專利名稱：發(fā)光二極管的基板構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，尤指一種以藍(lán)寶石(Sapphire)為基板而可發(fā)射藍(lán)光的發(fā)光二極管構(gòu)造，不僅可大幅縮小藍(lán)寶石基板的使用厚度，也可簡化其后續(xù)研磨制造程序，并提高生產(chǎn)優(yōu)良率。
發(fā)光二極管(LED；light-Emitting Diode)自從50年代發(fā)展至今，由于具備有壽命長、體積小、發(fā)熱量低、耗電量小、反應(yīng)速度快及單性光發(fā)光的特性及優(yōu)點(diǎn)，所以在短短幾十年間，發(fā)光二極管已經(jīng)應(yīng)用在各種日常生活產(chǎn)品及儀器設(shè)備中，凡是電腦外圍設(shè)備、時(shí)鐘顯示器、廣告板、交通號(hào)志燈、通訊業(yè)、或消費(fèi)電子產(chǎn)品中都可發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管的大量使用證據(jù)，而此產(chǎn)品應(yīng)用范圍的廣泛不得不令人咋舌。尤其是當(dāng)藍(lán)光發(fā)光二極管問世后，紅、綠、藍(lán)三色光先后都已先后被研究開發(fā)制造成功，故可組合成一全彩化的完整基本結(jié)構(gòu)，不僅在色彩上更顯多變以便利用，即使應(yīng)用在取代傳統(tǒng)白熱照明光源上也讓人精神振奮。
現(xiàn)今在藍(lán)光發(fā)光二極管的制作上，主要可分為以藍(lán)寶石基板(Sapphire)或以碳化硅基板(SiC)為兩大主軸，但由于藍(lán)寶石基板的亮度、對(duì)比等物理特性上或?qū)щ娐实入娦阅苌隙急忍蓟杌鍋淼某錾?，其可期待性及未來發(fā)展性當(dāng)然也就相對(duì)高于碳化硅基板。
請(qǐng)參閱

圖1及圖2所示的傳統(tǒng)藍(lán)寶石基板與緩沖薄膜層構(gòu)造和以藍(lán)寶石為基板的發(fā)光二極管構(gòu)造剖視圖；一般藍(lán)光發(fā)光二極管的主要構(gòu)造是在藍(lán)寶石基板10上形成一緩沖薄膜層12，例如氮化鎵(GaN)薄膜層，再在氮化鎵薄膜層12上濺鍍或蒸鍍一具有p-n界面而可發(fā)射藍(lán)色光源的發(fā)光二極管(LED)磊晶層14，由于藍(lán)寶石基扳10為一絕緣體，所以只能選擇在LED磊晶層14的頂層上再個(gè)別鍍上同平面的第一電極(正面電極)16及第二電極(負(fù)面電極)18，而成為平面式發(fā)光二極管。
而在制作流程上，為了在藍(lán)寶石基板10上可方便濺鍍或蒸鍍一發(fā)光二極管(LED)磊晶層14，所以首先會(huì)在藍(lán)寶石基板10上形成一緩沖薄膜層12，例如氮化鎵(GaN)薄膜層。但由于該緩沖薄膜層12在退火冷卻時(shí)，常常會(huì)因?yàn)槠湮锢硖匦躁P(guān)系而對(duì)藍(lán)寶石基板10施予一作用應(yīng)力(如虛線所示)，若使用的藍(lán)寶石基板10厚度(H10)未超過一定量時(shí)(約為300μm，真正厚度臨界值與緩沖薄膜層的厚度H11有關(guān))，則無法阻擋住該施予應(yīng)力，所以會(huì)在藍(lán)寶石基板10上形成一道道破裂隙縫104，造成藍(lán)寶石基板10的生產(chǎn)不良率。所以，現(xiàn)在一般在批量生產(chǎn)時(shí)，基板厚度H1都大致高于300微米，而H11則約為3～4微米，所以其H1與H11的厚度比例約為100∶1。
而如此厚度的藍(lán)寶石基板10，在后續(xù)以鉆石或激光切割成晶粒過程中將碰上非常大的困難，因?yàn)椴还苁鞘褂眉す馇懈罨蜚@石切割都難以切割如此厚度的基板，所以，一般在切割制造程序前，必須先利用如鉆石等高硬度材質(zhì)研磨該藍(lán)寶石基板10約近200μm厚度以上，如此不僅造成資源的浪費(fèi)及成本的提升，更徙增制造程序上的麻煩。
因此，如何針對(duì)上述問題而提出一種新穎的發(fā)光二極管基板構(gòu)造，不僅可大幅降低藍(lán)寶石基板的厚度大小，以節(jié)省成本支出及簡化研磨制造程序，又可相對(duì)提高其產(chǎn)品優(yōu)良率，長久以來一直是使用者的殷切盼望。
