TWI398015B - 發光二極體之製造方法 - Google Patents

Description

發光二極體之製造方法

本發明是有關於一種發光二極體(LED)之製造方法，且特別是有關於一種具有可重複使用之成長基板的發光二極體之製造方法。

一般金屬基板氮化物(III－Nitride)發光二極體的製作方式，大多係先磊晶成長於由藍寶石或半導體所組成之成長基板上，接著再利用接合方式將發光磊晶結構與金屬基板接合，再將成長基板自發光磊晶結構上剝除，而完成發光二極體之製作。

在金屬基板氮化物發光二極體的製作過程中，於發光二極體磊晶片之成長基板剝除後，此一成長基板即無法再使用。如此一來，在金屬基板發光二極體之製程中，大量耗用的成長基板將成為量產金屬基板發光二極體產品中無法降低的成本的重要因素之一。因此，將造成資源的浪費，也產生大量廢棄物，不符經濟效益與環保需求。

因此，本發明之目的就是在提供一種發光二極體之製造方法，其係透過乾式、濕式、或搭配使用乾式與濕式蝕刻的方式，清潔自磊晶結構上剝離之成長基板。經清潔後之成長基板可再回收使用，以供下一磊晶結構成長。因此，可節省成長基板的耗用，兼具環保及降低成本，而可大大地提升經濟效益。

根據本發明之上述目的，提出一種發光二極體之製造方法，至少包括：提供一成長基板；形成一第一發光二極體於成長基板上，其中形成第一發光二極體之步驟至少包括：形成一第一緩衝層於成長基板之上；形成一第一發光磊晶結構於第一緩衝層之上；形成一第一金屬基板於第一發光磊晶結構之上；以及剝離成長基板，以暴露出第一發光磊晶結構；對成長基板進行一清潔步驟；以及形成一第二發光二極體於上述成長基板上。

依照本發明一較佳實施例，進行上述之清潔步驟時，可利用乾式蝕刻法、濕式蝕刻法、機械研磨法或高溫烘烤法。

為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述並配合第1圖至第5圖之圖式。

請參照第1圖至第3圖，其繪示依照本發明一較佳實施例的一種發光二極體之製程剖面圖。首先，提供成長基板100，其中成長基板100之材料可例如為藍寶石、砷化鎵、磷化銦或磷化鎵。再於成長基板100上製作發光二極體。製作發光二極體時，先利用例如低溫磊晶法形成緩衝層102覆蓋在成長基板100之表面上，其中緩衝層102之材料可例如為氮化鋁或氮化鎵。接下來，利用例如有機金屬氣相沉積磊晶法、液相磊晶法或分子束磊晶法於緩衝層102上成長發光磊晶結構。在本示範實施例中，發光磊晶結構包括依序堆疊在緩衝層102表面上之第一電性半導體層104、第一電性侷限層106、主動層108、第二電性侷限層110以及第二電性接觸層112，其中第一電性與第二電性為不同電性。當第一電性為N型時，第二電性為P型；而當第一電性為P型時，第二電性則為N型。在本示範實施例中，第一電性為N型，且第二電性為P型。在一實施例中，第一電性半導體層104之材料可例如為氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_{1 － x} )_y In_{1 － y} N；0≦x≦1,0≦y≦1]，第一電性侷限層106之材料可例如為氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_{1 － x} )_y In_{1 － y} N；0≦x≦1,0≦y≦1]，主動層108可為雙異質結構或多重量子井結構，且主動層108之材料可例如包含氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_{1 － x} )_y In_{1 － y} N；0≦x≦1,0≦y≦1]，第二電性侷限層110之材料可例如為氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_{1 － x} )_y In_{1 － y} N；0≦x≦1,0≦y≦1]，且第二電性接觸層112之材料可例如為氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_{1 － x} )_y In_{1 － y} N；0≦x≦1,0≦y≦1]。

