本发明专利技术为一种分离基板与半导体层的方法，其特征为形成一图案化二氧化硅层于暂时基板与半导体层之间，再以二次湿式蚀刻的方式从图案化二氧化硅层将暂时基板分离。本发明专利技术用化学湿式蚀刻的方式去除暂时基板可以避免半导体层因激光剥离方法（Ｌａｓｅｒ?Ｌｉｆｔ?Ｏｆｆ；ＬＬＯ）而破坏结构。另外，化学湿式蚀刻的方式可以让制造工艺步骤更简单，技术成本降低。在垂直半导体元件上，由于制造工艺形成的不规则表面更增加元件的发光效益。另外，在制造工艺中使用湿式蚀刻也可增加批次放大，降低制造工艺的成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是有关一种III族氮化物半导体发光元件的结构及其制造方法，特别是有 关于以形成III族氮化物垂直发光元件。
技术介绍
近年来，LED在研发上主要把焦点放在提升以GaN为基础的高发光率的 LED (High-Power Light Emitting Diode)。因此，GaN LED迅速的延伸应用在极高亮度的 领域上，例如各种萤幕的背光单元，以渐渐取代传统的冷阴极管或是灯泡。有许多改善LED发光的方法，例如使用全方向性的反射杯、粗化发光表面、倒装芯 片技术等。元件的温度每升高10度将减少5%的发光效率。由于蓝宝石基板为导电性及导 热性都不佳的材质，使得元件发光所产生的热无法迅速散去。为解决散热的问题，因此衍生 了以Laser去除蓝宝石基板的方法形成垂直元件。激光剥离方法(Laser Lift Off)是以发射高能量的激光到达蓝宝石基板与GaN 层之间的界面，产生的高温足以让GaN层形成液态金属Ga和气态的N而被分解。然而激光 剥离方法(Laser lift off)有许多的缺点，例如激光的高温在GaN层的分部不均勻，容易 使得部份区域的温度过高而破坏结构，或是经过激光剥离过后，一些金属Ga可能会残留在 GaN层上，必须再增加一道程序移除金属Ga等。图IA IB是美国第US6，071，795号专利的基板分离示意图。如图IA所示，先在 一蓝宝石基板102上依序形成一分离区104及一氮化硅层106，然后将接合层108涂布于氮 化硅层106的表面。通过接合层108的粘着特性，再将一硅基板110与前述蓝宝石基板102 的迭层结构相互粘合。利用一激光光束112穿透过蓝宝石基板102表面以照射分离区104， 从而使得分离区104的材料分解(Decomposition)。再清除分解后残留在氮化硅层106的 材料，就能得到硅基板110及氮化硅层106的组合体。由图IB所示，由于硅基板110和氮 化硅层106之间有不导电的接合层108，因此仍无法作为垂直元件的基础结构。而且接合层 108若涂布或材料选用不佳会影响粘合结果，甚至造成薄膜的氮化硅层106产生缺陷。图2是美国第US 6，740，604号专利的基板分离示意图。本现有技术与图IA IB 中现有技术相似。第一半导体层202及第二半导体层204也通过激光光束206照射介面， 从而使第二半导体层204在界面处产生分解，最后可以将第一半导体层202自第二半导体 层204上分离。该第二半导体层204可以是形成于一基板上的膜层，也就是以一基板取代 第一半导体层202，再将该二者分离。 图3是美国第US 6，746，889号专利的基板分离前的示意图。先在一基板302上 成长多个外延层，其包含一第一型导体区304、一发光PN结区306及一第二型导体区308。 自第二型导体区308方向切割该多个外延层的切割道312，如此就于基板302上形成多个 分离的发光二极管裸片310。再将第二型导体区308与子基板(Submoimt) 314粘合。以类 似前述现有技术，同样以激光光束316穿透基板302表面，而使得基板302和第一型导体区 304分离。分离的发光二极管裸片310可以自子基板314上取下，从而进行封装制造工艺。很明显，切割该多个外延层后，各发光二极管裸片310粘合于子基板314时容易因外力而彼此推挤，所以容易晶崩(Die Crack)造成损坏。图4是美国第US 6，617，261号专利的基板分离示意图。先在一蓝宝石基板402 形成氮化镓层404，再以蚀刻制造工艺在氮化镓层404形成多个沟渠408。然后以黏胶将一 硅基板406粘合于该具沟渠408的氮化镓层404表面，并以紫外线准分子激光发出的激光 光束410照射蓝宝石基板402。