TWI596797B - Gallium nitride-based crystal and semiconductor device manufacturing method, and light-emitting Device and method of manufacturing the light-emitting device - Google Patents

Description

氮化鎵系結晶及半導體元件的製造方法、與發光 裝置及發光裝置的製造方法

本發明係關於一種氮化鎵(GaN)系結晶及半導體元件的製造方法，尤其是關於一種在矽(Si)基板上形成磷化硼(BP)結晶、並於其上成長閃鋅鑛型結晶之氮化鎵系結晶的方法。

氮化鎵系結晶係使用於短波長發光裝置中。通常在藍寶石基板上磊晶成長氮化鎵系結晶，然而業者期望在矽基板上磊晶成長低晶格差排密度的氮化鎵系結晶。氮化鎵系結晶，以結晶結構來看可分為兩種。一為壓電特性優異的纖維鋅鑛結構；另一種為幾乎沒有壓電特性而適於資料傳輸或資料處理的閃鋅鑛型結晶。一般而言，纖維鋅鑛型結構在高溫成長下為穩定態。然而，由於亞穩態之閃鋅鑛型結晶可以促進良好的再鍵結，在使用於短波長發光裝置中的情況下，其裝置的發光效率會顯著提高，因此業者強烈期待在低的晶格差排密度下成長閃鋅鑛型結晶的技術。又，若是可以得到晶格差排密度低的閃鋅鑛結構的氮化鎵系結晶，則能夠製造短波長發光裝置與半導體積體電路的複合裝置等，進而可以發展出光電特性更加的未來型裝置。

在此之前，本申請案發明人曾發表過，於形成在 矽基板上的磷化硼結晶層上，直接形成氮化鎵結晶的例子(專利文獻1)。然而，藉由實際上觀察專利文獻1所提供的氮化鎵結晶，可發現到其表面上出現凹凸、部分性剝離、裂縫等現象。雖然目前的文獻已有利用形成在矽基板上的磷化硼結晶層作為中間層，而在磷化硼結晶層上形成氮化鎵系結晶的例子(專利文獻2)。然而，專利文獻2所揭露的方法，並未形成具有閃鋅鑛型之結晶結構的氮化鎵系結晶。

(先前技術文獻)

【專利文獻1】日本特開第2000-235956號公報

【專利文獻2】日本特開第2003-229601號公報

本發明欲解決之問題為提供以下技術：亦即，在矽(100)的晶格平面上以閃鋅鑛型之磷化硼結晶作為中間結晶，成長低晶格差排密度的閃鋅鑛型氮化鎵系結晶。

作為本發明之實施形態，本發明提供一種氮化鎵系結晶的製造方法，包括：於矽基板上，形成閃鋅鑛型之磷化硼結晶層；於閃鋅鑛型之磷化硼結晶層上，形成含銦材質層，並使其具有可以維持閃鋅鑛型之結晶結構的厚度；以及於含銦材質層之上，形成閃鋅鑛型之氮化鎵系結晶層。

在本發明的一實施例之中，含銦材質層較佳係厚度為4原子層以內的銦金屬層。

在本發明的另一實施例之中，含銦材質層較佳係厚度為2nm以內的氮化銦鎵(InGaN)層。

在本發明的又一實施例之中，含銦材質層較佳係厚度為4原子層以內的鋁化銦混合層，且鋁化銦混合層中的鋁 原子(Al)含量為10%以下。

在本發明的再一實施例之中，含銦材質層較佳係厚度為2nm以內的氮化鋁銦鎵(AlInGaN)層，且氮化鋁銦鎵層中的鋁原子含量為10%以下。

在本發明的又另一實施例之中，含銦材質層較佳為重複沈積Al_xIn_yGa_1-x-yN層與Al_x’In_y’Ga_1-x’-y’N層所構成的超晶格結構層。

矽基板的晶格平面較佳會與(100)晶格平面，形成3°以上、23°以下的傾斜角。

作為本發明之實施形態，本發明又提供一種氮化鎵系結晶的製造方法，包括：於矽基板上，形成矽原子濃度為10¹⁷cm^-3以上、10²¹cm^-3以下的閃鋅鑛型之磷化硼結晶層；以及在閃鋅鑛型之磷化硼結晶層之上方，形成閃鋅鑛型之氮化鎵系結晶層。