接著，可於發光磊晶結構之第二電性接觸層112上直接形成金屬基板120，或者可先選擇性地對發光磊晶結構進行一些處理，例如定義發光磊晶結構之圖案，及/或於發光磊晶結構之第二電性接觸層112上額外形成一些結構層，例如透明電極與金屬反射層。在本示範實施例中，先利用例如微影與蝕刻或切割技術對發光磊晶結構進行圖案定義，以移除部分之第二電性接觸層112、部分之第二電性侷限層110、部分之主動層108、部分之第一電性侷限層106，而在發光磊晶結構中形成溝渠122，其中溝渠暴露出部分之第一電性半導體層104。在發光磊晶結構中形成溝渠122時，可利用乾式蝕刻法、濕式蝕刻法或機械切割研磨法。接著，利用例如沉積或塗佈方式形成介電保護層118覆蓋在溝渠122之側壁與底面上，以保護溝渠122所暴露出之發光磊晶結構的部分。其中，介電保護層118之材料可為高介電有機材料、含矽之氧化物、或含矽之氮化物，例如二氧化矽或氮化矽。

再利用例如熱蒸鍍(Thermal Evaporation)、電子束蒸鍍(E－beam Evaporation)或離子濺鍍(Sputtering)方式形成第二電性透明電極114覆蓋在第二電性接觸層112上，以提升電流分散效果，其中第二電性透明電極114之材料可例如為氧化銦錫、氧化銦、氧化錫、氧化鋅或氧化鎂。隨後，利用例如熱蒸鍍、電子束蒸鍍或離子濺鍍方式形成金屬反射層116覆蓋在第二電性透明電極114上，以將主動層108朝金屬反射層116之方向發射之光予以反射，其中金屬反射層116之材料可例如金、鋁、銀、鉑、鉻、鎳或這些金屬之合金。接著，利用例如電鍍法或沉積法形成金屬基板120覆蓋在介電保護層118、第二電性透明電極114之暴露部分以及金屬反射層116之暴露部分上，並填滿溝渠122，而形成如第1圖所示之結構。金屬基板120之材料可例如為銅、鉬、鎳、金、銀、鉑、鋁或這些金屬之合金。

待完成金屬基板120之製作後，利用例如雷射剝除法或加熱應力差異方式將成長基板100自發光磊晶結構剝離。由於將成長基板100與發光磊晶結構分離時，部分之緩衝層102會遭到移除，而另一部分之緩衝層102則可能殘留在成長基板100之表面上，如第2圖所示之成長基板100上的緩衝層102a。將成長基板100剝除後，暴露出發光磊晶結構之第一電性半導體層104。

將成長基板100剝除後，利用例如沉積方式形成第一電性電極124覆蓋在暴露出之第一電性半導體層104上。其中，第一電性電極124之材料可例如為導電金屬氧化物，或者可為鈦、鋁、金或這些金屬之合金。接著，利用例如沉積方式形成第一電性電極墊126位於部分之第一電性電極124上，而完成發光二極體128之製作。其中，第一電性電極墊126之材料可例如為鈦、鋁、金或這些金屬的合金。

請參照第4圖與第5圖，其係繪示依照本發明一較佳實施例的一種成長基板之清潔流程剖面圖。如第4圖所示，當成長基板100剝除下來後，由於成長基板100之表面上可能殘留有緩衝層102a與其他污染物。此時，可對成長基板100進行清潔步驟，以移除殘留在成長基板100表面上之緩衝層102a與其他污染物，以使成長基板100可供下一發光二極體之製作。清潔成長基板100時，可採用乾式蝕刻法、濕式蝕刻法、機械研磨法或高溫烘烤法。利用乾式蝕刻法時，可運用反應性離子蝕刻技術(RIE)或感應耦合電漿離子蝕刻技術(ICP)。在一乾式蝕刻製程的示範例中，可利用氯氣系列氣體來清潔成長基板100。利用濕式蝕刻法時，可採用熱硝酸或氫氧化鉀作為蝕刻液，來清潔成長基板100。利用機械研磨法時，可運用拋光墊和拋光液。利用高溫烘烤法時，係利用高溫來裂解殘留在成長基板100上之殘留物，例如緩衝層102a與一些污染物，再將裂解後之殘留物清除。經清潔後之成長基板100如第5圖所示，可再回收使用，而供下一發光二極體於其上製作。

