TW201004000A - Process for manufacturing optoelectronic device and optoelectronic device - Google Patents

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201004000 六、發明說明： 本專利申請要求享有德國專利申請102008030584 優先權，其所揭示之內容全數倂入於此。 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種製造光電元件的方法，以及光 件。 【先前技術】 由於光電元件（經常被簡稱爲發光二極體或發光 f 體晶片）的應用範圍不斷擴大，因此近年來市場對於光 件的需求也不斷上升。發光二極體不僅可作爲汽車的 器材，在各種工業及家庭方面的應用範圍也日益擴大 此發光二極體除了需具備良好的技術特性（例如耗 低、使用壽命長）外，也要能夠以盡可能低的成本大量5 【發明内容】 到目前爲止，高效能光學元件的製造，尤其是屬 光範圍之綠光及/或藍光發光二極體的製造，都需要經 I" 常複雜的製造過程。例如製造以氮化鎵/氮化銦鎵爲主 分的光電元件，會用两一種藍寶石製的生長基板，然 後面的製造步驟中又需要以雷射剝離之類的技術將該 板去除。除了如金屬絲般的生長基板的可擴 (scalability)低外，其他製造步驟也可能在光電元件內 可能導致光電元件之效能下降及產量降低的應力。因 要提出一種能夠以大量生產且具有很高的可擴放性及 術密度要求較低的方式製造光電元件的方法。除了高 .7之 電元 二極 電元 發光 。因 電量 三產。 可見 過非 要成 後在 等基 放性 產生 此需 對技 效的 201004000 光輸出外，此種光電元件還需具備良好的電學性質。 採用申請專利範圍獨立項之製造方法即可解決這些課 題。申請專利範圍附屬項之內容爲本發明之各種改良方式 及實施方式。 本發明提出的解決方法使得應用於其他製造領域之已 知的矽製造技術也能夠應用於光電元件的製造。本發明的 方法是先製備一生長基板，且該生長基板含有矽或是由矽 構成。製造生長基板用的含矽材料具有第一熱膨脹係數。 Γ 接著在生長基板上形成一多層緩衝層序列。然後在該多層 緩衝層序列上以磊晶成長的方式形成具有與第一熱膨脹係 數不相同的第二熱膨脹係數的層序列。該層序列具有一發 射電磁輻射的作用層。 藉由多層緩衝層序列可以減低因層序列及生長基板發 生不同程度的熱膨脹而產生的應力。多層緩衝層的作用是 作爲平衡不同程度之熱膨脹的緩衝層。 接著在磊晶成長層序列上形成一承載基板，並將生長 Ι,.ί 基板去除。只需將生長基板去除，多層緩衝層序列則仍然 留在磊晶沉積層序列上。接著將多層緩衝層序列結構化， 以提高從磊晶沉積層序列產生之電磁輻射的輸出。最後在 層序列的背面形成電接觸及連結觸點。 本發明是利用多層緩衝層序列作爲光輸出之用。反 之磊晶沉積層序列的接觸形成則是透過緩衝結構，或是 形成在磊晶沉積層序列之背對多層緩衝層序列的那一個 面上。按照後者的作法，則不必穿透導電性不良的多層 緩衝層序列。多層可經由接觸孔或引線直接接觸磊晶成 201004000 長層序列。這樣一方面可以使光電元件之正向電壓較 低，同時又能夠達到很高的光輸出效率，另一方面使通 過磊晶沉積層序列之部分層的電流具有良好的電流擴張 作用。 