TWI481062B - 磊晶基板製造方法及發光二極體裝置及其製造方法 - Google Patents

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Chao Min Chen
Cheng Huang Kuo
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Description

磊晶基板製造方法及發光二極體裝置及其製造方法
本發明係關於一種磊晶基板及其製造方法及發光二極體裝置之製造方法。
發光二極體(light-emitting diode,LED)裝置是一種由半導體材料製作而成的發光元件。由於發光二極體裝置具有體積小、耗電量低、沒有輻射、不含水銀、壽命長、反應速度快及可靠度高等優點。因此，近年來隨著技術不斷地進步，其應用範圍涵蓋了資訊、通訊、消費性電子、汽車、照明以及交通號誌等領域。
一般來說，發光二極體必須在一磊晶基板上成長一磊晶疊層，其係依序在磊晶基板上形成N型磊晶層、發光層(active layer)以及P型磊晶層。然而為了減少N型磊晶層直接成長在平面的磊晶基板上，而造成缺陷(defect)的產生，一般的作法是製作出具有週期性孔洞的磊晶基板，來避免缺陷的產生。
在發光二極體裝置的製程技術中，圖1A~圖1G所示為發光二極體裝置之製造過程。
請參照圖1A，發光二極體裝置1係由基板11、緩衝層12及蝕刻遮罩層13所構成。其中，緩衝層12係設置於基板與蝕刻遮罩層13之間。
請參照圖1B，於習知技術中，係藉由陽極氧化鋁製程或蝕刻製程，以使蝕刻遮罩層13具有複數個鏤空部H1。
請參照圖1C，藉由蝕刻遮罩層13為蝕刻阻擋層蝕刻緩衝層12，以使緩衝層12具有相對應之鏤空部H2。且在緩衝層12被蝕刻後，移除蝕刻遮罩層13。
請參照圖1D，形成一磊晶疊層14於緩衝層12及其鏤空部H2中。磊晶疊層14係包括一N型磊晶層141、一發光層142以及一P型磊晶層143。其中，N型磊晶層141係形成於緩衝層12及其鏤空部H2中，接著於N型磊晶層141上形成一發光層142，而後於發光層142上形成一P型磊晶層143。
請再參照圖1E，其係形成一導熱黏貼層16於一導熱基板15上。再如圖1F所示，其係將導熱黏貼層16與P型磊晶層143結合。最後請參照圖1G，翻轉上述之發光二極體裝置1，並藉由雷射剝離技術(laser lift-off)移除基板11。
然而，於習知半導體製程技術中，若要藉由蝕刻製程或電子束曝光製程以形成奈米等級之鏤空部H1，則需經過複雜的製程步驟，使得生產良率降低。另外，利用雷射剝離技術所產生的設備成本亦相當龐大。因此，如何提供一種能夠簡化半導體製程步驟，且能夠有效控制成本之磊晶基板及其製造方法以及發光二極體裝置之製造方法，實屬當前重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種簡化半導體製程步驟之磊晶基板及其製造方法及發光二極體裝置之製造方法。
為達上述目的，依據本發明之一種磊晶基板之製造方法，其係包括以下步驟：形成一犧牲層於一基板上，犧牲層係具有一第一微奈米結構；以及形成一緩衝層於犧牲層上。
為達上述目的，依據本發明之一種磊晶基板之製造方法，其係包括以下步驟：形成一緩衝層於一基板上；形成一犧牲層於緩衝層上，犧牲層具有一第一微奈米結構；以犧牲層為蝕刻阻擋層蝕刻緩衝層，以使緩衝層具有與第一微奈米結構相對應之一第二微奈米結構；以及以蝕刻製程或鍛燒製程移除犧牲層。
為達上述目的，依據本發明之一種磊晶基板，其係包括一基板及一緩衝層。緩衝層設置於該基板且具有一微奈米結構。
為達上述目的，依據本發明之一種發光二極體裝置之製造方法，其係包括以下步驟：提供一具微奈米結構之一磊晶基板；形成一第一半導體層於該磊晶基板之該微奈米結構上；形成一發光層於該第一半導體層上；以及形成一第二半導體層於該發光層上。