本發(fā)明的主要目的是提供一種發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，在藍(lán)寶石的上下兩層分別形成一厚度近似或完全相同的氮化鎵薄膜層，可在一起退火冷卻時(shí)將所形成而施予基板上的應(yīng)力相互抵銷，因此其所需的基板厚度將可大幅降低，不僅可預(yù)防藍(lán)寶石基板的可能破裂憾事發(fā)生，以提高產(chǎn)品生產(chǎn)優(yōu)良率，也可藉此節(jié)省基板材料使用及成本支出。
本發(fā)明的次要目的是提供一種發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，可將所需的基板厚度大幅降低，不僅可相對(duì)簡化其后續(xù)研磨基板的麻煩制造程序，也可相對(duì)簡化其切割制造程序，以提升其產(chǎn)品優(yōu)良率。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的其主要構(gòu)造包括有一藍(lán)寶石基板；一形成在該藍(lán)寶石基板頂層的第一氮化鎵(GaN)薄膜層；以及一形成在該藍(lán)寶石基板底層的第二氮化鎵薄膜層，該第二氮化鎵薄膜層可在退火冷卻時(shí)將產(chǎn)生與第一氮化鎵薄膜層所生應(yīng)力方向相反的應(yīng)力。
其中第一氮化鎵薄膜層與第二氮化鎵薄膜層的厚度是相同的。
其中該藍(lán)寶石基板的厚度大于0微米但不大于150微米。
本發(fā)明的目的還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的其主要構(gòu)造包括有一基板；一形成在該基板頂層的緩沖薄膜層；以及一形成在該基板底層的抗力薄膜層，該抗力薄膜層可在退火冷卻時(shí)將產(chǎn)生與該緩沖薄膜層所產(chǎn)生應(yīng)力方向相反的應(yīng)力。
其中該緩沖薄膜層為一氮化鎵(GaN)薄膜層。
其中該抗力薄膜層為一氮化鎵(GaN)薄膜層。
其中上下兩氮化鎵薄膜層的厚度是相同的。
其中該藍(lán)寶石基板的厚度大于0微米但不大于150微米。
其中該抗力薄膜層是一導(dǎo)電材質(zhì)制成的。
其中該抗力薄膜層是一非金屬導(dǎo)電材質(zhì)制成的。
其中該緩沖薄膜層與抗力薄膜層的厚度是相近似的。
其中該基板是一藍(lán)寶石材質(zhì)所制成的。
本實(shí)用新型是一種發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，尤指一種以藍(lán)寶石為基板而可發(fā)射藍(lán)光的發(fā)光二極管構(gòu)造，其主要是在藍(lán)寶石基板的上下兩層先后個(gè)別形成一厚度相似或完全相同的緩沖薄膜層及抗力薄膜層，而兩薄膜層在同一環(huán)境下再一起退火冷卻，所以其對(duì)藍(lán)寶石基板所產(chǎn)生的作用應(yīng)力將會(huì)是相同但方向相反，作用在藍(lán)寶石基板上的合應(yīng)力將會(huì)明顯降低，甚至相互抵銷而無作用力，藉此不僅大幅縮小基板的使用厚度，也可簡化其后續(xù)的基板研磨制造程序，并提高生產(chǎn)優(yōu)良率。
下面以較佳實(shí)施例及附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及功效圖1是傳統(tǒng)藍(lán)寶石基板與緩沖薄膜層的構(gòu)造剖視圖；圖2是傳統(tǒng)以藍(lán)寶石為基板的發(fā)光二極管構(gòu)造剖視圖3及圖4是本發(fā)明在制做藍(lán)寶石基板時(shí)的各制造程序步驟構(gòu)造剖視圖；圖5是本發(fā)明另一實(shí)施例構(gòu)造示意圖；圖6是利用本發(fā)明基板所完成的發(fā)光二極管構(gòu)造剖視圖。
首先，請(qǐng)參閱圖3及圖4所示的本發(fā)明在制作藍(lán)寶石基板時(shí)的一較佳實(shí)施例流程構(gòu)造示意圖；如圖所示，首先可選用一厚度(H2)要比傳統(tǒng)為小的藍(lán)寶石基板20，并在藍(lán)寶石基板20一表面上以濺鍍或蒸鍍等方式形成一抗力薄膜層224，如圖3所示。之后，將此基板垂直翻轉(zhuǎn)，而讓抗力薄膜層224成為藍(lán)寶石基板20的底層下，且立即在藍(lán)寶石基板20的頂層表面上同樣以濺鍍或蒸鍍等方式形成一可方便發(fā)光二極管磊晶層形成的緩沖薄膜層222，例如氮化鎵(GaN)薄膜層，如圖4所示。
