TW201316544A - 發光二極體激光剝離方法 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體激光剝離方法，其為於一轉換基板上磊晶形成一磊晶層之前，對應該磊晶層的隔離區域，先於該轉換基板上形成一高低落差結構，據此於具有該高低落差結構的該轉換基板之上，磊晶形成該磊晶層，即可藉由該高低落差結構釋放材料介面間之應力，因而在激光剝離該轉換基板與該磊晶層時，即可有效降低破片機率，而提升製程良率。

Description

發光二極體激光剝離方法

   本發明係有關一種發光二極體製造方法，特別是指一種發光二極體激光剝離方法。

   發光二極體(Light Emitting Diode,LED)中主要由發光的半導體材料多重磊晶而成，以藍光發光二極體為例。其主要是由氮化鎵基(GaN-based)磊晶薄膜組成，其內部結構為一個PN結構，具有單向導電性。

   其在製作上一般是使用藍寶石基板，用以成長出較高品質的氮化鎵基(GaN-based)磊晶薄膜。然而藍寶石基板的導電性及導熱性不良，限制傳統藍光LED僅能採用正負電極在基板同一側的橫向結構。如此一來，除了減少元件的發光面積之外，更因電流擁擠效應(current crowding effect)使元件導通電阻及順向壓降增加。

   為了改善上述缺失，目前高功率之發光二極體元件的作法是使用藍寶石基板成長氮化鎵基磊晶薄膜後，接著利用例如電鍍的方法成長一金屬薄膜，或是利用晶圓接合(wafer bonding)的方式，在氮化鎵基磊晶薄膜上形成一新的基板，並使用發光二極體激光剝離方法(Laser Lift-Off)來移除藍寶石基板，使氮化鎵基磊晶薄膜最後是位於新的基板上。新基板透過其高散熱係數與良好的導電性，更適應於高驅動電流領域，可解決發光二極體元件高流明通量下散熱等問題。

   請參閱「圖1」與「圖2」所示，一般的發光二極體為以激光剝離方法移除藍寶石基板，其為先在一轉換基板1(例如藍寶石基板)上依序形成發光用的一磊晶層2，且將該磊晶層2定義出隔離區域3，並形成間隔排列的晶粒4，再將設有一黏合金屬層5的支持基板6與該磊晶層2結合。然後，將一具有鏤空區的光罩(圖中未示)鄰近該轉換基板1設置，且將激光7穿過光罩的鏤空區並照射該轉換基板1，以讓激光7的照射區8罩覆該轉換基板1上的磊晶層2對應鏤空區的晶粒4，以及位在晶粒4周圍的隔離區域3(如「圖2」所示)。

   習知利用激光7，以地毯式地掃描處理整塊轉換基板1，以氮化鎵基(GaN-based)為主體材料的該磊晶層2在照射激光7後，氮化鎵基會於該轉換基板1與該磊晶層2的介面間進行解離而產生氮氣，而將該轉換基板1剝離該磊晶層2。

   然而該轉換基板1在形成該磊晶層2時，由於承受了多道的製程，該轉換基板1與該磊晶層2之材料介面間會殘留相當的表面應力，故在激光剝離製程中形成的氮氣所造成的壓力會與殘留的表面應力交互作用而造成過大且無法預期方向的破壞力，造成該磊晶層2在剝離的過程中，容易受力過大而產生無法預期方向的裂縫，亦即其會造成破片的問題，而降低製程良率。

   因此美國專利公告第6617261號專利「Structure and method for fabricating GaN substrates from trench patterned GaN layers on sapphire substrates」揭露一種在磊晶層間的隔離區域形成溝槽的結構與方法，其藉由該溝槽作為宣洩氮氣壓力的管道，然而其需要形成的溝槽相當的深，故其製程困難與繁雜而成本高昂，難以滿足使用上的需求。

   本發明之主要目的在於，解決在激光剝離製程中形成的氮氣所造成的壓力會與殘留的表面應力交互作用而造成破壞力過大，使磊晶層遭到破壞的問題，以提昇製程良率。

   本發明為一種發光二極體激光剝離方法，應用於一轉換基板與一磊晶層的激光剝離，且該磊晶層定義有一隔離區域以隔出複數晶粒，又本發明採用的技術手段為於該轉換基板上磊晶形成該磊晶層之前，對應該磊晶層的隔離區域，先於該轉換基板上形成一高低落差結構，再讓該轉換基板上磊晶形成該磊晶層。

   據此，本發明的優點在於可藉由該高低落差結構釋放材料介面間之應力，故於具有該高低落差結構的該轉換基板之上磊晶形成該磊晶層，即可在激光剝離該轉換基板與該磊晶層時，有效降低破片機率，而提升製程良率。