承上所述，依據本發明之磊晶基板及其製造方法及發光二極體裝置之製造方法，其係藉由設置一具有微奈米結構之犧牲層於緩衝層或基板上。接著，藉由蝕刻製程或鍛燒製程移除微奈米粒子，以使緩衝層或基板具有微奈米孔洞。此外，於發光二極體裝置之製造方法中，相較於習知技術藉由雷射剝離(laser lift-off)技術移除磊晶基板，本發明係藉由蝕刻技術移除磊晶基板。因此，本發明之磊晶基板及其製造方法及發光二極體裝置之製造方法，可以簡化製程，進而提高生產良率。
1‧‧‧發光二極體裝置
11‧‧‧基板
12‧‧‧緩衝層
13‧‧‧蝕刻遮罩層
14‧‧‧磊晶疊層
141‧‧‧N型磊晶層
142‧‧‧發光層
143‧‧‧P型磊晶層
15‧‧‧導熱基板
16‧‧‧導熱黏貼層
H1、H2‧‧‧鏤空部
21、31、41‧‧‧基板
22、32、32A、42‧‧‧犧牲層
221‧‧‧金屬氧化物
222‧‧‧微奈米粒子
23、33、33A、43‧‧‧緩衝層
6‧‧‧發光二極體裝置
61‧‧‧磊晶基板
63‧‧‧磊晶疊層
631‧‧‧第一半導體層
632‧‧‧發光層
633‧‧‧第二半導體層
64‧‧‧導熱基板
65‧‧‧導熱黏貼層
S11~S13、S21~S25、S31~S36、S41~S46‧‧‧步驟
圖1A至圖1G為習知發光二極體裝置之示意圖。
圖2為依據本發明第一實施例之磊晶基板的製造方法之一流程圖。
圖3A至圖3C為依據本發明第一實施例之磊晶基板的製造方法之示意圖。
圖4為依據本發明第二實施例之磊晶基板的製造方法之一流程圖。
圖5A至圖5F為依據本發明第二實施例之磊晶基板的製造方法之示意圖。
圖6為依據本發明第三實施例之磊晶基板的製造方法之一流程圖。
圖7A至圖7F為依據本發明第三實施例之磊晶基板的製造方法之示意圖。
圖8為依據本發明較佳實施例之發光二極體裝置之製造方法之一流程圖。
圖9A至圖9E為依據本發明較佳實施例之發光二極體裝置之製造方法之示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依據本發明較佳實施例之磊晶基板及其製造方法及發光二極體裝置之製造方法。
請參照圖2，本發明第一實施例之磊晶基板的製造方法係包括步驟S11至步驟S13。以下請同時參照圖3A至圖3C。
請參照圖3A，步驟S11係形成一犧牲層22於一基板21上。於本實施例中，犧牲層22係由金屬氧化物221及複數個微奈米粒子222混合而成，其中藉由其適當的調配比例，即可使微奈米粒子222以週期性的排列方式混合於金屬氧化物221中。
微奈米粒子222之材質係包括金屬、介電質材料、有機材料或無機材料，其係可為一奈米球、一奈米柱、一奈米孔洞、一奈米點、一奈米線或一奈米凹凸結構。於此，微奈米粒子222係以奈米球為例說明，而金屬氧化物221之材質係包括氧化鋁。
請參照圖3B，步驟S12係藉由蝕刻製程或鍛燒製程移除微奈米粒子222。此時，犧牲層21具有一第一微奈米結構。請參照圖3C，步驟S13係形成一緩衝層23於犧牲層22上。於本實施例中，緩衝層23之材質包括氮化鋁或氮化鎵。
值得一提的是，上述步驟並不僅限於此順序，其可依據製程之需要而進行步驟之調換。
請參照圖4，本發明第二實施例之磊晶基板的製造方法係包括步驟S21至步驟S25。以下請同時參照圖5A至圖5E。
如圖5A所示，步驟S21係形成一犧牲層32於一基板31上。於此，犧牲層32具有一第一微奈米結構。第一微奈米結構係以堆疊製程、燒結製程、陽極氧化鋁(AAO)製程、奈米壓印製程、轉印製程、熱壓製程、蝕刻製程或電子束曝光製程而形成。
於本實施例中，第一微奈米結構係具有複數微奈米粒子，其係包括至少一奈米球、一奈米柱、一奈米孔洞、一奈米點、一奈米線或一奈米凹凸結構。於此，第一微奈米結構係以奈米球為例說明，而微奈米粒子之材質可包括金屬、介電質材料、有機材料或無機材料，且微奈米粒子係以週期性、非週期性、連續、非連續、無間距、有間距、等距或非等距方式排列。
請參照圖5B，步驟S22係形成一緩衝層33於犧牲層32上。於此，緩衝層33之厚度係小於犧牲層32之厚度，而緩衝層33之材質係包括氮化鋁或氮化鎵。
