氮化镓系垂直发光二极管结构及其基材与薄膜分离的方法

文档序号:6817790阅读:88来源:国知局
专利名称:氮化镓系垂直发光二极管结构及其基材与薄膜分离的方法
技术领域
本发明涉及一种氮化镓系发光二极管(LED)技术,特别是涉及一种垂直氮化镓系发光二极管结构及该结构中基材与薄膜分离的方法(GALLIUMNIRIDE VERTICAL LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURE AND METHOD OFSEPARATING A SUBSTRATE AND A THIN FILM IN THE STRUCTURE)。
背景技术
半导体发光二极管(LED)的发展已有数十年历史,其发光效率的提升与否一直为LED能否进一步用于民生光源的关键,因此多年来LED的发展方向大致皆在于发光效率的提升上。然而在发光效率提升的研发路上,散热问题一直为一大限制因素;亦即,当发光效率不断上升之际,若光所产生的热无法有效的排除,则LED仍将陷于无法正常工作的境地。因此,多年来LED的研发实以提升发光效率及排除热为主要方向。
在LED发展史中,所提出的排热技术良颇多,如以金属材电路基板取代传统导热性不佳的印刷电路板,以使晶粒所产生的热可在LED结构外藉由金属排除,而LED结构内的排热性亦得以提升,如蓝宝石上虽适于成长氮化镓(GaN)系LED结构,但是其为导热性不佳的非导体材料,因此一般常先藉由其成长GaN系LED结构,之后再将其脱离该LED结构,并在之后贴附以另一导热性较佳的基材,其结构示意性的说明于图1A图及图1B中。
请参阅图1A、图1B及图1C所示,图1A及图1B是现有习用的一基材与一薄膜层加以分离的结构及制程的示意图,图1C是现有习用的垂直发光二极管的结构示意图。由于上述的蓝宝石基材功能仅在形成多层薄膜于其上,当各多层薄膜皆形成后则需予以移除,故在此称其为过渡基材。
请参阅图1A所示,为一垂直发光组件结构10,其正处于未完成制造的阶段中。图中,首先以一过渡基材16当作基板生成薄膜结构层,该薄膜结构包括n型氮化镓系层15、主动层14、p型氮化镓系层13以及金属基材11,其一端更设有p型电极17形成于该金属基材11上,因为过渡基材16的存在是欲使后续制程有一支撑体,故可在该垂直发光组件结构完成后移除之,如图1B图所示。之后,将整个垂直发光组件结构10加以180度翻转即可得到如图1B图所示的结构,在图1B中,过渡基材16’先予去除,之后一n型电极18’再制作于n型氮化镓系层15’上,如此便可完成整个垂直发光组件结构10’的制造。
请再参阅图1B所示,此时整个垂直发光组件结构10’的上下侧可分别贴附以金属电极17’(p型电极)及18’(n型电极),由于整个垂直发光组件结构10’的各层无侧向结构,故称作垂直结构LED。如此形成的结构不仅可以改善上述排热问题,其发光面积亦较传统结构为大,因其二电极皆不设于结构的侧向上;因此,侧向出射光面积不需减小,且因是透明形式形成于LED结构的两侧上而可让光线穿透。
请参阅图1C所示,是图1A图至图1B移除过渡基材后的氮化镓系垂直发光组件结构10”。主动层14”所发的光有一部份往p型氮化镓系层13”行进,另有一部份往n型氮化镓系层15”行进,(如图中箭头所示),若n型电极18”一侧为所欲的光出射处,则往p型电极17”的光则形同浪费。
关于上述垂直结构的过渡基材与上方薄膜层间的分离,现有技术中已有数种技术被提出,如先以蓝宝石作为基材(过渡基材)而进行结构各层的形成,该过渡基材与其上方的p型半导体材料层或n型半导体材料层间制作以一脆性结构,并藉力使其分离。亦有现有习用技术以激光提供能量而分离过渡基材与其上方的薄膜,此时该上方薄膜可吸收该激光能量,并因融解而与过渡基材分离,如美国早期公开专利申请案US20030150843。请参阅图2所示,是现有习用技术即美国早期公开专利申请案US20030150843对一基材与一薄膜层加以分离的制程及结构示意图。在该申请案中,一线状激光23对过渡基材22上薄膜层21进行扫描,薄膜层21吸收激光23能量后便可因其与基材的接面25处融解而与过渡基材22分离,其中过渡基材22与薄膜层21在扫描时的移动方向如图中所示,S为一次扫描时的扫描区,M为一次扫描的扫描宽度,t为薄膜层21的厚度,其中扫描宽度M的值近乎等于或小于厚度t值。
