專利名稱：自我分離層的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自我分離層的制造方法，尤其涉及一種不需使用激光剝
離技術(shù)(laser lift-off)的自我分離層的制造方法，而可降低激光剝離步驟的成本 以及熱應(yīng)力產(chǎn)生的不良效應(yīng)。
背景技術(shù)：
目前逐漸受到青睞的發(fā)光裝置包含發(fā)光二極管及激光二極管。發(fā)光二極 管是一種冷光發(fā)光元件，其利用半導(dǎo)體材料中電子空穴結(jié)合所釋放出的能量， 以光的形式釋出。依據(jù)使用材料的不同，其可發(fā)出不同波長的單色光。主要 可區(qū)分為可見光發(fā)光二極管與不可見光(例如紅外線或紫外線)發(fā)光二極管兩 種，由于發(fā)光二極管相較于傳統(tǒng)燈泡發(fā)光的形式，具有省電、耐震及閃爍速 度快等優(yōu)點，因此成為日常生活中不可或缺的重要元件。激光二極管主要被 應(yīng)用于光通訊與光儲存。
基本的發(fā)光二極管，是由一基板、 一形成于所述基板上的緩沖層、 一形 成于所述緩沖層上的N型半導(dǎo)體層、 一局部地覆蓋N型半導(dǎo)體層的發(fā)光層、一
形成于所述發(fā)光層的P型半導(dǎo)體層及兩分別形成于這兩個半導(dǎo)體層上的接觸 電極層所構(gòu)成。
傳統(tǒng)的發(fā)光二極管的發(fā)光層的差排密度高，因而降低發(fā)光二極管的內(nèi)部 量子效率，進而降低其發(fā)光亮度并產(chǎn)生熱，而使發(fā)光二極管的溫度上升。此 外，發(fā)光層所發(fā)出來的光線朝向多個方向，朝著背光面發(fā)出的光線會被基板 吸收，進而影響其發(fā)光效率。
傳統(tǒng)的藍(lán)光二極管在制作過程中，通常利用藍(lán)寶石基板作為磊晶基板， 然后在磊晶基板上形成氮化物半導(dǎo)體層以及其它氮化物化合物后制作成元 件，利用激光剝離(Laser Lift-Off)技術(shù)來將元件剝離磊晶基板。因此，整個程
4序相當(dāng)昂貴，不但費時費工，而且加工時容易因為熱而使發(fā)光層損傷(Thermal Damage)與熱應(yīng)力(Thermal Stress)殘留于元件內(nèi)，而使元件的光、電效率變差。
因此，如何提供一種不需使用激光剝離技術(shù)的自我分離層的制造方法， 同時降低自我分離層的差排密度，實為本案所欲解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種自我分離層的制造方法，此制造方 法不需使用激光剝離技術(shù)，并同時能減低發(fā)光層磊晶的差排密度，以使利用 此自我分離層形成的發(fā)光裝置的發(fā)光效率提高。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種自我分離層的制造方法，包含以下步驟: 在一基板上形成多個凸部；在所述凸部上成長一主要材料層；及分離主要材 料層與基板。
前述形成這些凸部的步驟可以包含以下子步驟在基板上形成一輔助材 料層；在輔助材料層上形成一金屬層；對金屬層進行回火以在輔助材料層上 形成多個金屬顆粒；利用所述金屬顆粒作為屏蔽以刻蝕輔助材料層以形成所 述凸部；以及移除所述金屬顆粒。
本發(fā)明的制造工藝可以造成主要材料層自動與基板分離的效果，因而不 再需要激光剝離的制造程序，且可以有效回收基板以供再次被利用，符合環(huán) 保的需求，并有機會可以提供額外的經(jīng)濟效益。
為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所 附圖式，作詳細(xì)說明如下。


圖l顯示依據(jù)本發(fā)明的自我分離層的制造方法的流程圖； 圖2A至2C顯示對應(yīng)于圖1的制造方法的各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3顯示圖1的步驟S1的流程圖4A至4C顯示對應(yīng)于圖3的制造方法的各子步驟的結(jié)構(gòu)剖面5圖5A與5B顯示主要材料層的兩種例子。 主要元件符號說明-
