專利名稱：高發(fā)光效率的發(fā)光元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件的制造方法，特別是涉及一種高發(fā)光效率發(fā)光元件的制造方法。
背景技術(shù)：
氮化物發(fā)光元件的發(fā)展應(yīng)用相當(dāng)廣泛且極具重要性，其應(yīng)用包括標(biāo)志燈源、電子產(chǎn)品背光源、戶外全彩看板、白光照明、紫外光及高容量光驅(qū)應(yīng)用等。
在氮化物發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)中，藍(lán)寶石(sapphire)及碳化硅(SiC)為其基板的主要材料。在氮化物發(fā)光元件的工藝中，包括以晶片作為基板并于其上形成發(fā)光疊層，再將該晶片切割成芯片的工藝。傳統(tǒng)的切割方法利用一鉆石刀作為切割工具，于基板面先行切割后，再進(jìn)行斷裂工藝。然而藍(lán)寶石基板及碳化硅基板在硬度及強(qiáng)度上皆遠(yuǎn)高于一般的III-V族基板(例如硅基板或砷化鎵基板)，因此切割不易而耗時，再者，鉆石刀耗損率也非常大，使成本相對提高。
另一種晶片切割成芯片的方法是利用激光束的高能量密度，將基板中原子與原子的鍵結(jié)裂解，來達(dá)到切割并分離晶片的目的。然而在激光切割的工藝中，因激光束的高能量密度所產(chǎn)生的局部高溫，使基板晶體鍵結(jié)裂解后于切割道上堆積許多副產(chǎn)物，該副產(chǎn)物會吸收發(fā)光元件所發(fā)出的光線，進(jìn)而降低芯片的出光效率。因此于激光切割后如何有效去除副產(chǎn)物，以提升芯片的出光效率，為改善發(fā)光元件性能的一重要課題。
美國專利第5,631,190號揭露一種以干式蝕刻(dry etching)清除激光切割碳化硅基板時所產(chǎn)生副產(chǎn)物的方法。當(dāng)激光切穿元件至碳化硅基板時，不僅會破壞元件特性，也會在元件表面堆積切割時所產(chǎn)生的副產(chǎn)品。而在使用干式蝕刻清理副產(chǎn)品時，除了造成干式蝕刻傷害，影響產(chǎn)品特性，也易造成破片產(chǎn)生，降低產(chǎn)品成品率。
美國專利第6,849,524號中揭露一種含氫氧化鉀(KOH)的蝕刻液的濕式蝕刻法，以去除激光切刻藍(lán)寶石基板后產(chǎn)生的副產(chǎn)物。此副產(chǎn)物包括激光燒蝕(laser ablation)藍(lán)寶石基板后所噴濺的碎片(debris)及再熔融的氧化鋁熔渣(slag)。此方法在激光切割前會先鍍一層保護(hù)層在切割面以防止噴濺的碎片傷害切割面，再以氫氧化鉀的蝕刻液去除激光切刻藍(lán)寶石基板后產(chǎn)生的副產(chǎn)物，但是此種清除工藝無法有效的去除再熔融的氧化鋁熔渣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一高發(fā)光效率的發(fā)光元件制造方法，其步驟包括以一激光束切割一具發(fā)光元件的晶片，以及于一不小于200℃的清洗溫度下，以一酸性溶液清洗該晶片，以清除激光束切割該晶片時所產(chǎn)生且堆積在發(fā)光元件的副產(chǎn)物。該發(fā)光元件以該晶片作為基板，并于該基板上形成一發(fā)光疊層。以酸性溶液清除激光束造成的副產(chǎn)物，可避免發(fā)光元件產(chǎn)生的光線為副產(chǎn)物所吸收，因此能大幅提升發(fā)光元件的亮度。而且，酸性溶液能快速清除堆積在發(fā)光元件上的副產(chǎn)物，大幅減少清除所花費的時間，并可避免傳統(tǒng)干式蝕刻所造成的破片問題，以提升產(chǎn)品的成品率。


圖1A為一示意圖，顯示依本發(fā)明一優(yōu)選實施例制造的高發(fā)光效率的發(fā)光元件；圖1B顯示本發(fā)明一優(yōu)選實施例制造的高發(fā)光效率的發(fā)光元件的掃描式電子顯微鏡圖；圖1C顯示本發(fā)明一優(yōu)選實施例制造的高發(fā)光效率的發(fā)光元件的掃描式電子顯微鏡圖；圖2A顯示本發(fā)明一優(yōu)選實施例制造的高發(fā)光效率的發(fā)光元件的掃描式電子顯微鏡圖；圖2B顯示本發(fā)明一優(yōu)選實施例制造的高發(fā)光效率的發(fā)光元件的掃描式電子顯微鏡圖；圖2C顯示本發(fā)明一優(yōu)選實施例制造的高發(fā)光效率的發(fā)光元件的掃描式電子顯微鏡圖；圖3為本發(fā)明酸性溶液在不同溫度與清洗時間的關(guān)系圖；圖4為一示意圖，顯示依本發(fā)明一優(yōu)選實施例制造的高發(fā)光效率的發(fā)光元件。