然而,该篇申请案仍存在有其技术上的缺点。例如,整层薄膜在线状光源扫描过后,薄膜上各处的融解程度已不相同;因此,在将过渡基材22脱离之时,过渡基材22与薄膜层21间的各处受剥离力不够均匀。再者,线状激光扫描进行时有热应力问题存在,该不均匀的热应力亦使剥离效果不尽理想,且有膜层破裂之虞。
由此可见,上述现有习用的氮化镓系垂直结构发光二极管(LED)组件结构及其制造方法仍存在有缺陷,而亟待加以进一步改进。为了解决现有习用的氮化镓系垂直结构发光二极管(LED)组件结构及其制造方法上的缺点,相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道,但长久以来一直未见适用的设计被发展完成,此显然是相关业者急欲解决的问题。因此一种在制造时能够避免上述问题的氮化镓系垂直发光二极管结构及其基材与薄膜分离的方法确有提出的必要。
有鉴于上述现有习用的氮化镓系垂直结构发光二极管(LED)组件结构及其制造方法仍存在有缺陷,本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识,积极加以研究创新,以期创设一种新的氮化镓系垂直发光二极管结构及其基材与薄膜分离的方法,能够改进一般现有的氮化镓系垂直结构发光二极管(LED)组件结构及其制造方法,使其更具有实用性。经过不断的研究、设计,并经反复试作样品及改进后,终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容
本发明的目的在于,克服现有的氮化镓系垂直结构发光二极管(LED)组件结构及其制造方法存在的缺陷,而提供一种新的氮化镓系垂直发光二极管结构及其基材与薄膜分离的方法,所要解决的技术问题是使其可以降低垂直发光二极管结构制造时一薄膜与一过渡基材间加以激光分离的不均匀热应力及融解程度问题,从而更加适于实用。
本发明的另一目的在于,提供一种氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其中为分离一蓝宝石基材及一晶体薄膜层的方法,所要解决的技术问题是使其降低垂直发光二极管结构制造时薄膜与过渡基材间加以雷射分离的不均匀热应力及融解程度问题,使薄膜面不存在热应力问题而更得均匀脱离与过渡基材间是贴附,从而更加适于实用。
本发明的再一目的在于,提供一种氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,降低垂直发光二极管结构制造时薄膜与过渡基材间加以雷射分离的不均匀热应力及融解程度问题,使薄膜面不存在热应力问题而更得均匀脱离与过渡基材间是贴附,从而更加适于实用。
本发明的还一目的在于,提供一种氮化镓系垂直发光组件结构,所要解决的技术问题是使其降低垂直发光二极管结构制造时薄膜与过渡基材间加以雷射分离的不均匀热应力及融解程度问题,从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其中一晶体薄膜层贴附于一蓝宝石基材之上,该方法至少包括以下步骤提供一激光数组在该蓝宝石基材的上方,且该激光数组发出的激光得至少部份穿透该蓝宝石基材、且能为该晶体薄膜层吸收者;以该激光数组透过该蓝宝石基材而照射该晶体薄膜层;以及分开该蓝宝石基材与该晶体薄膜层。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其中所述的激光的波长约为327奈米。
前述的氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其中所述的照射晶体薄膜层是照射在该蓝宝石基材与该晶体薄膜层的接面上。
前述的氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其中所述的激光数组为任意数组形式的激光。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其中该薄膜位于该基材的上方,该方法至少包括以下步骤提供一激光数组在该基材的上方,且该激光数组发出的激光得至少部份穿透该基材、且能为该薄膜层吸收;以该激光数组透过该基材照射该薄膜层;以及分开该基材与该薄膜层。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其中所述的薄膜层的吸收是为该基材与该与该薄膜层的接面上的吸收。
