CN101330117B - 以氧化锌制作发光装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以氧化锌制作发光装置的方法，其选择一铝酸锂基板，并在该铝酸锂基板上依序磊晶成长一氧化锌缓冲层及一氮化镓成核层，利用该氧化锌与氮化镓具有相似的纤维锌矿结构，可以获得高质量氮化镓，并以此磊晶后的GaN/ZnO/LiAlO2结构成长一多重量子阱及一第一金属电极层，再蚀刻去除该铝酸锂基板及该氧化锌缓冲层，并在该氮化镓成核层之下方成长一第二金属电极层。藉此，利用单晶薄膜状的氧化锌缓冲层不仅可使氮化镓成核层在铝酸锂基板上成功成长，且可降低氮化镓的缺陷密度，进而达到近似晶格匹配并获得良好的晶体接口质量，以提升发光效率及后续完成的组件性能。

Description

以氧化锌制作发光装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种以氧化锌制作发光装置的方法，尤指以单晶薄膜状的氧化锌(ZnO)缓冲层不仅可使氮化镓(GaN)成核层在铝酸锂(LiAlO2)基板上成功成长，且可降低氮化镓的缺陷密度，进而达到晶格匹配并获得良好的晶体接口质量，以提升发光效率及后续完成的组件性能。
背景技术：
在传统制作发光二极管结构的方法上，大部分是以蓝宝石(Sapphire)作为基板，并在该蓝宝石上磊晶一氮化镓，以完成一发光二极管的结构。
请参阅图7～图9所示，分别为现有在基板上成长MQW及p极电极层的结构示意图、现有发光二极管的结构示意图及现有的晶格不匹配示意图。如图所示：先取一蓝宝石基板31，并在该蓝宝石基板31上依序磊晶成长一氮化镓多重量子阱32(Multiple Quantum Well，MQW)及一p极(p-side)电极层33，并在该氮化镓多重量子阱32的上方成长一n极电极层34，藉此，以完成一发光二极管的结构。
然而，其电激发光频谱，仍系由靠近该p极电极层33量子阱的中心波长所支配，而不是均匀的白光。由于电洞的移动度远小于电子，所以放光的量子阱将会集中在该p极电极层33，其余颜色的量子阱发光效率就会变得很差。
再者，由于氮化镓多重量子阱33与该蓝宝石基板31间的晶格不匹配数过高，将会造成该氮化镓多重量子阱33磊晶的晶格平衡位置不佳(如图9所示)，造成晶体接口质量变差，进而影响成品组件的质量降低。
另，亦有现有的直接以单晶的氧化锌作为基板，并在该氧化锌基板上磊晶一氮化镓，虽然该氮化镓与氧化锌彼此具有相似的结构，可得到较直接于蓝宝石上成长氮化镓有更高质量的优点，但由于其以厚片的氧化锌作为基板，而该氧化锌的价格昂贵，不仅于使用上无法达到量产化的考虑，且对于只需使用薄片的氧化锌即可达到此优点而言，又过于浪费，故，一般习用者无法符合使用者于实际使用时所需。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种以氧化锌制作发光装置的方法，只需利用单晶薄膜状的氧化锌缓冲层不仅可使氮化镓成核层在铝酸锂基板上成功成长，且可降低该氮化镓的缺陷密度，进而达到晶格匹配并获得良好的晶体接口质量，以提升发光效率及后续完成的组件性能。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种以氧化锌制作发光装置的方法，该方法至少包括下列步骤：
A、取一铝酸锂基板；
B、在该铝酸锂基板上先成长单晶薄膜状的氧化锌缓冲层，且该氧化锌缓冲层薄膜结构转换成六角形柱状结构，并规则排列成为一蜂窝状，再在该氧化锌缓冲层上成长氮化镓成核层，并以此磊晶后的GaN/ZnO/LiAlO2结构成长多重量子阱及第一金属电极层；
C、将B步骤成长后的结构浸泡于酸性溶液中蚀刻，并去除该铝酸锂基板及该氧化锌缓冲层；以及
D、于该氮化镓成核层的下方成长第二金属电极层，以完成发光装置结构。
藉此，利用单晶薄膜状的氧化锌缓冲层不仅可使该氮化镓成核层在该铝酸锂基板上成功成长，且可降低该氮化镓的缺陷密度，进而达到晶格匹配并获得良好的晶体接口质量，以提升发光效率及后续完成的组件性能。
附图说明：
图1是本发明的制作流程示意图。
图2是本发明的铝酸锂基板示意图。
图3是本发明依序磊晶后的结构示意图。
图4是本发明蚀刻基板及缓冲层后的结构示意图。
图5是本发明发光二极管的结构示意图。
图6是本发明的晶格匹配结构示意图。
图7是已知在基板上成长MQW及p极电极层的结构示意图。
图8是已知发光二极管的结构示意图。
图9是已知的晶格不匹配示意图。
标号说明：
步骤11～14              铝酸锂基板21
氧化锌缓冲层22          氮化镓成核层23
多重量子阱24            第一金属电极层25
第二金属电极层26        蓝宝石基板31
氮化镓多重量子井32      p极电极层33
n极电极层34
具体实施方式：