本發明另提供一種發光裝置，其包含在藉由上述製造方法所製造的閃鋅鑛型之氮化鎵系結晶上所形成的雙異質接合結構。

再者，本發明提供一種發光裝置的製造方法，其包含一蝕刻製程，以從藉由上述製造方法所製造的閃鋅鑛型之氮化鎵系結晶上除去矽基板。其中，此蝕刻製程係使用閃鋅鑛型之磷化硼結晶層作為蝕刻停止層。

依照本發明，可以在矽的(100)晶格平面上，以磷化硼結晶作為中間結晶，成長低晶格差排密度的閃鋅鑛型氮化鎵系結晶。

10‧‧‧矽基板

11‧‧‧磷化硼結晶層

12‧‧‧銦金屬膜

13‧‧‧氮化鎵結晶膜

14‧‧‧氮化鎵結晶膜

121‧‧‧氮化銦鎵膜

122‧‧‧鋁化銦混合膜

123‧‧‧氮化鋁銦鎵膜

124‧‧‧超晶格結構層

20‧‧‧n型連接層

21‧‧‧n型包覆層

22‧‧‧活性層

23‧‧‧p型包覆層

24‧‧‧p型連接層

30‧‧‧基板

31‧‧‧鋁膜

圖1係繪示本發明之實施例1至4所成長之氮化鎵系結晶的結構剖面圖。

圖2係繪示本發明之實施例5所成長之氮化鎵系結晶的狀態剖面圖。

圖3係根據本發明的實施例，繪示氮化鎵系結晶層的晶格差排密度與矽基板傾斜角的依存性關係圖。

圖4係繪示使用實施例1至5之氮化鎵系結晶的成長方法所得之氮化鎵系結晶所製成之半導體雷射元件的結構剖面圖。

圖5至7係繪示使用實施例1至5之氮化鎵系結晶的成長方法所得到的氮化鎵系結晶來製作高亮度發光二極體的製造方法。

以下提供幾個實施本發明的實施例，來說明本發明的目的與技術優勢。然而值得注意的是，本發明並不受限於以下說明的實施例。任何該技術領域中具有通常知識者，皆可在不變更發明精神的前提下，對以下所說明的實施例進行各種變更而實施本發明。

【實施例1】

以下，係參照圖1來說明本發明之第一實施例所揭露的氮化鎵系結晶(Al_xIn_yGa_1-x-yN結晶)的成長方法。

首先，準備摻雜有P(磷)之n型矽基板10。其中，矽基板10的晶格平面，可以為(100)。然而，在本實施例中， 則係使用晶格平面與晶格平面(110)夾有傾斜6度的基板。

將承載矽基板10的反應爐的溫度提高至1000℃，導入磷化氫(PH₃)與二硼烷(B₂H₆)1小時左右，以形成厚度約為500nm的磷化硼結晶層11(中間結晶)。由於反應爐的溫度為1000℃，故矽原子從矽基板鑛散的結果，磷化硼結晶層11的矽原子濃度為10¹⁸cm^-3左右。其後，使基板溫度下降。

不將表面形成有磷化硼結晶層11的矽基板10移出至大氣中，而是在氮氛圍中的狀態下，移至別的反應爐。使基板溫度提高至1100℃，並以氫處理表面5分鐘。接著，使基板溫度降低至650℃，導入三甲基銦((CH₃)₃In)，反應時間僅1秒，以沈積厚度約為1原子層左右(0.5nm左右)的銦金屬膜12。

沈積銦金屬膜12之後，將單甲基聯胺(CH₃-NH-NH₂)與三甲基鎵((CH₃)₃Ga)導入反應爐中，反應時間1500秒左右，以沈積厚度約為20nm的氮化鎵膜13。

