垂直式固态发光元件的制作工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种垂直式固态发光元件的制作工艺，其包括下列步骤。提供一承载基板。形成一M金属氮化物缓冲层于承载基板上，形成一脆弱结构于缓冲层上，其中脆弱结构含有多数M金属滴状结构。依序形成一第一型半导体层、一有源层以及一第二型半导体层于脆弱结构上。形成一第二型电极于第二型半导体层上，第一型半导体层、有源层、第二型半导体层与第二型电极构成一发光堆叠结构。破坏脆弱结构，使其自发光堆叠结构分离，并使发光堆叠结构的第一型半导体层表面裸露。形成一第一型电极于第一型半导体层表面上。
【专利说明】垂直式固态发光元件的制作工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体元件的制作工艺，且特别是涉及一种垂直式固态发光元件的制作工艺。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light-Emitting Diode, LED)主要是通过电能转化为光能的方式发光。传统的垂直式发光二极管包括以光电效应发光的外延成长层以及分别配置于外延成长层的顶面与底面的上电极层与下电极层。当提供电能至发光二极管的上、下电极层时，电流垂直通过外延成长层，且外延成长层因电子与空穴结合后释放能量，并以光的形式发出。
[0003]传统的垂直式发光二极管的制作过程，是在一晶格常数与外延成长层接近且易于外延成长的蓝宝石基板上形成一发光堆叠结构。然后，在发光堆叠结构的顶面上配置一导电基板。接着，蓝宝石基板再以机械研磨或是激光剥离(Laser lift-off)等方式自发光堆叠结构的底面移除。之后，形成一下电极层于发光堆叠结构的底面上，即完成传统的垂直式发光二极管的制作。
[0004]然而，传统以机械研磨蓝宝石基板的技术会有研磨厚度不易精准控制和费时的问题，而激光剥离技术虽然可快速剥离蓝宝石基板，但是激光剥离设备昂贵，且激光功率的调整是影响制作工艺良率的关键，若激光功率过高会破坏外延成长层，若激光功率过低亦无法顺利移除蓝宝石基板，造成激光调整的技术层面过高，并非品质可靠的制作工艺技术。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种垂直式固态发光元件的制作工艺，可简易地剥离承载基板且于剥离承载基板时不会破坏发光堆叠结构，以提高制作工艺的良率与时效。
[0006]根据本发明的一方面，提出一种垂直式固态发光元件的制作工艺，包括下列步骤。提供一承载基板，成长一 M金属氮化物缓冲层于承载基板上，并形成一脆弱结构于M金属氮化物缓冲层上，其中脆弱结构含有多数M金属滴状结构(metal droplet)。依序形成一第一型半导体层、一有源层以及一第二型半导体层于脆弱结构上。形成一第二型电极于第二型半导体层上，第一型半导体层、有源层、第二型半导体层与第二型电极构成一发光堆叠结构。破坏脆弱结构，使其自发光堆叠结构分离，并使发光堆叠结构的第一型半导体层表面裸露。形成一第一型电极于第一型半导体层表面上。
[0007]为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下:
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1A?图1I分别为本发明一实施例的垂直式固态发光元件的制作工艺的剖面示意图。
[0009]主要元件符号说明[0010]100:承载基板
[0011]101: M金属氮化物缓冲层
[0012]102:第一 M金属氮化物层
[0013]102a、132a:表面
[0014]104:M金属滴状结构
[0015]106:M金属氮化物
[0016]108:第二 M金属氮化物层
[0017]110:脆弱层
[0018]120:脆弱结构
[0019]121、122:部分脆弱结构
[0020]130:发光堆叠结构
[0021]131:第一型电极
[0022]132:第一型半导体层
[0023]134:有源层
[0024]136:第二型半导体层
[0025]138:第二型电极
[0026]140:支撑基板
[0027]150:垂直式固态发光元件
[0028]Gl:第一反应气体
[0029]G2:第二反应气体
[0030]X:推力方向
【具体实施方式】
[0031]本实施例的垂直式固态发光元件的制作工艺，是在承载基板上先形成一缓冲层，再于缓冲层上形成脆弱结构，接着于脆弱结构上形成一发光堆叠结构。由于脆弱结构是由固态沉积的氮化反应物及液态附着于氮化反应物表面上的金属析出物组合而成，且金属析出物为熔点低的滴状结构，其分散地附着在氮化反应物上，并非固态聚集为一稳定结构，故脆弱结构内部分子间的作用力很容易被外力或热应力破坏，使得承载基板可轻易地自发光堆叠结构的底面剥离，且于剥离承载基板时不会破坏发光堆叠结构，以提高制作工艺的良率与时效。此外，上述利用脆弱结构的垂直式固态发光元件的制作工艺，只需加热金属滴状结构到其熔点温度的一般设备即可，不需要高成本的研磨设备或激光剥离设备，故可降低制作工艺设备的成本。
[0032]以下提出各种实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。
[0033]第一实施例