層序列之製造可以使用薄膜技術。 此處所謂的薄膜技術是指一種製造薄膜發光二極體晶 片的技術。薄膜發光二極體晶片至少具有一項以下的特徵： --在產生幅射的半導體層序列（尤其是產生輻射的晶 ， 晶層序列）面對一承載元件（尤其是承載基板）的主面上有塗 覆或形成一反射層，該反射層至少能夠將半導體層序列產 生的電磁輻射一部分反射回半導體層序列； --薄膜發光二極體晶片具有一承載元件，該承載元件 並非在其上會磊晶成長出半導體層序列的生長基板’而是 事後另外固定在半導體層序列上的分開的承載元件； --半導體層序列的厚度小於或等於20/zm之範圍，或 最好是小於或等於1 0 # m之範圍； I..,' --半導體層序列不包括生長基板。此處所謂的”不包 括生長基板”是指供磊晶成長用的生長基板從半導體層序 列被去除或至少是被弄的很薄，尤其是薄到本身並非單獨 懸空或是並非與磊晶層序列共同懸空的程度；及 --半導體層序列至少含有一個半導體層，該半導體層 至少具有一帶有均勻混合結構的面，在理想狀態下，該均 勻混合結構會使光線在半導體層序列內形成近似各態遍歷 的分佈，也就是說該均勻混合結構具有一盡可能形成各態 遍歷的隨機散射的特性。 -6， 201004000 例如在1993年10月18日出刊的I. Schnitzer et al.， Appl. Phys. Lett. 63(16)(2174-2176 頁）中有關於薄膜發光二 極體晶片的基本原理的說明。例如公開案EP 0905 797 A2 及WO 02/13281 A1均有揭示薄膜發光二極體晶片。薄膜發 光二極體晶片近似於一朗伯特表面幅射源，因此特別適合 被應用在例如探照燈或汽車的車前燈。 於一實施例中，磊晶沉積層序列之材料係基於具有氮 化合物之材料。 f —般而言，構成磊晶沉積層序列之材料的熱膨脹係數 通常會與含矽之生長基板的熱膨脹係數有明顯的差異。如 果是將層序列直接沉積在含矽之生長基板上，由於製造過 程中的高溫度梯度會在序列產生熱應力，而可能會導致薄 的磊晶沉積層序列受損或在最不利的情形下甚至破裂。 基於這個原因，本發明在生長基板及磊晶沉積層序列 之間設置一多層緩衝層序列。多層緩衝層序列最好包括由 氮化鎵及氮化鋁構成的子緩衝層。多層緩衝層序列的作用 I 是降低製造過程中因第一及第二膨脹係數不同而感應產生 的熱應力。 爲達到這個目的’根據本發明的一實施例中緩衝層序 列包括第一子緩衝層及至少一第二子緩衝層。緩衝層序列 適當的包括許多第一及第二子緩衝層，其排列成重疊的多 層層序列。同樣的，構成子緩衝層的材料也可以分別具有 不同的熱膨脹係數。此外，也可以使用一種在置於第二子 緩衝層之上時’會被略微張緊的材料作爲構成第一子緩衝 層的材料。 201004000 透過適當的選擇材料，可以防止磊晶沉積層序列內出 現過大的熱應力，在此子緩衝層係作爲此種應力的阻擋層 或犧牲層。在磊晶層序列內出現的應力會延伸到已略微張 緊的子緩衝層。該應力可能導致子緩衝層被撕開或破裂， 因而該應力會變小，所以不會對磊晶層序列的結構造成太 大的改變。 其可適當的在兩個子緩衝層中至少有一個子緩衝層是 由與製造磊晶沉積層序列相同的材料所構成。如果是使用 一種III-V族半導體，例如一種氮化物爲主要成分的化合物 半導體，則同樣可以用一種氮化物爲主要成分的材料（例如 氮化鎵）作爲多層緩衝層序列的一個子緩衝層的材料。