[发明专利]形成具有排热结构的垂直结构发光二极管的方法

说明书

技术领域

本发明是有关形成垂直结构发光二极管(LED)的方法，尤指一种形成具有通道和多个间隙的垂直结构发光二极管，以利排热，同时可改善激光剥离(laser lift-off，LLO)制程的良率并提升LED产能。

背景技术

近几年来，散热管理仍是高电流驱动下的封装高功率LED发展的主要课题。由于外延于蓝宝石基板上的横向电流导通结构，导致电流推挤效应、高串联电阻(series resistance)和散热不佳的缺点。

此外，利用短波长准分子源的激光剥离(LLO)制程的散热基板，可解决蓝宝石散热不佳的缺点。举例来说，美国第7,384,807号专利揭示一种制造垂直结构光电装置的方法，包含在晶体基板上制造复数个垂直结构光电装置，接着使用LLO制程来移除基板。然而，LED的电性和光学特性取决于外延层的晶体质量，其质量受到额外的化学制程(例如蚀刻)、机械制程(如研磨)、以及LLO制程的影响。激光束可能需要扫描外延晶圆一次以上，因而降低其产出，破坏LED外延层的机会亦大增。LLO的设备价值亦不斐。

为达成LLO制程的高良率，必须利用化学或物理蚀刻制程来分离epi-GaN的岛(island)，以形成排热结构，即所谓的“道径”(street path)。道径利于LLO制程期间氮气释放，因而提高良率。

然而，由于epi-GaN岛的尺寸增加，必须放宽道径的宽度，以防止相邻的岛遭到因光引发分解而释放的氮气的压力破坏。

在LED的制作上，蓝宝石(Al₂O₃)为目前氮化铝铟镓基(AlInGaN-based)材料外延生长最常使用的基板。然蓝宝石基板的导热性不良，因而限制蓝光发光二极管必须采用正负金属电极同在基板一侧的横向导通结构。因此，此结构使得发光面积缩减外，更因电流推挤效应和横向路径，致使LED装置的顺向压降(Vf)及串联电阻增加。产生的大量热直接影响外部量子效率。

利用准分子激光剥离制程技术，以高散热基板来取代传统蓝宝石基板已行的多年。虽已商业化，其复杂的制程与低良率使得制作成本依旧高昂。短波长(＜355nm)准分子激光束可穿透具高能隙抛光的蓝宝石基板，而在外延缓冲层(u-GaN)和蓝宝石间的界面被吸收。吸收的能量在u-GaN的表面累积并转换成热能，致使u-GaN气化并释放氮气。随后，释出的氮气所产生的压力会对相邻隔绝的外延组件与散热基板产生破坏。因此，采用接合(bonding)或电镀(electroplating)技术所形成的脆弱接口的剥落会有可靠度的问题，如光输出功率快速降低、封装后的顺向压降(Vf)增加。因此，不论是采用接合或电镀制程所制作散热基板来取代目前使用的基板，势必用更复杂的制程来加强散热基板与外延组件间接口的接合强度。为改善LLO的良率，必须将相邻的两外延组件间的主要隔绝道径的宽度放宽，也因此造成2时晶圆的产量低，间接增加制作成本。

发明内容

本案的目的为提供一种形成具有排热结构的垂直结构发光二极管(LED)的方法，其步骤至少包含：a)提供蓝宝石基板；b)在蓝宝石基板上沉积多个凸部，其高度为p；c)形成具有多个凹部的缓冲层，凹部的深度q小于p，以致当凸部容纳于缓冲层的凹部时，在其间形成多个间隙；d)在缓冲层上生长多个发光层，具有形成于发光层和缓冲层间的介质层；e)蚀刻穿透发光层和缓冲层来形成排热用的通道；f)通过准分子激光剥离(LLO)来移除蓝宝石基板和凸部；g)粗化介质层；以及h)在粗化的介质层上沉积电极。

根据本案构想，凸部是通过化学气相沉积法(CVD)或物理气相沉积法(PVD)，之后以光蚀刻制程、湿蚀刻制程或干蚀刻制程来沉积。

根据本案构想，凸部包含SiOx、Si₃N₄、TiOx、V₂O₅、ITO、IZO、ZrO₂、Ta₂O₅、Al₂O₃、ZnO、MgO或MgF₂。

根据本案构想，凸部的剖面形状为底角大于60°的等腰梯形，其高度p大于1μm，任两相邻的凸部距离小于1μm。

根据本案构想，凸部形成条状或点状图案。

根据本案构想，缓冲层的形状取决于其生长压力、生长时间和生长温度的参数。

根据本案构想，缓冲层由使用于蓝光LED的未掺杂的氮化镓(u-GaN)或使用于紫光LED的氮化铝(AlN)所制成。