請參照圖5C，步驟S33係藉由蝕刻製程或鍛燒製程移除犧牲層32。此時，緩衝層33係具有與第一微奈米結構相對應之一第二微奈米結構。
請再參照圖5D，步驟S24係以緩衝層33為蝕刻阻擋層蝕刻基板31。此時，基板31具有與第二微奈米結構相對應之一第三微奈米結構。請參照圖5E，步驟S25係以蝕刻製程移除緩衝層33。
此外，使用者可以依據其需求，於圖5C~圖5E中選擇其中之一作為磊晶基板，並形成一磊晶疊層(於文後敘述)於磊晶基板上。
值得一提的是，上述步驟並不僅限於此順序，其可依據製程之需要而進行步驟之調換。
另外，請再參照圖5F，其與上述之差別在於其係在基板31上形成作無間距奈米球之犧牲層32A，再於犧牲層32A上形成緩衝層33A。
請參照圖6，本發明第三實施例之磊晶基板的製造方法係包括步驟S31至步驟S36。以下請同時參照圖7A至圖7F。
請參照圖7A所示，步驟S31係形成一緩衝層42於一基板41上。於本實施例中，緩衝層42之材質係為氮化鋁或氮化鎵。
請參照圖7B，步驟S32係形成一犧牲層43於一緩衝層43上。於本實施例中，犧牲層43具有一第一微奈米結構，其係以堆疊製程、燒結製程、陽極氧化鋁製程、奈米壓印製程、轉印製程、熱壓製程、蝕刻製程或電子束曝光製程而形成。
於此，第一微奈米結構係具有複數微奈米粒子，其係包括至少一奈米球、一奈米柱、一奈米孔洞、一奈米點、一奈米線或一奈米凹凸結構。於本實施例中，第一微奈米結構係以奈米球為例說明，而微奈米粒子之材質係包括金屬、介電質材料、有機材料或無機材料。
請參照圖7C，步驟S33係以犧牲層43為蝕刻阻擋層蝕刻緩衝層42。此時，緩衝層42具有與第一微奈米結構相對應之一第二微奈米結構。
請參照圖7D，步驟S34係以蝕刻製程或鍛燒製程移除犧牲層43。請參照圖7E，步驟S35係以緩衝層42為蝕刻阻擋層蝕刻基板41，以使基板41具有與第二微奈米結構相對應之一第三微奈米結構。請再參照圖7F，步驟S36係以蝕刻製程移除緩衝層42。
此外，使用者可以依據其需求，於圖7D~圖7F選擇其中之一作為磊晶基板，並形成一磊晶疊層(於文後敘述)於磊晶基板上。
值得一提的是，上述步驟並不僅限於此順序，其可依據製程之需要而進行步驟之調換。
承上所述，本發明之發光二極體裝置之製造方法係可利用上述實施例中之磊晶基板來製作，請參照圖8，其製造方法係包括步驟S41至步驟S46。以下的說明請同時參照圖9A至圖9F。
請參照圖9A，步驟S41係提供一具微奈米結構之一磊晶基板61。在此，磊晶基板61係以第二實施例中，圖5B所示之磊晶基板為例，其係包括基板31、犧牲層32以及緩衝層33。
接著，請參照圖9B所示，步驟S42係形成一磊晶疊層63於緩衝層33上。磊晶疊層63依序具有一第一半導體層631、一發光層632及一第二半導體層633。於本實施例中，磊晶疊層63係於緩衝層33上形成第一半導體層631，接著於第一半導體層631上形成發光層632，而後於發光層632上形成第二半導體層633。此外，第一半導體層631及第二半導體層633係可分別為一N型磊晶層及一P型磊晶層，當然其亦可互換，於此並不加以限制。
請再參照圖9C所示，步驟S43係形成一導熱黏貼層(或稱接合層)65於一導熱基板64上。於本實施例中，導熱基板64之材質係包括矽、砷化鎵、磷化鎵、碳化矽、氮化硼、鋁、氮化鋁、銅或其組合，而導熱黏貼層65之材質係為金、錫膏、錫銀膏、銀膏等各式金屬或非金屬材料或其組合。
需注意者，導熱黏貼層65除了可形成於導熱基板64上，亦可形成於第二半導體層633上，當然亦可同時形成於兩者上。
請參照第9D圖所示，步驟S44係將第二半導體層633藉由導熱黏貼層65而與導熱基板64結合。最後如圖9E所示，步驟S45係翻轉於步驟S44所形成之發光二極體裝置6，並以蝕刻製程移除磊晶基板61。
值得一提的是，上述步驟並不僅限於此順序，其可依據製程之需要而進行步驟之調換。
