TWI385705B - A laser module for separating the substrate and the epitaxial layer and a method thereof - Google Patents

Description

用以分離基板與磊晶層之雷射模組及其方法

本發明係有關一種用以分離基板與磊晶層之雷射模組及其方法，特別是指一種可快速大量生產且於磊晶層內無熱斷層之用以分離基板與磊晶層之雷射模組及其方法。

隨著科技的高度發展，為因應各種輕薄短小元件的需求，單一材料之大物件元件漸漸沒落，轉而是利用具不同特性之薄膜材料相互匹配結合，以產生所需求之功效的技術越來越受到重視，舉例來說，發光二極體即是一個極佳的例子，其利用各材料間的能階差異，而產生光電轉換。

就發光二極體而言，舉例來說氮化鎵發光二極體，其氮化鎵之磊晶成長基板，如藍寶石基板或其它適當匹配晶格之基板，其導熱性與導電性一般來說並不好，因此需將磊晶成長後之氮化鎵磊晶層利用晶圓接合(wafer bonding)與基板移除方式，將氮化鎵磊晶層接合至一擁有熱及電之良導體基材上並將氮化鎵之磊晶成長基板移除，以建構薄膜式發光二極體。

現有移除氮化鎵之磊晶成長基板的方式一般係採用雷射剝離技術(laser lift－off)來進行，雷射剝離技術係以一低於磊晶層可吸收之波長之雷射，例如波長355奈米或248奈米之雷射，對位於已磊晶成長有磊晶層之切割道進行照射，以使緊鄰磊晶成長基板之氮化鎵磊晶層的緩衝層在反應界面上產生裂解，再利用如鹽酸水將裂解後金屬移除，以將磊晶成長基板與磊晶層分離。

但，這樣的雷射剝離技術在施行時需對位於切割道，這將使得整個製 程時間較為冗長，無法快速大量的生產。更者，過量無法釋放出的熱能會累積在切割道周圍之磊晶層，而產生熱斷層。

有鑑於此，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種用以分離基板與磊晶層之雷射模組及其方法，以有效克服上述之該等問題。

本發明之主要目的在提供一種用以分離基板與磊晶層之雷射模組及其方法，其包含有三種不同波長之雷射，以對磊晶層進行預熱、剝離與回溫處理，來達到快速將磊晶層與基板剝離。

本發明之另一目的在提供一種用以分離基板與磊晶層之雷射模組及其方法，其分離後之磊晶層內無熱斷層，可確保磊晶層的使用壽命與良率。

為達上述之目的，本發明提供一種用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其包含有：一剝離雷射，其係用以使基板與磊晶層產生剝離；一預熱雷射，其係設剝離雷射前；以及一回溫雷射，其係設剝離雷射後，預熱雷射與回溫雷射之波長大於剝離雷射，用以減少剝離過程中過量雷射能量的累積。

本發明尚提供一種分離基板與磊晶層的方法，其包含有下列步驟：提供一晶圓，其包含有一基板與一位於基板上的磊晶層；依序使用一預熱雷射、一剝離雷射與一回溫照射該晶圓，以使磊晶層與該基板產生剝離並消除累積於磊晶層上的過量雷射熱量，其中該預熱雷射與該回溫雷射之波長大於該剝離雷射。

本發明尚提供另一種用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其包含有一 第一雷射，其係用以使基板與磊晶層產生剝離；以及一設於第一雷射周圍的第二雷射，其波長大於該第一雷射，以使基板與磊晶層依照射先後次序分別產生預熱與回溫。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

請參閱第1圖，其係本發明之用以分離基板與磊晶層之雷射模組的示意圖。如圖所示，本發明之用以分離基板與磊晶層之雷射模組10依序包含有一波長為800~1000奈米的預熱雷射12；一波長為355奈米的剝離雷射14；以及一波長為800~1000奈米的回溫雷射16。

接續，於舉例說明本發明前，需聲明的是本發明之精神所在係關於一種用以分離基板與磊晶層之雷射模組及其使用方法，而下列實施說明將以於藍寶石基板上磊晶成長氮化鎵，以形成氮化鎵之薄膜發光二極體，作為實施例來說明本發明，但熟知該項技術者當知，並不能以此侷限本發明僅可應用於藍寶石基板、氮化鎵磊晶層等元件上。舉例來說，基板也可以是碳化矽、砷化鎵、鎵酸鋰或氧化鋁、氮化鎵等，而磊晶結構係為Ⅲ－V族系統之磊晶層，例如磷化銦、氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁、氮化銦鎵等。

