專利名稱：固態發光元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光元件，且特別是涉及一種固態發光元件的制作方法。
背景技術：
發光二極管(Light-Emitting Diode, LED)主要是通過電能轉化為光能的方式發光。發光二極管的主要的組成材料是半導體，其中含有帶正電的空穴比率較高的稱為P型半導體，含有帶負電的電子比率較高的稱為N型半導體。P型半導體與N型半導體相接處形成PN接面。在發光二極管芯片的正極及負極兩端施加電壓時，電子將與空穴結合。電子與空穴結合后便以光的形式發出。
以氮化鎵為材料的發光二極管的制作方法,是以藍寶石(sapphire)為外延承載基板，先形成緩沖層于基板上，再在緩沖層上生長出氮化鎵，可獲得品質較佳的氮化鎵外延成長層。但藍寶石基板具有導電效果差與散熱不佳的問題，所以必須再將氮化鎵外延成長層轉移至導電性與導熱性較佳的基板上，才能提高發光二極管的散熱效率。現有的制作工藝是以準分子脈沖激光移除氮化鎵外延下方的藍寶石基板，也就是廣泛使用的激光剝蝕法 (Laser lift-off)。然而，激光剝蝕法的制作工藝難度較高，且高能量的激光容易破壞氮化鎵外延，因此如何改善現有的制作工藝，使氮化鎵外延能在不被破壞原來性質的前提下成功地移除藍寶石基板，是業界亟待解決的關鍵因素之一。發明內容
本發明的目的在于提供一種固態發光元件的制作方法，是以蝕刻液與被蝕刻物之間的化學反應，將外延成長層下方的基底層蝕刻掉，進而使外延成長層在不被破壞的前提下成功地與基板分尚。
為達上述目的，根據本發明的一方面，提出一種固態發光元件的制作方法，包括下列步驟。提供一第一基板。形成多個間隔排列的凸出結構于第一基板上。形成一緩沖層于此些凸出結構上，緩沖層填滿于此些凸出結構之間的間隙。形成一由第二型半導體外延層、 一有源層以及一第一型半導體外延層依序成長的外延成長層于緩沖層上，形成一第一半導體堆疊結構。將第一半導體堆疊結構倒置于一第二基板上，以使第一型半導體外延層接合第二基板，形成一第二半導體堆疊結構。以一第一蝕刻液處理第二半導體堆疊結構，使得緩沖層被蝕刻掉，形成一第三半導體堆疊結構。以一第二蝕刻液處理第三半導體堆疊結構，使得第二蝕刻液滲入位于第一基板與第二型半導體外延層間的此些凸出結構之間的間隙中， 使得此些凸出結構被蝕刻掉。將第一基板從第三半導體堆疊結構移除，形成一包括有第二基板以及一位于其上的外延成長層所構成的第四半導體堆疊結構。
為了 對本發明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下
圖1A 圖1H分別為本發明一實施例的固態發光元件的制作方法的示意圖。
主要元件符號說明
100:第一半導體堆疊結構
101:第二半導體堆疊結構
102:第三半導體堆疊結構
103:第四半導體堆疊結構
110:第一基板
112:凸出結構
113:納米柱結構
120:緩沖層
130:外延成長層
131 :未摻雜雜質氮化物外延層
132:第二型半導體外延層
134:有源層
136:第一型半導體外延層
140:第二基板
150:保護層
Fl 第一蝕刻液
F2 第二蝕刻液具體實施方式
本實施例的固態發光元件的制作方法，是關于發光二極管的制作方法，是利用第一基板上間隔排列的凸出結構以及形成于凸出結構之間的緩沖層做為外延成長層下方的基底層，以形成具有發光特性的半導體外延結構。待半導體外延結構完成并倒置于第二基板之后，再依序以蝕刻液處理半導體外延結構，使得緩沖層與凸出結構分別被蝕刻掉。之后，移除第一基板，得到最終的半導體外延結構。
