[发明专利]发光二极管元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体元件的制造方法，特别涉及一种形成发光二极管 以及将发光二极管结构从生长基底分离的方法。

背景技术

化合物半导体元件已广泛地应用在光电产品上，例如由第三族至第五族 (group III-V)的材料所组成的化合物半导体最适合用于发光二极管 (light-emitting diode；LED)。发光二极管经由在基底上形成有源区，以及在 基底上沉积各种导体与半导体层所制成。通过p-n结的电流，可使用电子- 空穴对的辐射再结合以产生电磁辐射，例如光。在一个由直接能带隙(direct band gap)材料例如砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN)所制成的顺向偏压 (forward-biased)p-n结，电子-空穴对的再结合注入耗尽区，会造成电磁辐射 的放射，此电磁辐射可以在可见光范围或非可见光范围，使用具有不同能带 隙的化合物材料可产生不同颜色的发光二极管。

结晶的化合物半导体材料，例如氮化镓，通常通过外延生长(epitaxially growing)的方式在另一种材料的结晶基底，例如蓝宝石(sapphire)基底上形成 化合物半导体层，蓝宝石基底具有相配的结晶面且较容易形成。基于氮化镓 的特性，氮化镓层通常用于电子或光电元件上，例如发光二极管。然后，将 化合物半导体元件从其生长基底上分离，接着再附着至其他半导体或非半导 体基底，与其他电子元件整合，以符合其应用。

目前有许多技术用来从生长基底上分离化合物半导体层，其中一种技术 为先形成外延牺牲层(epitaxial sacrificial layer)于基底上，然后外延性地生长 化合物半导体层于牺牲层上，在化合物半导体层与期望的元件经加工处理 后，通过湿式蚀刻工艺将化合物半导体层从其生长基底分离，其选择性地蚀 刻除去牺牲层，因此可剥离化合物半导体层。然后，此独立的化合物半导体 层可与其他基底接合。化合物薄膜可经由更进一步的处理，使得化合物半导 体元件的功能与其他基底材料上的元件功能整合在一起。

上述的分离工艺是利用液态蚀刻剂，由侧边溶解生长基底与外延形成的 化合物半导体薄膜之间非常薄的牺牲层，此分离工艺非常耗时，特别是在分 离大面积薄膜时，并且此分离工艺对于大规模的制造过程非常不经济。

另一种技术为利用光学工艺使得化合物薄膜从生长基底剥离，例如在蓝 宝石基底上外延地生长氮化镓薄膜，然后以强烈的激光光束从蓝宝石基底侧 照射此结构，此激光的波长在蓝宝石的能带隙范围内，使得其辐射可以穿透 蓝宝石基底，但辐射的波长稍微在氮化镓的吸收边缘之外，使得大部分的激 光能量在紧邻着界面的氮化镓内吸收。对氮化镓的强烈加热使得镓从气态的 氮中分离，因此可将氮化镓薄膜从蓝宝石基底分离。

然而，上述工艺会遭受各种困难，例如激光辐射的高能量会打散覆盖在 上方的氮化镓薄膜，并且常使得氮化镓薄膜断裂。此外，受限于高能量激光 光束的面积，使得大面积薄膜的分离较困难。

发明内容

通过本发明的实施例，提供一种发光二极管元件的制造方法，以及将发 光二极管元件从生长基底分离的方式，其通常可以减少、解决或防止上述问 题以及其他问题的发生，并且通常可达到一些技术上的优势。

依据本发明的一实施例，提供一种发光二极管元件的制造方法，该方法 包括：提供第一基底；以及形成并图案化一掩模层于第一基底上，产生图案 化掩模层。该方法还包括形成第一接触层于图案化掩模层之上，使得第一接 触层与图案化掩模层之间具有一空气间隙。该方法还包括形成发光二极管结 构，其中第一接触层为发光二极管结构的接触层；以及形成第二基底于发光 二极管结构上，其中第二基底具有导电性。该方法更进一步地包括将发光二 极管结构从第一基底分离。

依据本发明另一实施例，提供一种发光二极管元件的制造方法，该方法 包括：提供第一基底；以及形成并图案化一掩模层于第一基底的第一侧上， 产生图案化掩模层。该方法还包括形成发光二极管结构于图案化掩模层之 上，使得发光二极管结构与图案化掩模层之间具有一空气架桥；形成第二基 底于发光二极管结构之上，位于发光二极管结构的一相对于第一基底的相反 侧上；以及经由湿式蚀刻工艺将第一基底从发光二极管结构分离。