具有孔隙的磊晶结构及其成长方法技术

本发明专利技术揭露一种具有孔隙结构的磊晶结构及其成长方法。磊晶成长方法包含以下步骤：形成牺牲层于基材上；图案化牺牲层，以在基材上形成多个间隔排列的凸起物；在裸露部分的基材上磊晶成长第一磊晶层，使第一磊晶层覆盖凸起物的一部分；蚀刻移除凸起物，以形成多个孔隙；以及在第一磊晶层上磊晶成长第二磊晶层，使孔隙被第一磊晶层及第二磊晶层包覆。

【技术实现步骤摘要】
具有孔隙的外延结构及其成长方法
本专利技术是有关于一种外延结构以及一种外延成长方法，且特别是有关于一种具有孔隙的外延层以及此外延层的外延成长方法。
技术介绍
近年来，发光二极管(LightEmittingdiode)的技术快速发展。为了提高发光二极管的光取出率，图案化蓝宝石基板(Patternedsapphiresubstrate)技术已广泛被使用于现有氮化镓发光二极管产品中。然而为求进一步提升光取出效率，更有先进技术开发出于氮化镓外延材料中制造具有孔隙结构的发光二极管。在制造具有孔隙结构的发光二极管的已知技术中，很难精确地控制孔隙的体积大小及形状，因此造成孔隙型发光二极管的品质不稳定。有鉴于此，目前亟需一种新的制造方法，其能改善上述问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的一目的是提供一种外延成长方法，以能在外延层中形成孔隙结构，且能够精准地控制孔隙的型态。此外延成长方法，包含下述步骤。首先，提供一基材。随后，形成一牺牲层于基材上。接着，图案化牺牲层，以在基材上形成多个间隔排列的凸起物，并且使凸起物之间的基材表面裸露出。随后，在裸露部分的基材上外延成长一第一外延层，使第一外延层覆盖每一凸起物的一部分，并露出每一凸起物的顶面。在外延成长第一外延层之后，蚀刻移除凸起物，以形成多个露出基材表面的孔隙。然后，在第一外延层上外延成长一第二外延层，使孔隙被第一外延层及第二外延层包覆。在一实施方式中，基材为一蓝宝石基板或硅基板。在一实施方式中，第一外延层包含周期表IIIA族的氮化物半导体材料(groupIIIAnitridesemiconductor)。在一实施方式中，第二外延层包含周期表IIIA族的氮化物的半导体材料。在一实施方式中，第一外延层及第二外延层是氮化镓所构成。在一实施方式中，第一外延层及第二外延层是以氢化物气相外延制程(hydridevaporphaseepitaxyprocess)、有机金属化学气相沉积制程(metalorganicchemicalvapordepositionprocess)或分子束外延制程(molecularbeamepitaxyprocess)形成。在一实施方式中，第二外延层成长时，其水平方向的成长速率大于铅垂方向的成长速率。在一实施方式中，牺牲层为一无机材料层。在一实施方式中，牺牲层包含氧化硅或氮化硅。在一实施方式中，每一凸起物的一最大高度为约0.5μm至约3μm，每一凸起物的一底部宽度为约0.5μm至约5μm。在一实施方式中，每一凸起物的一锥形角(taperangle)为小于或等于约90度。在一实施方式中，图案化牺牲层的步骤包含以感应耦合等离子反应离子蚀刻(InductivelyCoupledPlasmaReactiveIonEtching,ICPRIE)牺牲层。在一实施方式中，凸起物是以湿式蚀刻法移除。在一实施方式中，湿式蚀刻法所用的蚀刻剂包含氟化铵(NH4F)以及氟化氢(HF)。在一实施方式中，每一孔隙的开口面积为每一孔隙底部面积的约5％至约50％。在一实施方式中，基材表面还包括一缓冲层。本专利技术的另一目的是揭露一种外延结构。此外延结构包含一基材、一第一外延层、一第二外延层以及一封闭气室。第一外延层配置在基材上方。第二外延层配置在第一外延层上。封闭气室埋设在第一外延层和第二外延层中，封闭气室具有一底部以及一顶部，封闭气室的底部和顶部分别形成在第一外延层和第二外延层中，且封闭气室的顶部的宽度小于底部的宽度。在一实施方式中，封闭气室的顶部包含一圆弧面，且封闭气室的底部实质上为一平面。在一实施方式中，封闭气室的一纵剖面为梯形。在一实施方式中，封闭气室包含一阶梯状侧壁，且顶部及底部实质上为相对的两平面。在一实施方式中，上述的外延结构还包含一缓冲层，缓冲层位在基材与第一外延层之间，且封闭气室的底部接触缓冲层。在一实施方式中，上述的外延结构还包含一图案化牺牲层配置在基材上，且图案化牺牲层的上表面形成封闭气室的底部。在一实施方式中，该封闭气室的高度为约0.5μm至约3μm，该封闭气室的底部的宽度为约0.5μm至约5μm。附图说明为让本专利技术的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：图1绘示本专利技术一实施方式的外延成长方法的流程图；图2A-图2F绘示本专利技术一实施方式的外延成长方法中各制程阶段的剖面示意图；图2G绘示本专利技术一实施方式的步骤150所形成的孔隙的上视示意图；图3A-图3D绘示本专利技术另一实施方式的外延成长方法中制程阶段的剖面示意图；图3E-图3H绘示本专利技术另一实施方式的外延成长方法中制程阶段的剖面示意图；图4A-图4F绘示本专利技术又一实施方式的外延成长方法中制程阶段的剖面示意图；图5A-图5B绘示本专利技术再一实施方式的外延成长方法中制程阶段的剖面示意图。【主要元件符号说明】100方法110、120、130步骤140、150、160步骤210基材212缓冲层220牺牲层222凸起物222a残留部分凸起物222t顶面224孔隙224a开口224b底部231第一外延层232第二外延层H高度W宽度α锥形角具体实施方式为了使本专利技术的叙述更加详尽与完备，下文针对了本专利技术的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本专利技术具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本专利技术的实施例。在其他情况下，为简化附图，熟知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。图1绘示本专利技术一实施方式的外延成长方法100的流程图，外延成长方法100至少包含步骤110至步骤160。图2A-图2F绘示方法100中各制程阶段的剖面示意图。在此揭露的外延成长方法可应用于制造发光二极管或制造平面显示器。在步骤110中，提供基材210，如图2A所示。基材210可例如为蓝宝石基板、硅基板或其他适合于外延成长的基板。在步骤120中，在基材210上形成牺牲层220，如图2B所示。在一实施方式中，牺牲层220为无机材料层。牺牲层220可例如为氧化硅或氮化硅等无机材料所制成。在步骤130中，对牺牲层220进行图案化，以形成多个凸起物222。这些凸起物222彼此间隔地排列在基材210上，两个凸起物222之间的间隙让基材210的表面裸露出。在一实施方式中，可先在牺牲层220上形成具有一定图案的光阻层，光阻层覆盖欲形成凸起物222的区域，并暴露出其他部分的牺牲层220。然后，再通过蚀刻制程来移除暴露出的牺牲层220，而形成凸起物222。具体而言，是通过光阻层的图案来决定凸起物222的上视轮廓。关于凸起物222的剖面形状，可经由适当的蚀刻技术来控制凸起物222的剖面形状。在一具体实例中，利用感应耦合等离子反应离子蚀刻(InductivelyCoupledPlasmaReactiveIonEtching,ICPRIE)的制程技术来蚀刻暴露出的牺牲层220。感应耦合等离子反应离子蚀刻技术能够同时提供具方向性的离子轰击蚀刻以及不具方向性的反应性离子蚀刻，所以能够形成半球形状的凸起物222。通过调整ICPRIE中的制程参数，能够分别控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有孔隙结构的磊晶成长方法，其特征在于，包含：提供一基材；形成一牺牲层于该基材上；图案化该牺牲层，并在该基材上形成多个间隔排列的凸起物，并且裸露出所述多个凸起物间的基材表面；在该裸露出的基材上磊晶成长一第一磊晶层，使该第一磊晶层覆盖所述多个凸起物的一部分，并露出每一所述凸起物的顶面；蚀刻移除所述多个凸起物，形成多个露出该基材表面的孔隙；以及在该第一磊晶层上磊晶成长一第二磊晶层，使所述多个孔隙被该第一磊晶层及该第二磊晶层包覆。