沈積厚度約為20nm的氮化鎵膜13之後，將反應爐的溫度提高至730℃，將單甲基聯胺與三甲基鎵導入反應爐中，反應時間3600秒左右，以沈積厚度約為1μm的氮化鎵膜14。

以上述方式所沈積的氮化鎵膜，其結晶結構為良好的閃鋅鑛型，其晶格差排密度約為10⁶cm^-2。

以上述的膜成長方法，可以形成閃鋅鑛型之氮化鎵膜的原因，推測如下(但並非用以限制本發明)。由於形成在矽基板10上之磷化硼結晶層11為閃鋅鑛型，且形成於磷化硼結晶層11上的銦金屬膜12，其厚度僅有1原子層左右。由於銦金屬膜12的厚度相當小，因此可維持閃鋅鑛型之結晶結構，故形成於其上的氮化鎵膜亦為閃鋅鑛型。實際上，沈積氮化鎵膜後，偵測出厚度為1原子層左右的銦金屬膜12，係具有點 狀外觀的銦金屬膜。

在上述氮化鎵膜之成長方法中，可以形成晶格差排密度較低的氮化鎵膜，其理由如下：磷化硼結晶的晶格常數為約0.454nm，而氮化鎵結晶的晶格常數為約0.451nm。在氮化銦鎵結晶中，當銦原子的比率愈高，則晶格常數愈大。由於以上述成長方法所形成的銦金屬膜12以及氮化鎵膜之間，實質上產生了氮化銦鎵結晶，在銦原子含量相對較大的氮化銦鎵結晶存在的狀況下，可化解磷化硼和氮化銦鎵二者之間晶格常數的不匹配的問題。另外，也可以將銦含量相對較大的氮化銦鎵結晶薄膜，直接插入磷化硼結晶層11與氮化鎵結晶膜13之間，此實施態樣將在實施例2中詳細說明。

雖然在上述氮化鎵膜之成長方法中，只揭露形成厚度為1原子層左右的銦金屬膜，然而，在其他實施例之中，形成最大厚度約為5原子層左右的銦金屬膜，仍能得到同樣的結果。

【實施例2】

以下，係參照圖1來說明實施例2所揭露的氮化鎵系結晶的成長方法。

首先，與實施例1同樣，在摻雜P(磷)的n型矽基板10上形成厚度約為500nm之磷化硼結晶層11。

不將表面形成有磷化硼結晶層11的矽基板10移出至大氣中，而是在氮氛圍中的狀態下，移至別的反應爐。將基板溫度提高至1100℃，並以氫處理其表面5分鐘。接著，將基板溫度降低至650℃，導入單甲基聯胺、三甲基鎵及三甲基銦，反應時間10秒鐘，以沈積厚度約為1至數原子層左右(0.5至2nm左右)的氮化銦鎵膜121。由於氮化銦鎵膜121的厚度夠 薄，因此可維持閃鋅鑛型之結晶結構。

在沈積氮化銦鎵膜121之後，將單甲基聯胺與三甲基鎵導入反應爐中1500，反應時間秒左右，以沈積厚度約為20nm的氮化鎵膜13。

在沈積厚度約為20nm的氮化鎵膜13之後，將反應爐的溫度提高至730℃，並將單甲基聯胺與三甲基鎵導入反應爐中，反應時間3600秒左右，以沈積厚度約為1μm的氮化鎵膜14。

如上述般所沈積的氮化鎵膜之結晶結構係良好的閃鋅鑛型結構，其晶格差排密度約為10⁶cm^-2。

【實施例3】

以下，係參照圖1來說明實施例3所揭露之氮化鎵系結晶的成長方法。

首先，與實施例1同樣，在摻雜P(磷)的n型矽基板10上形成厚度約為500nm的磷化硼結晶層11。

不將表面形成有磷化硼結晶層11的矽基板10移出至大氣中，而是在氮氛圍中的狀態下，移至別的反應爐。將基板溫度提高至1100℃，並以氫處理其表面5分鐘。接著，將基板溫度降低至650℃，使三甲基銦與三甲基鋁((CH₃)₃Al)導入反應爐，反應時間僅1秒鐘，以沈積厚度為1原子層左右(0.5nm左右)的鋁化銦混合膜122。鋁化銦混合膜122由於厚度較小，因此可維持閃鋅鑛型之結晶結構。在本實施例之中，可調整氣體流量，使氣體中鋁原子的含量，遠小於氣體中銦原子的含量。

