CN101409229B - 外延基板及发光二极管装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外延基板的制造方法包括下列步骤：形成牺牲层于基板上，牺牲层具有第一微纳米结构；以及形成缓冲层于牺牲层上。本发明亦披露一种外延基板及发光二极管装置的制造方法。本发明的外延基板及其制造方法及发光二极管装置的制造方法，可以简化工艺，进而提高生产成品率。

Description

外延基板及发光二极管装置的制造方法

技术领域

本发明涉及一种外延基板及其制造方法及发光二极管装置的制造方法。 

背景技术

发光二极管(light-emitting diode，LED)装置是一种由半导体材料制作而成的发光元件。由于发光二极管装置具有体积小、耗电量低、没有辐射、不含水银、寿命长、反应速度快及可靠度高等优点。因此，近年来随着技术不断地进步，其应用范围涵盖了信息、通讯、消费性电子、汽车、照明以及交通号志等领域。 

一般来说，发光二极管必须在外延基板上生长外延叠层，其依序在外延基板上形成N型外延层、发光层(active layer)以及P型外延层。然而为了减少N型外延层直接生长在平面的外延基板上，而造成缺陷(defect)的产生，一般的作法是制作出具有周期性孔洞的外延基板，来避免缺陷的产生。 

在发光二极管装置的工艺技术中，图1A～图1G所示为发光二极管装置的制造过程。 

请参照图1A，发光二极管装置1由基板11、缓冲层12及蚀刻掩模层13所构成。其中，缓冲层12设置于基板与蚀刻掩模层13之间。 

请参照图1B，在现有技术中，通过阳极氧化铝工艺或蚀刻工艺，以使蚀刻掩模层13具有多个镂空部H1。 

请参照图1C，通过蚀刻掩模层13为蚀刻阻挡层蚀刻缓冲层12，以使缓冲层12具有相对应的镂空部H2。且在缓冲层12被蚀刻后，移除蚀刻掩模层13。 

请参照图1D，形成外延叠层14于缓冲层12及其镂空部H2中。外延叠层14包括N型外延层141、发光层142以及P型外延层143。其中，N型外延层451形成于缓冲层12及其镂空部H2中，接着在N型外延层141上形成发光层142，而后在发光层142上形成P型外延层143。 

请再参照图1E，其形成导热粘贴层16于导热基板15上。再如图1F所 示，其将导热粘贴层16与P型外延层143结合。最后请参照图1G，翻转上述的发光二极管装置1，并通过激光剥离技术(laser lift-off)移除基板11。 

然而，在已知半导体工艺技术中，若要通过蚀刻工艺或电子束曝光工艺以形成纳米等级的镂空部H1，则需经过复杂的工艺步骤，使得生产成品率降低。另外，利用激光剥离技术所产生的设备成本亦相当庞大。因此，如何提供一种能够简化半导体工艺步骤，且能够有效控制成本的外延基板及其制造方法以及发光二极管装置的制造方法，实属当前重要课题之一。 

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种简化半导体工艺步骤的外延基板及其制造方法及发光二极管装置的制造方法。 

为达上述目的，依据本发明的一种外延基板的制造方法，其包括以下步骤：形成牺牲层于基板上，牺牲层具有第一微纳米结构；以及形成缓冲层于牺牲层上。 

为达上述目的，依据本发明的一种外延基板的制造方法，其包括以下步骤：形成缓冲层于基板上；形成牺牲层于缓冲层上，牺牲层具有第一微纳米结构；以牺牲层为蚀刻阻挡层蚀刻缓冲层，以使缓冲层具有与第一微纳米结构相对应的第二微纳米结构；以及以蚀刻工艺或锻烧工艺移除牺牲层。 

为达上述目的，依据本发明的一种外延基板，其包括基板及缓冲层。缓冲层设置于该基板且具有微纳米结构。 

为达上述目的，依据本发明的一种发光二极管装置的制造方法，其包括以下步骤：提供具有微纳米结构的外延基板；形成第一半导体层于该外延基板的该微纳米结构上；形成发光层于该第一半导体层上；以及形成第二半导体层于该发光层上。 