激光光束410穿过透明的蓝宝石基板402，进一步接触及分 解氮化镓层404，如此就能得到一具有氮化镓层404的硅基板406。然而该氮化镓层404分 解处还需以盐酸处理残余的镓，并修补该表面才能进行后续的外延制造工艺。图5A 5C是美国第US 6，627，974号专利的侧向外延生长的示意图。本现有技 术利用在外延过程中相异晶系之间的排斥达到结构设计的目的。请参阅图5A所示，先在蓝 宝石基板502上形成第一 III-V族氮化物层504。在前述第一 III-V族氮化物层502上形 成一图案化二氧化硅层506且前述图案化二氧化硅层506包含多个孔洞508。接着由第2B 图所示，第二 III-V族氮化物层510从前述图案化二氧化硅层的孔洞508慢慢形成一 T型结 构。由于二氧化硅层为多晶系的特性，使得单晶系的III-V族氮化物层无法直接外延于多 晶系表面上，因而产生一种侧向外延(Epitaxially Lateral Overgrowth ；EL0G)的现象，使 得III-V族氮化物材料与二氧化硅材料在外延时会产生连续的情形而出现一空隙514。回 到第2B图所示，本现有技术的第二 III-V族氮化物510从图案化二氧化硅层的孔洞508衔 接第一 III-V族氮化物层504开始外延生长，直到第二 III-V族氮化物层510生长至二氧化 硅层506表面慢慢的改为侧向外延，至几乎覆盖于前述二氧化硅层506时停止。此时第二 III-V族氮化物层510从切面看似一排列整齐的T型结构，俯视则为一不连续的表面(未图 示)。由第3C图所示，接着在前述第二 III-V族氮化物层510上再形成第三III-V族氮化 物层512。由于本技术的制造工艺必须要二次进出外延机台，容易造成良品率下降。另外， 控制侧向外延生长且必须在两边的外延未接触之前即立刻停止是非常困难的，导致制造工 艺的不稳定。图 6A 6B 为学术期干丨J “The Fabrication of Vertical Light-Emitting DiodesUsing Chemical Lift-Off Process，，，IEEE Photonics Techology Letters, Vol. 20，NO. 3，Feburary 1，2008。本方法是以CrN层604作为一缓冲层形成于蓝宝石基板 602上。然后在前述CrN层604形成GaN层616。最后以湿式蚀刻CrN层604的方式移除 蓝宝石基板602。如图6A所示，先于蓝宝石基板602上形成一 CrN层604。接着在前述CrN 层604上形成GaN层616。前述GaN层616依序包含一 η型GaN层606、一主动层608、ρ型 GaN层610以及一 ρ型接触层612。然后在前述GaN层616上形成一金属基板614。如图6Β 所示，利用CrN层604作为牺牲层，再以湿式蚀刻的方式蚀刻CrN层604以除去蓝宝石基板 602。虽然可直接利用湿式蚀刻从CrN层604直接移除蓝宝石基板602，但是CrN层604与 GaN层616之间的晶格不匹配数较高，直接把GaN外延于CrN层上易造成外延的品质不佳， 也同时影响发光效益。因此，本专利技术除了可改善上述的缺点得到外延品质较高的垂直元件外，且可利用 表面粗化以增进光萃取效益。
技术实现思路
鉴于上述的专利技术背景中，为了符合产业利益的需求，本专利技术提供一种分离基板与 半导体层的方法。其方法包含下列步骤提供一暂时基板，形成本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分离基板与半导体层的方法，包含下列步骤：提供一暂时基板；形成一图案化二氧化硅层位于该暂时基板上；成长一半导体层位于该图案化二氧化硅层上；第一次蚀刻该图案化二氧化硅层；以及第二次蚀刻该暂时基板与该半导体层的界面以移除该暂时基板。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：涂博闵，黄世晟，叶颖超，林文禹，吴芃逸，马志邦，洪梓健，沈佳辉，
申请(专利权)人：先进开发光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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