至於 第二子緩衝層的材料則可以是例如氮化鋁。 使用多層緩衝層序列的另外一個優點是，有多種不同 的技術可以被用來去除生長基板。例如可以將生長基板蝕 刻掉，在此種情況下，多層緩衝層序列可以作爲蝕刻阻擋 層。以蝕刻法可以非常乾淨的將生長基板蝕刻掉，其乾淨 程度明顯優於傳統上以藍寶石或碳化矽爲基礎的機械式去 除方法。本發明的一種實施方式是用濕式化學蝕刻法將以 矽爲主要成分的生長基板去除掉。 多層緩衝層序列之結構化同樣也可以用蝕刻法進行。 藉此可以在緩衝層序列上蝕刻出精確定義的圖案。另外一 種可行的方式是利用厚度0"m至3// m(通常是1 A m至2 # m)的粗糙化進行隨機性的結構化。如果多層緩衝層序列 的厚度爲1/zm至5//m(通常是2ym至4//m)，則一種可 能的方式是將在子區域內的緩衝層序列整個去除，並將在 201004000 這些子區域內位於下方的磊晶成長層序列結構化。 於一實施例中，在形成承載基板之前，先在磊晶成長 層序列上沉積出一反射層。該反射層可以含有例如一種具 有反射性的材料（例如銀），但也可以是含有鋁或其他具高 反射性的材料。根據另外一實施例，在反射層在磊晶成長 層序列被沉積出來後，即將該反射層封住，也就是說用絕 緣材料將反射層覆蓋住。這樣做的目的是防止反射層提早 老化，例如因氧化。 Γ 爲了磊晶成長層序列之接觸，具體而言可藉由將在一 子區域內的多層緩衝層完全去除，將電荷載體分別輸入磊 晶成長層序列的兩個不同摻雜度的子層。這樣位於下方的 磊晶成長層序列就會露出來。然後在此多層緩衝層已被去 除掉的子區域內形成與磊晶成長層序列電接觸的觸點。此 種接觸的形成並非經由多層緩衝層，而是經由對多層緩衝 層的結構化而直接與層序列形成接觸。 其具體而言係適用在當多層緩衝層具有明顯較差之導 I電性，而使緩衝層之接觸導致元件的正向電壓變大，進而 降低元件的工作效率時。相應的，在磊晶成長層序列之連 結可藉由例如選擇性的蝕刻緩衝層而實現。此種蝕刻方法 可包括例如反應性離子蝕刻（RIE : Reactiv Ion Etching)、 ICP、或是化學蝕刻法，例如利用磷酸（H3P〇4)進行蝕刻。導 電性不良的多層緩衝層如此被去除掉，而在磊晶成長層序 列的一個導電性良好的電流擴散層上直接形成觸點。但是 化學清除是困難的，原因是緩衝層序列的不同的子層都非 常薄，因此蝕刻作業非常費事。對磊晶層序列而言也是如 201004000 此，由於蝕刻過程需盡可能精確的在電流擴散層上停止， 或是停止於第一個與緩衝層序列連接的層上，因此整個蝕 刻過程的控制是一件很困難的工作。 另外一實施例是在背面形成觸點。因此，本發明建議 將層的光輸出功能與電流輸入層分開。爲此，提議在磊晶 成長層序列背對多層緩衝層的那一面上形成帶有開口的孔 洞。位於該孔洞之側壁上的絕緣層可以防止發生不期望之 短路。接著用一種導電材料將孔洞塡滿，這樣至少在孔洞 C 的底部區域會形成磊晶成長層序列的電觸點。一種有利的 方式是使孔洞穿透磊晶成長層序列的子層，尤其是作用 層。同樣的，利用這種孔洞可以接觸磊晶成長層序列的每 一個子層，其作法是使孔洞止於要接觸的層，並在該孔洞 的側壁塗上絕緣材料以防止短路。最後再形成與孔洞之導 電材料連接之連結觸點。 一種有利的方式是先在磊晶成長層序列上設置孔洞、 導電材料、以及連結線及連結觸點的引線，然後將生長基 ί, 板從磊晶成長層序列去除，並將磊晶成長層序列設置在承 載基板上。 