TWI517475B - 垂直式氮化物發光二極體的製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種垂直式氮化物發光二極體的製造方法，尤其是指一種可以減少磊晶成長的時間，還可以減少製作的複雜性及提升元件穩定性之垂直式氮化物發光二極體的製造方法者。
按，Ⅲ－Ⅴ族發光二極體是由Ⅲ族化學元素和Ｖ族化學元素結合而成，其中，Ⅲ族化學元素為：鋁（Ａｌ）、鎵（Ｇａ）、銦（Ｉｎ），Ｖ族化學元素為：為氮（Ｎ）、磷（Ｐ）、砷（Ａｓ）；當在Ⅲ－Ⅴ族的發光二極體兩電極間施加電壓，便能令電子與電洞注入於主動層中並相互復合，而復合時剩下的能量即以光的形式激發釋出，而達成發光效果。
請參看第一圖所示，即係揭示傳統的Ⅲ－Ⅴ族發光二極體中的氮化鎵發光二極體垂直元件的製造流程。係先於一暫時基板（１１）上，利用有機金屬化學氣相沉積法（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ －ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＭＯＣＶＤ）依序長出緩衝層（１２）、未參雜半導體層（１３）、ｎ型半導體層（１４）、主動層〔多層量子井〕（１５）、ｐ型半導體層（１６），接著再於ｐ型半導體層（１６）表面製作反射鏡層（１７），反射鏡層（１７）上再製作貼合層（１８Ａ），如此形成第一半導體塊材（Ａ）。另外，於一永久基板（１９）上製作另一貼合層（１８Ｂ），以形成第二半導體塊材（Ｂ）。接續，將第一半導體塊材（Ａ）之貼合層（１８Ａ）與第二半導體塊材（Ｂ）之貼合層（１８Ｂ）彼此對應貼合，將兩個半導體塊材貼合在一起。然後利用基板剝離方法〔如雷射剝離或研磨蝕刻剝離法〕，並以緩衝層（１２）作為該暫時基板（１１）分離半導體的犧牲層，最後利用乾式蝕刻法將未參雜半導體層（１３）移除，並於ｎ型半導體層（１４）表面製作ｎ型電極（１０），且以永久基板（１９）作為ｐ型電極。
由於在成長垂直式之Ⅲ－Ⅴ族發光二極體時，於成長完緩衝層之後，均會再成長幾個μｍ厚度的未摻雜半導體層，以改善緩衝層的結晶性及平坦度不佳的問題。
然而，正因為傳統之成長技術必須在完成成長該緩衝層之後，再成長未摻雜半導體層，才能接著成長ｎ型半導體層，以致增加Ⅲ－Ⅴ族發光二極體的製造流程，而繁雜的製造流程也可能進一步導致元件穩定性不佳之問題。
本發明之主要目的，係提供一種垂直式氮化物發光二極體的製造方法，主要係藉由能在以氮化鋁、氮化銦或氮化鎵等材料系列其中之一的薄膜所形成之緩衝層上直接成長半導體層，而不需先成長未摻雜半導體層後再成長半導體層，以藉此減少磊晶成長的時間，並能因此進一步減少氮化物發光二極體製作的複雜性，同時提升垂直式氮化物發光二極體的元件穩定性。
上述本發明垂直式氮化物發光二極體的製造方法的主要目的與功效，是由以下之具體技術手段所達成：
一種垂直式氮化物發光二極體的製造方法，包括以下之步驟：
步驟一：先於暫時基板上，依序成長出非晶性緩衝層與多晶或單晶性緩衝層；
步驟二：然後再用有機金屬化學氣相沉積法（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ －ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＭＯＣＶＤ）依序成長第一半導體層、主動層（多層量子井）、第二半導體層；
步驟三：接著於第二半導體層表面製作反射鏡層；
步驟四：再於反射鏡層表面製作貼合層，以形成第一半導體塊材；
步驟五：於一永久基板上製作貼合層，以形成第二半導體塊材；
步驟六：將第一半導體塊材之貼合層與第二半導體塊材之貼合層進行貼合製程，使第一、第二半導體塊材貼合在一起；
步驟七：利用基板剝離方法，且以非晶性緩衝層為犧牲層，將暫時基板分離；
步驟八：最後於第一半導體層表面製作第一電極，該永久基板為第二電極。
如上所述垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，基板剝離方法係為雷射剝離或研磨蝕刻剝離法。
