发光二极管制造技术

本发明专利技术提供一种包含形成于基板凹陷区的发光二极管的半导体元件。图案化及蚀刻一基板，以形成凹陷区。形成一分离层于该凹陷区底部。形成一发光二极管结构于该凹陷区侧壁，并选择性地形成于相邻凹陷区间的该基板上表面。在一实施例中，发光二极管结构的表面积大于平面型发光二极管。在一实施例中，发光二极管结构形成于凹陷区内，以使下接合层非坦覆性地形成于该凹陷区。在一实施例中，一硅基板的凹陷区致形成一具有非平面立方体结构的下接合层，例如一氮化镓层，具有较高外部量子效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发光二极管，特别是涉及一种形成于基板凹陷区的发光 二极管。
技术介绍
发光二极管的制作包括形成有源区于一基板上与沉积不同导电层及半导体层于基板上。电子-空穴对的辐射性再结合可通过pn结的电流产生电磁 辐射(光)。在一由直接能隙材料例如砷化镓或氮化镓制作的正偏压pn结中， 射入耗尽区的电子-空穴对再结合致放射出电磁辐射。电磁辐射可在可见光区 或非可见光区。利用不同能隙的材料可制作出不同颜色的发光二极管。此外， 放射非可见光区电磁辐射的发光二极管可使非可见光朝向磷光镜或类似材 料。当磷光粉吸收非可见光后，即放射出可见光。由于蓝宝石基板的晶格方向允许氮化第三族化合物外延成长于蓝宝石 基板上，遂发光二极管通常制作在蓝宝石基板上作为氮化第三族化合物发光 二极管结构。然而，蓝宝石基板较硅基板昂贵，且由于蓝宝石的低热导度， 致蓝宝石基板经常产生热累积的现象。此外，发光二极管通常形成于一平面基板上，即一平面型发光二极管结 构。平面型发光二极管结构限制了可置于特定尺寸基板上发光材料的量，结 果限制了特定尺寸大小发光二极管的发光效率。因此，开发一种低成本同时增加特定尺寸发光二极管发光效率的发光二 极管元件结构及其制造方法是必要的。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种形成于基板凹陷 区的发光二极管。本专利技术提供的发光二极管元件，包括 一基板，该基板为一硅基板；凹4陷区，形成于该基板中；发光二极管结构，形成于该凹陷区内，该发光二极 管结构延伸覆盖该凹陷区侧壁；以及一分离区，形成于该凹陷区底部。本专利技术提供的另一发光二极管元件，包括 一基板；凹陷区，形成于该 基板中； 一分离层，形成于该凹陷区底部； 一第一接合层，覆盖该凹陷区侧 壁，该第一接合层具有一平面，且该第一接合层于相邻凹陷区间为一连续层; 一有源层，覆盖该第一接合层；以及一第二接合层，覆盖该有源层。本专利技术的一实施例，提供一种发光二极管的制造方法，包括形成凹陷区 于一基板中以及形成发光二极管结构于该凹陷区内。该发光二极管结构具有 一覆盖该凹陷区侧壁的下接合层。该发光二极管结构包括该下接合层、 一有 源层(多重量子阱)与一上接合层。在一实施例中，选择性地形成一缓冲层， 以利该下接合层成长于该基板上。再者，形成该发光二极管结构于邻近该凹 陷区的该基板上表面。本专利技术的一实施例，提供一种发光二极管元件。该发光二极管元件包括 发光二极管结构，形成于一基板的凹陷区内，并覆盖该凹陷区侧壁。该发光 二极管结构坦覆性地形成于该凹陷区侧壁，并选择性地形成于邻近该凹陷区 的该基板上表面。本专利技术的一实施例，提供一种发光二极管元件。该发光二极管元件包括 发光二极管结构。该发光二极管结构具有一非坦覆性的下接合层，较佳为一 平面。于该下接合层上，坦覆性地形成一有源层与一上接合层。本专利技术允许集成具有发光二极管结构的硅半导体元件的能力同时通过 使用例如一主体硅基板以降低成本。使用的硅基板进一步允许对发光二极管 元件进行选择性外延成长及降低发光二极管元件的残余应力。使用的凹陷基 板也允许增加发光二极管结构的表面积，以借此增加发光面积与发光效率。 使用非坦覆性或平面接合与有源层的实施例允许一立方体结构的氮化第三 族层，其表现出较高的外部量子效率。为让本专利技术的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实 施例，并配合附图，作详细说明如下。附图说明图la 图lf为根据本专利技术的一实施例， 一种发光二极管结构制造方法的剖面示意图。