CN102044604B - 垂直式发光二极管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种垂直式发光二极管的制造方法，包括：步骤A：提供一暂时基板；步骤B：依序披覆一缓冲层、一蚀刻选择层以及一发光单元；步骤C：在该发光单元上披覆一支持基板；步骤D：利用蚀刻方式移除该暂时基板的一第一区块，使该暂时基板剩下一第二区块，再利用干式蚀刻方式移除该第二区块；步骤E：利用干式蚀刻方式移除该缓冲层；步骤F：利用蚀刻方式移除该蚀刻选择层。通过蚀刻方式取代传统激光剥离方式移除该暂时基板，并且利用干式蚀刻移除该缓冲层以及增加设置该蚀刻选择层，使本发明的方法制造出的发光二极管的结构完整且均匀，发光效率高。

Description

垂直式发光二极管的制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的制造方法，特别涉及一种垂直式发光二极管的制造方法。
背景技术
一般氮化镓(GaN)系发光二极管(LED)，是于一蓝宝石(Al2O3)基板上成长出较高品质的氮化镓系外延结构，然而蓝宝石基板的导电性及导热性不良，限制传统LED只能采用正负电极位于基板同一侧的横向结构，如此将使LED的发光面积减少，而且蓝宝石基板的导热性差，导致高功率LED元件操作时所产生的高温无法散热，将造成元件寿命减短、发光效率下降。为解决上述散热问题，目前发展出一种垂直结构的LED，其作法是使用蓝宝石基板成长GaN系外延结构后，利用激光剥离(laser lift-off)法移除蓝宝石基板，使GaN系外延结构转贴至一导热性较好的基板上。
然而，所述激光剥离法是利用激光照射整块蓝宝石基板，使蓝宝石基板与GaN系外延结构之间产生化学反应而分解，进而将该蓝宝石基板移除，但是在照射激光的过程中，GaN系外延结构亦会受到激光照而产生化学反应，导致外延结构中的一发光层容易损伤，由于发光层为电子、空穴结合发光的所在层体，该发光层的损伤将导致发光效率降低，所以激光剥离法移除蓝宝石基板的方式并不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种外延结构均匀、发光效率高的垂直式发光二极管的制造方法。
本发明垂直式发光二极管的制造方法，包括：
步骤A：提供一暂时基板；
步骤B：沿邻近至远离该暂时基板的方向依序披覆一缓冲层、一蚀刻选择层以及一发光单元；
步骤C：在该发光单元上披覆一支持基板；
步骤D：利用蚀刻方式移除该暂时基板的一第一区块，使该暂时基板剩下一第二区块，再利用干式蚀刻方式移除该第二区块；
步骤E：利用干式蚀刻方式移除该缓冲层；及
步骤F：利用蚀刻方式移除该蚀刻选择层；
其中，该蚀刻选择层的蚀刻速率为x，该缓冲层的蚀刻速率为y，且y≥1.5x。
其中，步骤D利用蚀刻方式移除该暂时基板的第一区块，所述蚀刻方式例如化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing，简称CMP)，步骤D的干式蚀刻方式例如物理式蚀刻、化学式蚀刻或物理、化学混合蚀刻等方式，在实施例中采用感应耦合等离子(Inductively Coupled Plasma，简称ICP)蚀刻方式，蚀刻气体选自：氯(Cl2)、三氯化硼(BCl3)、四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、六氟化硫(SF6)、氧(O2)及上述的一个组合，并且利用氩气(Ar)作为轰击气体，所述氩气主要进行物理性蚀刻，而前述蚀刻气体主要进行化学性蚀刻。
由于该暂时基板有一定厚度，所以一开始先使用例如CMP的蚀刻方式移除该暂时基板的第一区块，接着使用干式蚀刻方式移除该暂时基板的第二区块，借此取代传统激光剥离法，可以避免该发光单元因激光照射而损伤。而且干式蚀刻方式的蚀刻速率容易控制，并且可完全且平整地移除该暂时基板。
步骤E的干式蚀刻方式与步骤D所述的干式蚀刻亦相同。步骤F利用蚀刻方式移除该蚀刻选择层，亦是指不需要用激光照射的方式，以下实施例亦是采用感应耦合等离子的干式蚀刻。
本发明所述的垂直式发光二极管的制造方法，该缓冲层的蚀刻速率为y，该暂时基板的第二区块的蚀刻速率为z，且z≥1.5y。