另外一種實施例是形成一貫穿承載基板的孔洞，並在 該貫穿孔洞之側壁塗上絕緣材料。貫穿承載基板的孔洞使 磊晶成長層序列及承載基板之間的導電層露空。然後用一 種導電材料將孔洞塡滿。這樣磊晶成長層序列及承載基板 之間的導電層被接觸。這些導電層又可以用來與磊晶成長 層序列的各個子層接觸。 本發明的方法特別適於應用在生長基板含有一種半導 •10- 201004000 體材料（尤其是矽）的情況。現 的技術，因此可以用大量製造 矽及光電元件之發射光線的層 可適當的在磊晶成長層序列及 置一多層緩衝層序列，以避免 用濕式化學法很容易就可以將 此可以減少光電元件承受的機 本發明之另一種態樣係關 的光電元件，該成長層序列包 用層。此時，係設計爲在操作 序列之第一表面的方向發射出 一位於磊晶成長層序列之表面 列。該多層緩衝層序列的作用 輸出效率。此外，還設計有接 對光電元件之發射光線的表面 域將多層緩衝層序列去除掉， 接觸點直接與磊晶成長層序列 散層接觸。 本發明之光電元件與先前 是，在形成磊晶沉積層序列之 的多層緩衝層序列。 根據本發明的一實施例’ 成長層序列的一個子層相同的 降低製造過程中在磊晶成長層 【實施方式】 今，矽技術是一種易於標度 的方式生產光電元件。基於 序列所具有的熱膨脹係數， 含矽的承載基板之間額外設 熱應力。與此相對的，由於 矽製成的生長基板去除，因 械負荷。 於一種具有磊晶成長層序列 含一適於發射電磁輻射的作 時使電磁輻射朝磊晶成長層 去。此外，光電元件還具有 上的結構化多層緩衝層層序 是提高該元件在操作中的光 觸元件，其可以被設置在背 的那一面上。或者可在子區 並在該處設置接觸點，且該 或磊晶成長層序列之電流擴 技術之光電元件的一個區別 前就已經先形成用於光輸出 多層緩衝層序列含有與磊晶 材料。這樣作的好處是可以 序列內產生的熱應力。 -11- 201004000 以下配合圖式及實施例對本發明的內容做進一步的說 明。 在圖式中’相同或相同作用的元件均以相同的元件符 號標示。以上圖式中的元件及彼此的比例關係基本上並非 按比例尺繪製’而且有時會爲了便於說明或理解而將某些 兀件或層繪製得特別大或特別厚。不同之實施方式的各項 觀點均可彼此組合’以及在本發明應用之技術中相互交 換。 第1圖顯示按照本發明建議之製造過程中的光電元 件。在此實施例中是以矽晶圓作爲生長基板（1 〇)。相對於 此’光電元件應以III-V族化合物半導體製成。該III-V族 化合物半導體之熱膨脹係數與矽的熱膨脹係數並不相同。 以有機金屬氣相嘉晶法（MOVPE : Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)進行的製造方法使用的溫度達攝氏數百度，最高達 約700 °C至8 00°C。因此在製造過程中可能形成很大的溫度 梯度。除此之外也有其他的製造方法，例如在1 1 00 °C作業 的MBE或HVPE等方法。 例如由於矽製成的生長基板（10)的質量較大，因此其 溫度會明顯低於沉積於其上的層的溫度。由於這個緣故， 若直接將發射電磁輻射之磊晶沉積之層序列形成於矽上將 會碰到很大的困難，因爲不同的熱膨脹係數可能會導致在 所形成的沉積層序列中產生過大的應力。此應力可能會大 到將層破裂或撕裂的程度，因而使元件在原子層面受損。 因此元件的效率會降低，嚴重時甚至可能使元件完全故障。 