利用激光剝離技術制造發光二極管的方法和激光剝離裝置的制作方法

專利名稱：利用激光剝離技術制造發光二極管的方法和激光剝離裝置的制作方法
技術領域：
本公開涉及一種制造發光二極管的方法和用在發光二極管的制造中的激光剝離 裝置，更具體地講，涉及一種利用激光剝離技術以及包括加熱器的激光剝離裝置來制造發 光二極管的方法。
背景技術：
最近幾年，III族氮化物(例如，氮化鎵(GaN)、氮化鋁(A1N)等)的良好的熱穩定 性和直接躍遷型能帶(direct transition type energy band)將眾多注意力吸引到用作 在可見光和紫外光范圍內的發光二極管材料的III族氮化物上。具體地講，InGaN基藍光 發光二極管和InGaN基綠發光二極管被用于多種應用，例如大型自然色平板顯示面板、交 通信號燈、室內照明、高密度光源、高分辨率輸出系統、光通信等。由于難以制造允許半導體層在其上生長的同質基板，因此在晶體結構與通過金屬 有機化學氣相淀積(M0CVD)或分子束外延(MBE)形成的半導體層的晶體結構相似的異質基 板上生長III族氮化物半導體層。通常使用六方形結構的藍寶石基板作為異質基板。然而， 由于藍寶石是電絕緣體，所以藍寶石的使用限制了發光二極管的結構。因而，最近的研究已 經關注能夠使包含氮化物半導體層的外延層在異質基板(例如藍寶石)上生長，之后將異 質基板從外延層上剝離從而制造垂直結構型發光二極管的技術的開發。通常使用激光剝離技術作為將異質基板剝離的方法。在激光剝離技術中，第二基 板結合到生長在異質基板(例如藍寶石基板)上的外延層的頂部，之后輻照激光束穿過藍 寶石基板，以將基板從外延層剝離。在此，從光學角度來說難以形成藍寶石基板大小的激光 束。因而，具有最終芯片尺寸的激光束通常被用于線掃描。根據傳統的技術，當第二基板是藍寶石基板的同質基板，或者具有與藍寶石基板 的熱膨脹系數相似的熱膨脹系數時，可以通過激光束輻照來執行藍寶石基板的剝離，而沒 有太大問題。然而，當第二基板的熱膨脹系數與藍寶石的熱膨脹系數不同時，在利用激光 剝離技術將藍寶石基板剝離期間，常常出現外延層破裂或折斷。此外，第二基板和藍寶石基 板之間的熱膨脹系數的差別常常在將第二基板結合到外延層之后引起藍寶石基板的彎曲 (bowing)。藍寶石基板的彎曲導致激光束沒有聚焦在藍寶石基板的位置處，從而難以準確 地將激光束的能量傳輸到藍寶石基板和外延層之間的界面。

發明內容
本發明的目的在于解決上述傳統技術中的問題，并且一個實施例包括制造發光二 級管的方法，所述方法可以防止在利用激光剝離技術將基板分離期間外延層的破裂和折 斷。另一實施例包括制造發光二極管的方法，所述方法可以減輕生長基板的彎曲，從 而促進在利用激光剝離技術將基板分離期間激光束的聚焦。又一實施例包括一種激光剝離裝置，所述裝置能夠在利用激光剝離技術將基板分
4離期間防止外延層的破裂和折斷。再一實施例包括一種激光剝離裝置，所述裝置能夠減輕生長基板的彎曲，從而促 進在利用激光剝離技術將基板分離期間激光束的聚焦。根據一個方面，提供了一種利用激光剝離技術制造發光二極管的方法。該方法包 括以下步驟使外延層在第一基板上生長，所述外延層包括第一導電類型化合物半導體層、 活性層和第二導電類型化合物半導體層；在高于室溫的第一基板的第一溫度，將與第一基 板的熱膨脹系數不同的第二基板結合到外延層的頂部；在高于室溫但不高于第一溫度的第 一基板的第二溫度，通過使激光束輻照通過第一基板，將第一基板與外延層分離。在傳統的激光剝離技術中，當在第一溫度結合第二基板后，將第一基本冷卻到室 溫，之后通過使激光束輻照通過第一基板而將第一基板與外延層分離。在此，第一基板和第 二基板之間的熱膨脹系數的差別引起第一基板彎曲，并且外延層易于在通過輻照激光束將 第一基板分離期間發生破裂和折斷。相反，根據該方面，在高于室溫的第一基板的第二溫度輻照激光束。因此，隨著第 一基板的彎曲的減輕，可以將第一基板與外延層分離，從而防止外延層的破裂或折斷。同時，可以在輻照激光束前將第一基板加熱到第二溫度。例如，當第二基板結合到 外延層的頂部之后，可以先將第一基板冷卻到室溫。