CN102130221B - 发光二极管的形成方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管的形成方法，包含提供成长基板，依序形成牺牲层及外延层于成长基板上；形成一或数个外延层开口穿透外延层而露出牺牲层；形成支撑层于外延层上，支撑层具有一或数个支撑层开口穿透支撑层而连通多个外延层开口；及选择性蚀刻牺牲层而使成长基板脱离外延层。

Description

发光二极管的形成方法

技术领域

本发明涉及发光二极管的制造方法，特别是涉及利用牺牲层转换发光二极管的基板的方法。

背景技术

发光二极管的外延薄膜通常是成长于GaAs基板上。由于GaAs基板会吸光，为了改善发光效率，已知的作法会在外延薄膜成长后，将合适的基板与外延薄膜的另一面贴合。之后，再用蚀刻方式将GaAs基板溶解。然而，溶解可再被利用的GaAs基板是相当浪费的作法，而且溶解后所残留的As很容易造成环境的污染。

发明内容

本发明提供可使成长基板保留而重复使用的发光二极管制作方法。

于实施例，本发明提供一种发光二极管的形成方法，包含提供成长基板，依序形成牺牲层及外延层于成长基板上；形成多个外延层开口穿透外延层而露出牺牲层；形成支撑层于外延层上，支撑层具有一或数个支撑层开口穿透支撑层而连通一或数个外延层开口；及选择性蚀刻牺牲层而使成长基板脱离外延层。

于另一实施例，本发明提供一种发光二极管的形成方法，包含提供成长基板，具有一或数个基板开口穿透成长基板；形成牺牲层于成长基板上；形成外延层于牺牲层上，外延层具有一或数个外延层开口穿透外延层；提供承接基板与外延层相接；以及选择性蚀刻牺牲层而使成长基板脱离外延层。

于更另一实施例，本发明提供一种发光二极管的形成方法，包含提供成长基板，依序成长牺牲层及外延层于成长基板上；提供支撑基板，支撑基板具有正面及背面，背面形成一或数个凹槽；将支撑基板的背面接合于外延层；从正面移除支撑基板的一部分以暴露至少一凹槽，并形成一或数个支撑基板开口穿透该支撑基板；以支撑基板为掩模，蚀刻外延层以形成一或数个外延层开口穿透外延层而露出牺牲层；及选择性蚀刻牺牲层而使成长基板脱离外延层。

于再另一实施例，本发明提供一种发光二极管的形成方法，包含提供成长基板，依序成长牺牲层及外延层于成长基板上；提供支撑基板并使支撑基板与暂时基板接合；形成一或数个支撑基板开口穿透支撑基板；将支撑基板接合于外延层；移除暂时基板；以支撑基板为掩模，蚀刻外延层以形成一或数个外延层开口穿透外延层而露出牺牲层；及选择性蚀刻牺牲层而使成长基板脱离外延层。

于再更另一实施例，本发明提供一种发光二极管的形成方法，包含提供成长基板，依序成长牺牲层及外延层于成长基板上；提供支撑基板；形成一或数个支撑基板开口穿透支撑基板；将支撑基板接合于外延层；以支撑基板为掩模，蚀刻该外延层以形成一或数个外延层开口穿透外延层而露出牺牲层；及选择性蚀刻牺牲层而使成长基板脱离外延层。

