TW200834986A - Method of forming light-emitting element - Google Patents

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200834986 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於形成發光元件之方法，詳言之，有關於 藉由在分離層分離主動層而在基底上形成主動層以形成發 光元件之方法。 【先前技術】 Φ 已例如在日本專利申請公開案號2004- 146537中揭露 將主動層轉移至支撐基底上的一些技術，其藉由將具有分 離層及主動層的基底接合至支撐基底上，並接著在分離層 分離該接合的基底。 然而，在上述技術中係藉由蝕刻分離層來分離接合的 基底。因此，當將具有基底規模之尺寸（正常上2英吋φ 或更大）的基底互相分離時，藉由主要從基底之側面蝕刻 分離層之方法來分離基底會耗費非常久的時間。由於此緣 • 故，業界中並無將此商業化的例子。 由於此緣故，已有提出針對縮減區域之的一些方法， 其中將主動層圖案化成必要（島狀）的區域，將這些區域 接合至支撐基底上，並接著蝕刻分離層以從原始基底分離 該些區域，其例如揭露在日本專利申請公開案號 2002-299589、 2001-156400 ' 2002-15965、 2001-36139 及 2005-12034 中 。 在傳統技術中如上述般使用基底規模之基底來分離主 動層之原因在於重覆使用（再利用）昂貴的基底’其爲很 -5- 200834986 重要的考量。 詳言之，此技術包括藉由重覆下列步驟來再利用基底 •將基底與分離層分離以將基底還原到原始狀況、基底經 過清理步驟等等以及接著於基底上再次生長分離層及主動 層。 然而，事實上’此技術有缺點，亦即當重覆在高溫下 生長薄膜’由於熱的關係，基底的變形會持續累積，使得 基底變得非常易碎，並有技術上的困難。 此外，此技術失去一半原先再利用之效果，因爲晶膜 生長的成本與基底的成本一樣高。 【發明內容】 有鑑於此，本發明之一目的在於提供一種以比傳統成 本更低成本形成發光元件的方法，同時其與傳統再利用基 底之方法相比，同時與再利用基底之傳統方法相比能抑制 因熱變形而造成的基底損耗，並且進一步具有與再利用基 底之方法相同的效果。 作爲解決上述問題的方法，本發明提供一種形成發光 元件的方法，其係藉由在第一基底上以分離層及發光層的 順序生長該分離層及該發光層、將該發光層接合至第二基 底上以及移除該分離層以在該第二基底上形成該發光層， 該方法包含：在該第一基底上生長複數群該分離層及該發 光層，其中在該第一基底上生長的該分離層及該發光層構 成一群；將作爲最上層之該發光層圖案化成島形狀，並接 -6 - 200834986 著將該發光層接合至該第二基底；以及將與圖案化成該島 形狀之該發光層相鄰的該分離層蝕刻，以在第二基底上形 成圖案化成該島形狀之該發光層。 本發明亦提供一種產生發光元件的方法，其係藉由在 第一基底上從該第一基底的一側以分離層及發光層的順序 形成該分離層及該發光層、將該第一基底接合至第二基底 使該發光層位在內側以形成接合件以及蝕刻並移除該分離 層以將該發光層轉移至該第二基底上，該方法包含下列步 驟（1)至（3) : (1)在該第一基底上重覆形成一群的 該分離層及該發光層η次之步驟，其中該群爲一對的該分 離層及該發光層，以及其中η爲2或更多的自然數、（2 )僅將作爲最上表面的該發光層圖案化成複數個島形狀， 並且接著將該第一基底接合至該第二基底上以形成接合的 結構之步驟 '以及（3 )使蝕刻液滲入藉由圖案化該些島 形狀而形成在該接合結構中的空間內、使該蝕刻液與該分 離層接觸以及將具有該些島形狀的該發光層選擇性轉移至 該第二基底上。 根據本發明之形成發光元件的方法提供再利用基底之 效果，同時與轉移薄膜並再利用基底的正常方法相比能保 持較低之成本與較低基底應力（造成較高結晶品質）。 本發明之進一步的特徵將藉由參照附圖之下列範例實 施例的說明而更顯而易見。 【實施方式】 •7- 200834986 將參照附圖於下詳述根據本發明之一範例實施例。 