专利名称：发光二极管的基板构造的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管的基板构造，尤指一种以蓝宝石(Sapphire)为基板而可发射蓝光的发光二极管构造，不仅可大幅缩小蓝宝石基板的使用厚度，也可简化其后续研磨制造程序，并提高生产优良率。
发光二极管(LED；light-Emitting Diode)自从50年代发展至今，由于具备有寿命长、体积小、发热量低、耗电量小、反应速度快及单性光发光的特性及优点，所以在短短几十年间，发光二极管已经应用在各种日常生活产品及仪器设备中，凡是电脑外围设备、时钟显示器、广告板、交通号志灯、通讯业、或消费电子产品中都可发现发光二极管的大量使用证据，而此产品应用范围的广泛不得不令人咋舌。尤其是当蓝光发光二极管问世后，红、绿、蓝三色光先后都已先后被研究开发制造成功，故可组合成一全彩化的完整基本结构，不仅在色彩上更显多变以便利用，即使应用在取代传统白热照明光源上也让人精神振奋。
现今在蓝光发光二极管的制作上，主要可分为以蓝宝石基板(Sapphire)或以碳化硅基板(SiC)为两大主轴，但由于蓝宝石基板的亮度、对比等物理特性上或导电率等电性能上都比碳化硅基板来的出色，其可期待性及未来发展性当然也就相对高于碳化硅基板。
请参阅
图1及图2所示的传统蓝宝石基板与缓冲薄膜层构造和以蓝宝石为基板的发光二极管构造剖视图；一般蓝光发光二极管的主要构造是在蓝宝石基板10上形成一缓冲薄膜层12，例如氮化镓(GaN)薄膜层，再在氮化镓薄膜层12上溅镀或蒸镀一具有p-n界面而可发射蓝色光源的发光二极管(LED)磊晶层14，由于蓝宝石基扳10为一绝缘体，所以只能选择在LED磊晶层14的顶层上再个别镀上同平面的第一电极(正面电极)16及第二电极(负面电极)18，而成为平面式发光二极管。
而在制作流程上，为了在蓝宝石基板10上可方便溅镀或蒸镀一发光二极管(LED)磊晶层14，所以首先会在蓝宝石基板10上形成一缓冲薄膜层12，例如氮化镓(GaN)薄膜层。但由于该缓冲薄膜层12在退火冷却时，常常会因为其物理特性关系而对蓝宝石基板10施予一作用应力(如虚线所示)，若使用的蓝宝石基板10厚度(H10)未超过一定量时(约为300μm，真正厚度临界值与缓冲薄膜层的厚度H11有关)，则无法阻挡住该施予应力，所以会在蓝宝石基板10上形成一道道破裂隙缝104，造成蓝宝石基板10的生产不良率。所以，现在一般在批量生产时，基板厚度H1都大致高于300微米，而H11则约为3～4微米，所以其H1与H11的厚度比例约为100∶1。
而如此厚度的蓝宝石基板10，在后续以钻石或激光切割成晶粒过程中将碰上非常大的困难，因为不管是使用激光切割或钻石切割都难以切割如此厚度的基板，所以，一般在切割制造程序前，必须先利用如钻石等高硬度材质研磨该蓝宝石基板10约近200μm厚度以上，如此不仅造成资源的浪费及成本的提升，更徙增制造程序上的麻烦。
因此，如何针对上述问题而提出一种新颖的发光二极管基板构造，不仅可大幅降低蓝宝石基板的厚度大小，以节省成本支出及简化研磨制造程序，又可相对提高其产品优良率，长久以来一直是使用者的殷切盼望。
本发明的主要目的是提供一种发光二极管的基板构造，在蓝宝石的上下两层分别形成一厚度近似或完全相同的氮化镓薄膜层，可在一起退火冷却时将所形成而施予基板上的应力相互抵销，因此其所需的基板厚度将可大幅降低，不仅可预防蓝宝石基板的可能破裂憾事发生，以提高产品生产优良率，也可藉此节省基板材料使用及成本支出。
本发明的次要目的是提供一种发光二极管的基板构造，可将所需的基板厚度大幅降低，不仅可相对简化其后续研磨基板的麻烦制造程序，也可相对简化其切割制造程序，以提升其产品优良率。
本发明的目的是这样实现的其主要构造包括有一蓝宝石基板；一形成在该蓝宝石基板顶层的第一氮化镓(GaN)薄膜层；以及一形成在该蓝宝石基板底层的第二氮化镓薄膜层，该第二氮化镓薄膜层可在退火冷却时将产生与第一氮化镓薄膜层所生应力方向相反的应力。