本发明尚包含其他方面以解决其他问题并合并上述的各方面详细披露于以下实施方式中。

附图说明

图1A及1A’至图1E及1E’显示依据本发明实施例的发光二极管190制作过程中各步骤的剖面图与俯视图。

图2A及2A’至图2D及2D’显示依据本发明实施例的发光二极管290制作过程中各步骤的剖面图与俯视图。

图3A及3A’至图3F及3F’显示依据本发明实施例发光二极管390制作过程中各步骤的剖面图与俯视图。

图4A及4A’至图4E及4E’显示依据本发明实施例发光二极管490制作过程中各步骤的剖面图与俯视图。

图5A及5A’至图5E及5E’显示依据本发明实施例发光二极管590制作过程中各步骤的剖面图与俯视图。

附图标记说明

100，200，300，400，500       成长基板

201                           基板开口

202                           成长基板部分

120，220，320，420，520                                        牺牲层

221                                                            牺牲层开口

222                                                            牺牲层部分

140，240，340，440，540                                        外延层

190，290，390，490                                             发光二极管

141，141a，141b，141c，241，341，441，541                      外延层开口

142，142a，142b，142c，242，342，442，542                      外延层部分

150                                                            支撑层

151                                                            支撑层开口

152                                                            支撑层部分

160，260                                                       承接基板

350，450，550                                                  支撑基板

352，452，552                                                  支撑基板部分

350a，450a                                                     正面

350b，450b                                                     背面

351，451，551                                                  凹槽，支撑基板开口

470                                                            暂时基板

具体实施方式

以下将参考附图示范本发明的优选实施例。附图中相似元件采用相同的元件符号。应注意为清楚呈现本发明，附图中的各元件并非按照实物的比例绘制，而且为避免模糊本发明的内容，以下说明亦省略已知的零组件、相关材料、及其相关处理技术。

图1A及1A’至图1E及1E’显示依据本发明实施例的发光二极管190制作过程中各步骤的剖面图与俯视图，其中图1A’至图1E’为俯视图，图1A至图1E为沿图1A’至图1E’的线I-I’的剖面图。

首先，参考图1A及1A’，提供成长基板100，依序成长牺牲层120及外延层140于成长基板100上。成长基板100的组成元素可包含氮、铝、镓、砷、锌、硅、氧中至少其一，例如：n-型GaAs。外延层140为多层结构，其组成元素可包含氮、铝、镓、铟、砷、磷、硅、氧中至少其一，且各层所含元素不以相同为必要，例如：其可依序包含n-型GaAs下接触层、n-型Al_xGa_1-xAs下包覆层、Al_yGa_1-yAs活性层、p-型Al_zGa_1-zAs上包覆层及p-型GaAs上接触层，x，y及z分别介于0与1之间。外延层140的厚度可在1至100μm之间，但不此为限。于本实施例中，牺牲层120与外延层140皆以外延方式形成。牺牲层120的组成元素可包含铝、砷中至少其一，例如：AlAs，此材料可使蚀刻剂，相对于成长基板100、外延层140及后续将形成的支撑层，选择性地将牺牲层120侵蚀者。牺牲层120厚度优选在3000

与5000

之间。此外，成长基板100的电性亦可为p-型，使用者当可依其需要任意组合搭配。

参考图1B及1B’，图案化外延层140以形成一或数个外延层开口141穿透外延层140而露出底下的牺牲层120。形成多个外延层开口141可有多个目的，譬如可以用来进行每个发光二极管芯片的定位、或可作让蚀刻剂接触牺牲层120的孔洞。本发明于其他实施例所制作的开口或凹槽，不限于外延层，亦可基于如上所述的目的。可使用黄光蚀刻技术完成此步骤。多个外延层开口141的位置可如图1B所示阵列式地排列、或随机地分布在外延层140的表面。外延层开口141的形状可为圆形、矩形、多边形、或其他合适形状，其大小则依实作需求而定。于实施例中，图案化后，外延层开口141四周的外延层142(即图案化后剩余的外延层140)仍相互连接。举例而言，图1B’显示环绕开口141a的外延层部分142a；环绕开口141b的外延层部分142b；环绕开口141c的外延层部分142c。如图所示，外延层部分142a、142b及142c一体地相互连接。换言之，图案化后剩余的外延层142呈现连续结构，即其不会因为多个外延层开口141的形成而有分立不相连的岛状部分。此外，应注意实施例中虽例示穿透外延层140的外延层开口141，然于其他实施例中外延层开口141亦可部分或完全穿过牺牲层120。详言之，在另一实施例，除形成外延层开口141，也于牺牲层120上形成牺牲层凹槽(未显示)以对应至少一外延层开口141；又于再一实施例，除形成外延层开口141，也形成贯穿牺牲层120并对应至少一外延层开口141的牺牲层开口(未显示)。