承上所述，依据本发明的外延基板及其制造方法及发光二极管装置的制造方法，其通过设置具有微纳米结构的牺牲层于缓冲层或基板上。接着，通过蚀刻工艺或锻烧工艺移除微纳米粒子，以使缓冲层或基板具有微纳米孔洞。此外，在发光二极管装置的制造方法中，相较于现有技术通过激光剥离(laser lift-off)技术移除外延基板，本发明通过蚀刻技术移除外延基板。因此，本发明的外延基板及其制造方法及发光二极管装置的制造方法，可以简化工艺，进而提高生产成品率。 

附图说明

图1A至图1G为已知发光二极管装置的示意图。 

图2为依据本发明第一实施例的外延基板的制造方法的流程图。 

图3A至图3C为依据本发明第一实施例的外延基板的制造方法的示意图。 

图4为依据本发明第二实施例的外延基板的制造方法的流程图。 

图5A至图5F为依据本发明第二实施例的外延基板的制造方法的示意图。 

图6为依据本发明第三实施例的外延基板的制造方法的流程图。 

图7A至图7F为依据本发明第三实施例的外延基板的制造方法的示意图。 

图8为依据本发明优选实施例的发光二极管装置的制造方法的流程图。 

图9A至图9E为依据本发明优选实施例的发光二极管装置的制造方法的示意图。 

附图标记说明 

1：发光二极管装置        11：基板 

12：缓冲层               13：蚀刻掩模层 

14：外延叠层             141：N型外延层 

142：发光层              143：P型外延层 

15：导热基板             16：导热粘贴层 

H1、H2：镂空部           21、31、41：基板 

22、32、32A、42：牺牲层  221：金属氧化物 

222：微纳米粒子          23、33、33A、43：缓冲层 

6：发光二极管装置        61：外延基板 

63：外延叠层             631：第一半导体层 

632：发光层              633：第二半导体层 

64：导热基板             65：导热粘贴层 

S11～S13、S21～S25、S31～S36、S41～S46：步骤 

具体实施方式

以下将参照相关图示，说明依据本发明优选实施例的外延基板及其制造方法及发光二极管装置的制造方法。 

请参照图2，本发明第一实施例的外延基板的制造方法包括步骤S11至步骤S13。以下请同时参照图3A至图3C。 

请参照图3A，步骤S11为形成牺牲层22于基板21上。在本实施例中，牺牲层22由金属氧化物221及多个微纳米粒子222混和而成，其中通过其适当的调配比例，即可使微纳米粒子222以周期性的排列方式混合于金属氧化物221中。 

微纳米粒子222的材料包括金属、介电质材料、有机材料或无机材料，其可为纳米球、纳米柱、纳米孔洞、纳米点、纳米线或纳米凹凸结构。在此，微纳米粒子222以纳米球为例说明，而金属氧化物221的材料包括氧化铝。 

请参照图3B，步骤S12为通过蚀刻工艺或锻烧工艺移除微纳米粒子222。此时，牺牲层21具有第一微纳米结构。请参照图3C，步骤S13为形成缓冲层23于牺牲层22上。在本实施例中，缓冲层23的材料包括氮化铝或氮化镓。 

值得一提的是，上述步骤并不仅限于此顺序，其可依据工艺的需要而进行步骤的调换。 

请参照图4，本发明第二实施例的外延基板的制造方法包括步骤S21至步骤S25。以下请同时参照图5A至图5E。 

如图5A所示，步骤S21为形成牺牲层32于基板31上。在此，牺牲层32具有第一微纳米结构。第一微纳米结构以堆叠工艺、烧结工艺、阳极氧化铝(AAO)工艺、纳米压印工艺、转印工艺、热压工艺、蚀刻工艺或电子束曝光工艺而形成。 

在本实施例中，第一微纳米结构具有多微纳米粒子，其包括纳米球、纳米柱、纳米孔洞、纳米点、纳米线或纳米凹凸结构的至少之一。在此，第一微纳米结构以纳米球为例说明，而微纳米粒子的材料可包括金属、介电质材料、有机材料或无机材料，且微纳米粒子以周期性、非周期性、连续、非连续、无间距、有间距、等距或非等距方式排列。 