因此本發明建議在生長基板（10)及之後沉積的磊晶層 -12- 201004000 序列（2)之間形成一多層緩衝結構（1 1)。多層緩衝結構（1 1) 的作用是平衡彼此不同的熱膨脹係數，以降低在之後沉積 的磊晶層序列內可能產生的應力。 在本實施例中，矽製成之生長基板（10)的取向爲（111) 方向，但生長基板的取向也可以是其他的空間方向。例如 也可以是（100)方向或（110)方向，或是更高的空間方向。接 著在生長基板（10)上以交替出現的方式形成一個由A1N及 GaN構成的多層緩衝結構（11)。 V 該各層如第9圖之過程所製成。首先在生長基板（1〇) 上沉積多層緩衝層（1 1)的由氮化鋁（A1N)構成的第一層 (ΠΑ)。氮化鋁是一種絕緣體，但是具有良好的導熱性。接 著在形成之第一氮化鋁層（11A)之上以交替出現的方式形 成氮化鎵層（11F至111)及氮化鋁層（11B至11D)。生長在氮 化鋁上的氮化鎵會對氮化鋁造成壓迫，也就是說，氮化鎵 在氮化鋁上的沉積會使氮化鎵層受到輕微的應力。如此， 由各氮化鎵層11F至111建構成之犧牲層，其由於A1N及 ί GaN具有不同的晶格常數而受到輕微的應力。此內在應力 對因爲熱膨脹係數不同造成的熱應力（膨脹或收縮）具有補 償作用，使犧牲層能夠進一步承受熱感應產生的應力。 在本實施例中，最後一層（11E)是沉積氮化鋁層。多層 緩衝結構（11)的各個子層可以不同的厚度沉積。例如沉積 在矽上作爲第一子層（11A)的氮化鋁層的厚度可以遠大於 其他子緩衝層的厚度。多層緩衝結構除了可以減低在後面 的製造過程中出現的熱膨脹外，還可以補償生長基板（1 〇) 之表面不平坦性，以便爲後面形成發射光線之磊晶成長層 -13- 201004000 序列的製造步驟提供一盡可能均勻的表面。 接著在多層緩衝層之最後一個子層（π E)的頂面上設 置一導電性良好的電流擴散層（1 2 A)。例如一個金屬層或是 一個很薄的高摻雜的氮化鎵層。電流擴散層的橫向電阻很 低’其作用是在之後形成接觸時，在待沉積之層序列（12) 的子層內形成盡可能均勻的電流分佈。 在沉積出多層緩衝層（11)後，接著沉積形成一層序 列’該層序列具有一個在光電元件運作時會產生光線的作 f 用層。例如可以用一種III/V族化合物半導體材料作爲構成 作用層的材料。例如以氮化鎵爲主要成分的化合物半導體 就是一種非常適合的材料，氮化鎵也很適合作爲多層緩衝 層序列的材料。 ΙΠ/ν族化合物半導體材料含有至少—種第三族元素 (例如Β、Al、Ga、In)及至少一種第五族元素（例如Ν、ρ、 As)。所謂” ΠΙ/ν族化合物半導體材料”是指一種含有至 少一種第三族元素及至少一種第五族元素的二元、三元、 C ; 或四元化合物，例如氮化物化合物半導體材料及憐化物化 合物半導體材料。在這種二元、三元、或四元化合物中還 可以摻雜一種或數種摻雜物質及其他的成分。 在本發明中所謂”以氮化物化合物半導體材料爲主要 成分”是指半導體層序列或至少是半導體層序列的一部分 (尤其是較佳至少是作用區）最好含有一種氮化物化合物半 導體材料，例如含有GaN、AlnGa^N、In„Gai_„N、或 A1 n G a m I η 1. n — m Ν，其中 0 幺 η 幺 1，〇 幺 m < 1 且 η + m S 1。當 然追種材料的成分並非一定要完全符合這個化學式，例如 -14- 201004000 這種材料還可以含有一種或數種摻雜物’以及其他成分。 