本发明的有益效果在于：利用蚀刻方式取代激光剥离法移除该暂时基板，避免发光单元损伤。设置该蚀刻选择层的好处为，当该缓冲层被完全蚀刻移除后，不会马上就蚀刻到该发光单元，因为发光单元的表面还有该蚀刻选择层作保护，因此本发明制造方法可以保持该发光单元的完整性与均匀性，并维持良好的发光效率。
附图说明
图1是一垂直式发光二极管的示意图；
图2是一流程图，显示本发明垂直式发光二极管的制造方法的一较佳实施例，用于制造图1的垂直式发光二极管；
图3是该较佳实施例进行各步骤的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图1，本发明垂直式发光二极管(LED)的制造方法的较佳实施例，用于制造一垂直式发光二极管，本实施例垂直式发光二极管为氮化镓(GaN)系发光二极管，并包括：一支持基板1以及一披覆在该支持基板1的表面的发光单元2。该支持基板1为导电性与导热性良好的基板，例如金属基板，本实施例使用铜(Cu)基板。该发光单元2包括沿邻近至远离该支持基板1的方向依序设置的一第一披覆层21、一发光层22以及一第二披覆层23。该第一披覆层21为GaN系材料制成的p型半导体。该发光层22可以为涵盖GaN系材料的同质结构、异质结构或多重量子阱(Multiple Quantum Well，简称MQW)结构。该第二披覆层23为GaN系材料制成的n型半导体。须注意的是，该发光单元2不限于只包含上述层体。
参阅图2、图3，本实施例垂直式发光二极管的制造方法包括：
(1)进行步骤61：提供一块暂时基板3，本实施例的暂时基板3为一蓝宝石(Al2O3)基板。
(2)进行步骤62：在该暂时基板3上披覆一层缓冲层4，本实施例的缓冲层4为未掺杂的GaN材料所制成。
(3)进行步骤63：在该缓冲层4上披覆一层蚀刻选择层5，所述蚀刻选择层5的材料可以为AlxGa1-xN或InxGa1-xN，其厚度约为数十至数百纳米，其中，0＜x＜1。
(4)进行步骤64：在该蚀刻选择层5的表面披覆该发光单元2，此步骤是沿邻近至远离该蚀刻选择层5的方向，依序披覆该n型的第二披覆层23、该发光层22以及该p型的第一披覆层21。
(5)进行步骤65：在该发光单元2的第一披覆层21的表面披覆该支持基板1，所述支持基板1与该发光单元2的结合方式可以利用晶圆接合(wafer bonding)技术，但不限于此。
(6)进行步骤66：利用化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing，简称CMP)方式移除该暂时基板3的一第一区块31，并蚀刻直到该暂时基板3剩余10微米(μm)左右，此时该暂时基板3的大部分区块(也就是第一区块31)已被研磨移除，而研磨剩下的区块表面会较为不平整，以下称此区块为该暂时基板3的一第二区块32。
(7)进行步骤67：利用干式蚀刻方式蚀刻移除该第二区块32，本实施例使用感应耦合等离子(Inductively Coupled Plasma，简称ICP)蚀刻，此步骤选用适当蚀刻气体及氩气混合轰击该第二区块32，达到蚀刻移除目的。
此步骤并配合一图未示出的蚀刻终止侦测装置来侦测蚀刻速率，当蚀刻到该第二区块32与该缓冲层4的交界处时，由于第二区块32与该缓冲层4的材料成分不同，蚀刻速率将明显改变，代表将要蚀刻到该缓冲层4，此干式蚀刻步骤就会自动停止于该第二区块32与该缓冲层4的交界表面处。也就是说，步骤67是选择性地针对该第二区块32而进行，因此通过选用适当的蚀刻气体及工作压力，可以完整地将该第二区块32蚀刻移除。
(8)进行步骤68：利用干式蚀刻方式移除该缓冲层4，在此同样使用感应耦合等离子蚀刻方式，也就是选用适当蚀刻气体及氩气混合轰击该缓冲层4。
同样地，此步骤亦具有选择性蚀刻该缓冲层4的功能，因此当蚀刻到该缓冲层4及该蚀刻选择层5的交界时，步骤68就自动停止。
(9)进行步骤69：蚀刻移除该蚀刻选择层5，最后该发光单元2就位于该支持基板1的表面而完成制作。此步骤同样使用感应耦合等离子的干式蚀刻方式。同样地，步骤69具有选择性蚀刻该蚀刻选择层5的功能，因此当蚀刻到该蚀刻选择层5与该发光单元2的交界时，步骤69就自动停止。