请参照图5B，步骤S22为形成缓冲层33于牺牲层32上。在此，缓冲层33的厚度小于牺牲层32的厚度，而缓冲层33的材料包括氮化铝或氮化 镓。 

请参照图5C，步骤S33为通过蚀刻工艺或锻烧工艺移除牺牲层32。此时，缓冲层33具有与第一微纳米结构相对应的第二微纳米结构。 

请再参照图5D，步骤S24以缓冲层33为蚀刻阻挡层蚀刻基板31。此时，基板31具有与第二微纳米结构相对应的第三微纳米结构。请参照图5E，步骤S25以蚀刻工艺移除缓冲层33。 

此外，使用者可以依据其需求，在图5C～图5E中选择其中之一作为外延基板，并形成外延叠层(于文后叙述)于外延基板上。 

值得一提的是，上述步骤并不仅限于此顺序，其可依据工艺的需要而进行步骤的调换。 

另外，请再参照图5F，其与上述的差别在于其在基板31上形成作无间距纳米球的牺牲层32A，再于牺牲层32A上形成缓冲层33A。 

请参照图6，本发明第三实施例的外延基板的制造方法包括步骤S31至步骤S36。以下请同时参照图7A至图7F。 

请参照图7A所示，步骤S31为形成缓冲层42于基板41上。在本实施例中，缓冲层42的材料为氮化铝或氮化镓。 

请参照图7B，步骤S32为形成牺牲层43于缓冲层43上。在本实施例中，牺牲层43具有第一微纳米结构，其以堆叠工艺、烧结工艺、阳极氧化铝工艺、纳米压印工艺、转印工艺、热压工艺、蚀刻工艺或电子束曝光工艺而形成。 

在此，第一微纳米结构具有多微纳米粒子，其包括纳米球、纳米柱、纳米孔洞、纳米点、纳米线或纳米凹凸结构的至少之一。在本实施例中，第一微纳米结构以纳米球为例说明，而微纳米粒子的材料包括金属、介电质材料、有机材料或无机材料。 

请参照图7C，步骤S33为以牺牲层43为蚀刻阻挡层蚀刻缓冲层42。此时，缓冲层42具有与第一微纳米结构相对应的第二微纳米结构。 

请参照图7D，步骤S34为以蚀刻工艺或锻烧工艺移除牺牲层43。请参照图7E，步骤S35为以缓冲层42为蚀刻阻挡层蚀刻基板41，以使基板41具有与第二微纳米结构相对应的第三微纳米结构。请再参照图7F，步骤S36为以蚀刻工艺移除缓冲层42。 

此外，使用者可以依据其需求，在图7D～图7F选择其中之一作为外延 基板，并形成外延叠层(于文后叙述)于外延基板上。 

值得一提的是，上述步骤并不仅限于此顺序，其可依据工艺的需要而进行步骤的调换。 

承上所述，本发明的发光二极管装置的制造方法可利用上述实施例中的外延基板来制作，请参照图8，其制造方法包括步骤S41至步骤S46。以下的说明请同时参照图9A至图9F。 

请参照图9A，步骤S41为提供具有微纳米结构的外延基板61。在此，外延基板61以第二实施例中，图5B所示的外延基板为例，其包括基板31、牺牲层32以及缓冲层33。 

接着，请参照图9B所示，步骤S42为形成外延叠层63于缓冲层33上。外延叠层63依序具有第一半导体层631、发光层632及第二半导体层633。在本实施例中，外延叠层63为在缓冲层33上形成第一半导体层631，接着在第一半导体层631上形成发光层632，而后在发光层632上形成第二半导体层633。此外，第一半导体层631及第二半导体层633可分别为N型外延层及P型外延层，当然其亦可互换，在此并不加以限制。 

请再参照图9C所示，步骤S43为形成导热粘贴层(或称接合层)65于导热基板64上。在本实施例中，导热基板64的材料包括硅、砷化镓、磷化镓、碳化硅、氮化硼、铝、氮化铝、铜或其组合，而导热粘贴层65的材料为金、锡膏、锡银膏、银膏等各式金属或非金属材料或其组合。 

需注意者，导热粘贴层65除了可形成于导热基板64上，亦可形成于第二半导体层633上，当然亦可同时形成与两者上。 

请参照图9D所示，步骤S44为将第二半导体层633通过导热粘贴层65而与导热基板64结合。最后如图9E所示，步骤S45为翻转在步骤S44所形成的发光二极管装置6，并以蚀刻工艺移除外延基板61。 