簡單符號說明10基板101 切割道11副產(chǎn)物111 切割道內(nèi)的副產(chǎn)物112 切割道上的副產(chǎn)物12發(fā)光疊層13第一保護(hù)層20基板201 切割道21副產(chǎn)物211 切割道內(nèi)的副產(chǎn)物212 切割道上的副產(chǎn)物22發(fā)光疊層23第三保護(hù)層具體實施方式
請參考圖1A-1C，依本發(fā)明一優(yōu)選實施例的高發(fā)光效率的發(fā)光元件1的制造方法，其步驟包括于一具一第一上表面及一第一下表面的基板10的第一上表面上形成一發(fā)光疊層12，其中該發(fā)光疊層包括一第二上表面及一第二下表面，且該第二下表面朝向該基板10、于發(fā)光疊層第二上表面涂布一第一保護(hù)層13、從基板下表面以一激光束切割該發(fā)光元件1、以及將該具有第一保護(hù)層13的發(fā)光元件1置入一加熱狀態(tài)的酸性溶液中一段時間，通過該熱酸性溶液，將副產(chǎn)物清除。本實施例中激光束切割發(fā)光元件的工藝以波長小于365nm的激光束，對基板的第一下表面進(jìn)行切割，產(chǎn)生切割道101。切割所造成的副產(chǎn)物11會堆積于切割道101內(nèi)及基板第一下表面處的切割道周圍，包括堆積于切割道內(nèi)的第一副產(chǎn)物111及基板第一下表面處的切割道周圍的第二副產(chǎn)物112。請參考圖1B所示為本發(fā)明實施例的發(fā)光元件1經(jīng)激光束切割后的掃描式電子顯微鏡上視圖，于切割道周圍堆積許多副產(chǎn)物。圖1C所示為本發(fā)明實施例的發(fā)光元件1經(jīng)激光束切割后的掃描式電子顯微鏡側(cè)視圖，于A-A’方向切割道上及B-B’方向切割道內(nèi)堆積許多副產(chǎn)物。本實施例中的酸性溶液成分則為含磷酸(H3PO4)及硫酸(H2SO4)的混合溶液，該酸性溶液的操作溫度高于常溫優(yōu)選。另外，于本實施例中亦可于發(fā)光元件的基板10第一下表面涂布一第二保護(hù)層，可進(jìn)一步保護(hù)基板10，避免被酸性溶液傷害。
在磷酸(H3PO4)及硫酸(H2SO4)混合溶液的體積比為2∶1條件下，對不同溫度的酸性溶液，在不同清洗時間下，進(jìn)行移除副產(chǎn)物的實驗。請參考圖2A，在實驗I中，發(fā)光元件1的切割道經(jīng)過酸性溶液清洗后的掃描式電子側(cè)視圖。發(fā)光元件1以酸性溶液在130℃的溫度下清洗10分鐘后，切割道101內(nèi)及基板第一下表面處的切割道周圍所堆積的副產(chǎn)物111及112仍無法被清除。請參考圖2B，在實驗II中，發(fā)光元件1以酸性溶液在240℃的溫度下清洗2分鐘后，于基板第一下表面處的切割道周圍堆積的副產(chǎn)物112已被清除，而切割道101內(nèi)的副產(chǎn)物111仍無法被清除。請參考圖2C，在實驗III中，發(fā)光元件1以酸性溶液在330℃的溫度下清洗1分鐘后，切割道101內(nèi)的副產(chǎn)物111及基板第一下表面處的切割道周圍堆積的副產(chǎn)物112完全被清除。
上述實驗僅為部分的實驗結(jié)果，在經(jīng)過多組實驗后，由結(jié)果可得到圖3，曲線A為移除副產(chǎn)物112的操作條件底限，曲線B為移除副產(chǎn)物111及副產(chǎn)物112的操作條件底限。由圖3得知，清洗程序的操作條件落于圖3第I區(qū)，也就是曲線A以下的操作范圍時，激光切割后的副產(chǎn)物無法被移除。當(dāng)清洗程序的操作條件落于圖3第II區(qū)，也就是曲線A及曲線B之間的操作范圍時，以酸性溶液在200℃以上及250℃以下的清洗溫度進(jìn)行清洗，副產(chǎn)物112可被移除。當(dāng)清洗程序的操作條件落于圖3第III區(qū)，也就是曲線B以上的操作范圍時，以酸性溶液在大于或等于250℃的清洗溫度進(jìn)行清洗，副產(chǎn)物111及112皆可被移除。