前述的氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其中所述的激光数组为任意数组形式的激光。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种氮化镓系垂直发光二极管结构,其包括一金属基材;一金属反射层,位于该金属基材上;一p型氮化镓层,位于该金属反射层上;一主动层,位于该p型氮化镓系层上;以及一n型氮化镓系层,位于该主动层上,其中该p型氮化镓系层与该n型氮化镓层的位置可互换。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的氮化镓系垂直发光二极管结构,其中所述的金属基材至少为CuW(铜钨合金),而该金属反射层至少为Ag(银),Al(铝)和Rh(铑)。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知,为了达到前述发明目的,本发明的主要技术内容如下本发明的第一态样在于以一激光数组作为融解能量源,且该激光数组照射范围大小与待融解分开的薄膜与过渡基材间接触面近乎相等。
当该激光数组的电源一经开启,数组中各激光能量同时为薄膜面所吸收,薄膜面各处融解程度相当均匀而与过渡基材分离,且薄膜面不存在热应力问题而更可均匀脱离与过渡基材之间的贴附。
此外,由于激光数组对整个薄膜的照射时间较短,因此制程时间可以缩短。
本发明的第二态样为具有较佳发光效率的氮化镓系垂直发光二极管组件结构,一金属反射层提供其中以行光反射,以得到较大的光输出效率。
经由上述可知,本发明是为降低垂直发光二极管结构制造时薄膜与过渡基材间加以雷射分离的不均匀热应力及融解程度问题,使薄膜面不存在热应力问题而更可均匀脱离与过渡基材间是贴附。
综上所述,本发明氮化镓系垂直发光二极管结构及其基材与薄膜分离的方法,可以降低垂直发光二极管结构制造时一薄膜与一过渡基材间加以激光分离的不均匀热应力及融解程度问题。本发明的氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其中为分离一蓝宝石基材及一晶体薄膜层的方法,可以降低垂直发光二极管结构制造时薄膜与过渡基材间加以雷射分离的不均匀热应力及融解程度问题,使薄膜面不存在热应力问题而更得均匀脱离与过渡基材间是贴附。本发明的氮化镓系垂直发光组件结构,可以降低垂直发光二极管结构制造时薄膜与过渡基材间加以雷射分离的不均匀热应力及融解程度问题。其具有上述诸多的优点及实用价值,并在同类产品及方法中未见有类似的结构设计及方法公开发表或使用而确属创新,其不论在产品结构、方法或功能上皆有较大改进,在技术上有较大进步,并产生了好用及实用的效果,且较现有的氮化镓系垂直发光二极管组件结构及该结构中基材与薄膜分离的方法具有增进的多项功效,从而更加适于实用,而具有产业的广泛利用价值,诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。


图1A及图1B是现有习用的一基材与一薄膜层加以分离的结构及制程的示意图。
图1C是现有习用技术的垂直发光二极管的结构示意图。
图2是现有习用技术对一基材与一薄膜层加以分离的制程及结构示意图。
图3是本发明中一以激光数组分离薄膜与基材的结构及制程实施例的示意图。
图4是本发明中一薄膜层上吸收能量强度的分布模型实施例示意图。
图5是本发明中另一薄膜层上吸收能量强度的分布模型实施例示意图。
图6是本发明中薄膜接面各点上理想吸收能量强度的分布模型示意图。
图7是本发明的氮化镓系垂直发光二极管结构的示意图。
10垂直发光组件结构 11过渡基材层13p型氮化镓系层14主动层15n型氮化镓系层16金属基材10’,10”垂直发光组件结构 11’,11”过渡基材13’,13”p型氮化镓系层14’,14”主动层15’,15”n型氮化镓系层16’,16”金属基材