由上述本發明較佳實施例可知，本發明之一優點就是因為本發明之發光二極體之製造方法係透過乾式、濕式、或搭配使用乾式與濕式蝕刻的方式，清潔自磊晶結構上剝離之成長基板。經清潔後之成長基板可再回收使用，以供下一磊晶結構成長。因此，可節省成長基板的耗用，兼具環保及降低成本，而可大大地提升經濟效益。

雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．成長基板

102．．．緩衝層

102a．．．緩衝層

104．．．第一電性半導體層

106．．．第一電性侷限層

108．．．主動層

110．．．第二電性侷限層

112．．．第二電性接觸層

114．．．第二電性透明電極

116．．．金屬反射層

118．．．介電保護層

120．．．金屬基板

122．．．溝渠

124．．．第一電性電極

126．．．第一電性電極墊

128．．．發光二極體

第1圖至第3圖係繪示依照本發明一較佳實施例的一種發光二極體之製程剖面圖。

第4圖至第5圖係繪示依照本發明一較佳實施例的一種成長基板之清潔流程剖面圖。

100．．．成長基板

102a．．．緩衝層

104．．．第一電性半導體層

106．．．第一電性侷限層

108．．．主動層

110．．．第二電性侷限層

112．．．第二電性接觸層

114．．．第二電性透明電極

116．．．金屬反射層

118．．．介電保護層

120．．．金屬基板

122．．．溝渠

Claims (54)