   茲有關本發明的詳細內容及技術說明，現以實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

   請參閱「圖3A」、「圖3B」、「圖3C」與「圖3D」所示，本發明為一種發光二極體激光剝離方法，首先為準備一轉換基板10(如「圖3A」所示)，接著為於該轉換基板10形成一高低落差結構50(如「圖3B」所示)，接著磊晶形成一磊晶層20，且讓該磊晶層20藉一黏合金屬層30結合於一支持基板40上(如「圖3C」所示)，最後利用激光剝離該轉換基板10與該磊晶層20(如「圖3D」所示)。

   本發明若以藍光發光二極體為例，該轉換基板10可以為藍寶石基板，該磊晶層20可以為氮化鎵基(GaN-based)磊晶薄膜，而該支持基板40可以是矽、鋁、銅、銀、碳化矽、鑽石、石墨、鉬、及氮化鋁等等。

   在實際實施時，該磊晶層20為定義有一隔離區域21以隔出複數晶粒22。且本發明解決技術問題所採用的技術方案為在於該轉換基板10上磊晶形成該磊晶層20之前，對應該磊晶層20的隔離區域21，先於該轉換基板10上形成該高低落差結構50(如「圖3B」所示)。且該高低落差結構50可以為一壕溝51，且該壕溝51為倒梯形，並該壕溝51的深度為0.1微米-25微米。

   又本發明於該轉換基板10上形成該高低落差結構50之後，再讓該轉換基板10上磊晶形成該磊晶層20，即可藉由該高低落差結構50釋放該轉換基板10與該磊晶層20材料介面間的表面應力。且為了增加釋放表面應力的效果，該高低落差結構50的斷面角度為45~90度之間。

   又本發明形成該高低落差結構50的方法可以為各種半導體製程，如可以為鑽石切割形成，或者為雷射切割形成，或者為半導體乾蝕刻製程形成，或者為半導體濕蝕刻製程形成，或者為其他任何可以形成類似形狀結構的半導體製程亦可。

   如上所述，本發明在於該轉換基板10上磊晶形成該磊晶層20之前，對應該磊晶層20的隔離區域21，先於該轉換基板10上形成該高低落差結構50，因此可藉由該高低落差結構50釋放材料介面間之應力，故本發明於具有該高低落差結構50的該轉換基板10之上磊晶形成該磊晶層20，即可在激光剝離該轉換基板10與該磊晶層20之時，有效降低破片機率，進而提升製程良率。

   惟上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

習知

1．．．轉換基板

2．．．磊晶層

3．．．隔離區域

4．．．晶粒

5．．．黏合金屬層

6．．．支持基板

7．．．激光

8．．．照射區

本發明

10．．．轉換基板

20．．．磊晶層

21．．．隔離區域

22．．．晶粒

30．．．黏合金屬層

40．．．支持基板

50．．．高低落差結構

51．．．壕溝

圖1，為習知發光二極體激光剝離方法的示意圖。

圖2，為習知磊晶層的俯視示意圖。

圖3A，為本發明發光二極體激光剝離結構圖一。

圖3B，為本發明發光二極體激光剝離結構圖二。

圖3C，為本發明發光二極體激光剝離結構圖三。

圖3D，為本發明發光二極體激光剝離結構圖四。

10．．．轉換基板

20．．．磊晶層

21．．．隔離區域

22．．．晶粒

30．．．黏合金屬層

40．．．支持基板

50．．．高低落差結構

51．．．壕溝

Claims (9)

1. 一種發光二極體激光剝離方法，應用於一轉換基板與一磊晶層的激光剝離，且該磊晶層定義有一隔離區域以隔出複數晶粒，其特徵在於：在於該轉換基板上磊晶形成該磊晶層之前，對應該磊晶層的隔離區域，先於該轉換基板上形成一高低落差結構，再讓該轉換基板上磊晶形成該磊晶層。
2. 如申請專利範圍第1項之發光二極體激光剝離方法，其中該高低落差結構的斷面角度為45~90度之間。
3. 如申請專利範圍第1項之發光二極體激光剝離方法，其中該高低落差結構為一壕溝。
4. 如申請專利範圍第2項之發光二極體激光剝離方法，其中該壕溝為倒梯形。
5. 如申請專利範圍第2項之發光二極體激光剝離方法，其中該壕溝的深度為0.1微米-25微米。
6. 如申請專利範圍第1項之發光二極體激光剝離方法，其中該高低落差結構為鑽石切割形成。
7. 如申請專利範圍第1項之發光二極體激光剝離方法，其中該高低落差結構為雷射切割形成。
8. 如申請專利範圍第1項之發光二極體激光剝離方法，其中該高低落差結構為半導體乾蝕刻製程形成。
9. 如申請專利範圍第1項之發光二極體激光剝離方法，其中該高低落差結構為半導體濕蝕刻製程形成。