第1A至1E圖爲描繪根據本發明之一實施例的形成發 光元件之方法的步驟之剖面圖。圖中，參考符號100代表 第一基底、參考符號1 0 1代表緩衝層、參考符號〗02代表 分離層、參考符號103代表主動層（發光層）、參考符號 1 04代表光反射層、參考符號1 〇5代表阻劑薄膜、參考符 號106代表經蝕刻的溝槽及參考符號11〇代表第二基底。 φ 於第1A圖中，首先描述其上將形成層之第一基底 100 ° 在此實施例中，AlAs ( AlGaAs )係用作分離層，因其 具有被高選擇性飩刻的性質，因此基底之上需能夠嘉晶生 長分離層等等。基底之範例包含GaAs基底及Ge基底， 其具有與分離層大約相同的晶格常數。Si具有與GaAs差 約4%的晶格常數，但其上可直接生長GaAs薄膜。因此， 第一基底100可爲具有GaAs薄膜生長於上之Si基底。這 • 些基底亦可以摻雜有雜質。 於第1A圖中，將描述第一基底100以外的元件。 在第一基底1〇〇上依序磊晶生長一分離層102及一主 動層1 0 3。 分離層 102 可由 AlAs 或 Al(x) Ga(l-x) As( χ> = 0·7)的材料製成，並且可具有數十至數百奈米的薄膜 厚度。 . 主動層1〇3作爲發光元件的發光層，並且由諸如 GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaP、InGaP 及 AlInGaP 的化合 200834986 物半導體製成。主動層103之中亦具有ρ·η接面。 在形成分離層1 02的步驟之前可非必要地形成緩 1〇1。形成緩衝層101之目的在於減少晶體缺陷。 可以任何生長方法而不限於特定方法地來生長這 ，只要此方法可均勻生長這些層，並且生長方 MOCVD方法、ΜΒΕ方法及LPE方法。 此外，依序生長複數群分離層102與主動層103 φ 成η群層，其中一分離層1〇2及一主動層103構成一 在此情況中，各分離層1 02無須具有相同厚度。分離 可越往上變得越薄。 此方法爲最小化第一基底1 00之外圍部分的下層 無用的蝕刻的一種技術，因考量到當從分離層1 02之 面触刻時較薄的分離層102會具有較大蝕刻率的事實 之後，光反射層1 04形成在於最上層的主動層] 如第1 Β圖中所示。 # 接著，阻劑圖案1 05形成在光反射層1 04上，使 射層104具有島狀的形狀。 光反射層1 04的材料可爲具有對於從欲形成之 件所發射的光之波長有高反射率之材料。當發光元 GaAs爲基礎的材料製成並且發出約75 0至8 00 nm 之光時，光反射層104可例如由Au (金）、Ag ( A1 (鋁）製成。當然，亦可由其他光反射材料製成 層 104。 當發光元件發出波長約360 nm的藍光時，光 衝層 些層 包含 以形 群。 層亦 部之 側表 〇 103， 光反 :光元 由以 f波長 [)或 ;反射 卜射層 -9 - 200834986 104可由A1或類似材料製成。 可將形成島狀之主動層103組態成一島狀主動層103 構成一發光元件的發光層，或使一島狀主動層103形成包 含具有陣列形狀的複數個發光元件之區域。在此情況中， 島狀主動層103的尺寸等於當後續切分第二基底11〇時產 生之晶片的尺寸。 光反射層104並非不可或缺，而可形成在後述之第二 φ 基底1 1 〇之側上，或甚至不存在。 之後，將光反射層104及在最上部之主動層1〇3蝕刻 成島形狀以暴露出在最上部之分離層1 02的一部分，如第 1 C圖中所示。 接著，將第二基底110接合至第一基底100，如第1D 圖中所示。 第二基底1 1 0可由任何材料製成。材料可爲如Si基 底之半導體基底、導電基底及絕緣基底。 φ 光反射層104亦可先形成在第二基底110的表面上。 替代地，光反射層1 04可形成在第一基底1 〇〇及第二基底 110兩者的表面上，並且使光反射層104互相接合。 針對將第二基底110接合在第一基底100上的方法， 可使用接合基底之後將之加熱的方法、接合基底之後將之 加壓的方法及兩方法的結合。在降壓的環境下將基底互相 接合亦有效。 在互相接合基底後，對應於圖案化溝槽之空間1 06形 成在兩基底接介處附近。 -10- 200834986 第1E圖爲描繪各基底之分離狀態的圖。 