值得一提的是，上述步骤并不仅限于此顺序，其可依据工艺的需要而进行步骤的调换。 

在此仅以上述实例叙述发光二极管装置的制作方法，其中制作过程中所使用的外延基板，可为第一实施例至第三实施例中所示的任一外延基板，或是以本发明的概念所制作出的外延基板，在此并不加以限制。 

综上所述，依据本发明的外延基板及其制造方法及发光二极管装置的制造方法，其通过设置具有微纳米结构的牺牲层于缓冲层或基板上。接着，通 过蚀刻工艺或锻烧工艺移除纳米粒子，以使该缓冲层或基板具有微纳米孔洞。此外，在发光二极管装置的制造方法中，相较于现有技术通过激光剥离(laser lift-off)技术移除外延基板，本发明通过蚀刻技术移除外延基板。因此，本发明的外延基板及其制造方法及发光二极管装置的制造方法，可以简化工艺，进而提高生产成品率。 

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等同修改或变更，均应包括于所附的权利要求中。 

Claims (15)

1.一种外延基板的制造方法，包括以下步骤：

形成牺牲层于基板上，该牺牲层具有第一微纳米结构；以及

形成缓冲层于该牺牲层上，

该缓冲层的厚度小于该牺牲层的厚度，且在形成该缓冲层于该牺牲层后，还包括：

以蚀刻工艺或锻烧工艺移除该牺牲层，而使该缓冲层具有与该第一微纳米结构相对应的第二微纳米结构。

2.如权利要求1所述的制造方法，其中在移除该牺牲层后，还包括：

以该缓冲层为蚀刻阻挡层蚀刻该基板，以使该基板具有与该第二微纳米结构相对应的第三微纳米结构；以及

以蚀刻工艺移除该缓冲层。

3.如权利要求1所述的制造方法，其中该第一微纳米结构具有多个微纳米粒子，且该多个微纳米粒子的材料包括有机材料或无机材料。

4.如权利要求3所述的制造方法，该无机材料包括金属。

5.如权利要求1所述的制造方法，其中该第一微纳米结构具有多个微纳米粒子，且该多个微纳米粒子的材料包括介电质材料。

6.如权利要求1所述的制造方法，其中该缓冲层的材料包括氮化铝或氮化镓。

7.一种发光二极管装置的制造方法，包括以下步骤：

提供具有微纳米结构的外延基板；

形成第一半导体层于该外延基板的该微纳米结构上；

形成发光层于该第一半导体层上；以及

形成第二半导体层于该发光层上，

其中该外延基板的制造方法，包括以下步骤：

形成牺牲层于基板上，该牺牲层具有第一微纳米结构；以及

形成缓冲层于该牺牲层上，该缓中层的厚度小于该牺牲层的厚度。

8.如权利要求7所述的制造方法，其中该第一半导体层为P型外延层或N型外延层，且该第二半导体层为N型外延层或P型外延层。

9.如权利要求7所述的制造方法，其中该第一微纳米结构具有多个微纳米粒子，该多个微纳米粒子的材料包括有机材料或无机材料。

10.如权利要求9所述的制造方法，其中该无机材料包括金属。

11.如权利要求7所述的制造方法，其中该第一微纳米结构具有多个微纳米粒子，该多个微纳米粒子的材料包括介电质材料。

12.如权利要求7所述的制造方法，其中该缓冲层的材料包括氮化铝或氮化镓。

13.如权利要求7所述的制造方法，还包括：

形成导热粘贴层于导热基板上；以及

结合该第二半导体层及该导热粘贴层上。

14.如权利要求13所述的制造方法，其中该导热基板的材料包括硅、砷化镓、磷化镓、碳化硅、氮化硼、铝、氮化铝、铜或其组合，且该导热粘贴层的材料为金、锡膏、银膏或其组合。

15.如权利要求13所述的制造方法，其中在结合该第二半导体层及该导热粘贴层后，还包括下列步骤：

翻转该发光二极管装置；

移除该外延基板及该微纳米结构，以及

以蚀刻工艺移除该外延基板及该微纳米结构层。

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