在此僅以上述實例敘述發光二極體裝置的製作方法，其中製作過程中所使用的磊晶基板，係可為第一實施例至第三實施例中所示之任一磊晶基板，或是以本發明之概念所製作出之磊晶基板，於此並不加以限制。
綜上所述，依據本發明之磊晶基板及其製造方法及發光二極體裝置之製造方法，其係藉由設置一具有微奈米結構之犧牲層於緩衝層或基板上。接著，藉由蝕刻製程或鍛燒製程移除奈米粒子，以使該緩衝層或基板具有微奈米孔洞。此外，於發光二極體裝置之製造方法中，相較於習知技術藉由雷射剝離(laser lift-off)技術移除磊晶基板，本發明係藉由蝕刻技術移除磊晶基板。因此，本發明之磊晶基板及其製造方法及發光二極體裝置之製造方法，可以簡化製程，進而提高生產良率。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包括於後附之申請專利範圍中。
S21~S25‧‧‧磊晶基板的製造方法的步驟

Claims (28)

  1. 一種發光二極體裝置之製造方法，包括以下步驟：提供一基板；形成一犧牲層於該基板上，該犧牲層具有一微奈米結構；形成一緩衝層於該微奈米結構上；形成一第一半導體層於該緩衝層上；形成一發光層於該第一半導體層上；形成一第二半導體層於該發光層上；形成一導熱黏貼層於一導熱基板上；以及結合該第二半導體層及該導熱黏貼層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該第一半導體層係為一P型磊晶層或一N型磊晶層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該第二半導體層係為一P型磊晶層或一N型磊晶層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該微奈米結構係具有複數個微奈米粒子。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之製造方法，其中該些微奈米粒子之材質係包括金屬、介電質材料、有機材料或無機材料。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該緩衝層之厚度係小於該犧牲層之厚度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該微奈米結構係以堆疊製程、燒結製程、陽極氧化鋁製程、奈米壓印製程、轉印製程、熱壓製程、蝕刻製程或電子束曝光製程而形成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該微奈米結構係包括至少一奈米球、一奈米柱、一奈米孔洞、一奈米點、一奈米線或一奈米凹凸結構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該緩衝層之材質係包括氮化鋁或氮化鎵。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該導熱基板之材質係包括矽、砷化鎵、磷化鎵、碳化矽、氮化硼、鋁、氮化鋁、銅或其組合。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該導熱黏貼層之材質係為金、錫膏、錫銀膏、銀膏等各式金屬或非金屬材料或其組合。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中於結合該第二半導體層及該導熱黏貼層後，更包括下列步驟：翻轉該發光二極體裝置；以及移除該基板及該微奈米結構。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之製造方法，其中移除該基板及該微奈米結構之步驟，更包括：以蝕刻製程移除該基板及該微奈米結構。