藉由蝕刻最上層的分離層1 〇2來分離基底。 在此情況中，蝕刻液會流入由島狀之分離的區域所形 成的空間106內。 接著，蝕刻液鈾刻最上層的分離層1 02，並因而將第 二基底11 〇自第一基底1 00分離。作爲有用的蝕刻液，可 使用氫氟酸溶液或氫氯酸溶液。 φ 結果爲具有島狀區域的主動層103被轉移至第二基底 1 1 0 上。 另一方面，第一基底100因轉移與蝕刻步驟失去最上 層的主動層1 03及分離層1 02，而顯示出另一主動層1 03 作爲最上表面，並且返回至第1A圖中所示的步驟。 當一對主動層103及分離層102界定爲一群，並且基 底有η群形成於其上時，可藉由重覆上述步驟n次的程序 來形成η片發光元件。 (第一範例） 茲參照第2Α至2D圖來描述根據本發明之第一範例 。在圖中，參考符號200代表第一基底、參考符號201代 表緩衝層、參考符號202代表分離層、參考符號203代表 主動層（發光層）、參考符號204代表光反射層、參考符 號205代表阻劑薄膜、參考符號206代表經蝕刻的溝槽及 參考符號210代表第二基底。 首先，藉由MOCVD方法將具有厚度20 nm的GaAs -11 - 200834986 緩衝層201、具有厚度100 nm的ρ·Α1 As層202(1)及具 有厚度約2，000 nm之主動層203(1)生長在4英吋的 GaAs基底200上，如第2A圖中所示。 茲於下詳述主動層203 ( 1 )。 詳言之，主動層203 ( 1 )包含具有厚度20 nm並作爲 接觸層的p-GaAs層、具有厚度350 nm並作爲p側包層之 p-Al〇.4GaAs、具有厚度 30 0 nm並作爲發光層之 p-Al〇.13GaAs以及具有厚度130 nm並作爲η側包層之11-Al〇.23 Ga As 〇 之後，依序生長，具有與分離層202及主動層203相 同的層結構之分離層202 ( 2 )、主動層203 ( 2 )、分離 層202 ( 3 )及主動層203 ( 3 )，如第2B圖中所示。 接著，藉由噴濺方法在主動層203 (3)上形成厚度爲 7 0 nm的Au (金）層作爲最上表面，如第2C圖中所示。 藉由光微影技術以42// m的間隔在Au (金）上形成 尺寸爲20//mx20//m的島狀區域。 接著，在濕狀況下藉由12 (碘）及KI (碘化鉀）的 混合液體蝕刻An (金）。在阻劑移除後，以au層爲遮罩 飩刻主動層2 〇 3 ( 3 )。 在30°C由含有ΝΗ4〇Η:Η202=1:50的溶液蝕刻主動層 203 ( 3 )。蝕刻主動層203 ( 3 )約三分鐘，並使分離層 202 ( 3 )暴露出來。 具有4英吋大小的矽基底210備置爲第二基底，以及 在其表面上由噴濺方法形成厚度70 nm的Au薄膜，如第 •12- 200834986 2 C圖中所示。 接著，將第一圖案化基底200及第二基底210之Αυ 表面互相接合。 在200T：、500 N/4英吋φ的衝壓壓力及IxlO·2 pa的 降壓環境將Au表面互相接合。 將接合的基底浸入10%氫氟酸溶液中，如第2D圖中 所示。 氫氟酸溶液進入接合表面中的空間206內，以蝕刻分 離層202 ( 3 )。因此，GaAs基底（第一基底）200會從 矽基底（第二基底）210分離。 獲得以間隔42 /z m的陣列形狀配置在矽基底2 1 0表面 上的發光元件區域。接著以正常LED程序處理基底，並 形成600 dpi的發光陣列元件。另一方面，在GaAs基底 上，顯現具有平坦表面之主動層203 ( 2 )。 藉由再重覆上述步驟兩次，總共可獲得三個有發光元 件之基底。 (第二範例） 茲參照第3 A及3B圖來描述根據本發明之第二範例。 備置與第一範例中相同的基底，於其上形成Au薄膜 ，以及以與第一範例相同的方式形成圖案。然而，欲圖案 化之島狀區域爲具有8 m m X 0 · 5 m m面積之矩形。 之後，8mmx0.5 mm的發光元件區域係以與第一範 例中相同的程序轉移至矽基底上。 -13- 200834986 將矽基底經過LED程序，並在程序中產生以600 dpi 間隔排列的20 X 20 μ m大小的元件。 (第三範例） 在此範例中，執行與第一範例中相同的步驟，但改變 下列項目。 