1. 一種發光二極體之製造方法，至少包括：提供一成長基板；形成一第一發光二極體於該成長基板上，其中形成該第一發光二極體之步驟至少包括：形成一第一緩衝層於該成長基板之上；形成一第一發光磊晶結構於該第一緩衝層上；形成一第一金屬基板於該第一發光磊晶結構之上；以及剝離該成長基板，以暴露出該第一發光磊晶結構；其中一殘留物包含至少一部分殘留之第一緩衝層於該成長基板之上；移除該成長基板上之該殘留物；以及形成一第二發光二極體於該成長基板上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製造方法，其中該成長基板之材料為藍寶石、砷化鎵、磷化銦或磷化鎵。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一緩衝層之材料為氮化鋁或氮化鎵。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製造方法，其中形成該第一緩衝層之步驟係利用一低溫磊晶法。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製造方法，其中形成該第一發光磊晶結構之步驟係利用一有機金屬氣相沉積磊晶法、一液相磊晶法或一分子束磊晶法。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一發光磊晶結構至少包括依序堆疊在該第一緩衝層上之一第一電性半導體層、一第一電性侷限層、一主動層、一第二電性侷限層以及一第二電性接觸層，且第一電性與第二電性為不同電性。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一電性半導體層之材料為氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_1-x )_y In_1-y N；0≦x≦1,0≦y≦1]；該第一電性侷限層之材料為氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_1-x )_y In_1-y N；0≦x≦1,0≦y≦1]；該主動層一雙異質結構或一多重量子井結構，且該主動層之材料包含氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_1-x )_y In_1-y N；0≦x≦1,0≦y≦1]；該第二電性侷限層之材料為氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_1-x )_y In_1-y N；0≦x≦1,0≦y≦1]；以及 該第二電性接觸層之材料為氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_1-x )_y In_1-y N；0≦x≦1,0≦y≦1]。
8. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體之製造方法，於形成該第一發光磊晶結構之步驟與形成該第一金屬基板之步驟之間，更至少包括：形成一溝渠於該第一發光磊晶結構中而暴露出部分之該第一電性半導體層；以及形成一介電保護層覆蓋在該溝渠之側壁與底面上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體之製造方法，其中形成該溝渠之步驟係利用一乾式蝕刻法、一濕式蝕刻法或一機械切割研磨法。
10. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體之製造方法，其中該介電保護層之材料係選自於由含矽之氧化物、含矽之氮化物以及高介電有機材料所組成之一族群。
11. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體之製造方法，其中該介電保護層之材料二氧化矽或氮化矽。
12. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體之製造方法，於形成該介電保護層之步驟與形成該第一金屬基板之步驟之間，更至少包括形成一第二電性透明電極於該第二電性 接觸層上。
13. 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體之製造方法，其中該第二電性透明電極之材料係選自於由氧化銦錫、氧化銦、氧化錫、氧化鋅以及氧化鎂所組成之一族群。
14. 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體之製造方法，於形成該第二電性透明電極之步驟與形成該第一金屬基板之步驟之間，更至少包括形成一金屬反射層於該第二電性透明電極上。
15. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體之製造方法，其中該金屬反射層之材料係選自於由金、鋁、銀、鉑、鉻、鎳及其合金所組成之一族群。
16. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一電性侷限層為N型，該第二電性侷限層為P型。
17. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體之製造方法，其中形成該第一發光二極體之步驟更至少包括於剝離該成長基板之步驟後，形成一第一電性電極於暴露出之該第一電性半導體層上以及形成一第一電性電極墊於部分之該第一電性電極上。
18. 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一電性電極之材料係選自於由鈦、鋁、金及其合金所組成之一族群。
19. 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一電性電極之材料為導電金屬氧化物。
20. 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一電性電極墊之材料係選自於由鈦、鋁、金及其合金所組成之一族群。
21. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製造方法，其中形成該第一金屬基板之步驟係利用一電鍍法或一沉積法。
22. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一金屬基板之材料係選自於由銅、鉬、鎳、金、銀、鉑、鋁及其合金所組成之一族群。
23. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製造方法，其中剝離該成長基板之步驟係利用一雷射剝除法或一加熱應力差異方式。
24. 如申請範圍第1項所述之發光二極體之製造方法，其中該移除該成長基板上之該殘留物之步驟係利用一乾式蝕刻法、一濕式蝕刻法、一機械研磨法或一高溫烘乾法。
25. 如申請專利範圍第24項所述之發光二極體之製造方法，其中該乾式蝕刻法為一反應性離子蝕刻技術(RIE)或一感應耦合電漿離子蝕刻技術(ICP)。