[0034]图1A?图1I分别绘示依照本发明一实施例的垂直式固态发光元件的制作工艺的剖面示意图，其中图1A?图1E分别绘示依照本发明一实施例的形成一脆弱结构120于承载基板100上的细部流程图，图1F?图1G分别绘示依照本发明一实施例的形成一发光堆叠结构130与一支撑基板140于脆弱结构120上的流程示意图，图1H?图1I分别绘示依照本发明一实施例的移除承载基板100及形成第一型电极131的流程示意图。[0035]有关脆弱结构120的形成方法详述如下，但非用以限制本发明所欲保护的范围。请参照图1A，提供一承载基板100，之后可例如以化学气相沉积法成长一 M金属氮化物缓冲层101于承载基板100上，接着在高温的环境下,成长一第一 M金属氮化物层102于缓冲层101上。常用的化学气相沉积法例如为有机金属化学气相沉积法，其反应前驱物可为有机金属化合物，并在氨气环境下氮化而生成M金属氮化物缓冲层101和第一 M金属氮化物层102。接着，请参照图1B，通入一第一反应气体Gl与第一 M金属氮化物层102反应，而使部分M金属自第一 M金属氮化物层102中被析出，并于第一 M金属氮化物层102的表面102a上生成多数M金属滴状结构(metal droplet) 104。其中M代表周期表中某一个元素的金属。
[0036]举例来说，第一M金属氮化物层102可由包含周期表1II族元素的氮化物所组成，周期表1II族元素包括有硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)，其中镓的熔点只有29.8度，沸点为2403度。因此，在一实施例中，可通过形成氮化镓层于承载基板100上，再通入第一反应气体Gl (例如氢气)与氮化镓层反应，使部分镓分子自氮化镓层中被析出，而成生多数镓金属滴状结构于氮化镓层的表面上。
[0037]在一实施例中,第一反应气体Gl (例如氢气)与氮化镓层例如在800~
[0038]
1500°C下反应丙析-镓金属濟状?构,其反应方程式如下:
【权利要求】
1.一种垂直式固态发光元件的制作工艺，其包括下列步骤: 提供一承载基板； 成长一 M金属氮化物缓冲层于该承载基板上； 形成一脆弱结构于该M金属氮化物缓冲层上，其中该脆弱结构含有多个M金属滴状结构(metal droplet)； 依序形成一第一型半导体层、一有源层以及一第二型半导体层于该脆弱结构上；形成一第二型电极于该第二型半导体层上，该第一型半导体层、该有源层、该第二型半导体层与该第二型电极构成一发光堆叠结构； 破坏该脆弱结构，使其自该发光堆叠结构分离，并使该发光堆叠结构的该第一型半导体层表面裸露；以及` 形成一第一型电极于该第一型半导体层表面上。
2.如权利要求1所述的垂直式固态发光元件的制作工艺，其中形成该脆弱结构的步骤: (1)成长一第一M金属氮化物层于该M金属氮化物缓冲层上； (2)通入一第一反应气体与该第一M金属氮化物层反应，而使部分M金属自该第一M金属氮化物层中被析出，并于其表面上生成多个M金属滴状结构； (3)通入一第二反应气体与该些M金属滴状结构反应，并在该些M金属滴状结构表面上分别生成一M金属氮化物； (4)成长一第二M金属氮化物层，于该第一 M金属氮化物层上，并覆盖步骤(3)所形成的该些表面分别具有该M金属氮化物的M金属滴状结构，构成一脆弱层；以及 (5)重复步骤(2广(4)，形成多个该脆弱层。
3.如权利要求1或2所述的垂直式固态发光元件的制作工艺，其中该M金属的材质由周期表1II族元素所构成。
4.如权利要求3所述的垂直式固态发光元件的制作工艺，其中使该承载基板及该脆弱结构自该发光堆叠结构分离后，还包括: 移除附着于该第一型半导体层上的部分残留的该脆弱结构，以暴露出该第一型半导体层的表面。
5.如权利要求3所述的垂直式固态发光元件的制作工艺，其中形成该第二型电极之后，还包含形成一支撑基板于该第二型电极上。
6.如权利要求3所述的垂直式固态发光元件的制作工艺，其中该第一型半导体层为N型半导体层，该第二型半导体层为P型半导体层，且该第一型电极为N型电极，该第二型电极为P型电极。
7.如权利要求6所述的垂直式固态发光元件的制作工艺，其中该N型半导体层与P型半导体层的材质含III族氮化物。
8.如权利要求2所述的垂直式固态发光元件的制作工艺，其中该第一反应气体与该第一 M金属氮化物层在800~1500°C下反应而析出该些M金属滴状结构。
9.如权利要求8所述的垂直式固态发光元件的制作工艺，其中该第一反应气体包括氢气。
10.如权利要求2所述的垂直式固态发光元件的制作工艺，其中该第二反应气体包括氨气。
11.如权利要求1所述的垂直式固态发光元件的制作工艺，其中破坏该脆弱结构的方法包括: 加热该脆弱结构；以及 沿实质垂直于该脆弱结构法线的方向，施加一外力后，使该发光堆叠结构与该承载基板分离。
12.如权利要求11所述的垂直式固态发光元件的制作工艺，其中该加热步骤时的温度是大于M金属滴状结构的熔点。
13.如权利要求5所述的垂直式固态发光元件的制作工艺，其中该支撑基板的材质为金属或导电性材质。
14.如权利要求13所述的垂直式固态发光元件的制作工艺，其中该支撑基板是以电镀、沉积或压膜的方式形成于`该第二型电极上。
【文档编号】H01L33/00GK103515493SQ201210273661
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年8月2日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】梁文灯 申请人:隆达电子股份有限公司