移除该蚀刻选择层5后，可在该发光单元2的表面设置一图未示出的欧姆接触层及一电极等层体，由于设置所述层体非本发明的改良重点，故不再说明。
因此，本实施例利用化学机械研磨及干式蚀刻方式移除该暂时基板3，取代传统使用激光照射剥离的方式，由于本发明无须使用激光照射该发光二极管，所以可以避免该发光单元2因激光照射而损伤。而且使用化学机械研磨可以控制研磨深度，直到使该暂时基板3只剩余该第二区块32，再利用干式蚀刻方式移除该第二区块32，干式蚀刻的蚀刻速率容易控制，并且有自动停止蚀刻的作用，可完整移除该暂时基板3。
同样地，利用干式蚀刻方式移除该缓冲层4，可以达到完整移除的功能，而且本发明使用干式蚀刻取代湿式蚀刻，更能对蚀刻速率作有效而良好的控制。另外，本发明增加设置该蚀刻选择层5，作为第二次干式蚀刻的终点，该蚀刻选择层5的蚀刻速率比该缓冲层4的蚀刻速率慢，所以该蚀刻选择层5具有缓冲功能，避免该缓冲层4移除后，一下子就直接蚀刻到该发光单元2，因此该蚀刻选择层5对于该发光二极管的蚀刻作业而言，具有保护该发光单元2的功能。
需要说明的是，该蚀刻选择层5的蚀刻速率为x，该缓冲层4的蚀刻速率为y，较佳地y大于等于x的1.5倍，也就是y≥1.5x，因为当y≥1.5x时，就可通过蚀刻选择层5、缓冲层4的蚀刻速率差异，达到该蚀刻选择层5的缓冲保护功能。此外，该暂时基板3的第二区块32的蚀刻速率为z，且较佳地z≥1.5y，通过第二区块32及缓冲层4的蚀刻速率差异，达到前述步骤67所述的选择性蚀刻的功效。
由以上说明可知，通过蚀刻方式取代传统激光剥离方式移除该暂时基板3，并且利用干式蚀刻移除该缓冲层4以及增加设置该蚀刻选择层5，可以将该暂时基板3、缓冲层4完全移除，移除后各层体的表面仍维持平整，并维持该发光单元2的结构完整性及均匀性，因此利用本发明的方法制成的发光二极管，其外延结构完整均匀，发光效率高。

Claims (8)

1.一种垂直式发光二极管的制造方法，包括：步骤A：提供一片暂时基板；步骤B：沿邻近至远离该暂时基板的方向依序披覆一层缓冲层、一层蚀刻选择层以及一个发光单元；步骤C：在该发光单元上披覆一片支持基板；其特征在于，该垂直式发光二极管的制造方法还包括：
步骤D：利用蚀刻方式移除该暂时基板的一个第一区块，使该暂时基板剩下一个第二区块，再利用干式蚀刻方式移除该第二区块；
步骤E：利用干式蚀刻方式移除该缓冲层；及
步骤F：利用蚀刻方式移除该蚀刻选择层；
其中，该蚀刻选择层的蚀刻速率为x，该缓冲层的蚀刻速率为y，且y≥1.5x。
2.根据权利要求1所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，步骤D是利用化学机械研磨方式移除该暂时基板的第一区块。
3.根据权利要求1所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，步骤D是利用感应耦合等离子蚀刻方式移除该第二区块。
4.根据权利要求3所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，步骤E是利用感应耦合等离子蚀刻方式移除该缓冲层。
5.根据权利要求1所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，步骤F是利用感应耦合等离子蚀刻方式移除该蚀刻选择层。
6.根据权利要求4所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，所述感应耦合等离子蚀刻方式的蚀刻气体选自于：氯、三氯化硼、四氟化碳、三氟甲烷、六氟化硫、氧及上述的一个组合。
7.根据权利要求5所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，所述感应耦合等离子蚀刻方式的蚀刻气体选自于：氯、三氯化硼、四氟化碳、三氟甲烷、六氟化硫、氧及上述的一个组合。
8.根据权利要求1所述的垂直式发光二极管的制造方法，其特征在于，该缓冲层的蚀刻速率为y，该暂时基板的第二区块的蚀刻速率为z，且z≥1.5y。
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