之后，可以通過加熱器將第一基板加熱 到第二溫度。此外，在激光束的輻照期間，可以將第一基板加熱并保持在第二溫度。可選擇 地，當在第一溫度將第二基板結合到外延層之后，可以在第一基板冷卻到室溫之前使激光 束輻照通過第一基板。可以使用熱傳導、對流或輻射來執行對第一基板的加熱。例如，可以使用電阻加熱 器、紅外燈和/或熱風槍來加熱第一基板。這些加熱器可以位于激光剝離裝置內部。如果第一基板是直徑為2英寸的藍寶石基板，第二溫度可以是第一基板的彎曲的 平均值不超過3毫米的溫度。第二溫度可以是第一基板彎曲的平均值不超過1. 5毫米的溫度。第二基板可以通過結合金屬(bonding metal)的共晶結合而結合到外延層，但不 限于此。在此，結合金屬可以是AuSn。在這種情況下，第二溫度可以在200°C 300°C的范 圍內。根據本公開的實施例，外延層的總厚度不超過10 ym。這樣的外延層的總厚度相對 非常小，沒有超過第一基板的厚度的1/10。因此，由外延層和第一基板之間的熱膨脹系數之 間的差別引起的基板的彎曲非常微小而可以被忽略。根據另一方面，提供了一種包括加熱器的激光剝離裝置。該裝置包括激光振蕩 器，發射激光束；工作臺，支撐工作件；加熱器，加熱工作件。工作件可以包括第一基板、生長在第一基板上的外延層以及結合到外延層的第二基板。根據這個方面，可以使用加熱器來加熱第一基板。因此，隨著第一基板的彎曲的減 輕，可以使激光束輻照通過第一基板，因而防止外延層的破裂或折斷的發生。在一個實施例中，加熱器可以是電阻加熱器。此外，工作臺可以包括可移動的主工 作臺和設置在主工作臺上的電阻加熱器。可替換地，電阻加熱器可以設置在主工作臺內部。工作臺還可以包括絕緣件，在主工作臺和電阻加熱器之間；加熱器固定板，位于電阻加熱器上；固定銷，固定加熱器固定板。所述絕緣件、加熱器固定板和/或固定銷可以 由陶瓷或塑料制成。所述絕緣件、加熱器固定板和/或固定銷可以由相同的材料制成。在另一實施例中，加熱器可以是紅外燈或熱風槍。


圖1至圖5是示出根據本公開一個實施例的制造發光二極管的方法中各個過程的 示意性剖視圖；圖6是描繪出根據結合第二基板后的加熱溫度的第一基板彎曲的曲線圖；圖7是根據本公開一個實施例的激光剝離裝置的示意圖；圖8是根據本公開一個實施例的包括電阻加熱器的工作臺的剖視圖；圖9是根據本公開一個實施例的包括紅外燈或熱風槍的工作臺的剖視圖。
具體實施例方式下面將參照附圖來詳細地描述本公開的實施例。以說明的方式給出下面的實施 例，從而將對本發明的徹底的理解傳達給本領域技術人員。因此，應該理解，基于本公開的 其他實施例將是明顯的，并且可以在不脫離本公開范圍的情況下作出系統、工藝或機械的 改變。類似地，應該注意到附圖沒有精確地遵循比例，并且在附圖中，為了清晰起見會夸大 某些尺寸。此外，相同的標號在說明書和附圖中始終表示相同的元件。圖1至圖5示出了根據本公開一個實施例的利用激光剝離技術制造發光二極管的 方法中的各個操作。參照圖1，在第一基板10上形成包括第一導電類型化合物半導體層21、活性層23 和第二導電類型化合物半導體層25的外延層26。第一基板10可以是生長基板(例如藍寶 石基板)，在其上生長外延層26。外延層26可以是通過M0CVD或MBE在第一基板10上生長的氮化鎵基化合物半導 體。盡管沒有在附圖中示出，但是外延層26可以包括緩沖層，該緩沖層用來減輕第一基板 10與生長其上的外延層26之間的晶格錯配。此外，活性層23可以具有單量子井或多量子 井結構。第一導電類型化合物半導體和第二導電類型化合物半導體可以分別是n型半導體 和P型半導體，或者分別是P型半導體和n型半導體。外延層26可以形成為具有小于10 y m的總厚度。外延層26的總厚度比用作生長 基板的第一基板10的厚度要小得多。例如，由于第一基板10的厚度通常為lOOym或者比 100 ym厚，所以外延層26的厚度不超過第一基板10的厚度1/10。如此，外延層26可以形 成為具有小于10 y m的總厚度，從而相對地減小了從外延層26向第一基板10施加的壓力。在真空室中生長外延層26。在生長外延層26之后，將其上具有外延層26的第一 基板10從室中取出，用于后續工藝。參照圖2，將第二基板30結合到外延層26的最上層(例如，第二導電類型化合物 半導體層25)。可以考慮到熱傳導和電傳導等來根據第二基板30的用途對其作出多種選 擇，第二基板30可以是例如硅基板或金屬基板。具體來講，當制造垂直發光二極管時，第二 基板30是導電基板。第二基板30通常具有與第一基板10的熱膨脹系數不同的熱膨脹系 數。