参考图1C及1C’，形成支撑层150于具多个外延层开口141的外延层140上。支撑层150具有多个支撑层开口151穿透支撑层150而连通相对应的外延层开口141。换言之，支撑层150形成在外延层140上表面外延层开口141以外的区域。于实施例中，支撑层150具有与图案化后的外延层140相同的图案，故承上所述应可明了所有环绕多个支撑层开口151的支撑层152皆相互连接。然而，在另一实施例中，支撑层150具有与图案化后的外延层140不相同的图案，换言之，外延层开口141与支撑层开口151的排列方式、开口图案、或数量中至少其一并不相同。支撑层150主要用来取代成长基板100以支撑外延层140，如此成长基板100才能于后续步骤中移除。没有支撑层150的外延层140由于厚度太薄将很难操作。在此实施例中，支撑层150可为光致抗蚀剂、金属、或电镀金属，其厚度在50μm至300μm之间，然不以此为限。

参考图1C及1C’，支撑层150形成之后，选择性蚀刻牺牲层120而使成长基板100脱离外延层140。详言之，可使用相对于成长基板100、外延层140及支撑层150，选择性侵蚀牺牲层120的蚀刻剂，使其流过外延层开口140与支撑层开口150进而逐渐移除牺牲层120，进而使成长基板100脱离外延层140，然而，牺牲层120并不以完全被去除为必要，只要其与上下层相接触的体积或面积削减至足以使成长基板100脱离外延层140即可。在此实施例中使用柠檬酸为蚀刻剂进行选择性湿蚀刻。然本发明不排除其他合适的湿蚀刻或干蚀刻。

图1D及1D’为牺牲层120移除及成长基板100脱离后的结构示意图。应注意此结构中，外延层140与支撑层150上下接合；外延层开口141四周的外延层142相互连接；且支撑层开口151四周的支撑层152相互连接。由于此结构完全或几乎不含分立不相连的岛状部分，因此，只要支撑层150的厚度足够，即可以此操作外延薄膜进行后续各工艺步骤。

图1E及1E’显示此实施例的选择性(optional)步骤，即提供承接基板160并使其与图1D及1D’的支撑层150接合。此步骤可有多个目的，譬如可加强支撑层150的功能。承接基板160的材料可为玻璃、金属、半导体材料、塑胶、陶瓷、或其他合适材料，其厚度可视需要而定。

图2A及2A’至图2D及2D’显示依据本发明实施例的发光二极管290制作过程中各步骤的剖面图与俯视图，其中图2A’至图2D’为俯视图，图2A至图2D为沿图2A’至图2D’的线I-I’的剖面图。相较于前述实施例，本实施例的主要特点在于成长基板具有开口，且使用承接基板而不用支撑层。与前述实施例名称类似的元件，其使用材料也可类似；至于其厚度，除非特别说明否则也与前述实施例类似，文中不再赘述。

如图2A及2A’所示，提供成长基板200，并使成长基板200具有一或数个基板开口201穿透成长基板200，其中基板开口201四周的成长基板202相互连接。换言之，如上述，基板开口201形成后剩余成长基板部分202呈现整体结构，其不会因为多个基板开口201的形成而有分立不相连的岛状部分。可用机械加工、激光、干蚀刻、湿蚀刻形成多个基板开口201。

然后，如图2B及2B’所示，成长牺牲层220于成长基板200上，其中牺牲层220具有多个牺牲层开口221穿透牺牲层220而连通基板开口201，牺牲层开口221四周的牺牲层部分222相互连接。牺牲层220可以外延形成。

然后，同样参考图2B及2B’，形成外延层240于牺牲层220上，其中外延层240具有多个外延层开口241穿透外延层240而连通牺牲层开口221，外延层开口241四周的外延层部分242皆一体成型地相互连接。牺牲层220可以外延形成。外延层240同样可外延形成。

然后，如图2C及2C’所示，提供承接基板260与图2B及2B’所形成的结构的外延层240相接。承接基板260的材料可为玻璃、金属、半导体材料、塑胶、陶瓷、或其他合适材料。此实施例欲以承接基板260取代成长基板200。然后，参考图2C及2C’，承接基板260与外延层240相接之后，选择性蚀刻牺牲层220而使成长基板200脱离外延层240。详言之，可使用相对于成长基板200、外延层240及承接基板260，选择性侵蚀牺牲层220的蚀刻剂，使其经由基板开口201及牺牲层开口221接触牺牲层220而将其移除，进而使成长基板200脱离外延层240，然而，牺牲层220并不以完全被去除为必要，只要其与上下层相接触的体积或面积削减至足以使成长基板200脱离外延层240即可。在此实施例中使用柠檬酸为蚀刻液进行选择性湿蚀刻。然本发明不排除其他合适的湿蚀刻或干蚀刻。