爲了簡化起見，上面的化學式僅顯示晶格的主要成分（A1， Ga，In，N)，即使這些成分可以被其他少量的成分部分取 代。氮化物化合物半導體材料一定含有氮或一種氮化合物。 也可以使用其他的半導體材料。例如含有至少一種第 二族元素（例如Be、Mg、Ca、Sr)及至少一種第六族元素（例 如〇、S、Se)的II/VI-化合物半導體材料。II/VI-化合物半 導體材料含有至少一種第二族元素及至少一種第六族元素 f 的二元、三元、或四元化合物。在這種二元、三元、或四 ί‘· 元化合物中還可以含有摻雜物質。例如ZnO、ZnMgO、CdS、 (：11〇(13、]\^86〇等都是11/¥1-化合物半導體材料。 在本實施例中，半導體層序列（2)具有一 η摻雜的第一 子層，該第一子層係形成於與多層緩衝層相鄰之電流擴散 層上。接著在該η摻雜的第一子層上沉積形成一 ρ摻雜的 子層。在這兩個不同摻雜的子層之間會形成一個電荷載體 很少的區域，此一區域稱爲ρη接面。該區域的範圍主要是 I, 由這兩個子層的摻雜濃度決定，當光電元件運作時，在該 區域內會發生電荷載體結合的現象。在該區域電磁輻射會 朝所有的方向發射。 此種光電元件被設計成電磁輻射會穿過之後將被結構 化之緩衝層序列（1 1)向外輸出。爲達到此目的，需在磊晶 層序列（2)上另外設置一具有高反射率的反射層（22)。這樣 當光電元件運作時朝反射層（2 2)之方向射出的電磁輻射就 會被反射到緩衝層序列（1 1)的方向。 反射層（22)會因爲與濕氣或氧氣作用（例如氧化）而老 -15- 201004000 化。爲了盡可能減緩老化過程，故以—種絕緣材料（23)將 反射層（22)整個封住。 接著將承載基板（15)設置在反射層的封裝殻（23)上。第 2圖顯示光電元件在這個製造步驟的示意圖。 接著將矽製成的生長基板（10)去除。例如可以用濕式 化學蝕刻法完成這個工作。相較於機械去除法，化學去除 法的優點是層序列（2)在去除生長基板（10)時承受的機械負 荷明顯較低。此外，在使用蝕刻法時，多層緩衝層（1 1)可 f 以作爲天然的蝕刻停止層，因此能夠對生長基板（1 〇)進行 選擇性的蝕刻。 如第3圖所示，在去除生長基板（1 〇)後，接著將緩衝層 (11)的子區域（17)結構化。這個工作可以用不同的方法進 行。例如可隨機的將緩衝層部分蝕刻進行結構化。或者可 以週期性結構化的方式將緩衝層（1 1)的子區域（1 7)結構化 成金字塔、山丘、或是其他類似的形狀。被蝕刻的部位會 形成不平坦的表面，而使光輸出變得更爲容易。 ί 在緩衝層的總厚度爲lym至5/z m(通常是2 /z m至4 /zm)及磊晶成長層的厚度總計爲1只m至7ym(通常是4/z m至6 /z m)的情況下將緩衝層（1 1)的子區域（17)選擇性或非 選擇性的粗糙化。例如可以經由選擇性的去除多層緩衝 層，以形成高度爲的金字塔。緩衝層（11)內的這些金 字塔及粗糙化有助於光電元件在之後運作時的光輸出。換 句話說就是’在去除生長基板（1〇)時’不要將緩衝層（11) 一倂去除，而是將該層序列作爲光輸出層。這樣做不但可 以簡化製造過程’而且可以在磊晶成長層序列（2)的表面另 -16- 201004000 外形成一個光輸出層。. 第3圖是以誇張的方式顯示粗糙化的情況。另外一種 可行的方式是將緩衝層的子區域去除，並將位於其下方的 磊晶成長層序列（2)結構化。 