8英吋大小的Ge (鍺）基底用作第一基底。具有8英 吋大小的矽基底用作第二基底。在矽基底上並未形成光反 射層。 本發明可用於形成發光元件的方法中，以及尤其藉由 在分離層分離主動層以在基底上形成主動層而形成發光元 件的方法中。 雖已參照範例實施例描述本發明，應了解到本發明不 限於所揭露之範例實施例。下列申請專利範圍之範疇與係 最廣解釋一致以涵蓋這類的變更及等效之結構與功能。 【圖式簡單說明】 第1人，18，1(：，10及1£圖爲描繪根據本發明之一 實施例的形成發光元件之方法的步驟之剖面圖。 第2A，2B，2C及2D圖爲描繪本發明第一範例之步 驟之剖面圖。 第3 A及3B圖爲描繪本發明第二範例之平面圖及剖面 圖。 •14- 200834986 【主要元件符號說明】 100 ：第一基底 1 0 1 :緩衝層 102 :分離層 103 :主動層（發光層） 104 :光反射層 105 :阻劑薄膜 φ 106 :經鈾刻的溝槽 110:第二基底 2 0 0 :第一基底 201 :緩衝層 202 :分離層 203 :主動層（發光層） 2 04 :光反射層 205 :阻劑薄膜 • 2〇6 :經鈾刻的溝槽 210 :第二基底 -15-

Claims (1)

1. 200834986 十、申請專利範圍 1· 一種形成發光元件的方法，其係藉由在第一基底 上以分離層及發光層的順序生長該分離層及該發光層、將 該發光層接合至第二基底上以及移除該分離層以在該第二 基底上形成該發光層，該方法包含： 在該第一基底上生長複數群該分離層及該發光層，其 中在該第一基底上生長的該分離層及該發光層構成一群； • 將作爲最上層之該發光層圖案化成島形狀，以及接著 將該發光層接合至該第二基底；以及 將與圖案化成該島形狀之該發光層相鄰的該分離層蝕 刻，以在第二基底上形成屬案化成該島形狀之該發光層。 2 ·如申請專利範圍第1項之形成發光元件的方法， 其中提供複數個該第二基底，以及在該複數個該第二基底 上形成該發光層。 3 .如申請專利範圍第1項之形成發光元件的方法， • 其中在作爲最上層之該發光層上形成光反射層。 4.如申請專利範圍第1項之形成發光元件的方法， 其中在該第二基底上形成光反射層，以及在該光反射層上 形成作爲最上層之該發光層。 5 .如申請專利範圍第1項之形成發光元件的方法， 其中該第一基底由化合物半導體製成。 6 ·如申請專利範圍第1項之形成發光元件的方法， 其中該第二基底由矽製成。 7 ·如申請專利範圍第1項之形成發光元件的方法， -16- 200834986 其中藉由使用蝕刻液來飩刻該分離層。 8·如申請專利範圍第7項之形成發光元件的方法， 其中該蝕刻液爲氫氟酸或氫氯酸溶液。 9 ·如申請專利範圍第1項之形成發光元件的方法， 其中在該複數群中的該分離層及該發光層的薄膜厚度隨著 該些層變成上層而減少。 1 0·如申請專利範圍第1項之形成發光元件的方法， 其中形成具有該島形狀之該發光層的區域，使具有一島形 狀之該發光層的該區域構成一發光元件之發光層。 1 1 ·如申請專利範圍第1項之形成發光元件的方法， 其中形成具有該島形狀之該發光層的區域，以包含爲陣列 形狀之複數個發光元件的該些發光層並且具有與當切分該 第二基底時所產生之晶片的尺寸相等之尺寸。 12. —種產生發光元件的方法，其係藉由在第一基底 上從該第一基底的一側以分離層及發光層的順序形成該分 離層及該發光層、將該第一基底接合至第二基底使該發光 層位在內側以形成接合件以及蝕刻並移除該分離層以將該 發光層轉移至該第二基底上，該方法包含： 在該第一基底上重覆形成一群的該分離層及該發光層 η次，其中該群爲一對的該分離層及該發光層，以及其中 η爲2或更多的自然數； 僅將作爲最上表面的該發光層圖案化成複數個島形狀 ’以及接著將該第一基底接合至該第二基底上以形成接合 的結構；以及 -17- 200834986 使蝕刻液滲入藉由圖案化該些島形狀而形成在該接合 結構中的空間內、使該飩刻液與該分離層接觸以及將具有 該些島形狀的該發光層選擇性轉移至該第二基底上。

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