17,17’,17”p型电极 18’,18”n型电极21薄膜层 22过渡基材23激光 25接面32过渡基材 31薄膜33激光矩阵光源 35基材与薄膜层的接面42薄膜 45基材与薄膜间接面52薄膜 55基材与薄膜间接面70氮化镓系垂直发光二极管结构 71金属基材72金属反射层 73p型氮化镓系层74主动层 75n型氮化镓系层77p型电极 78n型电极具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的氮化镓系垂直发光二极管结构及其基材与薄膜分离的方法其具体结构、方法、步骤、特征及其功效,详细说明如后。
针对垂直发光二极管(LED)结构,本发明提出一种有效的制造方法。利用该方法,垂直结构中以蓝宝石为材料的过渡基材与其上方薄膜层间可以较均匀分离,且能够减少制程时间。
请参阅图3所示,是本发明中一以激光数组分离薄膜与基材的结构及制程实施例的示意图。该以激光数组分离薄膜与基材的结构34,包括过渡基材32及上方的一薄膜层31,其中该薄膜层31的薄膜结构的细节并未显示于图中,其应包含有n型氮化镓系层、主动层、p型氮化镓系层及金属基材等,更包括一端的p型电极。该两材料层即过渡基材32及薄膜层31需加以分离,分离的方式为过渡基材32上方提供以一激光数组33,并藉由激光数组33提供能量;由于激光数组33是布于整个薄膜层31的上方,故以激光数组分离薄膜与基材的结构34不需移动即可使整个薄膜层31受到照射。在此应当指出,在本实施例图式中激光数组33虽然是以1×3激光数组33为例进行说明,但是其形式亦可为任意适合可以均匀投射于接面35上的结构,例如1×n数组、3×n数组等。
当激光数组33的电源一开启,激光数组33便发射出能量。由于激光数组33的提供是用于使过渡基材32及薄膜层31间的接面35融解,因此激光数组33的激光的波长选择是以使该激光能够为该接面35吸收并融解、且能穿透基材为原则,例如当该薄膜层31为n型氮化镓(GaN)系层时,激光波长为约327奈米。
为了使过渡基材32与薄膜层31间的接面35可以均匀吸收激光数组33发出的能量,该激光数组33的设计当以能使整个接面35的能量吸收图案为均匀为原则。
在一实施例中,过渡基材32与激光数组33之间得加以一光栅面(数道狭缝的组合,未示于图中),藉以使激光源变成长条状。当长条状激光投射于过渡基材32上后,薄膜层31上能量吸收模型应以如图4所示者为原则。
请参阅图4所示,薄膜层42接面45上有数道能量吸收图案,即1st,2nd.......,nth。该等条状能量吸收图案1st,2nd.......,nth是由其上方的光栅面的诸缝隙所形成,其中每一道条状区域1st,2nd.......,nth紧密相接,每一区域1st,2nd.......,nth内能量吸收强度近乎均匀相等,且各区域1st,2nd.......,nth的吸收能量强度亦近乎均匀相等。在此另当提出的是,该光栅面k可以其它光学零件代替,只要能使投射于薄膜42上的激光均匀分布即可。
请参阅图5所示,是本发明中另一薄膜层上吸收能量强度的分布模型实施例示意图,为另一能量吸收强度分布模型实施例,该薄膜层52上设有复数道吸收图案,该吸收图案与图4所示不同,此时亦可令薄膜层52表面均匀吸收能量而均匀与过渡基材分离,当然任何其它能使薄膜层52表面均匀吸收的强度吸收模型实施例皆可为之。
欲达成均匀分布的能量吸收强度均匀分布模型,激光需再加以处理方能达成,如上述的加入光栅面;此外,激光的其它特性亦可因加以调整而更均匀分布,如调整各激光的投射焦聚等。总之,最后的薄膜吸收激光强度分布模型以尽量近乎图6所示者为原则,其中图6表示薄膜接面的x轴与y轴上各点的吸收能量强度相同。
相较于现有习用技术,由于本发明投射于薄膜接面的能量分布均匀,因此整个薄膜接面上无不均匀热应力问题,亦无分离前激光照射完成时间点不同引发的分离不均匀的问题,因此本发明提出的激光数组能量源设计堪为一足以有效解决现有技术缺点的发明。再者,由于薄膜面上的激光照射不需如现有技术般以扫描方式进行,而是一次对整个薄膜面进行照射,因此制程时间可以大大缩短。