由于，此時(shí)作用反應(yīng)室內(nèi)還是處在高溫狀態(tài)，所以基本上緩沖薄膜層222或抗力薄膜層224單獨(dú)對(duì)藍(lán)寶石基板20所產(chǎn)生作用應(yīng)力相比較在退火冷卻時(shí)所產(chǎn)生及影響者相差甚多，因此可相對(duì)忽略之。而緩沖薄膜層222或抗力薄膜層224的材料選用及形成厚度大小(分別為H3及H4)上都可事先實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所得，主要是選用在退火冷卻時(shí)可得到一大小相當(dāng)?shù)较蛳喾吹淖饔脩?yīng)力。如此當(dāng)一起退火冷卻時(shí)，其作用在藍(lán)寶石基板20上下兩邊的作用應(yīng)力將可互相抵銷而大幅降低其合應(yīng)力產(chǎn)生，甚至可將合應(yīng)力完全消退于無形，因此，藍(lán)寶石基板20的厚度(H2)將可大幅縮小，通常不大于150微米(μm)，甚至小于100μm，如此無需再利用鉆石等高硬度物質(zhì)來研磨藍(lán)寶石基板10厚度的制造程序，當(dāng)然也就方便事后欲切割成晶粒時(shí)的制造程序。
再者，請(qǐng)參閱圖5所示的本發(fā)明另一實(shí)施例構(gòu)造示意圖；由于本發(fā)明主要應(yīng)用在于藍(lán)光發(fā)光二極管基板上，所以其緩沖薄膜層為一氮化鎵(GaN)薄膜層226，而為使其冷卻退火時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力完全可被相互抵銷，所以其抗力薄膜層也可選用相同的氮化鎵(GaN)薄膜層228，而且其厚度(H31及H32)完全相同，所以在同樣的冷卻環(huán)境下，其所產(chǎn)生的作用在藍(lán)寶石基板20的應(yīng)力將會(huì)是完全相同但方向相反，因此其合應(yīng)力即可完全消失于無形，并致使其藍(lán)寶石基板20的厚度(H2)即可大幅縮小且確保其產(chǎn)品優(yōu)良率。
最后，請(qǐng)參閱圖6，其為利用本發(fā)明藍(lán)寶石基板所完成的發(fā)光二極管構(gòu)造剖視圖；如圖所示，利用本發(fā)明先前完成的藍(lán)寶石基板20、第一GaN薄膜層226及第二GaN薄膜層228，再在第一氮化鎵薄膜層226上濺鍍或蒸鍍一具有p-n界面(或n-p界面，如括號(hào)所示)而可發(fā)射藍(lán)色光源的發(fā)光二極管(LED)磊晶層24，由于藍(lán)寶石基扳20為一絕緣體，所以只能選擇在LED磊晶層24的頂層上再個(gè)別鍍上同平面的第一電極(正面電極)26及第二電極(負(fù)面電極)28，而成為一平面式藍(lán)光發(fā)光二極管。
另外，在此值得一提的是，利用本發(fā)明完成的藍(lán)寶石基板、緩沖薄膜層及抗力薄膜層，也可經(jīng)過另一通道蝕刻設(shè)計(jì)而成為一直立式的藍(lán)光發(fā)光二極管，如此即可大幅降低發(fā)光二極管的作用面積，所以，其抗力薄膜層必須為一導(dǎo)電材質(zhì)制成，尤其是用非金屬導(dǎo)電材質(zhì)制成更佳，而此類技術(shù)已同時(shí)在另一專利申請(qǐng)中，故在此不再贅述。
綜上所述，本發(fā)明是一種發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，尤指一種以藍(lán)寶石(Sapphire)為基板而可發(fā)射藍(lán)光的發(fā)光二極管構(gòu)造改進(jìn)，不僅可大幅縮小藍(lán)寶石基板的長晶厚度，也可簡化其后續(xù)研磨基板及切割晶粒的制造程序，并提高生產(chǎn)優(yōu)良率。
