专利名称：自我分离层的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种自我分离层的制造方法，尤其涉及一种不需使用激光剥
离技术(laser lift-off)的自我分离层的制造方法，而可降低激光剥离步骤的成本 以及热应力产生的不良效应。
背景技术：
目前逐渐受到青睐的发光装置包含发光二极管及激光二极管。发光二极 管是一种冷光发光元件，其利用半导体材料中电子空穴结合所释放出的能量， 以光的形式释出。依据使用材料的不同，其可发出不同波长的单色光。主要 可区分为可见光发光二极管与不可见光(例如红外线或紫外线)发光二极管两 种，由于发光二极管相较于传统灯泡发光的形式，具有省电、耐震及闪烁速 度快等优点，因此成为日常生活中不可或缺的重要元件。激光二极管主要被 应用于光通讯与光储存。
基本的发光二极管，是由一基板、 一形成于所述基板上的缓冲层、 一形 成于所述缓冲层上的N型半导体层、 一局部地覆盖N型半导体层的发光层、一
形成于所述发光层的P型半导体层及两分别形成于这两个半导体层上的接触 电极层所构成。
传统的发光二极管的发光层的差排密度高，因而降低发光二极管的内部 量子效率，进而降低其发光亮度并产生热，而使发光二极管的温度上升。此 外，发光层所发出来的光线朝向多个方向，朝着背光面发出的光线会被基板 吸收，进而影响其发光效率。
传统的蓝光二极管在制作过程中，通常利用蓝宝石基板作为磊晶基板， 然后在磊晶基板上形成氮化物半导体层以及其它氮化物化合物后制作成元 件，利用激光剥离(Laser Lift-Off)技术来将元件剥离磊晶基板。因此，整个程
4序相当昂贵，不但费时费工，而且加工时容易因为热而使发光层损伤(Thermal Damage)与热应力(Thermal Stress)残留于元件内，而使元件的光、电效率变差。
因此，如何提供一种不需使用激光剥离技术的自我分离层的制造方法， 同时降低自我分离层的差排密度，实为本案所欲解决的问题。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种自我分离层的制造方法，此制造方 法不需使用激光剥离技术，并同时能减低发光层磊晶的差排密度，以使利用 此自我分离层形成的发光装置的发光效率提高。
为达上述目的，本发明提供一种自我分离层的制造方法，包含以下步骤: 在一基板上形成多个凸部；在所述凸部上成长一主要材料层；及分离主要材 料层与基板。
前述形成这些凸部的步骤可以包含以下子步骤在基板上形成一辅助材 料层；在辅助材料层上形成一金属层；对金属层进行回火以在辅助材料层上 形成多个金属颗粒；利用所述金属颗粒作为屏蔽以刻蚀辅助材料层以形成所 述凸部；以及移除所述金属颗粒。
本发明的制造工艺可以造成主要材料层自动与基板分离的效果，因而不 再需要激光剥离的制造程序，且可以有效回收基板以供再次被利用，符合环 保的需求，并有机会可以提供额外的经济效益。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所 附图式，作详细说明如下。
图l显示依据本发明的自我分离层的制造方法的流程图； 图2A至2C显示对应于图1的制造方法的各步骤的结构示意图； 图3显示图1的步骤S1的流程图4A至4C显示对应于图3的制造方法的各子步骤的结构剖面5图5A与5B显示主要材料层的两种例子。 主要元件符号说明-
10:基板
11:辅助材料层
12:金属层
13:金属颗粒
14:凸部
15:主要材料层
151、 151':元件基板层
152:第一型半导体层
153:发光层
154;第二型半导体层
Sl-S3:方法步骤
Sll-S15:子步骤
具体实施例方式
图l显示依据本发明的自我分离层的制造方法的流程图。图2A至2C显示 对应于图l的制造方法各步骤的结构示意图。以下将配合图1及图2A至2C来说 明本发明的自我分离层的制造方法。
首先，步骤S1，在一基板10上形成多个凸部14,如图2A所示。在本实施 例中，基板10为一蓝宝石基板，基板10的材质也可以选自于由硅、碳化硅、 氧化镁、砷化物、磷化物、氧化锌与蓝宝石所组成的群组。
接着，步骤S2，在这些凸部14上成长一主要材料层15，如图2B所示。主 要材料层15譬如是由氮化物半导体(GaN或AlN层)所组成。主要材料层15是利 用氢化物气相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE)或金属有机气相 磊晶法(Metalorganic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)成长于凸部14上。 由于只有凸部14的结构与基板有接触而非主要材料层15整面与基板相结合，因而可以有效降低所成长的主要材料层15的差排密度。
然后，步骤S3，分离主要材料层15与基板10，如图2C所示。此主要材料 层15即为所需的发光元件，或也可作为一元件基板而在所述元件基板上制作 其它元件，此细节将参见图5A与5B而说明于后。
前述的凸部14的制造方法有很多种，以下举一个例子说明。图3显示图1 的步骤S1的流程图。图4A至4C显示对应于图3的制造方法各子步骤的结构剖 面图。