請一併參閱第2圖與第3圖，其係各為利用本發明之用以分離基板與承載層之雷射裝置來將承載層與基板分離的步驟流程圖與實施例示意圖。如圖所示，首先如步驟S1所述，提供一晶圓20，其係包含有一藍寶石基板22，一位於藍寶石基板22上的磊晶層24，以及一位於磊晶層24上的導電 基材26，而磊晶層24依序包含有一緩衝層28(buffer layer)、一n型氮化鎵30、一p型氮化鎵32以及一與導電基材26鍵合之鍵合層34，如第3A圖所示。磊晶的方式係可以利用有機金屬化學氣相沉積法、分子束磊晶法或氫化物氣相磊晶法等。

接續，如步驟S2所述，使用第1圖所示之本發明之雷射裝置之波長為800~1000奈米的預熱雷射12先對晶圓20進行照射，以進行預熱；然後，如步驟S3所述，使用波長為355或248奈米的剝離雷射14，照射晶圓20，使緊鄰藍寶石基板22之緩衝層28在反應界面上產生裂解；隨後如步驟S4所述，使用波長為800~1000奈米的回溫雷射對晶圓20進行照射，以消除累積於磊晶層24上的過量雷射熱量，以避免界面上的材料結構受到破壞。利用本發明之雷射裝置10對晶圓20照射時，可使晶圓20在進行基板22與磊晶層24剝離前，先進行預熱，給予晶圓20材料進行適當的熱能，並在磊晶層24之緩衝層28吸收剝離雷射能量產生裂解後，再利用回溫雷射照射晶圓20材料，來消彌過量的累積於磊晶層24內的剝離雷射能量，如此即可在不需對位於切割道的前提下，可快速的將基板22與磊晶層24剝離，此外，因無斷熱層的存在，因此可提高磊晶層24的良率與使用壽命。

更者，本發明之雷射模組，於使用時可以採步進式或者是一次掃瞄式對晶圓進行照射。

而在剝離基板後，所裸露出之磊晶層上可進行貼合適當的導電材(圖中未示)，以形成上、下電極，來提高發光效率與使用電流，然此些後續的部分並非是本發明之技術特徵，因此並不進行贅述。

其中預熱雷射12、剝離雷射14與回溫雷射16可以是結合一殼體35如第4圖所示內。

此外，也可如第5圖所示，在預熱雷射與回溫雷射波長相同時，可採於一剝離雷射36周圍設置一可作預熱與回溫的雷射38，而雷射38是對基板與磊晶層做預熱或者回溫係依照射基板與磊晶層的先後次序來判定。或者如第6圖所示，於一剝離雷射36周圍環設一可作預熱與回溫的雷射38。

綜上所述，本發明係提供一種用以分離基板與磊晶層之雷射模組及其方法，其使用一預熱雷射、一剝離雷射與一回溫雷射照射晶圓，以使晶圓材料在磊晶層與該基板產生剝離前能夠有適當的熱能使鍵結活化，以在後續磊晶層之緩衝層吸收剝離雷射能量進行剝離時，能夠輕易的跨越能障進行裂解，完成基板與磊晶層的剝離，而無須對準切割道。此外回溫雷射的使用更消除了累積於磊晶層上的過量雷射熱量，達到無熱斷層的形成，進而大幅度提高磊晶層的良率與使用壽命。

唯以上所述者，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。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10‧‧‧雷射模組

12‧‧‧預熱雷射

14‧‧‧剝離雷射

16‧‧‧回溫雷射

20‧‧‧晶圓

22‧‧‧基板

24‧‧‧磊晶層

26‧‧‧導電基材

28‧‧‧緩衝層

30‧‧‧n型氮化鎵

32‧‧‧p型氮化鎵

34‧‧‧鍵合層

35‧‧‧殼體

36‧‧‧剝離雷射

38‧‧‧雷射

第1圖係本發明之雷射模組架構示意圖。

第2圖係使用本發明之雷射模組的步驟流程圖。

第3圖係本發明之雷射模組欲進行基板與磊晶層剝離之晶圓結構示意圖。

第3A圖係第3圖之磊晶層結構示意圖。

第4圖係本發明之雷射模組架構的另一實施例示意圖。

第5圖係本發明之雷射模組架構的又一實施例示意圖。

第6圖係本發明之雷射模組架構的再一實施例示意圖。

10‧‧‧雷射模組

12‧‧‧預熱雷射

14‧‧‧剝離雷射

16‧‧‧回溫雷射

Claims (30)

