[发明专利]具有排热结构的垂直结构发光二极管的形成方法

说明书

技术领域

本发明是有关垂直结构发光二极管(LED)的形成方法，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)工艺的良率并提升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)工艺的散热基板，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多个垂直结构光电装置，接着使用LLO 工艺来移除基板。然而，LED的电性和光学特性取决于外延层的晶体质量，其质 量受到额外的化学工艺(例如蚀刻)、机械工艺(如研磨)、以及LLO工艺的影响。 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工艺的高良率，必须利用化学或物理蚀刻工艺来分离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工艺期间氮气释放，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 外延成长最常使用的基板。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工艺技术，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，其复杂的工艺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工 艺所制作散热基板来取代目前使用的基板，势必用更复杂的工艺来加强散热基 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英寸晶圆的产量低，间接增加制作 成本。

发明内容

本案的目的为提供一种具有排热结构的垂直结构发光二极管(LED)的形成 方法，以解决上述现有技术所存在的问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种具有排热结构的垂直结构发光二极管 (LED)的形成方法，其步骤包含：a)提供蓝宝石基板；b)在蓝宝石基板上制造 多个凹部，其深度为p；c)形成具有多个凸部的缓冲层，凸部的深度q小于p， 以致当缓冲层的凸部容纳于蓝宝石基板的凹部时，在其间形成多个间隙，以利 排热；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通道，以利排热；f)通过准分子激光剥离 (excimer laser lift-off，LLO)来移除蓝宝石基板；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，凹部通过光蚀刻工艺、湿蚀刻工艺、或干蚀刻工艺所形成。

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，并通过金属有机化学气相沉积法(MOCVD)来沉积。

根据本案构想，凹部在蓝宝石基板上形成条状或点状图案。

根据本案构想，凹部的深度p大于1μm，凸面形成于蓝宝石基板上任两相 邻的凹部间，其剖面形状为底角大于60°的等腰梯形，任两相邻的凸面距离小 于1μm。