在沈積鋁化銦混合膜122之後，將單甲基聯胺與三甲基鎵導入反應爐中，反應時間1500秒左右，以沈積厚度 約為20nm的氮化鎵膜13。

在沈積厚度約為20nm的氮化鎵膜13之後，將反應爐的溫度提高至730℃，將單甲基聯胺與三甲基鎵導入反應爐中，反應時間3600秒左右，以沈積厚度約為1μm的氮化鎵膜14。

如上述般所沈積的氮化鎵膜之結晶結構為良好的閃鋅鑛型結構，其晶格差排密度為稍大於約10⁶cm^-2左右。且對比習知的氮化鎵膜，本實施例所沈積的氮化鎵膜，其表面的平坦性亦相對提高。其理由推測為(但並非用以限定本發明)：在成長氮化鎵膜之時，只要在磷化硼結晶層的界面上存在有極少量的鋁原子，則氮化鎵結晶對磷化硼結晶層的附著率變高，可使氮化鎵結晶更確實地成長。依照實驗結果，鋁原子的最大含量，較佳為銦原子含量的10%左右，超過此值的話，則晶格差排密度將突然變大。

【實施例4】

以下，係參照圖1來說明實施例4所揭露之氮化鎵系結晶的成長方法。

首先，與實施例1同樣，在摻雜P(磷)的n型矽基板10上形成厚度約為500nm之磷化硼結晶層11。

不將表面形成有磷化硼結晶層11的矽基板10移出至大氣中，而是在氮氛圍中的狀態下，移至別的反應爐。將基板溫度提高至1100℃，並以氫處理其表面5分鐘。接著，將基板溫度降低至650℃，導入單甲基聯胺、三甲基鎵、三甲基鋁及三甲基銦，反應時間10秒鐘，以沈積厚度約為1至數原子層左右(0.5至2nm左右)的氮化鋁銦鎵膜123。由於氮化鋁銦鎵膜123的厚度較小，因此可維持閃鋅鑛型之結晶結構。

在沈積氮化鋁銦鎵膜123之後，將單甲基聯胺與 三甲基鎵導入反應爐中，反應時間約為1500秒左右，以沈積厚度約為20nm的氮化鎵膜13。

在沈積厚度約為20nm的氮化鎵膜13之後，將反應爐的溫度提高至730℃，將單甲基聯胺與三甲基鎵導入反應爐中，反應時間約為3600秒左右，以沈積厚度約為1μm的氮化鎵膜14。

如上述般所沈積的氮化鎵膜之結晶結構為良好的閃鋅鑛型，其晶格差排密度為稍大於約10⁶cm^-2左右。且對比習知的氮化鎵膜，本實施例所沈積的氮化鎵膜，其表面的平坦性亦相對提高。

【實施例5】

以下，系參照圖2來說明實施例5所揭露之氮化鎵系結晶的成長方法。

首先，與實施例1同樣，在摻雜P(磷)的n型矽基板10上形成厚度約為500nm之磷化硼結晶層11。

不將表面形成有磷化硼結晶層11的狀態的矽基板10移出至大氣中，而是在氮氛圍中的狀態下，移至別的反應爐。將基板溫度提高至1100℃，並以氫處理其表面5分鐘。接著，將基板溫度降低至650℃，並且進行：步驟(1)導入單甲基聯胺與三甲基鎵及三甲基銦，反應時間約10秒鐘，以形成厚度約1.4nm的氮化銦鎵層；以及步驟(2)導入單甲基聯胺及三甲基鎵，反應時間約10秒鐘，以形成厚度約1.4nm的氮化鎵層。接著，重覆步驟(1)及步驟(2)共4次。結果，在磷化硼結晶層11上，形成由五層氮化銦鎵/氮化鎵重覆堆疊(GaInN/GaN/GaInN/GaN/GaInN/GaN/GaInN/GaN/GaInN/GaN)之疊層結構，藉以構成厚度合計為14nm，且結晶構造維持閃鋅鑛型結 構的超晶格結構層124。