26. 如申請專利範圍第24項所述之發光二極體之製造方法，其中該乾式蝕刻法採用氯氣系列氣體。
27. 如申請專利範圍第24項所述之發光二極體之製造方法，其中該濕式蝕刻法係使用熱硝酸或氫氧化鉀。
28. 如申請專利範圍第24項所述之發光二極體之製造方法，其中該機械研磨法係使用拋光墊和拋光液。
29. 如申請專利範圍第24項所述之發光二極體之製造方法，其中該高溫烘烤法係利用高溫來裂解殘留在該成長基板上之該殘留物。
30. 一種發光二極體之製造方法，至少包括： 提供一成長基板；形成一第一發光二極體於該成長基板上，其中形成該第一發光二極體之步驟至少包括：形成一第一緩衝層於該成長基板之上；形成一第一發光磊晶結構於該第一緩衝層之上，其中該第一發光磊晶結構至少包括依序堆疊在該第一緩衝層上之一第一電性半導體層、一第一電性侷限層、一主動層、一第二電性侷限層以及一第二電性接觸層，且第一電性與第二電性為不同電性；形成一溝渠於該第一發光磊晶結構中而暴露出部分之該第一電性半導體層；形成一介電保護層覆蓋在該溝渠之側壁與底面上；形成一第二電性透明電極於該第二電性接觸層上；形成一金屬反射層於該第二電性透明電極上；形成一第一金屬基板於該金屬反射層上；以及剝離該成長基板，以暴露出該第一電性半導體層；其中一殘留物包含至少一部分殘留之第一緩衝層於該成長基板之上；移除該成長基板上之該殘留物；以及形成一第二發光二極體於該成長基板上。
31. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中該成長基板之材料為藍寶石、砷化鎵、磷化銦或磷化鎵。
32. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一緩衝層之材料為氮化鋁或氮化鎵。
33. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中形成該第一緩衝層之步驟係利用一低溫磊晶法。
34. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中形成該第一發光磊晶結構之步驟係利用一有機金屬氣相沉積磊晶法、一液相磊晶法或一分子束磊晶法。
35. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一電性半導體層之材料為氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_1-x )_y In_1-y N；0≦x≦1,0≦y≦1]；該第一電性侷限層之材料為氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_1-x )_y In_1-y N；0≦x≦1,0≦y≦1]；該主動層一雙異質結構或一多重量子井結構，且該主動層之材料包含氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_1-x )_y In_1-y N；0≦x≦1,0≦y≦1]；該第二電性侷限層之材料為氮化鋁鎵銦 [(Al_x Ga_1-x )_y In_1-y N；0≦x≦1,0≦y≦1]；以及該第二電性接觸層之材料為氮化鋁鎵銦[(Al_x Ga_1-x )_y In_1-y N；0≦x≦1,0≦y≦1]。
36. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中形成該溝渠之步驟係利用一乾式蝕刻法、一濕式蝕刻法或一機械切割研磨法。
37. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中該介電保護層之材料係選自於由含矽之氧化物、含矽之氮化物以及高介電有機材料所組成之一族群。
38. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中該介電保護層之材料二氧化矽或氮化矽。
39. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中該第二電性透明電極之材料係選自於由氧化銦錫、氧化銦、氧化錫、氧化鋅以及氧化鎂所組成之一族群。
40. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中該金屬反射層之材料係選自於由金、鋁、銀、鉑、鉻、鎳及其合金所組成之一族群。
41. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方 法，其中該第一電性侷限層為N型，該第二電性侷限層為P型。
42. 如申請專利範圍第41項所述之發光二極體之製造方法，其中形成該第一發光二極體之步驟更至少包括於剝離該成長基板之步驟後，形成一第一電性電極於暴露出之該第一電性半導體層上以及形成一第一電性電極墊於部分之該第一電性電極上。
43. 如申請專利範圍第42項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一電性電極之材料係選自於由鈦、鋁、金及其合金所組成之一族群。
44. 如申請專利範圍第42項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一電性電極之材料為導電金屬氧化物。
45. 如申請專利範圍第42項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一電性電極墊之材料係選自於由鈦、鋁、金及其合金所組成之一族群。
46. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中形成該第一金屬基板之步驟係利用一電鍍法或一沉積法。
47. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中該第一金屬基板之材料係選自於由銅、鉬、鎳、金、銀、鉑、鋁及其合金所組成之一族群。
48. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中剝離該成長基板之步驟係利用一雷射剝除法或一加熱應力差異方式。
49. 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體之製造方法，其中該移除該成長基板上之該殘留物之步驟係利用一乾式蝕刻法、一濕式蝕刻法、一機械研磨法或一高溫烘乾法。
50. 如申請專利範圍第49項所述之發光二極體之製造方法，其中該乾式蝕刻法為一反應性離子蝕刻技術或一感應耦合電漿離子蝕刻技術。
51. 如申請專利範圍第49項所述之發光二極體之製造方法，其中該乾式蝕刻法採用氯氣系列氣體。
52. 如申請專利範圍第49項所述之發光二極體之製造方法，其中該濕式蝕刻法係使用熱硝酸或氫氧化鉀。
53. 如申請專利範圍第49項所述之發光二極體之製造方 法，其中該機械研磨法係使用拋光墊和拋光液。
54. 如申請專利範圍第49項所述之發光二極體之製造方法，其中該高溫烘烤法係利用高溫來裂解殘留在該成長基板上之該殘留物。