图2D及2D’为牺牲层220移除及成长基板200脱离后的结构示意图。应注意此结构中只有外延层240与承接基板260上下接合。因此，应可了解只要承接基板260的厚度足够，即可以此操作外延薄膜进行后续各工艺步骤。

图3A及3A’至图3F及3F’为依据本发明第三实施例显示发光二极管390制作过程中各步骤的剖面图与俯视图，其中图3A’至图3F’为俯视图，图3A至图3F为沿图3A’至图3F’的线I-I’的剖面图。相较于图1的说明，本实施例的主要特点在于提供图案化支撑基板，并以其作为掩模，图案化外延层以使牺牲层露出后再进行蚀刻。本实施例与前述实施例名称类似的元件，其使用材料也可类似；至于其厚度，除非特别说明否则也与第一实施例类似，文中不再赘述。

如图3A及3A’所示，提供成长基板300，依序成长牺牲层320及外延层340于成长基板300。另一方面，参考图3B及3B’，提供支撑基板350，具有正面350a及背面350b。支撑基板350具有足够予以操作的厚度，其材料可为Si、Al₂O₃、金属、半导体材料、塑胶、陶瓷中至少其一。形成一或数个凹槽351于背面350b上，例如激光、干蚀刻或湿蚀刻。注意，在此时点，凹槽351没有穿透支撑基板350。

参考图3C及3C’，将支撑基板350的背面350b接合于外延层340，以使凹槽351面向外延层340。接着，从正面350a移除一部分的支撑基板350(如图3C的虚线以上部分)，以使凹槽351露出。换言之，移除后凹槽351已露出支撑基板350，故亦可称为开口351。移除方法可用蚀刻、研磨或其他合适方式。

图3D及3D’显示移除一部分的支撑基板350以使凹槽(开口)351露出的结构。于此结构，凹槽351四周的支撑基板部分352相互连接。然后，以支撑基板350为掩模，蚀刻外延层340以形成外延层开口341穿透外延层340而露出牺牲层320。图3E及3E’显示蚀刻外延层340后所形成的结构，其中外延层开口341四周的外延层部分342皆一体成型地相互连接。

参考图3E及3E’，选择性蚀刻牺牲层320而使成长基板300脱离外延层340。详言之，可使用相对于成长基板300、外延层340及支撑基板350，选择性侵蚀牺牲层320的蚀刻剂，使其经由支撑基板凹槽(开口)351及外延层开口341接触牺牲层320而将其移除，进而使成长基板300脱离外延层340，然而，牺牲层320并不以完全被去除为必要，只要其与上下层相接触的体积或面积削减至足以使成长基板300脱离外延层340即可。在此实施例中使用柠檬酸为蚀刻液进行选择性湿蚀刻。然本发明不排除其他合适的湿蚀刻或干蚀刻。

图3F及3F’为牺牲层320移除及成长基板300脱离后的结构示意图。应注意此结构中只有外延层340与支撑基板350上下接合。此结构完全或几乎不含分立不相连的岛状部分。因此，应可了解只要支撑基板350的厚度足够，即可以此操作外延薄膜进行后续各工艺步骤。

图4A及4A’至图4E及4E’显示依据本发明实施例发光二极管490制作过程中各步骤的剖面图与俯视图，其中图4A’至图4E’为俯视图，图4A至图4E为沿图4A’至图4E’的线I-I’的剖面图。相较于图3的说明，本实施例的主要特点在于支撑基板先形成于暂时基板上再图案化；且图案化支撑基板具有穿透支撑基板的开口。本实施例与前述实施例名称类似的元件，其使用材料也类似；至于其厚度，除非特别说明否则也与前述实施例类似，文中不再赘述。