10:基板
11:輔助材料層
12:金屬層
13:金屬顆粒
14:凸部
15:主要材料層
151、 151':元件基板層
152:第一型半導(dǎo)體層
153:發(fā)光層
154;第二型半導(dǎo)體層
Sl-S3:方法步驟
Sll-S15:子步驟
具體實施例方式
圖l顯示依據(jù)本發(fā)明的自我分離層的制造方法的流程圖。圖2A至2C顯示 對應(yīng)于圖l的制造方法各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。以下將配合圖1及圖2A至2C來說 明本發(fā)明的自我分離層的制造方法。
首先，步驟S1，在一基板10上形成多個凸部14,如圖2A所示。在本實施 例中，基板10為一藍(lán)寶石基板，基板10的材質(zhì)也可以選自于由硅、碳化硅、 氧化鎂、砷化物、磷化物、氧化鋅與藍(lán)寶石所組成的群組。
接著，步驟S2，在這些凸部14上成長一主要材料層15，如圖2B所示。主 要材料層15譬如是由氮化物半導(dǎo)體(GaN或AlN層)所組成。主要材料層15是利 用氫化物氣相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE)或金屬有機氣相 磊晶法(Metalorganic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)成長于凸部14上。 由于只有凸部14的結(jié)構(gòu)與基板有接觸而非主要材料層15整面與基板相結(jié)合，因而可以有效降低所成長的主要材料層15的差排密度。
然后，步驟S3，分離主要材料層15與基板10，如圖2C所示。此主要材料 層15即為所需的發(fā)光元件，或也可作為一元件基板而在所述元件基板上制作 其它元件，此細(xì)節(jié)將參見圖5A與5B而說明于后。
前述的凸部14的制造方法有很多種，以下舉一個例子說明。圖3顯示圖1 的步驟S1的流程圖。圖4A至4C顯示對應(yīng)于圖3的制造方法各子步驟的結(jié)構(gòu)剖 面圖。
首先，步驟S11與S12，在基板10上形成一輔助材料層11，然后在輔助材 料層11上形成一金屬層12，此時的結(jié)構(gòu)如圖4A所示。輔助材料層ll是由氮化 鎵或氮化鋁(GaN或AlN)等氮化物半導(dǎo)體所組成。舉例而言，金屬層12的材料 為金、銅、鋁、鎳、鈷、鐵、鐵/鈷金屬復(fù)合體或鎳/鈷金屬復(fù)合體，且金屬層 12可以通過蒸鍍、電鍍或其它方式而形成。
然后，步驟S13，對金屬層12進行回火(Annealing)以在輔助材料層ll上形 成多個金屬顆粒13，此時的結(jié)構(gòu)如圖4B所示。
接著，步驟S14，利用這些金屬顆粒13作為屏蔽以刻蝕輔助材料層11以形 成多個凸部14，此時的結(jié)構(gòu)如圖4C所示。在本實施例中，各凸部14為一柱狀 體，各柱狀體的一直徑小于一微米，也就是具有納米等級的尺寸?；蛘?，各 柱狀體的一直徑小于數(shù)微米，譬如是三微米。輔助材料層ll可以被刻蝕到達(dá) 基板IO，也可以殘留厚度很薄的輔助材料層ll。
然后，步驟S15，移除這些金屬顆粒13 ，此時的結(jié)構(gòu)如圖2A所示。
輔助材料層11與主要材料層15是由相同材料所形成，或輔助材料層ll的 材料為主要材料層15的材料的成長種子材料。由于基板10與輔助材料層11具 有不同的熱膨脹系數(shù)，所以在主要材料層15的成長完成，離開磊晶爐后，凸 部14與基板10之間因熱膨脹系數(shù)差異而產(chǎn)生斷裂而達(dá)到剝離的狀態(tài)。由于主 要材料層15在成長完成后會自我分離，所以在此被稱為自我分離層。
圖5A與5B顯示主要材料層的兩種例子。如圖5A所示，主要材料層15包含