以下提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為范例說明，并非用以限縮本發明欲保護的范圍。
圖1A 圖1H分別繪示依照本發明一實施例的固態發光元件的制作方法的示意圖。
請先參照圖1A 圖1C。首先，參照圖1A，提供一第一基板110。參照圖1B，形成多個間隔排列的凸出結構112于第一基板110上。參照圖1C,形成一緩沖層120于凸出結構112上，并使緩沖層120填滿于此些凸出結構112之間的間隙。接著，形成一由第二型半導體外 延層132、一有源層134以及一第一型半導體外延層136依序成長的外延成長層130 于緩沖層120上，以形成一第一半導體堆疊結構100。且如圖1C所示，于形成第二型半導體外延層132之前，還可選擇性地先形成一未摻雜雜質氮化物外延層131于緩沖層120上，再形成第二型半導體外延層132于未摻雜雜質氮化物外延層131上。
第一基板110例如是藍寶石基板。在圖1B中，第一基板110上的凸出結構112例如是以光刻及蝕刻的方式形成的金屬氧化物的納米柱結構113。金屬氧化物例如是氧化鎳，其可通過物理氣相沉積或化學氣相沉積均勻地形成在第一基板110上，再以濕式蝕刻或干式蝕刻的方式移除部分金屬氧化物而形成納米柱結構113。
在本實施例中，納米柱結構113之間以適當的間隙周期性地排列在第一基板110 上。納米柱結構113的高度可介于10納米至10，000納米(10微米)之間，較佳為100至 200納米之間。此外，兩相鄰的凸出結構112的頂端相距可為10納米至1000納米之間，較佳為50至100納米之間。本發明對此不加以限制。
在圖1C中，通過凸出結構112的配置，可使緩沖層120均一地填滿于凸出結構112 彼此間的間隙中。緩沖層120可為氮化物，其材質可選自氮化鎵、氮化鋁或氮化鎵鋁所構成的族群。此外，外延成長層130的材質可由周期表IIIA族元素的氮化物所構成，其依序包括第二型半導體外延層132、有源層134以及第一型半導體外延層136，其位于緩沖層120 以及凸出結構112上，以形成一第一半導體堆疊結構100。IIIA族元素包括硼、鋁、鎵、銦、 鉈等元素。在一實施例中，第一型半導體外延層136為P型半導體層，例如P型氮化鎵，而第二型半導體外延層132為N型半導體層，例如N型氮化鎵。但在另一實施例中，第一型半導體外延層136為N型半導體層，而第二型半導體外延層132為P型半導體層。有源層134 包括有多量子阱層。因此，當施加電壓于電性相異的第一型半導體外延層136與第二型半導體外延層132時，有源層134中的電子將與空穴結合，再以光的形式發出。
在圖1C中，位于緩沖層120與第二型半導體外延層132之間的未摻雜雜質氮化物外延層131由周期表IIIA族元素的氮化物所構成，例如是氮化鋁、氮化鎵或氮化銦鎵等。
緩沖層120的形成方法可為化學氣相沉積法(chemical vapor deposition, CVD)，例如熱絲化學氣相沉積法或微波等離子體輔助化學氣相沉積法等；或物理氣相沉積法(physical vapor deposition,PVD),例如離子束派鍍或蒸鍍法等。此外,外延成長層130 的形成方法包括有機化學氣相沉積法(MOCVD)、分子束外延法(MBE)、液相外延法(LPE)或氣相外延法(VPE)等。
接著，請參照圖1D 圖1G。參照圖1D，將第一半導體堆疊結構100倒置于一第二基板140上，以使第一型半導體外延層136接合第二基板140,形成一第二半導體堆疊結構 101。接著，參照圖1E，以一第一蝕刻液Fl處理第二半導體堆疊結構101，使得緩沖層120 被蝕刻掉而剩下凸出結構112，形成一第三半導體堆疊結構102，如圖1F所示。之后，參照圖1G，以一第二蝕刻液F2處理第三半導體堆疊結構102，使得第二蝕刻液F2滲入位于第一基板110與第二型半導體外延層132間的此些凸出結構112之間的間隙中，使得凸出結構 112被蝕刻掉。