请参阅图1～图5所示，分别为本发明的制作流程示意图、本发明的铝酸锂基板示意图、本发明依序磊晶后的结构示意图、本发明蚀刻基板及缓冲层后的结构示意图及本发明发光二极管的结构示意图。如图所示：本发明为一种以氧化锌制作发光二极管的方法，至少包括下列步骤：
步骤11，选择一铝酸锂(Lithium Aluminum Oxide，LiAlO2)基板：如图2所示，先选择一铝酸锂基板21，其中，该基板21可进一步为镓酸锂(Lithium Gallium Oxide，LiGaO2)、硅酸锂(Lithium SiliconOxide，Li2SiO3)、锗酸锂(Lithium Germanium Oxide，LiGeO3)、铝酸钠(Sodium Aluminum Oxide，NaAlO2)、锗酸钠(Sodium Germanium Oxide，Na2GeO3)、硅酸钠(Sodium Silicon Oxide，Na2SiO3)、磷酸锂(LithiumPhosphor Oxide，Li3PO4)、砷酸锂(Lithium Arsenic Oxide，Li3AsO4)、钒酸锂(Lithium Vanadium Oxide，Li3VO4)、锗酸锂镁(LithiumMagnesium Germanium Oxide，Li2MgGeO4)、锗酸锂锌(Lithium ZincGermanium Oxide，Li2ZnGeO4)、锗酸锂镉(Lithium Cadmium GermaniumOxide，Li2CdGeO4)、硅酸锂镁(Lithium Magnesium Silicon Oxide，Li2MgSiO4)、硅酸锂锌(Lithium Zinc Silicon Oxide，Li2ZnSiO4)、硅酸锂镉(Lithium Cadmium Silicon Oxide，Li2CdSiO4)、锗酸钠镁(SodiumMagnesium Germanium Oxide，Na2MgGeO4)、锗酸钠锌(Sodium ZincGermanium Oxide，Na2ZnGeO4)或硅酸钠锌(Sodium Zinc Silicon Oxide，Na2ZnSiO4)所构成的基板；
步骤12，在该铝酸锂基板上依序磊晶：如图3所示，在该铝酸锂基板21往上依序成长一单晶薄膜状的氧化锌(ZnO)缓冲层22及一氮化镓(GaN)成核层23，并以此磊晶后的GaN/ZnO/LiAlO2结构成长一多重量子阱(Multiple Quantum Well，MQW)24及一第一金属电极层25，其中，该多重量子阱为以上具有不同井宽和位障宽的量子阱；
步骤13，蚀刻去除该铝酸锂基板及该氧化锌缓冲层：如图4所示，之后将此磊晶结构浸泡于酸性溶液中蚀刻，以去除该铝酸锂基板21及该氧化锌缓冲层22：其中，该酸性溶液可为硝酸(HNO3)、氢氟酸(HF)或醋酸(CH3COOH)；
步骤14，成长一第二金属电极层：如图5所示，再于该氮化镓成核层23的下方成长一第二金属电极层26，以完成一发光二极管的结构。
藉此，只需利用单晶薄膜状的氧化锌缓冲层22，不仅可使该氮化镓成核层23在该铝酸锂基板21上成功成长，且可降低氮化镓的缺陷密度，进而达到晶格匹配并获得良好的晶体接口质量，以提升发光效率及后续完成的组件性能，如发光二极管、激光二极管。
请参阅图6所示，为本发明的晶格匹配结构示意图。如图所示：在铝酸锂基板上单晶薄膜状的氧化锌缓冲层，其薄膜结构会转换成六角形柱状结构，并规则排列成为一蜂窝状，由于该高质量的氧化锌缓冲层系先成长于该铝酸锂基板上，二者间的晶格不匹配数低，因此可得到较好晶体接口质量，进而可提升发光效率。
综上所述，本发明系一种以氧化锌制作发光二极管的方法，可有效改善现有技术的种种缺点，降低氮化镓的缺陷密度，进而达到晶格匹配并获得良好的晶体接口质量，以提升发光效率及后续完成的组件性能，进而使本发明能更进步、更实用、更符合使用者所须，确已符合发明专利申请的要件，现提出申请。

Claims (4)

1.一种以氧化锌制作发光装置的方法，其特征在于：该方法至少包括下列步骤：
A、取一铝酸锂基板；
B、在该铝酸锂基板上先成长单晶薄膜状的氧化锌缓冲层，且该氧化锌缓冲层薄膜结构转换成六角形柱状结构，并规则排列成为一蜂窝状，再在该氧化锌缓冲层上成长氮化镓成核层，并以此磊晶后的GaN/ZnO/LiAlO2结构成长多重量子阱及第一金属电极层；
C、将B步骤成长后的结构浸泡于酸性溶液中蚀刻，并去除该铝酸锂基板及该氧化锌缓冲层；以及
D、于该氮化镓成核层的下方成长第二金属电极层，以完成发光装置结构。
2.根据权利要求1所述的以氧化锌制作发光装置的方法，其特征在于：所述酸性溶液为硝酸、氢氟酸或醋酸。
3.根据权利要求1所述的以氧化锌制作发光装置的方法，其特征在于：所述多重量子阱为至少一个以上具有不同井宽和势垒高度的量子阱。
4.根据权利要求1所述的以氧化锌制作发光装置的方法，其特征在于：所述发光装置为发光二极管或激光二极管。 
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