該酸性溶液的組成比例可依使用者需求而改變，若使用者希望在較短時間完成，則可調(diào)高硫酸(H2SO4)比例，提升操作溫度，來縮短清洗時間。
該酸性溶液對激光切割后的副產(chǎn)物及基板之間有良好的選擇性，酸性溶液可在不損害基板的狀況下，將大部分的副產(chǎn)物清除，避免酸性溶液破壞元件。
請參考圖4，依本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的高發(fā)光效率的發(fā)光元件2的制造方法，其步驟包括于一具一第三上表面及一第三下表面的基板20的第三上表面形成一發(fā)光疊層22、其中該發(fā)光疊層包括一第四上表面及一第四下表面，且該第四下表面朝向該基板20、于發(fā)光疊層表面涂布一第三保護(hù)層23，該第三保護(hù)層23的厚度約為1～4μm、以一激光束對發(fā)光疊層的第四上表面切割該發(fā)光元件2、以及將該具有第三保護(hù)層的發(fā)光元件2置入一酸性溶液中清洗，以清除激光束切割發(fā)光元件時所產(chǎn)生的副產(chǎn)物。本實施例中激光束切割發(fā)光元件的工藝以波長小于365nm的激光束對基板的第三上表面進(jìn)行切割，產(chǎn)生切割道201。切割所造成的副產(chǎn)品21會堆積于切割道201內(nèi)及切割道周圍，包括堆積于切割道內(nèi)的第三副產(chǎn)物211及切割道周圍的第四副產(chǎn)物212。本實施例中的酸性溶液成分為磷酸(H3PO4)及硫酸(H2SO4)的混合溶液，該酸性溶液的操作溫度高于常溫優(yōu)選，本實施例的溫度約在320℃左右，清洗時間為10-60秒。
于第二實施例中，于發(fā)光元件的基板20的第三下表面涂布一第四保護(hù)層，可進(jìn)一步保護(hù)基板20，避免被酸性溶液傷害。
于第二實施例中，激光束對基板20的第三上表面進(jìn)行切割，產(chǎn)生切割道201，該切割道深度可到達(dá)基板20。
在上述各實施例中，發(fā)光元件在清洗工藝后，可還包括一斷裂工藝，將發(fā)光元件分離為芯片。
在上述各實施例中，第一保護(hù)層13、第二保護(hù)層、第三保護(hù)層23及第四保護(hù)層包括選自金(Au)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、氮化硅(Si3N4)、氧化硅(SiO2)、環(huán)氧樹脂(Epoxy)、光致抗蝕劑(photoresist)所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它替代性材料。
在上述各實施例中，基板1O或20包括選自藍(lán)寶石、SiC、GaN、AlN、ZnO、及MgO所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它替代性材料。
上述各相關(guān)實施例中的發(fā)光疊層包括一第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、一發(fā)光層以及一第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。該第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層可包括選自于AlGaInP、AlInP、GaInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaN、及AlInGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料或其替代性材料。發(fā)光層可包括選自于AlGaInP、AlInP、GaInP、GaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料或其替代性材料。第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層可包括選自于AlGaInP、AlInP、GaInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料或其替代性材料。