7一元件基板層151、 一第一型半導(dǎo)體層152、 一發(fā)光層153及一第二型半導(dǎo)體層154。譬如是P/N型半導(dǎo)體層的第一型半導(dǎo)體層152位于元件基板層151上。發(fā)光層153位于第一型半導(dǎo)體層152上。譬如是N/P型半導(dǎo)體層的第二型半導(dǎo)體層154位于發(fā)光層153上。因此，前述的成長主要材料層15的步驟包含以下子步驟。首先，在凸部14上形成一元件基板層151。接著，在元件基板層151上形成一第一型半導(dǎo)體層152。然后，在第一型半導(dǎo)體層152上形成一發(fā)光層153。最后，在發(fā)光層153上形成一第二型半導(dǎo)體層154。
如圖5B所示，主要材料層15'是由單一元件基板層151'所組成，也就是作為一元件基板而可以在所述元件基板上制作其它元件。
由于主要材料層15的差排密度被降低，使得利用主要材料層15所制造出來的發(fā)光二極管裝置的發(fā)光效率及亮度可以有效被提升。此外，利用前述的制造工藝可以造成主要材料層自動與基板分離的效果，因而不再需要激光剝離的制造程序，且可以有效回收基板以供再次被利用，符合環(huán)保的需求，并有機會可以提供額外的經(jīng)濟效益。
在較佳實施例的詳細(xì)說明中所提出的具體實施例僅用以方便說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，而非將本發(fā)明狹義地限制于上述實施例，在不超出本發(fā)明的精神及權(quán)利要求范圍的情況下，所做的種種變化實施，皆屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種自我分離層的制造方法，其特征在于，所述方法包含以下步驟(a)在一基板上形成多個凸部；(b)在所述的多個凸部上成長一主要材料層；及(c)分離所述主要材料層與所述基板。
2. 如權(quán)利要求l所述的自我分離層的制造方法，其特征在于，各所述凸部 為一柱狀體。
3. 如權(quán)利要求l所述的自我分離層的制造方法，其特征在于，形成所述的 多個凸部的步驟包含以下子步驟(al)在所述基板上形成一輔助材料層； (a2)在所述輔助材料層上形成一金屬層；(a3)對所述金屬層進行回火以在所述輔助材料層上形成多個金屬顆粒； (a4)利用所述的多個金屬顆粒作為屏蔽以刻蝕所述輔助材料層以形成所 述的多個凸部；以及(a5)移除所述的多個金屬顆粒。
4. 如權(quán)利要求3所述的自我分離層的制造方法，其特征在于，所述輔助材 料層與所述主要材料層是由相同材料所形成。
5. 如權(quán)利要求3所述的自我分離層的制造方法，其特征在于，所述輔助材 料層的材料為所述主要材料層材料的成長種子材料。
6. 如權(quán)利要求3所述的自我分離層的制造方法，其特征在于，在所述子步 驟(a4)中，所述輔助材料層被刻蝕到達(dá)所述基板。
7. 如權(quán)利要求2所述的自我分離層的制造方法，其特征在于，各所述柱狀 體的一直徑小于三微米。
8. 如權(quán)利要求l所述的自我分離層的制造方法，其特征在于，所述主要材 料層是由單一元件基板層所組成。
9. 如權(quán)利要求l所述的自我分離層的制造方法，其特征在于，所述步驟(b)包含以下子步驟(bl)在所述的多個凸部上形成一元件基板層； (b2)在所述元件基板層上形成一第一型半導(dǎo)體層;(b3)在所述第一型半導(dǎo)體層上形成一發(fā)光層；及(b4)在所述發(fā)光層上形成一第二型半導(dǎo)體層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自我分離層的制造方法，包含以下步驟在一基板上形成多個凸部；在所述凸部上成長一主要材料層；及分離主要材料層與基板。采用該制造工藝可以造成主要材料層自動與基板分離的效果，因而不再需要激光剝離的制造程序，且可以有效回收基板以供再次被利用，符合環(huán)保的需求，并有機會可以提供額外的經(jīng)濟效益。
文檔編號H01L33/00GK101488543SQ200810003439
公開日2009年7月22日 申請日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者傅建中, 郭浩中, 陳政寰 申請人:傅建中