第二基板30可以通過結合金屬31的共晶結合而結合到外延層26。結合金屬31 可以是AuSn，AuSn具有大約330°C的熔點。還可以使用熔點比AuSn的熔點更高的結合金 屬。在外延層26的一側上以及第二基板30的相對側上形成結合金屬31之后，將結合金屬 31加熱到例如約300°C以引發共晶結合，從而將第二基板30結合到外延層26。在形成結合金屬31之前，可以在外延層26上形成反射層27和擴散阻擋層29。反 射層27通過反射由活性層23產生并向第二基板30傳播的光而提高光輸出。反射層27可 以與第二導電類型化合物半導體層25歐姆接觸，并且反射層27可由Al、Ag、Ni、Ph、Pd、Pt、 Ru或它們的合金形成。擴散阻擋層29防止可能由結合金屬31擴散進入反射層27而引起 的反射層27的反射率的劣化。參照圖3，在將第二基板30結合之后，可以首先將第一基板10和第二基板30冷卻 到室溫。之后，將第一基板10放置在激光剝離裝置中，以將第一基板10分離。在輻照激光之前，將第一基板10加熱至高于室溫的第二室溫。在此，考慮到結合 金屬的熔點，第一基板10的溫度(即第二溫度)可以不超過第一溫度(即共晶溫度)。如 果第二溫度超過第一溫度，由于結合金屬的過度熱膨脹，外延層26可能折斷。因此，如果結 合金屬31例如是AuSn，可以將第一基板10加熱到300°C或者低于300°C，優選在200°C 300°C的范圍之內。可以在特別制造的包括加熱裝置(即，在下文描述的加熱器)的激光剝離裝置中 加熱第一基板10。因此，在輻照激光束期間，可以將所述第一基板加熱并保持在第二溫度。 可選擇地，在將第一基板10在激光剝離裝置外部加熱之后，可以在將第一基板10冷卻到室 溫之前將其移到激光剝離裝置內。然后，參照圖4，使激光束輻照通過第一基板10，以將第一基板10與外延層26分 離。在此，第一基板10的溫度比室溫高，并且沒有超過第一溫度。因此，由于第一基板10 和第二基板30之間的熱膨脹系數的差別而施加到第一基板10或第二基板30的壓力得到 減輕。結果，可以減輕第一基板10的彎曲，從而促進激光束的聚焦，并且可以在將第一基板 10部分分離期間防止外延層26破裂或折斷。參照圖5，在將第一基板10分離之后，在第一導電類型化合物半導體層21的暴露 的表面上形成電極焊盤33，在第二基板30上形成電極焊盤35。然后，包括第二基板30的 外延層26被劃分為單個的發光二極管，從而完成垂直結構發光二極管的制造。在該實施例中，第一基板10被描述為在激光輻照前被加熱。可選擇地，在第二基 板30結合到外延層26之后，可以在將第一基板10冷卻期間將其移到激光剝離裝置中，然 后可以通過向第一基板10輻照激光而使其與外延層26分離。此外，盡管在該實施例中第二基板30被描述為通過結合金屬31結合到外延層26， 但是還可以通過其他技術將第二基板30結合到外延層26。圖6是描繪出根據第二基板30結合到外延層26后的加熱溫度的第一基板10的 彎曲的曲線圖。在此，第一基板10是直徑為2英寸的藍寶石基板，第二基板30是硅基板， 并且第二基板30通過AuSn共晶結合在300°C下結合到外延層26。在此，在平坦表面上放 置晶片，以使第二基板30與平坦表面接觸，彎曲程度是通過測量第二基板30的各個邊緣的 高度而獲得的平均值。參照圖6，在第二基板30結合到外延層之后，彎曲的程度在室溫下達到大約3. 2毫