雖然本發(fā)明已通過各實施例說明于上，然此等實施例并非用以限制本發(fā)明的范圍。對于本發(fā)明所作的各種修飾與變更，皆不脫本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件的制造方法，包括以一激光束切割一發(fā)光元件，該發(fā)光元件包括一具有第一下表面及第一上表面的基板，以及形成于該基板第一上表面上的一發(fā)光疊層，該發(fā)光疊層包括一第二下表面及一第二上表面，該第二下表面朝向該基板；以及于一不低于200℃的清洗溫度下，以一酸性溶液清洗該發(fā)光元件，清除激光束切割發(fā)光元件時所產(chǎn)生的副產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件的制造方法，其中，該發(fā)光疊層包括一第一半導(dǎo)體層；形成于該第一半導(dǎo)體疊層上的一半導(dǎo)體發(fā)光層；以及形成于該發(fā)光層上的一第二半導(dǎo)體層。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件的制造方法，其中，還包括于該發(fā)光疊層的第二上表面上形成一第一保護(hù)層。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光元件的制造方法，其中該第一保護(hù)層包括選自于金、鉑、鈦、氮化硅、氧化硅、環(huán)氧樹脂、光致抗蝕劑材料所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它替代性材料。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件的制造方法，其中，于一激光束切割一發(fā)光元件步驟中，該激光束切割基板的第一下表面，產(chǎn)生一第一切割道。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件的制造方法，其中，于一激光束切割一發(fā)光元件步驟前，形成一第二保護(hù)層于該基板的第一下表面上。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件的制造方法，其中，于一激光束切割一發(fā)光元件步驟中，該激光束切割基板的第一上表面，產(chǎn)生一第二切割道。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件的制造方法，其中，該第二切割道的深度到達(dá)基板。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件的制造方法，其中，該酸性溶液的成分為一磷酸及硫酸的混合溶液。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光元件的制造方法，其中，該磷酸及硫酸的混合溶液的溫度高于250℃。
11.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件的制造方法，其中，于酸性溶液清洗該發(fā)光元件步驟后，還包括一斷裂步驟。
12.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件的制造方法，其中，該基板包括選自藍(lán)寶石、SiC、GaN、AlN、ZnO、及MgO所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它替代性材料。
全文摘要
一種高發(fā)光效率的發(fā)光元件制造方法，包括利用一激光束照射一含半導(dǎo)體發(fā)光元件的晶片以將晶片切割成芯片，再以濕式酸蝕刻方式清除激光束切割時所產(chǎn)生的副產(chǎn)物(byproduct)。
文檔編號H01L33/00GK1976067SQ200510126939
公開日2007年6月6日 申請日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
發(fā)明者徐大正, 黃忠民, 謝明勛, 楊雅蘭 申請人:晶元光電股份有限公司