在形成超晶格結構層124之後，將反應爐的溫度提高至730℃，將單甲基聯胺與三甲基鎵導入反應爐中，反應時間約3600秒左右，以沈積厚度約為1μm的氮化鎵膜14。

如上述般所沈積的氮化鎵膜之結晶結構為良好的閃鋅鑛型結構，其晶格差排密度約為10⁶cm^-2左右。藉由在磷化硼結晶層與氮化鎵系結晶之間形成上述超晶格結構層124，可使氮化鎵系結晶與磷化硼結晶之界面產生的晶格差排現象減少，而且藉由超晶格結構層124，存在有吸收新產生的歪曲的效果，因此可以防止新的晶格差排的增殖。

在上述實施例中，雖然僅揭露藉由氮化銦鎵與氮化鎵的疊層膜來形成超晶格結構層124。然而，超晶格結構層124的結構並不以此為限。在本發明的其他實施例之中，也可以是藉由重複沈積Al_xIn_yGa_1-x-yN層與Al_x’In_y’Ga_1-x’-y’N層，來形成由不同原子比例之Al_xIn_yGa_1-x-yN層所堆疊而成的超晶格結構層。

在上述實施例1至5之氮化鎵系結晶的成長方法中，雖然僅教示使用磷化氫與二硼烷來形成磷化硼膜；然而，並不以此為限。在本發明的其他實施例之中，也可以使用三氯化磷(PCl₃)與三氯化硼(BCl₃)來形成磷化硼膜。但是，值得注意的是，當使用磷化氫與二硼烷來形成磷化硼膜時，形成於磷化硼膜上的氮化鎵系結晶的品質較佳。另外，雖然上述實施例1至5中，係採用單甲基聯胺與三甲基鎵作為原料，來形成氮化鎵膜，但在本發明的其他實施例使用三甲基鎵及二甲基聯胺作為原料，也可得到同樣良好的結果。

在上述實施例1至5之氮化鎵系結晶的成長方法 中，雖然僅以沈積氮化鎵結晶膜13及14作為氮化鎵系結晶成長步驟的例示，然而，並不以此為限。在本發明的一些實施例之中，氮化鎵系結晶也可以是不同原子比例之Al_xIn_yGa_1-x-yN結晶膜。其中，鋁原子及銦原子的組成比例分別為X及Y，而X及Y分別是介於0至1之間的值。

(基板的傾斜角)

在上述實施例1之氮化鎵系結晶的成長方法中，摻雜P(磷)的n型矽基板10，其晶格平面與(100)晶格平面夾有6度的傾斜角。在此，藉由改變基板之晶格平面與(100)晶格平面所夾的傾斜角，並測量透過含銦材質層成長於磷化硼結晶層上的氮化鎵系結晶層的晶格差排密度，可得到如圖3所示之結果。在圖3中，縱軸為氮化鎵系結晶的晶格差排密度，而橫軸為矽基板之晶格平面與(100)晶格平面所夾的傾斜角。從圖3可以理解，使用傾斜角為0°的矽基板時，其晶格差排密度為10¹⁰cm^-2；然而，傾斜角一超過3°時其晶格差排密度急速減小至10⁶cm^-2左右，而傾斜角超過23°時，則晶格差排密度再度增大。此外，傾斜角超過23°的話，在成長表面產生凹凸。因此，矽基板的傾斜角較佳為3°以上、23°以下。此外，從晶格差排密度的觀點來看，最適合的傾斜角為6°以上、10°以下。

(組成傾斜)