如上所述之垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該永久基板之材質係選自藍寶石基板、半導體基板或金屬基板其中之一。
如上所述之垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該半導體基板為矽半導體基板、碳化矽半導體基板、砷化鎵半導體基板或氧化鋅半導體基板其中之一。
如上所述之垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該非晶性緩衝層與該多晶或單晶性緩衝層成長於該暫時基板上之技術是採用濺鍍技術、單元子層沉積系統（ＡＬＤ）或分子束磊晶系統（ＭＢＥ）其中之一。
如上所述之垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該非晶性緩衝層與該多晶或單晶性緩衝層之厚度為幾個ｎｍ至幾千個ｎｍ。
如上所述之氮化物發光二極體，其中，該非晶性緩衝層與該多晶或單晶性緩衝層成長溫度範圍為３００℃～１０００℃。
如上所述之垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該非晶性緩衝層與該多晶或單晶性緩衝層成長溫度為固定溫度或漸變溫度其中之一。
如上所述之垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該非晶性緩衝層與該多晶或單晶性緩衝層呈相互交替堆疊。
如上所述之垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該非晶性緩衝層與該多晶或單晶性緩衝層係由氮化鋁、氮化銦或氮化鎵等材料系列其中之一的薄膜所形成。
(2)．．．暫時基板
(3A)．．．非晶性緩衝層
(3B)．．．多晶或單晶性緩衝層
(4)．．．第一半導體層
(40)．．．第一電極
(5)．．．主動層(多層量子井)
(6)．．．第二半導體層
(7)．．．反射鏡層
(8A)．．．貼合層
(C)．．．第一半導體塊材
(9)．．．永久基板
(8B)．．．貼合層
(D)．．．第二半導體塊材
(11)．．．暫時基板
(12)．．．緩衝層
(13)．．．未參雜半導體層
(14)．．．n型半導體層
(15)．．．主動層〔多層量子井〕
(16)．．．p型半導體層
(17)．．．反射鏡層
(18A)．．．貼合層
(A)．．．第一半導體塊材
(19)．．．永久基板
(18B)．．．貼合層
(B)．．．第二半導體塊材
(10)．．．n型電極
第一圖：現有垂直型氮化物發光二極體的製造步驟流程圖
第二圖：本發明垂直型氮化物發光二極體的製造步驟流程圖
為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：
請參看第二圖所示，其係揭示本發明之垂直式氮化物發光二極體的製造方法的步驟流程圖。本發明之垂直式氮化物發光二極體的製造方法，包括以下之步驟：
步驟一：先於暫時基板（２）上，採用濺鍍技術、單元子層沉積系統（ＡＬＤ）或分子束磊晶系統（ＭＢＥ）其中之一，以成長溫度範圍為３００℃～１０００℃，依序成長出厚度為幾個ｎｍ至幾千個ｎｍ的非晶性緩衝層（３Ａ）與多晶或單晶性緩衝層（３Ｂ）；此外，較佳為該非晶性緩衝層（３Ａ）與該多晶或單晶性緩衝層（３Ｂ）成長溫度為固定溫度或漸變溫度其中之一；又，該非晶性緩衝層（３Ａ）與該多晶或單晶性緩衝層（３Ｂ）係進一步呈相互交替堆疊設置；且該非晶性緩衝層（３Ａ）與該多晶或單晶性緩衝層（３Ｂ）係由氮化鋁、氮化銦或氮化鎵等材料系列其中之一的薄膜所形成；
步驟二：然後再用有機金屬化學氣相沉積法（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ －ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＭＯＣＶＤ）依序成長第一半導體層（４）、主動層（多層量子井）（５）、第二半導體層（６）；
步驟三：接著於第二半導體層（６）表面製作反射鏡層（７）；
步驟四：再於反射鏡層（７）表面製作貼合層（８Ａ），以形成第一半導體塊材（Ｃ）；