但是，以上所述，僅為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，例如其藍(lán)寶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藍(lán)寶石材質(zhì)，或在其它薄膜層上增加其它如SiC、AIN、SiO2、InGaN、SnO2、AIInGaP層等，凡是依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應(yīng)包括在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，其特征在于其主要構(gòu)造包括有一藍(lán)寶石基板；一形成在該藍(lán)寶石基板頂層的第一氮化鎵(GaN)薄膜層；以及一形成在該藍(lán)寶石基板底層的第二氮化鎵薄膜層，該第二氮化鎵薄膜層可在退火冷卻時(shí)將產(chǎn)生與第一氮化鎵薄膜層所生應(yīng)力方向相反的應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，其特征在于其中第一氮化鎵薄膜層與第二氮化鎵薄膜層的厚度是相同的。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，其特征在于其中該藍(lán)寶石基板的厚度大于0微米但不大于150微米。
4.一種發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，其特征在于其主要構(gòu)造包括有一基板；一形成在該基板頂層的緩沖薄膜層；以及一形成在該基板底層的抗力薄膜層，該抗力薄膜層可在退火冷卻時(shí)將產(chǎn)生與該緩沖薄膜層所產(chǎn)生應(yīng)力方向相反的應(yīng)力。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，其特征在于其中該緩沖薄膜層為一氮化鎵(GaN)薄膜層。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，其特征在于其中該抗力薄膜層為一氮化鎵(GaN)薄膜層。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，其特征在于其中上下兩氮化鎵薄膜層的厚度是相同的。
8.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，其特征在于其中該藍(lán)寶石基板的厚度大于0微米但不大于150微米。
9.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，其特征在于其中該抗力薄膜層是一導(dǎo)電材質(zhì)制成的。
10.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，其特征在于其中該抗力薄膜層是一非金屬導(dǎo)電材質(zhì)制成的。
11.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，其特征在于其中該緩沖薄膜層與抗力薄膜層的厚度是相近似的。
12.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管的基板構(gòu)造，其特征在于其中該基板是為一藍(lán)寶石材質(zhì)所制成的。
全文摘要
一種發(fā)光二極管的基板構(gòu)造,尤指一種以藍(lán)寶石為基板而可發(fā)射藍(lán)光的發(fā)光二極管構(gòu)造,其主要是在藍(lán)寶石基板的上下兩層先后個(gè)別形成一厚度相似或完全相同的緩沖薄膜層及抗力薄膜層;而兩薄膜層在同一環(huán)境下再一起退火冷卻,所以其對(duì)藍(lán)寶石基板所產(chǎn)生的作用應(yīng)力將會(huì)是相同但方向相反,作用在藍(lán)寶石基板上的合應(yīng)力將會(huì)明顯降低,甚至相互抵銷而無作用力,藉此不僅大幅縮小基板的使用厚度,也可簡化其后續(xù)的基板研磨制造程序,并提高生產(chǎn)優(yōu)良率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1291795SQ9911893
公開日2001年4月18日 申請(qǐng)日期1999年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月30日
發(fā)明者莊豐如 申請(qǐng)人:光磊科技股份有限公司