除了結構化的子區域（17)外，另外還在之後的製造過 程中在多層緩衝層序列的子區域（11 ’）內形成接觸元件。如 第4圖所示，在多層緩衝序列的子區域（1Γ)以蝕刻方式形 成一溝槽。該溝槽穿過整個多層緩衝層序列（11)，並與位 f 於下方之磊晶成長層序列（2’）之子區域接觸。接著用一種材 料將溝槽塡滿，並形成一接觸點（18)。接觸點（18)與磊晶層 序列（2)形成電接觸，磊晶成長層序列將導電性不良之多層 緩衝層序列（1 1’）整個分開。在第4圖的實施例中，接觸點 與高摻雜氮化鎵層接觸，其中該高摻雜氮化鎵層係作爲層 序列（2’）之電流擴散層，且在第9圖中被標示爲層（12A)。 第5圖顯示按照本發明建議之原理製造光電元件之製 造過程的另外一實施例。 C i 這種實施方式也是以矽晶圓作爲生長基板（10)。接著 在生長基板（10)上沉積一多層緩衝層序列（11)，以補償生長 基板（10)及之後形成之磊晶層序列（2)之子層（12至14)的不 同熱膨脹特性。磊晶層序列（2)具有一在圖中以簡化方式顯 示之η摻雜之第一子層（12)(例如η摻雜之氮化鎵層），以及 一 Ρ慘雜之第2子層（14)。在這兩個子層（12，14)之間會形 成一 ρη接面（13)。 在此種實施方式中，光電元件是由一單一之層序列獲 得實現。但是除了一單一之ρη接面外，也可以有多個上下 -17- 201004000 疊在一起的pn接面，而且可以用不同的材料製作各個pn 接面，以便能夠產生不同波長的光線。此外，各個子層（12 至14)還可以具有其他的電流擴散層及電荷載體輸送層或 電荷載體阻障層。 在以磊晶沉積出層序列（2)後，接著如第6圖在磊晶成 長層序列（2)中製作許多的孔洞（50)。這些孔洞穿過子層 (13，14)’並止於η摻雜之第一子層（12)內。這些孔洞的作 用是形成子層（12)的電:接觸。 f 爲此目的，孔洞的側壁塗覆有一層絕緣材料（52),以 防止在子層（14)或子層（13)內發生短路。接著用一種導電材 料（45)將所形成之絕緣孔洞塡滿。接著在表面上形成一第 一接觸層（60)，以便與子層（14)接觸。第一接觸層（60)可以 含有一種具反射性的材料，這樣就可以同時作爲反射層。 或者可以一種透明導電氧化物（例如IT 0)製作。 第一接觸層（60)底部上的絕緣層（53)防止導電材料（4 5) 及第一接觸層（60)之間發生短路。在絕緣層（53)上設有一第 I 二接觸層（40)，其與孔洞（50)內的導電材料（45)形成電接 觸。這樣就可以使第二接觸層（40)在光電元件下方被向外 引導至相應之接觸元件。如果第一接觸層（60)是由透明導 電氧化物製成，則第二接觸層（40)可由反射性的材料製成。 接著將承載基板（15)置於第二接觸層（40)上，並以濕式 化學法將生長基板（10)去除。加上緩衝層（1 1)可以改善光電 元件及層序列（2)的光輸出。最後將一子區域之磊晶成長層 序列（2)去除’並設置一與第一接觸層（60)接觸之接觸點 (61)。爲了清楚之目的，並未將與第二接觸層（40)接觸之 -18- 201004000 第二接觸點繪出。 第7圖顯示另一種實施例。這種實施方式是在形成磊 晶層序列（2)後’在最後一個子層（1 4)上沉澱出一平坦的第 一接觸層（60)。接著在接觸層（6〇)內形成具有多個孔洞（50) 之大面積結構。這些孔洞（5〇)穿過第一接觸層（60)及兩個子 層（13及14)，並止於層序列（2)之子層（12)或子層（12)之電 流擴散層。