步驟五：於一永久基板（９）上製作貼合層（８Ｂ），以形成第二半導體塊材（Ｄ）；該永久基板（９）之材質係選自藍寶石基板、半導體基板或金屬基板其中之一，且該半導體基板為矽半導體基板、碳化矽半導體基板、砷化鎵半導體基板或氧化鋅半導體基板其中之一；
步驟六：將第一半導體塊材（Ｃ）之貼合層（８Ａ）與第二半導體塊材（Ｄ）之貼合層（８Ｂ）進行貼合製程，使第一半導體塊材（Ｃ）、第二半導體塊材（Ｄ）貼合在一起；
步驟七：利用基板剝離方法，例如：雷射剝離或研磨蝕刻剝離法，且以非晶性緩衝層（３Ａ）為犧牲層，將暫時基板（２）分離；
步驟八：最後於第一半導體層（４）表面製作第一電極（４０），並以該永久基板（９）為第二電極。
以上所舉者僅係本發明之部份實施例，並非用以限制本發明，致依本發明之創意精神及特徵，稍加變化修飾而成者，亦應包括在本專利範圍之內。
綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體技術手段，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
(2)．．．暫時基板
(3A)．．．非晶性緩衝層
(3B)．．．多晶或單晶性緩衝層
(4)．．．第一半導體層
(40)．．．第一電極
(5)．．．主動層(多層量子井)
(6)．．．第二半導體層
(7)．．．反射鏡層
(8A)．．．貼合層
(C)．．．第一半導體塊材
(9)．．．永久基板
(8B)．．．貼合層
(D)．．．第二半導體塊材
Claims (8)
- 一種垂直式氮化物發光二極體的製造方法，包括以下之步驟：步驟一：先於暫時基板上，依序成長出非晶性緩衝層與多晶或單晶性緩衝層，該非晶性緩衝層與多晶或單晶性緩衝層成長溫度範圍為300℃~1000℃，該非晶性緩衝層與多晶或單晶性緩衝層沉積於該暫時基板上之技術是採用濺鍍技術、單元子層沉積系統或分子束磊晶系統其中之一；步驟二：利用有機金屬化學氣相沉積法依序成長第一半導體層、主動層、第二半導體層；步驟三：於第二半導體層表面製作反射鏡層；步驟四：於反射鏡層表面製作貼合層，以形成第一半導體塊材；步驟五：於一永久基板上製作貼合層，以形成第二半導體塊材；步驟六：將第一半導體塊材之貼合層與第二半導體塊材之貼合層進行貼合製程，使第一、第二半導體塊材貼合在一起；步驟七：利用基板剝離方法，且以非晶性緩衝層為犧牲層，將暫時基板分離；步驟八：於第一半導體層表面製作第一電極，該永久基板為第二電極。
- 如申請專利範圍第1項所述垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該永久基板之材質係選自藍寶石基板、半導體基板或金屬基板其中之一。
- 如申請專利範圍第2項所述垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該半導體基板為矽半導體基板、碳化矽半導體基板、砷化鎵半導體基板或氧化鋅半導體基板其中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該非晶性緩衝層與多晶或單晶性緩衝層之厚度為幾個nm至幾千個nm。
- 如申請專利範圍第4項所述垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該非晶性緩衝層與多晶或單晶性緩衝層成長溫度為固定溫度或漸變溫度其中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該非晶性緩衝層與多晶或單晶性緩衝層呈相互交替堆疊成長。
- 如申請專利範圍第1項所述垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該基板剝離方法為雷射剝離或研磨蝕刻剝離法其中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述垂直式氮化物發光二極體的製造方法，其中，該非晶性緩衝層與多晶或單晶性緩衝層係由氮化鋁、氮化銦或氮化鎵等材料系列其中之一的薄膜所形成。
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