[发明专利]分离基板与半导体层的方法

说明书

技术领域

本发明是有关一种III族氮化物半导体发光元件的结构及其制造方法，特别是有关于分离基板与半导体层的方法以形成III族氮化物垂直发光元件。

背景技术

近年来，LED在研发上主要把焦点放在提升以GaN为基础的高发光率的LED(High-Power Light Emitting Diode)。因此，GaN LED迅速的延伸应用在极高亮度的领域上，例如各种萤幕的背光单元，以渐渐取代传统的冷阴极管或是灯泡。

有许多改善LED发光的方法，例如使用全方向性的反射杯、粗化发光表面、倒装芯片技术等。元件的温度每升高10度将减少5％的发光效率。由于蓝宝石基板为导电性及导热性都不佳的材质，使得元件发光所产生的热无法迅速散去。为解决散热的问题，因此衍生了以Laser去除蓝宝石基板的方法形成垂直元件。

激光剥离方法(Laser Lift Off)是以发射高能量的激光到达蓝宝石基板与GaN层之间的界面，产生的高温足以让GaN层形成液态金属Ga和气态的N而被分解。然而激光剥离方法(Laser lift off)有许多的缺点，例如激光的高温在GaN层的分部不均匀，容易使得部份区域的温度过高而破坏结构，或是经过激光剥离过后，一些金属Ga可能会残留在GaN层上，必须再增加一道程序移除金属Ga等。

图1A～1B是美国第US6,071,795号专利的基板分离示意图。如图1A所示，先在一蓝宝石基板102上依序形成一分离区104及一氮化硅层106，然后将接合层108涂布于氮化硅层106的表面。通过接合层108的粘着特性，再将一硅基板110与前述蓝宝石基板102的迭层结构相互粘合。利用一激光光束112穿透过蓝宝石基板102表面以照射分离区104，从而使得分离区104的材料分解(Decomposition)。再清除分解后残留在氮化硅层106的材料，就能得到硅基板110及氮化硅层106的组合体。由图1B所示，由于硅基板110和氮化硅层106之间有不导电的接合层108，因此仍无法作为垂直元件的基础结构。而且接合层108若涂布或材料选用不佳会影响粘合结果，甚至造成薄膜的氮化硅层106产生缺陷。

图2是美国第US 6,740,604号专利的基板分离示意图。本现有技术与图1A～1B中现有技术相似。第一半导体层202及第二半导体层204也通过激光光束206照射介面，从而使第二半导体层204在界面处产生分解，最后可以将第一半导体层202自第二半导体层204上分离。该第二半导体层204可以是形成于一基板上的膜层，也就是以一基板取代第一半导体层202，再将该二者分离。

图3是美国第US 6,746,889号专利的基板分离前的示意图。先在一基板302上成长多个外延层，其包含一第一型导体区304、一发光PN结区306及一第二型导体区308。自第二型导体区308方向切割该多个外延层的切割道312，如此就于基板302上形成多个分离的发光二极管裸片310。再将第二型导体区308与子基板(Submount)314粘合。以类似前述现有技术，同样以激光光束316穿透基板302表面，而使得基板302和第一型导体区304分离。分离的发光二极管裸片310可以自子基板314上取下，从而进行封装制造工艺。很明显，切割该多个外延层后，各发光二极管裸片310粘合于子基板314时容易因外力而彼此推挤，所以容易晶崩(Die Crack)造成损坏。

图4是美国第US 6,617,261号专利的基板分离示意图。先在一蓝宝石基板402形成氮化镓层404，再以蚀刻制造工艺在氮化镓层404形成多个沟渠408。然后以黏胶将一硅基板406粘合于该具沟渠408的氮化镓层404表面，并以紫外线准分子激光发出的激光光束410照射蓝宝石基板402。激光光束410穿过透明的蓝宝石基板402，进一步接触及分解氮化镓层404，如此就能得到一具有氮化镓层404的硅基板406。然而该氮化镓层404分解处还需以盐酸处理残余的镓，并修补该表面才能进行后续的外延制造工艺。