在上述實施例2之氮化鎵系結晶的成長方法中，雖然僅教示在氮化銦鎵層121之上形成氮化鎵層13。然而，在其他實施例之中，也可以在含銦材質層的成長過程中，調整含銦材質層中的銦原子含量比例。例如，在成長開始時，從含銦材質層(In_xGa_1-xN)中的銦原子含量比例X為0.15以上開始進行成長，並且隨著成長時間推移，而減少銦原子的含量。 但是值得注意的是，前述的成長步驟，必須在成長溫度為700℃以下，例如650℃左右進行。因為若是成長溫度高，則無法導入充分量的銦原子。

(磷化硼結晶層之矽原子濃度)

在上述實施例1至5之氮化鎵系結晶的成長方法中，磷化硼結晶層11中較佳為含有相對較高濃度的矽原子。由於矽原子與硼原子之間的鍵結非常強固，可能可使在磷化硼結晶層11內所產生的晶格差排擴張與增殖受到抑制。值得注意的是，矽原子濃度較佳為10¹⁷cm^-3以上、10²¹cm^-3以下。若是矽原子濃度為10¹⁷cm^-3以下，成長後之氮化鎵系結晶的晶格差排密度會上升。若是矽原子濃度為10²¹cm^-3以上，在成長後之氮化鎵系結晶的表面會出現凹凸的現象。

本發明的另一些實施例中，也可以在磷化硼結晶層11內，設置極薄的高濃度矽摻雜層。具體而言，先於矽基板10上形成厚度約為100nm之磷化硼結晶層，並在其上形成厚度約為1至3nm(數原子層)，矽原子摻雜濃度約為10²¹cm^-3的高濃度矽摻雜磷化硼結晶層，接著在其上形成厚度約為400nm之磷化硼結晶層。由於藉由上下兩個磷化硼結晶層包夾此高濃度矽摻雜磷化硼結晶層，可以抑制在矽基板10與磷化硼結晶層11之界面或磷化硼結晶層(下部)產生的晶格差排擴張與增殖，可更進一步降低含銦材質層上方之氮化鎵系結晶的晶格差排密度。與習知技術所形成的氮化鎵系結晶相比，其晶格差排密度大幅降低。

(低溫退火)

在上述實施例1至5之氮化鎵系結晶的成長方法中，不將表面形成有磷化硼結晶層11的矽基板10移出至大氣 中，而是在氮氛圍中的狀態下，移至別的反應爐，其後，將基板溫度提高至1100℃，並以氫處理其表面5分鐘。

較佳為在此之後，藉由將反應爐的溫度降低至700℃以下，例如650℃，並保持約10分鐘左右，藉以進行第一次低溫退火。又，較佳為在形成含銦材質層的各層，例如在形成銦金屬膜12、氮化銦鎵膜121、氮化鋁銦鎵膜123及超晶格結構層124之後，或者在形成氮化鎵膜13之後，將反應的溫度保持在800℃以下的溫度，例如750℃，持續數十分鐘，藉以進行第二次低溫退火。藉由進行如上所述之第一及第二次低溫退火，可以改善磷化硼結晶層11或氮化鎵膜13的結晶性，並降低表面的缺陷密度。結果，可以更進一步降低氮化鎵膜14的晶格差排密度。

【實施例6】

圖4係繪示使用上述實施例1至5之氮化鎵系結晶的成長方法所得之氮化鎵系結晶所製成之半導體雷射元件的結構剖面圖。

如前所述，氮化鎵膜14為一無摻雜層。先在其上形成由摻雜有矽原子之氮化鎵所構成，厚度約為1μm左右的n型連接層20。接著，在n型連接層20之上，形成由氮化鋁鎵所構成，且摻雜有矽原子，厚度約為0.1μm左右的n型包覆層21。在n型包覆層21之上，形成活性層22。在本實施例之中，活性層22係由厚度約為2nm的氮化鎵層/厚度約為2nm的氮化銦鎵層，以6循環疊層而成，總厚度約為24nm的超晶格結構層。其中，活性層22亦為一無摻雜層。接著，在活性層22之上，形成由氮化鋁鎵所構成，且摻雜鎂(Mg)之p型包覆層23，並在其上形成摻雜有鎂之氮化鎵所構成，厚度約為400nm左右的p 型連接層24。然後，藉由蝕刻製程，移除一部份的n型連接層20、n型包覆層21、活性層22、p型包覆層23及p型連接層24，以保留寬度約為5μm的條狀區域做為雷射振盪區，後續再於剩餘的n型連接層20與p型連接層24上形成電極。