首先，步骤S11与S12，在基板10上形成一辅助材料层11，然后在辅助材 料层11上形成一金属层12，此时的结构如图4A所示。辅助材料层ll是由氮化 镓或氮化铝(GaN或AlN)等氮化物半导体所组成。举例而言，金属层12的材料 为金、铜、铝、镍、钴、铁、铁/钴金属复合体或镍/钴金属复合体，且金属层 12可以通过蒸镀、电镀或其它方式而形成。
然后，步骤S13，对金属层12进行回火(Annealing)以在辅助材料层ll上形 成多个金属颗粒13，此时的结构如图4B所示。
接着，步骤S14，利用这些金属颗粒13作为屏蔽以刻蚀辅助材料层11以形 成多个凸部14，此时的结构如图4C所示。在本实施例中，各凸部14为一柱状 体，各柱状体的一直径小于一微米，也就是具有纳米等级的尺寸。或者，各 柱状体的一直径小于数微米，譬如是三微米。辅助材料层ll可以被刻蚀到达 基板IO，也可以残留厚度很薄的辅助材料层ll。
然后，步骤S15，移除这些金属颗粒13 ，此时的结构如图2A所示。
辅助材料层11与主要材料层15是由相同材料所形成，或辅助材料层ll的 材料为主要材料层15的材料的成长种子材料。由于基板10与辅助材料层11具 有不同的热膨胀系数，所以在主要材料层15的成长完成，离开磊晶炉后，凸 部14与基板10之间因热膨胀系数差异而产生断裂而达到剥离的状态。由于主 要材料层15在成长完成后会自我分离，所以在此被称为自我分离层。
图5A与5B显示主要材料层的两种例子。如图5A所示，主要材料层15包含
7一元件基板层151、 一第一型半导体层152、 一发光层153及一第二型半导体层154。譬如是P/N型半导体层的第一型半导体层152位于元件基板层151上。发光层153位于第一型半导体层152上。譬如是N/P型半导体层的第二型半导体层154位于发光层153上。因此，前述的成长主要材料层15的步骤包含以下子步骤。首先，在凸部14上形成一元件基板层151。接着，在元件基板层151上形成一第一型半导体层152。然后，在第一型半导体层152上形成一发光层153。最后，在发光层153上形成一第二型半导体层154。
如图5B所示，主要材料层15'是由单一元件基板层151'所组成，也就是作为一元件基板而可以在所述元件基板上制作其它元件。
由于主要材料层15的差排密度被降低，使得利用主要材料层15所制造出来的发光二极管装置的发光效率及亮度可以有效被提升。此外，利用前述的制造工艺可以造成主要材料层自动与基板分离的效果，因而不再需要激光剥离的制造程序，且可以有效回收基板以供再次被利用，符合环保的需求，并有机会可以提供额外的经济效益。
在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅用以方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及权利要求范围的情况下，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。
权利要求
1. 一种自我分离层的制造方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤(a)在一基板上形成多个凸部；(b)在所述的多个凸部上成长一主要材料层；及(c)分离所述主要材料层与所述基板。
2. 如权利要求l所述的自我分离层的制造方法，其特征在于，各所述凸部 为一柱状体。
3. 如权利要求l所述的自我分离层的制造方法，其特征在于，形成所述的 多个凸部的步骤包含以下子步骤(al)在所述基板上形成一辅助材料层； (a2)在所述辅助材料层上形成一金属层；(a3)对所述金属层进行回火以在所述辅助材料层上形成多个金属颗粒； (a4)利用所述的多个金属颗粒作为屏蔽以刻蚀所述辅助材料层以形成所 述的多个凸部；以及(a5)移除所述的多个金属颗粒。
4. 如权利要求3所述的自我分离层的制造方法，其特征在于，所述辅助材 料层与所述主要材料层是由相同材料所形成。
5. 如权利要求3所述的自我分离层的制造方法，其特征在于，所述辅助材 料层的材料为所述主要材料层材料的成长种子材料。
6. 如权利要求3所述的自我分离层的制造方法，其特征在于，在所述子步 骤(a4)中，所述辅助材料层被刻蚀到达所述基板。
7. 如权利要求2所述的自我分离层的制造方法，其特征在于，各所述柱状 体的一直径小于三微米。
8. 如权利要求l所述的自我分离层的制造方法，其特征在于，所述主要材 料层是由单一元件基板层所组成。
9. 如权利要求l所述的自我分离层的制造方法，其特征在于，所述步骤(b)包含以下子步骤(bl)在所述的多个凸部上形成一元件基板层； (b2)在所述元件基板层上形成一第一型半导体层;(b3)在所述第一型半导体层上形成一发光层；及(b4)在所述发光层上形成一第二型半导体层。
全文摘要
本发明提供一种自我分离层的制造方法，包含以下步骤在一基板上形成多个凸部；在所述凸部上成长一主要材料层；及分离主要材料层与基板。采用该制造工艺可以造成主要材料层自动与基板分离的效果，因而不再需要激光剥离的制造程序，且可以有效回收基板以供再次被利用，符合环保的需求，并有机会可以提供额外的经济效益。
文档编号H01L33/00GK101488543SQ200810003439
公开日2009年7月22日 申请日期2008年1月15日 优先权日2008年1月15日
发明者傅建中, 郭浩中, 陈政寰 申请人:傅建中