7米。之后，隨著晶片被加熱，彎曲的程度降低。在200°C下，彎曲的程度降至室溫下的彎曲程 度的1/2以下，并且在250°C下，彎曲程度降至0. 5毫米或者低于0. 5毫米，并且即使繼續加 熱也不會再顯著地降低。因此，可以看出在第二基板30結合到外延層之后，可以通過加熱第一基板10來減 輕第一基板10的彎曲。上述示例是使用直徑為2英寸藍寶石基板獲得的，并且預計彎曲的 程度與藍寶石基板的直徑成比例地線性地增加。在圖6的示例中，可以看出，當將直徑為2英寸的藍寶石基板用作第一基板10時， 可以將第一基板10加熱到使彎曲程度變為至多3毫米或者小于3毫米，優選1. 5毫米或者 小于1.5毫米的溫度。圖7是根據本公開一個實施例的激光剝離裝置的示意圖。參照圖7，激光剝離裝置包括激光振蕩器100，發射激光束；鏡子110，改變激光束 的傳播方向；光學透鏡120，使激光束聚焦；工作臺200，支撐設置為激光束輻照對象的工作 件(即晶片300)。該裝置可以包括殼體400，該殼體400具有限定在其中的激光束路徑以 保持在真空中的路徑。激光振蕩器100可以是KrF準分子激光器或ArF準分子激光器。從激光振蕩器100 發射的光束被鏡子110反射，并被改變傳播方向。該裝置可以包括多個鏡子110，以改變激 光束的傳播方向。光學透鏡120位于工作臺200上方并將進入晶片300的激光束聚焦。可以通過移動裝置(未示出)將工作臺200沿x方向和/或y方向移動，從而使 其上的晶片300也可以被移動。晶片300包括第一基板10 ；外延層26，生長在第一基板 10上；第二基板，結合到外延層26。激光束被輻照通過第一基板10并主要被第一基板10 和外延層26之間的界面吸收。激光束可以以點波束的形式輻照，并且通過晶片300的移動 而掃描整個晶片300。此外，工作臺200包括加熱器，該加熱器用來在激光輻照之前或輻照期間加熱晶 片 300。圖8是根據本公開一個實施例的包括作為加熱器的電阻加熱器的工作臺的剖視 圖。參照圖8，工作臺200可以包括主工作臺201、電阻加熱器205、絕緣件203、加熱器 固定板207和固定銷209。主工作臺201支撐電阻加熱器205和晶片300，并起到通過移動 裝置使晶片300沿x方向和/或y方向移動的作用。電阻加熱器205利用來自電源的電能來產生電阻熱。電阻熱從電阻加熱器205傳 遞到與電阻加熱器205接觸的工作件300，從而工作件300被電阻熱加熱。絕緣件203將主工作臺201與電阻加熱器205絕緣，并且屏蔽從電阻加熱器205 到主工作臺201的熱傳遞，從而提高熱效率。絕緣件203可以由例如陶瓷或塑料制成，并且 可以固定到主工作臺201。將加熱器固定板207設置在加熱器205上，以將電阻加熱器205固定在主工作臺 201和加熱器固定板207之間。通過固定螺絲或固定銷209將加熱器固定板207固定到主 工作臺201或者絕緣件203。加熱器固定板207和固定銷209也可以由陶瓷或者塑料制成。在該實施例中，電阻加熱器205被描述為設置在主工作臺201上，但是也可以將其 設置在主工作臺內部。
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根據該實施例，因為可以使用電阻加熱器205加熱晶片300，所以可以在輻照激光 之前和/或輻照激光期間，通過將工作件300加熱而減輕晶片彎曲。圖9是根據本公開一個實施例的包括作為加熱器的紅外燈或熱風槍的工作臺的 剖視圖。參照圖9，加熱器(例如紅外燈或者熱風槍)設置在主工作臺201上方。紅外燈可 以通過向主工作臺201上的晶片300發射紅外光來加熱晶片300，熱風槍可以通過電阻熱的 強對流來加熱晶片300。在上述描述中，描述了一些用于加熱晶片的加熱器，但是也可以使用多種其他加 熱器來通過熱傳導、對流和/或輻射來加熱晶片。根據這些實施例，在通過激光剝離技術將生長基板分離期間，生長基板的彎曲得 到減輕，從而促進激光束的聚焦并且防止外延層的破裂或折斷。此外，可以使用激光剝離裝 置的加熱器來加熱生長基板。可以將如上描述的多個實施例組合以提供其他的實施例。本說明書涉及的和/或 在申請數據列表中列出的所有專利、專利申請公開、專利申請、國外專利、國外專利申請以 及非專利公開的全部內容通過引用結合到本文中。如果需要，可以對實施例的各個方面進 行修改，可以采用各種專利、申請和公開的構思來提供進一步的實施例。考慮到上述詳細描述，可以對實施例作出這些和其他改變。總體來講，用在下面的 權利要求中的術語不應被解釋為將權利要求局限在說明書和權利要求中公開的特定實施 例，而應被解釋為包括連同權利要求的等同物的全部范圍內的所有可能的實施例。因此，權 利要求不限于本公開。