如此得到的半導體雷射元件由於使用閃鋅鑛型之氮化鎵結晶，故電洞與電子再鍵結之效率佳，因此可以得到發光效率高的半導體雷射元件。此外，在利用閃鋅鑛型之氮化鎵結晶層形成半導體雷射元件等光學元件的情況下，由於電洞的移動度極高，為了防止電洞滲出的發生，n型包覆層可說是必須的結構。因此，本實施例所提供的半導體雷射元件，較佳會具有雙異質接合(double heterojunction)結構。

【實施例7】

圖5至7係繪示使用實施例1至5之氮化鎵系結晶的成長方法所得到的氮化鎵系結晶來製作高亮度發光二極體(Light Emitting diode，LED)的方法。

如上所述，氮化鎵膜14為一無摻雜層。首先在氮化鎵膜14上形成由摻雜有矽原子之氮化鎵所構成，厚度約為1μm左右的n型連接層20。接著，在n型連接層20之上，形成由氮化鋁鎵所構成，摻雜有矽原子且厚度約為0.1μm左右的n型包覆層21。在n型包覆層21之上，形成活性層22。在本實施例之中，活性層22係由厚度約為2nm的氮化鎵層/厚度約為2nm的氮化鋁鎵層，以6循環疊層而成，總厚度約為24nm的超晶格結構層。其中，活性層22亦為一無摻雜層。接著，在活性層22之上，形成由氮化鎵所構成且摻雜有鎂原子之p型包覆層23，並於其上形成由摻雜有鎂原子之氮化鎵所構成，厚度約為400nm左右的p型連接層24(到此為止所形成的結構，其外 觀與實施例6的半導體雷射元件相同)。

為了使此具有雙異質接合結構的發光二極體成為高亮度，較佳為將矽基板10除去，以免其吸收產生的紫外線至藍色光。在此，使用磷化硼結晶層11作為蝕刻停止層進行蝕刻，將矽基板10除去。在本實施例之中，可以使用500℃的氫氧化鉀(KOH)，來作為蝕刻溶液，藉以達到矽基板10與磷化硼結晶層11之間較佳的選擇比(如圖5所繪示)。又，在另一個實施例之中，使用氟化氫與硝酸之混合溶液的稀釋液或聯胺液等來作為蝕刻液，來蝕刻矽基板，也可以得到同樣良好的結果。

接著，除去磷化硼結晶層11。在此，有必要選用可達到磷化硼結晶層與氮化鎵層(夾著極薄的包含In的層)二者之間較佳選擇比的蝕刻液。在本實施例之中，係使用加熱至500℃的氫氧化鉀、氫氧化鈉(NaOH)及氧化鎂(MgO)的混合溶液作為蝕刻溶液，來移除磷化硼結晶層。

此外，雖然在其他實施例之中，可以使用加熱至500℃的磷酸來除去磷化硼結晶層；然而從蝕刻速度及選擇比的關係來看，較佳仍是使用氫氧化鉀、氫氧化鈉及氧化鎂的混合溶液作為蝕刻溶液，來移除磷化硼結晶層。

接著，蝕刻除去無摻雜氮化鎵膜14。在本實施例之中，可以使用500℃的氫氧化鉀作為蝕刻溶液，來移除氮化鎵膜14，藉以暴露出導電率高的n型連接層20。圖6即顯示此狀態。