如图4A及4A’所示，提供成长基板400，依序外延成长牺牲层420及外延层440于成长基板400上。另一方面，如图4B及4B’所示，提供暂时基板470并选择支撑基板450使其与暂时基板470接合。暂时基板470的材料可为玻璃、金属、半导体材料、塑胶、陶瓷、或其他合适材料中至少其一。然后，图案化支撑基板450使其具有一或多个支撑基板开口451穿透支撑基板450，其中支撑基板开口451四周的支撑基板部分452相互连接。图案化支撑基板450可用激光、干蚀刻、湿蚀刻或切割。支撑基板450与暂时基板470接合的面称为正面450a，相对正面450a的面为背面450b。

然后，如图4C及4C’所示，将支撑基板450的背面450b与外延层440接合。接着，将暂时基板470移除，使支撑基板开口451露出于正面450a。然后，以支撑基板450为掩模，蚀刻外延层440以形成一或数个外延层开口441穿透外延层440而露出牺牲层420。蚀刻后的外延层440具有与图案化的支撑基板450相同或相异的图案亦即可通过选择掩模被蚀刻的区域以形成外延层440上的蚀刻图案。蚀刻外延层440后的结构如图4D及4D’所示。

参考图4D及4D’，选择性蚀刻牺牲层420而使成长基板400脱离外延层440。详言之，可使用相对于成长基板400、外延层440及支撑基板450，选择性侵蚀牺牲层420的蚀刻剂，使其经由多个支撑基板开口451及外延层开口441接触牺牲层420而将其移除，进而使成长基板400脱离外延层440，然而，牺牲层420并不以完全被去除为必要，只要其与上下层相接触的体积或面积削减至足以使成长基板400脱离外延层440即可。在此实施例中使用柠檬酸为蚀刻液进行选择性湿蚀刻。然本发明不排除其他合适的湿蚀刻或干蚀刻。

图4E及4E’为牺牲层420移除及成长基板400脱离后的结构示意图。应注意此结构中只有外延层440与支撑基板450上下接合。此结构完全或几乎不含分立不相连的岛状部分。因此，应可了解只要支撑基板450的厚度足够，即可以此操作外延薄膜进行后续各工艺步骤。

图5A及5A’至图5E及5E’显示依据本发明实施例发光二极管590制作过程中各步骤的剖面图与俯视图，其中图5A’至图5E’为俯视图，图5A至图5E为沿图5A’至图5E’的线I-I’的剖面图。相较于前述实施例，本实施例的主要特点在于没有使用暂时基板。本实施例与前述实施例名称类似的元件，其使用材料也类似；至于其厚度，除非特别说明否则也与前述实施例类似，文中不再赘述。

如图5A及5A’所示，提供成长基板500，依序外延成长牺牲层520及外延层540于成长基板500上。另一方面，如图5B及5B’所示，提供支撑基板550。支撑基板550需有足够的厚度以便于操作。然后，图案化支撑基板550使其具有一或数个支撑基板开口551穿透支撑基板550，其中支撑基板开口551四周的支撑基板部分552皆相互连接。图案化支撑基板550可用激光、干蚀刻或湿蚀刻。

然后，如图5C及5C’所示，将支撑基板550与外延层540接合。接着，以支撑基板550为掩模，蚀刻外延层540以形成一或数个外延层开口541穿透外延层540而露出牺牲层520。蚀刻后的外延层540具有与图案化的支撑基板550相同或相异的图案亦即可通过选择掩模被蚀刻的区域以形成外延层540上的蚀刻图案。蚀刻外延层540后的结构如图5D及5D’所示。

参考图5D及5D’，选择性蚀刻牺牲层520而使成长基板500脱离外延层540。详言之，可使用相对于成长基板500、外延层540及支撑基板550，选择性侵蚀牺牲层520的蚀刻剂，使其经由多个支撑基板开口551及外延层开口541接触牺牲层520而将其移除，进而使成长基板500脱离外延层540，然而，牺牲层520并不以完全被去除为必要，只要其与上下层相接触的体积或面积削减至足以使成长基板500脱离外延层540即可。在此实施例中使用柠檬酸为蚀刻液进行选择性湿蚀刻。然本发明不排除其他合适的湿蚀刻或干蚀刻。

图5E及5E’为牺牲层520移除及成长基板500脱离后的结构示意图。应注意此结构中只有外延层540与支撑基板550上下接合。此结构完全或几乎不含分立不相连的岛状部分。因此，应可了解只要支撑基板550的厚度足够，即可以此操作外延薄膜进行后续各工艺步骤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等同改变或修饰，均应包含在权利要求内。