第二基板140例如是導電基板，可為硅基板或銅基板。在圖1D中，由于以藍寶石為基材的第一基板110導電或散熱不佳，故將第一半導體堆疊結構100倒置于導電性、導熱性較佳的第二基板140上，以避免高溫而導致固態發光元件的發光效率降低。
在圖1E中，第一蝕刻液Fl是一種堿性蝕刻液，用以蝕刻緩沖層120。緩沖層120 為氮化物，其可溶解在堿性蝕刻液中。堿性蝕刻液包括氫氧化 鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)或其組合。此外，在圖1E中，以第一蝕刻液Fl蝕刻緩沖層120之前，還包括形成一保護層150 包覆外延成長層130及第二基板140的表面。保護層150例如為抗酸堿反應的高分子光致抗蝕劑材料或無機材料，其材質可為環氧樹酯、氮化硅或氮氧化硅等。
在圖1F中，由于第一蝕刻液Fl不會蝕刻凸出結構112，因而凸出結構112仍保留在第三半導體堆疊結構102中而不會被蝕刻掉，只會顯露出原本被緩沖層120填滿的凸出結構112彼此間的間隙而已。
在圖1G中，第二蝕刻液F2是一種酸性蝕刻液，用以蝕刻凸出結構112。凸出結構112為金屬氧化物，其可溶解在酸性蝕刻液中，酸性蝕刻液包括硝酸(HN03)、醋酸 (CH3C00H)、鹽酸(HCl)或氫氟酸(HF)或其組合。第二蝕刻液F2可通過毛細現象流至此些凸出結構112之間的間隙中，使得凸出結構112被蝕刻。由于本實施例的固態發光元件有選擇性形成一未摻雜雜質氮化物外延層131，所以在此實施例下，凸出結構112位于基板110 與未摻雜雜質氮化物外延層131之間，所以當凸出結構112被第二蝕刻液F2蝕刻后，即降低第一基板110與未摻雜雜質氮化物外延層131之間的接合強度，使得基板110與未摻雜雜質氮化物外延層131是可分離的。若是固態發光元件沒有未摻雜雜質氮化物外延層131， 凸出結構112位于基板110與第二型半導體外延層132之間，所以當凸出結構112被第二蝕刻液F2蝕刻后，即降低第一基板110與第二型半導體外延層132之間的接合強度，使得基板110與第二型半導體外延層132是可分離的。
之后，請參照圖1H，將第一基板110從第三半導體堆疊結構102移除，形成一包括有第二基板140以及一位于其上的外延成長層130所構成的第四半導體堆疊結構103。此外，在圖1G中，移除第一基板110之后，還包括移除保護層150。移除保護層150的方法可為干式蝕刻或濕式蝕刻。
本發明上述實施例所揭露的固態發光元件的制作方法，是利用第一基板上間隔排列的凸出結構以及形成于凸出結構之間的緩沖層做為外延成長層下方的基底層，并利用蝕刻液依序蝕刻緩沖層與凸出結構，進而使外延成長層在不被破壞的前提下成功地與第一基板分離。因此，可獲得品質良好的固態發光元件，以提高產品的可靠度。
綜上所述，雖然結合以上較佳實施例揭露了本發明，然而其并非用以限定本發明。 本發明所屬技術領域中熟悉此技術者，在不脫離本發 明的精神和范圍內，可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍應以附上的權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種固態發光元件的制作方法，該方法包括提供一第一基板；形成多個間隔排列的凸出結構于該第一基板上；形成一緩沖層于該些凸出結構上，該緩沖層填滿于該些凸出結構之間的間隙；形成一由第二型半導體外延層、一有源層以及一第一型半導體外延層依序成長的外延成長層于該緩沖層上，形成一第一半導體堆疊結構；將該第一半導體堆疊結構倒置于一第二基板上，以使該第一型半導體外延層接合該第二基板，形成一第二半導體堆疊結構；以一第一蝕刻液處理該第二半導體堆疊結構，使得該緩沖層被蝕刻掉，形成一第三半導體堆疊結構；以一第二蝕刻液處理該第三半導體堆疊結構，使得該第二蝕刻液滲入位于該第一基板與該第二型半導體外延層間的該些凸出結構之間的間隙中，使得該些凸出結構被蝕刻掉； 