接著，準備一黏合構件，包括基板30與藉由濺鍍法形成在基板30表面上的鋁膜31。其中，鋁膜31具有反射紫外線至藍色光的性質。接著，將n型連接層20與黏合構件接 合。其中，使用鋁與銦的合金，在400℃進行壓合，以完成其接合。圖7即顯示此狀態。

藉由晶粒切割機，將整合有以上述方法所形成之高亮度發光二極體的基板分離為複數個個別的發光二極體。後續，並將其承載於封裝體(未繪示)上，以可將紫外線或藍色光轉變為白光的螢光體包圍發光二極體的發光面(如圖7所示之頂面)，從而完成產品。

如以上所說明者，本發明可以得到低晶格差排密度的閃鋅鑛型氮化鎵系結晶，並且可以形成利用此閃鋅鑛型氮化鎵系結晶所製成的高效率發光裝置。

10‧‧‧矽基板

11‧‧‧磷化硼結晶層

12‧‧‧銦金屬膜

13‧‧‧氮化鎵結晶膜

14‧‧‧氮化鎵結晶膜

121‧‧‧氮化銦鎵膜

122‧‧‧鋁化銦混合膜

123‧‧‧氮化鋁銦鎵膜

Claims (11)

1. 一種氮化鎵系結晶的製造方法，包括：於一矽基板上，形成一閃鋅鑛型之磷化硼結晶層；於該閃鋅鑛型之磷化硼結晶層上，形成一含銦材質層，使其具有可以維持閃鋅鑛型之結晶結構的一厚度；以及於該含銦材質層之上，形成一第一閃鋅鑛型之氮化鎵系結晶層；以及於該第一閃鋅鑛型之氮化鎵系結晶層上形成一第二閃鋅鑛型之氮化鎵系結晶層，以構成一雙異質接合結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氮化鎵系結晶的製造方法，其中：該含銦材質層係一金屬銦層，具有4原子層以內的一厚度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氮化鎵系結晶的製造方法，其中：該含銦材質層係厚度為2nm以內的一氮化銦鎵層。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氮化鎵系結晶的製造方法，其中：該含銦材質層係一鋁化銦混合層，具有4原子層以內的一厚度，且該鋁化銦混合層中的鋁原子含量為10%以下。
5. 如申請專利範圍第1項所述之氮化鎵系結晶的製造方法，其中：該含銦材質層係厚度為2nm以內的一氮化鋁銦鎵層，且該氮化鋁銦鎵層中的鋁原子含量為10%以下。
6. 如申請專利範圍第1項所述之氮化鎵系結晶的製造方法，其中：該含銦材質層係重複沈積Al_xIn_yGa_1-x-yN層與Al_x’In_y’Ga_1-x’-y’N層所構成的一超晶格結構層。
7. 如申請專利範圍第1項所述之氮化鎵系結晶的製造方法，其中：該矽基板具有一晶格平面，與(100)晶格平面形成3°以上、23°以下的一傾斜角。
8. 如申請專利範圍第1項所述之氮化鎵系結晶的製造方法，其中：該閃鋅鑛型之磷化硼結晶層中的矽原子濃度為10¹⁷cm^-3以上、10²¹cm^-3以下。
9. 一種氮化鎵系結晶的製造方法，包括：於一矽基板上，形成矽原子濃度為10¹⁷cm^-3以上、10²¹cm^-3以下的一閃鋅鑛型之磷化硼結晶層；以及在該閃鋅鑛型之磷化硼結晶層之上方形成一閃鋅鑛型之氮化鎵系結晶層。
10. 一種發光裝置，其係包含，在藉由如申請專利範圍第1或9項所述之氮化鎵系結晶的製造方法所製造的該閃鋅鑛型之氮化鎵系結晶上方，所形成的該雙異質接合結構。
11. 一種發光裝置的製造方法，其係包含一蝕刻製程，藉以從藉由如申請專利範圍第1或9項所述之氮化鎵系結晶的製造方法所製造的該閃鋅鑛型之氮化鎵系結晶上，將該矽基 板移除去，其中該蝕刻製程，係使用該閃鋅鑛型之磷化硼結晶層作為一蝕刻停止層。