權利要求
1. 一種制造發光二極管的方法，所述方法包括以下步驟在第一基板上生長外延層，所述外延層包括第一導電類型化合物半導體層、活性層和 第二導電類型化合物半導體層；在高于室溫的第一基板的第一溫度，將與第一基板的熱膨脹系數不同的第二基板結合 到外延層；在高于室溫但不高于第一溫度的第一基板的第二溫度，通過使激光束輻照通過第一基 板，將第一基板與外延層分離。
2.如權利要求1所述的方法，所述方法還包括在輻照激光束之前將第一基板加熱到第 二溫度的步驟。
3.如權利要求2所述的方法，其中，在輻照激光束期間，將所述第一基板加熱并保持在第二溫度。
4.如權利要求2所述的方法，其中，利用設置在激光剝離裝置內部的加熱器執行所述 加熱第一基板的步驟。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一基板是直徑為2英寸的藍寶石基板，并且， 第二溫度是第一基板的彎曲的平均值為3毫米或小于3毫米的溫度。
6.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一基板是直徑為2英寸的藍寶石基板，并且， 第二溫度是第一基板的彎曲的平均值為1. 5毫米或小于1. 5毫米的溫度。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述第二基板通過結合金屬的共晶結合而結合到 外延層。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述結合金屬是AuSn。
9.如權利要求8所述的方法，其中，所述第二溫度在200°C 300°C的范圍內。
10.如權利要求1所述的方法，其中，將第二基板結合到外延層后在將第一基板冷卻期 間執行激光束的輻照。
11.如權利要求1所述的方法，其中，外延層的總厚度小于ΙΟμπι。
12.一種激光剝離裝置，所述裝置包括激光振蕩器，發射激光束；工作臺，支撐工作件；加熱器，加熱工作件。
13.如權利要求12所述的裝置，其中，所述工作件包括第一基板、生長在第一基板上的 外延層以及結合到外延層的第二基板。
14.如權利要求13所述的裝置，其中，所述加熱器是電阻加熱器。
15.如權利要求14所述的裝置，其中，所述工作臺包括可移動的主工作臺和設置在主 工作臺上的電阻加熱器。
16.如權利要求15所述的裝置，其中，所述工作臺還包括絕緣件，在主工作臺和電阻加熱器之間；加熱器固定板，位于電阻加熱器上；固定銷，固定加熱器固定板。
17.如權利要求16所述的裝置，其中，所述絕緣件、加熱器固定板和固定銷由陶瓷或塑 料材料制成。
18.如權利要求13所述的裝置，其中，所述加熱器是選自紅外燈和熱風槍中的一種。
全文摘要
本發明公開了一種利用激光剝離技術制造發光二極管的方法。所述方法包括以下步驟在第一基板上生長外延層，所述外延層包括第一導電類型化合物半導體層、活性層和第二導電類型化合物半導體層；在高于室溫的第一基板的第一溫度，將與第一基板的熱膨脹系數不同的第二基板結合到外延層；在高于室溫但不高于第一溫度的第一基板的第二溫度，通過使激光束輻照通過第一基板，將第一基板與外延層分離。因而，在激光剝離過程中，可以容易地實現對激光束的聚焦，并且防止外延層破裂或折斷。本發明還公開了一種包括加熱器的激光剝離裝置。
文檔編號H01L33/00GK102005517SQ201010003739
公開日2011年4月6日 申請日期2010年1月12日 優先權日2009年8月26日
發明者李俊熙, 柳宗均, 金華睦, 金彰淵 申請人:首爾Opto儀器股份有限公司