以及將該第一基板從該第三半導體堆疊結構移除，形成一包括有該第二基板以及一位于其上的外延成長層所構成的第四半導體堆疊結構。
2.如權利要求1所述的制作方法，其中以該第一蝕刻液蝕刻該緩沖層之前，還包括形成一保護層包覆該外延成長層及該第二基板的表面。
3.如權利要求2所述的制作方法，其中移除該第一基板之后，還包括移除該保護層。
4.如權利要求2所述的制作方法，其中該保護層為抗酸堿反應的高分子光致抗蝕劑材料或無機材料。
5.如權利要求1所述的制作方法，其中該些凸出結構的形成方法包括光刻及蝕刻。
6.如權利要求1所述的制作方法，其中該些凸出結構為金屬氧化物的納米柱結構，每一該納米柱結構的高度介于10納米至10，000納米之間。
7.如權利要求6所述的制作方法，其中該金屬氧化物包括氧化鎳。
8.如權利要求1所述的制作方法，其中兩相鄰的該些凸出結構的頂端相距為10納米至 1000納米之間。
9.如權利要求1所述的制作方法，其中蝕刻該緩沖層的該第一蝕刻液為堿性蝕刻液。
10.如權利要求9所述的制作方法，其中該堿性蝕刻液包括氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉 (NaOH)。
11.如權利要求1所述的制作方法，其中蝕刻該些凸出結構的該第二蝕刻液為酸性蝕刻液。
12.如權利要求11所述的制作方法，其中該酸性蝕刻液包括硝酸(HN03)、醋酸、鹽酸或氫氟酸(HF)或其組合。
13.如權利要求1所述的制作方法，其中該第二基板為導電基板。
14.如權利要求1所述的制作方法，其中該緩沖層的材質是氮化物。
15.如權利要求14所述的制作方法，其中該緩沖層的材質是選自氮化鎵、氮化鋁或氮化鎵鋁所構成的族群。
16.如權利要求1所述的制作方法，其中該外延成長層的材質是由周期表IIIA族元素的氮化物所構成。
17.如權利要求1所述的制作方法，其中該第一型半導體外延層為P型半導體層，該第二型半導體外延層為N型半導體層。
18.如權利要求1所述的制作方法，其中該第一型半導體外延層為N型半導體層，該第二型半導體外延層為P型半導體層。
19.如權利要求1所述的制作方法，其中該有源層包括有多個量子阱層。
20.如權利要求1所述的制作方法，還包括形成一未摻雜雜質氮化物外延層于該緩沖層與該第二型半導體外延層之間，且該未摻雜雜質氮化物外延層是由周期表IIIA族元素的氮化物所構成。
全文摘要
本發明公開一種固態發光元件的制作方法。形成多個間隔排列的凸出結構于第一基板上。形成一緩沖層于此些凸出結構上，緩沖層填滿于此些凸出結構之間的間隙。形成外延成長層于緩沖層上，以形成一第一半導體堆疊結構。將第一半導體堆疊結構倒置于一第二基板上，以使第一型半導體外延層接合第二基板，形成一第二半導體堆疊結構。以一第一蝕刻液蝕刻緩沖層，形成一第三半導體堆疊結構。以一第二蝕刻液滲入此些凸出結構之間的間隙中，使得此些凸出結構被蝕刻掉。將第一基板從第三半導體堆疊結構移除，以形成一第四半導體堆疊結構。
文檔編號H01L33/00GK103066167SQ20111035478
公開日2013年4月24日 申請日期2011年11月10日 優先權日2011年10月18日
發明者余長治, 林孟毅 申請人:隆達電子股份有限公司