根据本发明，优点在于除去蚀刻膜以互相分离发光结构的各个侧面，并且除去衬底以彼此分离器件的下部，由此进一步易于器件的分割。
此外，根据本发明，优点在于不进行划片工艺而分开器件，从而可以减少例如裂缝或弯曲等缺陷的出现，并且不用为划片工艺保留器件之间的间隔，由此增加了器件的集成度。
虽然已经结合优选实施例详细介绍了本发明，但是本发明并不限于此。不脱离由附带的权利要求书定义的本发明的精神和范围进行多种改进和变化，并且这种改进和变化属于由附带的权利要求书定义的本发明的范围对于本领域的技术人员将是容易理解的。
Claims (17)
1.一种发光器件的制造方法，包括：
在衬底上形成多个发光结构，使得这些结构互相间隔开；
在相邻的发光结构之间形成由选择性可蚀刻材料制成的蚀刻膜；
形成覆盖多个发光结构和蚀刻膜的金属膜；
将衬底与被金属膜覆盖的多个发光结构和蚀刻膜分开；
除去蚀刻膜；以及
逐个分开被金属膜覆盖的多个发光结构，
其中在蚀刻膜的顶部上至多在部分区域形成金属膜，从而在蚀刻膜的顶部上形成空白空间，使得金属膜被分成多块，每块包含至少一个发光结构。
2.一种发光器件的制造方法，包括：
在衬底上形成多个发光结构，使得这些结构互相间隔开；
在相邻的发光结构之间形成蚀刻膜，蚀刻膜的高度高于多个发光结构的高度，并且由选择性可蚀刻材料制成；
形成覆盖多个发光结构和覆盖蚀刻膜的侧面的金属膜，同时露出蚀刻膜的顶部；
除去蚀刻膜；以及
将衬底与被金属膜覆盖的多个发光结构分开。
3.一种发光器件的制造方法，包括：
在衬底上形成多个发光结构，使得这些结构互相间隔开；
在相邻的发光结构之间形成蚀刻膜，蚀刻膜的高度高于多个发光结构的高度，并且由选择性可蚀刻材料制成，并且与所述多个发光结构间隔开；
在所述衬底上形成覆盖蚀刻膜和多个发光结构的金属膜；
除去金属膜的上部以露出蚀刻膜的顶部；
除去蚀刻膜；以及
将衬底与被金属膜覆盖的多个发光结构分开。
4.如权利要求1到3中任何一个所要求的方法，其中多个发光结构中的每一个包括依次叠置的n型半导体层、有源层和p型半导体层，并且在n型半导体层、有源层和p型半导体层的侧面上形成绝缘膜。
5.如权利要求1到3中任何一个所要求的方法，其中衬底包括蓝宝石衬底。
6.如权利要求1到3中任何一个所要求的方法，其中使用激光剥离工艺进行分开衬底的步骤。
7.如权利要求1到3中任何一个所要求的方法，其中选择性可蚀刻材料包括光致抗蚀剂或聚酰亚胺。
8.如权利要求1到3中任何一个所要求的方法，其中蚀刻膜具有为5到50μm的宽度和为5到100μm的高度。
9.如权利要求1到3中任何一个所要求的方法，其中除去蚀刻膜的步骤包括通过使用有机溶剂蚀刻除去蚀刻膜。
10.一种发光器件的制造方法，包括以下步骤：
在衬底上形成多个基于GaN的发光结构，使得这些结构互相间隔开；
在多个基于GaN的发光结构中的每一个上形成电极；
形成覆盖多个基于GaN的发光结构的侧面和电极侧面的绝缘膜，同时互相隔离多个基于GaN的发光结构；
形成覆盖电极顶部和绝缘膜的表面的籽晶层；
在隔开的基于GaN的发光结构之间的籽晶层上形成由选择性可蚀刻材料制成的蚀刻膜；
形成覆盖籽晶层顶部和蚀刻膜的金属膜；
将衬底与多个基于GaN的发光结构分开；
除去蚀刻膜；以及
逐个分开被金属膜覆盖的多个基于GaN的发光结构，
其中在蚀刻膜的顶部上至多在部分区域形成金属膜，从而在蚀刻膜的顶部上形成空白空间，使得金属膜被分成多块，每块包含至少一个基于GaN的发光结构。
11.如权利要求10所要求的方法，其中多个基于GaN的发光结构中的每一个包括第一极性的第一半导体层、有源层和具有与第一极性相反的第二极性的第二半导体层。
12.如权利要求10所要求的方法，其中绝缘膜包括具有绝缘性质的高反射膜。
13.如权利要求10所要求的方法，其中籽晶层包括凸点下金属化(UBM)层。
14.如权利要求10到13中任何一个所要求的方法，其中通过电镀工艺形成金属膜。
15.如权利要求14所要求的方法，其中通过电镀工艺从蚀刻膜的顶部到金属膜的表面形成非连接界面区域。
16.如权利要求10到13中任何一个所要求的方法，其中选择性可蚀刻材料包括光致抗蚀剂或聚酰亚胺。
17.如权利要求16所要求的方法，其中除去蚀刻膜的步骤包括通过使用有机溶剂蚀刻除去蚀刻膜。
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