其中第一氮化镓薄膜层与第二氮化镓薄膜层的厚度是相同的。
其中该蓝宝石基板的厚度大于0微米但不大于150微米。
本发明的目的还可以是这样实现的其主要构造包括有一基板；一形成在该基板顶层的缓冲薄膜层；以及一形成在该基板底层的抗力薄膜层，该抗力薄膜层可在退火冷却时将产生与该缓冲薄膜层所产生应力方向相反的应力。
其中该缓冲薄膜层为一氮化镓(GaN)薄膜层。
其中该抗力薄膜层为一氮化镓(GaN)薄膜层。
其中上下两氮化镓薄膜层的厚度是相同的。
其中该蓝宝石基板的厚度大于0微米但不大于150微米。
其中该抗力薄膜层是一导电材质制成的。
其中该抗力薄膜层是一非金属导电材质制成的。
其中该缓冲薄膜层与抗力薄膜层的厚度是相近似的。
其中该基板是一蓝宝石材质所制成的。
本实用新型是一种发光二极管的基板构造，尤指一种以蓝宝石为基板而可发射蓝光的发光二极管构造，其主要是在蓝宝石基板的上下两层先后个别形成一厚度相似或完全相同的缓冲薄膜层及抗力薄膜层，而两薄膜层在同一环境下再一起退火冷却，所以其对蓝宝石基板所产生的作用应力将会是相同但方向相反，作用在蓝宝石基板上的合应力将会明显降低，甚至相互抵销而无作用力，藉此不仅大幅缩小基板的使用厚度，也可简化其后续的基板研磨制造程序，并提高生产优良率。
下面以较佳实施例及附图，详细说明本发明的结构及功效图1是传统蓝宝石基板与缓冲薄膜层的构造剖视图；图2是传统以蓝宝石为基板的发光二极管构造剖视图3及图4是本发明在制做蓝宝石基板时的各制造程序步骤构造剖视图；图5是本发明另一实施例构造示意图；图6是利用本发明基板所完成的发光二极管构造剖视图。
首先，请参阅图3及图4所示的本发明在制作蓝宝石基板时的一较佳实施例流程构造示意图；如图所示，首先可选用一厚度(H2)要比传统为小的蓝宝石基板20，并在蓝宝石基板20一表面上以溅镀或蒸镀等方式形成一抗力薄膜层224，如图3所示。之后，将此基板垂直翻转，而让抗力薄膜层224成为蓝宝石基板20的底层下，且立即在蓝宝石基板20的顶层表面上同样以溅镀或蒸镀等方式形成一可方便发光二极管磊晶层形成的缓冲薄膜层222，例如氮化镓(GaN)薄膜层，如图4所示。
由于，此时作用反应室内还是处在高温状态，所以基本上缓冲薄膜层222或抗力薄膜层224单独对蓝宝石基板20所产生作用应力相比较在退火冷却时所产生及影响者相差甚多，因此可相对忽略之。而缓冲薄膜层222或抗力薄膜层224的材料选用及形成厚度大小(分别为H3及H4)上都可事先实验设计所得，主要是选用在退火冷却时可得到一大小相当但方向相反的作用应力。如此当一起退火冷却时，其作用在蓝宝石基板20上下两边的作用应力将可互相抵销而大幅降低其合应力产生，甚至可将合应力完全消退于无形，因此，蓝宝石基板20的厚度(H2)将可大幅缩小，通常不大于150微米(μm)，甚至小于100μm，如此无需再利用钻石等高硬度物质来研磨蓝宝石基板10厚度的制造程序，当然也就方便事后欲切割成晶粒时的制造程序。
再者，请参阅图5所示的本发明另一实施例构造示意图；由于本发明主要应用在于蓝光发光二极管基板上，所以其缓冲薄膜层为一氮化镓(GaN)薄膜层226，而为使其冷却退火时所产生的应力完全可被相互抵销，所以其抗力薄膜层也可选用相同的氮化镓(GaN)薄膜层228，而且其厚度(H31及H32)完全相同，所以在同样的冷却环境下，其所产生的作用在蓝宝石基板20的应力将会是完全相同但方向相反，因此其合应力即可完全消失于无形，并致使其蓝宝石基板20的厚度(H2)即可大幅缩小且确保其产品优良率。
最后，请参阅图6，其为利用本发明蓝宝石基板所完成的发光二极管构造剖视图；如图所示，利用本发明先前完成的蓝宝石基板20、第一GaN薄膜层226及第二GaN薄膜层228，再在第一氮化镓薄膜层226上溅镀或蒸镀一具有p-n界面(或n-p界面，如括号所示)而可发射蓝色光源的发光二极管(LED)磊晶层24，由于蓝宝石基扳20为一绝缘体，所以只能选择在LED磊晶层24的顶层上再个别镀上同平面的第一电极(正面电极)26及第二电极(负面电极)28，而成为一平面式蓝光发光二极管。