图2a 图2c为根据本专利技术的一实施例， 一种发光二极管结构制造方法的 剖面示意图。图3为根据本专利技术的一实施例， 一种发光二极管结构制造方法的剖面示 意图。图4~图5为本专利技术实施例所使用图案的平面图。 上述附图中的附图标记说明如下102 基板；104 第一掩模；105~开口；106 图案化第一掩模； 108 凹陷区；110、 202 分离层；112、 204~分离区；114、 206 发光二极管结构；120、 312 第一接合层；122、 314 有源层；124、 316 第二接合层；310 平面型发光二极管结构。具体实施例方式本专利技术提供一种新的发光二极管结构及其制造方法。图la 图lf为本专利技术的一实施例，在不同工艺步骤的剖面示意图。请参 阅图la，提供一其上形成有一第一掩模104的基板102。基板102较佳为一 掺杂第一导电型掺质的主体半导体结构，较佳具有(100)或(111)晶格方向。第 一掩模104较佳形成于基板102上，以在后续蚀刻工艺中保护基板102区域 免于形成凹陷结构。在一实施例中，本专利技术使用一主体硅基板，而其他基板也可使用，例如 绝缘层上覆硅(silicon-on-insulator, SOI)基板、蓝宝石基板、碳化硅基板或其 类似材料的基板均可使用。由于低成本且可降低形成于发光二极管结构上的残余应力，遂本专利技术特别适合使用硅基板。硅基板也可提高萃取效率且允许 使用一选择性氮化第三族外延成长工艺。第一掩模104较佳为一包含一层或多层介电层的硬掩模。在一实施例中， 第一掩模104包括一通过例如热氧化或使用四乙基硅氧垸(TEOS)与氧作为 前躯物的化学气相沉积(CVD)技术所形成的二氧化硅层或一通过使用硅垸与 氨作为前躯气体的化学气相沉积(CVD)技术所形成的氮化硅层。第一掩模104 也可由其他介电材料所构成，例如氮氧化硅或其类似材料。此外，例如由二 氧化硅层与氮化硅层构成的多层硬掩模也可使用。再者，其他材料例如金属、 金属氮化物、金属氧化物或其类似材料也可使用，例如第一掩模104可为钨。请参阅图lb，根据本专利技术的一实施例，对第一掩模104进行一图案化步 骤，以形成一图案化第一掩模106。在一实施例中，第一掩模104通过公知 的光刻技术进行图案化。 一般来说，光刻技术包括沉积一光致抗蚀剂材料以 及根据一图案照射光致抗蚀剂材料。之后，对光致抗蚀剂材料进行显影，以 移除部分光致抗蚀剂材料。留下的光致抗蚀剂材料在后续例如蚀刻的工艺中 作为下层材料的保护。此实施例中，光致抗蚀剂材料用以制作一图案化掩模， 以定义开口 105 (将成为基板102的凹陷区)。请参阅图lc，根据本专利技术的一实施例，进行一蚀刻步骤，以形成凹陷区 108。在蚀刻过程中，图案化第一掩模106保护下层基板102,而未受保护的 部分基板102，即被移除，形成凹陷区108。在一实施例中，蚀刻工艺至少 一部分通过湿式浸入稀释的氢氧化钾溶液而完成。凹陷区108的宽度较佳介 于0.1-100微米，其深度较佳介于0.1 10微米。其他蚀刻工艺，例如干蚀刻 (感应耦合等离子体蚀刻(inductively-coupled plasma, ICP)、反应离子蚀刻(RIE) 及其类似工艺)和/或湿蚀刻(化学蚀刻、光辅助(photo-enhance)化学蚀刻及其 类似工艺)也可使用。凹陷区108可为任意形状，例如金字塔形、锥形、圆柱 形、半球体形、矩形或其类似形状。请参阅图ld，根据本专利技术的一实施例，形成一分离层IIO。分离层IIO 较佳包括一沉积于基板102上的介电材料坦覆层。金属氮化物或其他具有高 电阻的材料也可作为分离层110，例如电阻大于1014ohm-cm的氮化铝。第 一掩模10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管元件，包括：　一基板，该基板为一硅基板；　凹陷区，形成于该基板中；　发光二极管结构，形成于该凹陷区内，该发光二极管结构延伸覆盖该凹陷区侧壁；以及　一分离区，形成于该凹陷区底部。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：余振华，林宏远，邱文智，陈鼎元，余佳霖，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[]