Claims (17)

1.一种发光二极管的形成方法，包含：

提供成长基板，依序形成牺牲层及外延层于该成长基板上；

形成一或数个外延层开口穿透该外延层而露出该牺牲层；

提供支撑层，该支撑层具有一或数个支撑层开口；

使该外延层开口中至少其一与该支撑层开口中至少其一相连通；及

削减该牺牲层的体积以使该成长基板脱离该外延层。

2.如权利要求1所述的发光二极管的形成方法，其中使该外延层开口中至少其一与该支撑层开口中至少其一相连通的步骤中包含贯穿该支撑层。

3.如权利要求1所述的发光二极管的形成方法，其中削减该牺牲层的体积的步骤包含使蚀刻剂经由该外延层开口与该支撑层开口接触该牺牲层。

4.如权利要求3所述的发光二极管的形成方法，其中该成长基板的组成元素包含氮、铝、镓、砷、锌、硅、氧中至少其一；该牺牲层的组成元素包含铝、砷中至少其一；该支撑材料包含光致抗蚀剂、金属、电镀金属中至少其一；且该蚀刻剂包含柠檬酸。

5.一种发光二极管的形成方法，包含：

提供成长基板，具有一或数个基板开口穿透该成长基板；

形成牺牲层于该成长基板上；

形成外延层于该牺牲层上，该外延层具有一或数个外延层开口穿透该外延层；

提供承接基板与该外延层相接；以及

选择性蚀刻该牺牲层而使该成长基板脱离该外延层。

6.如权利要求5所述的发光二极管的形成方法，其中该一或数个基板开口四周的成长基板相互连接；

7.如权利要求5所述的发光二极管的形成方法，其中形成该牺牲层的该步骤包含使该牺牲层具有一或数个牺牲层开口穿透该牺牲层而连通该一或数个基板开口。

8.如权利要求7所述的发光二极管的形成方法，其中该牺牲层开口四周的牺牲层相互连接。

9.如权利要求7所述的发光二极管的形成方法，其中该一或数个外延层开口与该一或数个牺牲层开口。

10.如权利要求7所述的发光二极管的形成方法，其中选择性蚀刻该牺牲层的该步骤包含使蚀刻剂经由该一或数个基板开口与该一或数个牺牲层开口接触该牺牲层。

11.如权利要求10所述的发光二极管的形成方法，其中该成长基板包含氮、铝、镓、砷、锌、硅、氧中至少其一；该牺牲层包含铝、砷中至少其一；该承接基板包含玻璃、金属、半导体材料、塑胶、陶瓷中至少其一；且该蚀刻剂包含柠檬酸。

12.如权利要求1所述的发光二极体的形成方法，其中形成该一或数个外延层开口的步骤包含以该支撑基板为掩模蚀刻该外延层以形成该一或数个外延层开口穿透该外延层而露出该牺牲层，及其中削减该牺牲层的步骤包含选择性蚀刻该牺牲层而使该成长基板脱离该外延层。

13.如权利要求12所述的发光二极管的形成方法，其中提供该支撑基板的该步骤包含使该支撑基板开口四周的支撑基板相互连接。

14.如权利要求12所述的发光二极管的形成方法，其中选择性蚀刻该牺牲层的该步骤包含使蚀刻剂经由该支撑基板开口与该外延层开口接触该牺牲层。

15.如权利要求14所述的发光二极管的形成方法，其中该成长基板的组成元素包含氮、铝、镓、砷、锌、硅、氧中至少其一；该牺牲层的组成元素包含铝、砷中至少其一；该支撑基板包含Si、Al₂O₃、金属、半导体材料、塑胶、陶瓷中至少其一；且该蚀刻剂包含柠檬酸。

16.如权利要求12所述的发光二极管的形成方法，其中提供该支撑基板的该步骤还包含使该支撑基板与暂时基板接合；及

于该支撑基板接合于该外延层的该步骤之后及蚀刻该外延层的该步骤之前，移除该暂时基板。

17.如权利要求12所述的发光二极管的形成方法，其中该暂时基板包含玻璃、金属、半导体材料、塑胶、陶瓷中至少其一。

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