请参阅图7所示,是本发明的氮化镓系垂直发光二极管结构示意图。本发明的该氮化镓系垂直二极管组件结构70,包括有多层薄膜结构与p型电极77、n型电极78,其中一金属反射层72制作于其中。当主动层74发光时,部份光往p型氮化镓系层73行进,金属反射层72对该部份光加以反射,使反射光往n型氮化镓系层75一侧往结构70外出射,因此发光效率可得到提升。此外,该结构70的n型氮化镓系层75与该p型氮化镓系层73的位置可以互换,构成本发明的另一实施例(图中未显示)。至于金属反射层72的材料,其可选为与金属基材71贴附匹配度佳、且反射能力佳者,其中铜钨合金(CuW)可为金属基材,此时银(Ag)、铝(Al)、铑(Rh)可为金属反射层72材料。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例详述揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例,藉由对上述实施例的阅读及了解而可以推衍出各种不同的实施例,例如,激光数组的大小及所发出的激光束数量可加以改变、薄膜接面的强度吸收分布模型可加以改变、光栅面可以其它光学零件替代、激光源与薄膜材料的组合亦可做改变等。总之,凡可藉由本发明的技术内容说明轻易推导出的实施例皆属于本发明的精神范围,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其中一晶体薄膜层贴附于一蓝宝石基材之上,其特征在于该方法至少包括以下步骤提供一激光数组在该蓝宝石基材的上方,且该激光数组发出的激光得至少部份穿透该蓝宝石基材、且能为该晶体薄膜层吸收者;以该激光数组透过该蓝宝石基材而照射该晶体薄膜层;以及分开该蓝宝石基材与该晶体薄膜层。
2.根据权利要求1所述的氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其特征在于其中所述的激光的波长约为327奈米。
3.根据权利要求1所述的氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其特征在于其中所述的照射晶体薄膜层是照射在该蓝宝石基材与该晶体薄膜层的接面上。
4.根据权利要求1所述的氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其特征在于其中所述的激光数组为任意数组形式的激光。
5.一种氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其中该薄膜位于该基材的上方,其特征在于该方法至少包括以下步骤提供一激光数组在该基材的上方,且该激光数组发出的激光得至少部份穿透该基材、且能为该薄膜层吸收;以该激光数组透过该基材照射该薄膜层;以及分开该基材与该薄膜层。
6.根据权利要求5所述的氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其特征在于其中所述的薄膜层的吸收是为该基材与该与该薄膜层的接面上的吸收。
7.根据权利要求5所述的氮化镓系垂直发光二极管基材与薄膜分离的方法,其特征在于其中所述的激光数组为任意数组形式的激光。
8.一种氮化镓系垂直发光二极管结构,其特征在于其包括一金属基材;一金属反射层,位于该金属基材上;一p型氮化镓层,位于该金属反射层上;一主动层,位于该p型氮化镓系层上;以及一n型氮化镓系层,位于该主动层上,其中该p型氮化镓系层与该n型氮化镓层的位置可互换。
9.根据权利要求8所述的氮化镓系垂直发光二极管结构,其特征在于其中所述的金属基材至少为CuW,而该金属反射层至少为Ag,Al和Rh。
全文摘要
本发明是关于一种氮化镓系垂直发光二极管结构及其基材与薄膜分离的方法。该结构包含一用以对光加以反射的金属反射层,其中基材与薄膜分离的方法步骤为提供一激光数组在该基材的上方,且该激光数组发出的激光得至少部分穿透该基材、且能为该薄膜层吸收;以该激光数组透过该蓝宝石基材照射该薄膜层;及分离该基材与该薄膜层。本发明可以降低垂直发光二极管结构制造时薄膜与过渡基材间加以雷射分离的不均匀热应力及融解程度问题,使薄膜面不存在热应力问题而更可均匀脱离与过渡基材间是贴附,从而更加适于实用。
文档编号H01L33/00GK1661817SQ20041000638
公开日2005年8月31日 申请日期2004年2月27日 优先权日2004年2月27日
发明者洪详峻, 赖穆人 申请人:炬鑫科技股份有限公司
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