【技术特征摘要】
2012.07.06 TW 1011244501.一种具有孔隙结构的外延成长方法，其特征在于，包含：提供一基材；形成一牺牲层于该基材上；图案化该牺牲层，并在该基材上形成多个间隔排列的凸起物，并且裸露出所述多个凸起物间的基材表面；在该裸露出的基材上外延成长一第一外延层，使该第一外延层覆盖所述多个凸起物的一部分，并露出每一所述凸起物的顶面；蚀刻移除每一所述多个凸起物的一部分，每一所述凸起物的一残留部分留在该基材上，形成多个露出所述残留部分的表面的孔隙；以及在该第一外延层上外延成长一第二外延层，使该第一外延层及该第二外延层包覆所述多个孔隙和每一所述残留部分。2.根据权利要求1所述的具有孔隙结构的外延成长方法，其特征在于，该基材为一蓝宝石基板或硅基板。3.根据权利要求1所述的具有孔隙结构的外延成长方法，其特征在于，该第一外延层包含周期表IIIA族的氮化物半导体材料。4.根据权利要求3所述的具有孔隙结构的外延成长方法，其特征在于，该第二外延层包含周期表IIIA族的氮化物的半导体材料。5.根据权利要求4所述的具有孔隙结构的外延成长方法，其特征在于，该第一外延层及该第二外延层是氮化镓所构成。6.根据权利要求5所述的具有孔隙结构的外延成长方法，其特征在于，该第一外延层及该第二外延层是以氢化物气相外延制程、有机金属化学气相沉积制程或分子束外延制程形成。7.根据权利要求6所述的具有孔隙结构的外延成长方法，其特征在于，该第二外延层成长时的水平方向成长速率大于第一外延层的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊荣，周秀玫，叶昭呈，
申请(专利权)人：隆达电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：