  14. 一種發光二極體裝置，包括：一第一半導體層，具有一微奈米結構；一發光層，形成於該第一半導體層下方；一第二半導體層，形成於該發光層下方；一導熱黏貼層，形成於該第二半導體層下方；一導熱基板，形成於該導熱黏貼層下方；以及一緩衝層，形成於該微奈米結構上。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體裝置，其中該第一半導體層和該第二半導體層分別為一P型磊晶層或一N型磊晶層。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體裝置，其中該微奈米結構係以堆疊製程、燒結製程、陽極氧化鋁製程、奈米壓印製程、轉印製程、熱壓製程、蝕刻製程或電子束曝光製程而形成。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體裝置，其中該微奈米結構係包括至少一奈米球、一奈米柱、一奈米孔洞、一奈米點、一奈米線或一奈米凹凸結構。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體裝置，其中該緩衝層之材質係包括氮化鋁或氮化鎵。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體裝置，其中該導熱基板之材質係包括矽、砷化鎵、磷化鎵、碳化矽、氮化硼、鋁、氮化鋁、銅或其組合。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體裝置，其中該導熱黏貼層之材質係為金、錫膏、錫銀膏、銀膏等各式金屬或非金屬材料或其組合。
  21. 一種磊晶基板之製造方法，包括以下步驟：形成一緩衝層於一基板上；形成一犧牲層於該緩衝層上，該犧牲層具有一第一微奈米結構；以該犧牲層為蝕刻阻擋層蝕刻該緩衝層，以使該緩衝層具有與該第一微奈米結構相對應之一第二微奈米結構；以蝕刻製程或鍛燒製程移除該犧牲層；以及以該緩衝層為蝕刻阻擋層蝕刻該基板，以使該基板具有與該第二微奈米結構相對應之一第三微奈米結構。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之製造方法，其中於蝕刻該基板後，其更包括以蝕刻製程移除該緩衝層。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之製造方法，其中該第一微奈米結構係以堆疊製程、燒結製程、陽極氧化鋁製程、奈米壓印製程、轉印製程、熱壓製程、蝕刻製程或電子束曝光製程而形成。
  24. 一種磊晶基板之製造方法，包括以下步驟：形成一犧牲層於一基板上，該犧牲層係具有一第一微奈米結構； 形成一緩衝層於該犧牲層上；以蝕刻製程或鍛燒製程移除該犧牲層，而使該緩衝層具有與該第一微奈米結構相對應之一第二微奈米結構；以及以該緩衝層為蝕刻阻擋層蝕刻該基板，以使該基板具有與該第二微奈米結構相對應之一第三微奈米結構。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之製造方法，其中於蝕刻該基板後，其更包括以蝕刻製程移除該緩衝層。
  26. 一種磊晶基板之製造方法，包括以下步驟：形成一犧牲層於一基板上，其中該犧牲層係由一金屬氧化物及複數個微奈米粒子混合而成；藉由蝕刻製程或鍛燒製程移除該微奈米粒子，使該犧牲層具有一微奈米結構；以及形成一緩衝層於該犧牲層上。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之製造方法，其中該微奈米粒子之材質係包括金屬、介電質材料、有機材料或無機材料，其係可為一奈米球、一奈米柱、一奈米孔洞、一奈米點、一奈米線或一奈米凹凸結構，該金屬氧化物之材質係包括氧化鋁。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之製造方法，其中該緩衝層之材質包括氮化鋁或氮化鎵。
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