1. 一種用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其包含有：一剝離雷射，其係用以使基板與磊晶層產生剝離；一預熱雷射，其係設該剝離雷射前；以及一回溫雷射，其係設該剝離雷射後，該預熱雷射與該回溫雷射之波長大於該剝離雷射。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該剝離雷射之波長為355或248奈米。
3. 如申請專利範圍第2項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該預熱雷射之波長為800~1000奈米。
4. 如申請專利範圍第2項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該回火雷射之波長為800~1000奈米。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該剝離雷射、該預熱雷射與該回溫雷射是結合一殼體內。
6. 如申請專利範圍第1項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該基板可以是碳化矽、砷化鎵、鎵酸鋰或氧化鋁或氮化鎵等。
7. 如申請專利範圍第1項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該雷射膜組於照射一具有該基板與該磊晶層之晶圓時是採步進式或者掃瞄方式進行。
8. 如申請專利範圍第1項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該磊晶層為Ⅲ－V族系統之磊晶層。
9. 如申請專利範圍第1項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中 該磊晶層為磷化銦、氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁、氮化銦鎵等。
10. 如申請專利範圍第1項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該磊晶層係利用有機金屬化學氣相沉積法、分子束磊晶法或氫化物氣相磊晶法等所製成。
11. 如申請專利範圍第1項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該磊晶層包含有一緩衝層。
12. 如申請專利範圍第1項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該磊晶層的一側面上貼合有一導電基材。
13. 如申請專利範圍第2項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該預熱雷射與該回火雷射的波長相同。
14. 一種分離基板與磊晶層的方法，其包含有下列步驟：提供一晶圓，其包含有一基板與一位於基板上的磊晶層；使用一預熱雷射照射該晶圓；使用一剝離雷射照射該晶圓，以使磊晶層與該基板產生剝離；以及使用一回溫雷射照射該晶圓；以消除累積於磊晶層上的過量雷射熱量，其中該預熱雷射與該回溫雷射之波長大於該剝離雷射。
15. 如申請專利範圍第14項所述之分離基板與磊晶層的方法，其中該剝離雷射之波長為355或248奈米。
16. 如申請專利範圍第15項所述之分離基板與磊晶層的方法，其中該預熱雷射之波長為800~1000奈米。
17. 如申請專利範圍第15項所述之分離基板與磊晶層的方法，其中該回火雷 射之波長為800~1000奈米。
18. 如申請專利範圍第14項所述之分離基板與磊晶層的方法，其中該基板可以是碳化矽、砷化鎵、鎵酸鋰或氧化鋁或氮化鎵等。
19. 如申請專利範圍第14項所述之分離基板與磊晶層的方法，其中該預熱雷射、該剝離雷射與該回溫雷射是結合成為一雷射模組。
20. 如申請專利範圍第14項所述之分離基板與磊晶層的方法，其中該雷射模組於照射該晶圓時是採步進式或者掃瞄方式進行。
21. 如申請專利範圍第14項所述之分離基板與磊晶層的方法，其中該磊晶層為Ⅲ－V族系統之磊晶層。
22. 如申請專利範圍第14項所述之分離基板與磊晶層的方法，其中該磊晶層為磷化銦、氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁、氮化銦鎵等。
23. 如申請專利範圍第14項所述之分離基板與磊晶層的方法，其中該磊晶層係利用有機金屬化學氣相沉積法、分子束磊晶法或氫化物氣相磊晶法等所製成。
24. 如申請專利範圍第14項所述之分離基板與磊晶層的方法，其中該磊晶層包含有一緩衝層。
25. 如申請專利範圍第14項所述之分離基板與磊晶層的方法，其中該磊晶層的一側面上貼合有一導電基材。
26. 一種用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其包含有：一第一雷射，其係用以使基板與磊晶層產生剝離；以及一第二雷射，其係設該第一雷射周圍，該第二雷射之波長大於該第一雷 射，以使基板與磊晶層依照射先後次序分別產生預熱與回溫。
27. 如申請專利範圍第26項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該第一雷射之波長為355或248奈米。
28. 如申請專利範圍第26項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該第二雷射之波長為800~1000奈米。
29. 如申請專利範圍第26項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該第一雷射與該第二雷射是結合一殼體內。
30. 如申請專利範圍第26項所述之用以分離基板與磊晶層之雷射模組，其中該雷射模組是採步進式或者掃瞄方式進行。