另外，在此值得一提的是，利用本发明完成的蓝宝石基板、缓冲薄膜层及抗力薄膜层，也可经过另一通道蚀刻设计而成为一直立式的蓝光发光二极管，如此即可大幅降低发光二极管的作用面积，所以，其抗力薄膜层必须为一导电材质制成，尤其是用非金属导电材质制成更佳，而此类技术已同时在另一专利申请中，故在此不再赘述。
综上所述，本发明是一种发光二极管的基板构造，尤指一种以蓝宝石(Sapphire)为基板而可发射蓝光的发光二极管构造改进，不仅可大幅缩小蓝宝石基板的长晶厚度，也可简化其后续研磨基板及切割晶粒的制造程序，并提高生产优良率。
但是，以上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，例如其蓝宝石基板并非一定要不大于100微米，且其基板也非一定要使用蓝宝石材质，或在其它薄膜层上增加其它如SiC、AIN、SiO2、InGaN、SnO2、AIInGaP层等，凡是依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括在本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种发光二极管的基板构造，其特征在于其主要构造包括有一蓝宝石基板；一形成在该蓝宝石基板顶层的第一氮化镓(GaN)薄膜层；以及一形成在该蓝宝石基板底层的第二氮化镓薄膜层，该第二氮化镓薄膜层可在退火冷却时将产生与第一氮化镓薄膜层所生应力方向相反的应力。
2.如权利要求1所述的发光二极管的基板构造，其特征在于其中第一氮化镓薄膜层与第二氮化镓薄膜层的厚度是相同的。
3.如权利要求1所述的发光二极管的基板构造，其特征在于其中该蓝宝石基板的厚度大于0微米但不大于150微米。
4.一种发光二极管的基板构造，其特征在于其主要构造包括有一基板；一形成在该基板顶层的缓冲薄膜层；以及一形成在该基板底层的抗力薄膜层，该抗力薄膜层可在退火冷却时将产生与该缓冲薄膜层所产生应力方向相反的应力。
5.如权利要求4所述的发光二极管的基板构造，其特征在于其中该缓冲薄膜层为一氮化镓(GaN)薄膜层。
6.如权利要求5所述的发光二极管的基板构造，其特征在于其中该抗力薄膜层为一氮化镓(GaN)薄膜层。
7.如权利要求6所述的发光二极管的基板构造，其特征在于其中上下两氮化镓薄膜层的厚度是相同的。
8.如权利要求4所述的发光二极管的基板构造，其特征在于其中该蓝宝石基板的厚度大于0微米但不大于150微米。
9.如权利要求4所述的发光二极管的基板构造，其特征在于其中该抗力薄膜层是一导电材质制成的。
10.如权利要求4所述的发光二极管的基板构造，其特征在于其中该抗力薄膜层是一非金属导电材质制成的。
11.如权利要求4所述的发光二极管的基板构造，其特征在于其中该缓冲薄膜层与抗力薄膜层的厚度是相近似的。
12.如权利要求4所述的发光二极管的基板构造，其特征在于其中该基板是为一蓝宝石材质所制成的。
全文摘要
一种发光二极管的基板构造,尤指一种以蓝宝石为基板而可发射蓝光的发光二极管构造,其主要是在蓝宝石基板的上下两层先后个别形成一厚度相似或完全相同的缓冲薄膜层及抗力薄膜层;而两薄膜层在同一环境下再一起退火冷却,所以其对蓝宝石基板所产生的作用应力将会是相同但方向相反,作用在蓝宝石基板上的合应力将会明显降低,甚至相互抵销而无作用力,藉此不仅大幅缩小基板的使用厚度,也可简化其后续的基板研磨制造程序,并提高生产优良率。
文档编号H01L33/00GK1291795SQ9911893
公开日2001年4月18日 申请日期1999年8月30日 优先权日1999年8月30日
发明者庄丰如 申请人:光磊科技股份有限公司