孔洞（50)之側壁（5 2)塗覆有一層絕緣材料。此外 在各個孔洞（50)之間的區域還設有另外一個絕緣層（53)。接 V 著用一種導電材料（45)將這些孔洞塡滿，並形成另外一個 第二接觸層（65)。第二接觸層（65)係設置在電絕緣層（53) 上，並與導電材料（45)接觸。 第二接觸層（65)被向外引導以形成一相應之接觸點。 接著將另外一處絕緣層（54)設置在第二接觸層（65)及第一 接觸層（60)上。第二絕緣層（54)的作用是補償相應之高度差 異及使光電元件平坦化。接著將承載基板（15)固定在第二 絕緣層（54)上’並將生長基板（10)去除。在多層緩衝層序列 ί . (1 1)經過粗糙化及結構化後，即形成如第7圖顯示之實施方 式。第一接觸層（60)經由另外一個接觸點被向外引導通 電’並與ρ摻雜之子層（14)接觸。第二接觸層（65)經由孔洞 (50)內的材料（45)與磊晶成長層序列（2)之第一子層（12)接 觸。 在第6圖及第7圖的兩個實施例中，接觸點與光電元 件均位於同一面。第8圖則顯示一具有背面觸點的實施 例。這種實施例是在磊晶成長層序列（2)上沉積一平面的第 —接觸層（60’）。第一接觸層（60，）在若干子區域被穿透，因 -19- 201004000 而在這些子區域內形成孔洞（50)，其穿過層序列（2)的子層 (13及14)，並止於子層（12)。孔洞（50)的側壁塗覆有一種絕 緣材料（52)。此外在子區域（60’）上亦設有與孔洞（50)相鄰之 絕緣材料（5 3)。這樣就可以防止在第二接觸層（6 5)及第一接 觸層（6 0’）之間發生短路。也可以使第一接觸層（60’）更具有 反射性。 接著將第一及第二接觸層（60’及65)平坦化，例如以化 學/機械硏磨的方式平坦化。然後將絕緣的承載基板（15)設 置在經平坦化的表面上。接著在承載基板（15)內形成多個 孔洞（62’及65’），然後以導電材料（62或66)將其塡滿，這 樣就可以形成與接觸層（60’，65)接觸的背面觸點。接著以 化學方法將矽製成的生長基板去除，但是多層緩衝層（1 1) 則保留下來，不必去除。最後一個步驟可以將多層緩衝層 (1 1)結構化或粗糙化，以改善光學元件的光輸出。 透過形成於矽基板上的磊晶成長層序列（2)及經由具 反射性之第一接觸層（60，）產生之完全接觸的組合，一方面 可以經由始終存在之多層緩衝層序列達到良好的光輸出， 同時又可以獲得很好的歐姆連接。透過這種設計方式，使 導電性不良的緩衝結構（1 1)不必被切開。磊晶成長層序列 的各個子層可以從背面直接形成導電接通，或經由接觸孔 形成導電接通。這樣在具有良好的光輸出且在各個子層內 均達到良好的電流擴散的情況下，可以達到較低的正向電 壓。 多層緩衝層序列（11)在製造過程中的作用是降低在製 造過程中可能導致層序列（2)受損的熱應力。在所謂的“重 -20- 201004000 新連結過程”中，多層緩衝層序列（11)並不會被去除，而 是留在磊晶成長層序列（2)之第一子層（12)的表面上。 本發明提出之製造方法可以被用來大量製造應用於不 同領域之光電元件，尤其是使很難控制的製造過程成爲可 能，例如在矽生長基板上製造氮化鎵及其他III/V族化合物 半導體。 【圖式簡單說明】 第1圖：在製造過程中，在生長基板上形成一磊晶成 f 長層序列的實施例。 第2圖：光電元件之製造過程的下一個步驟。 第3圖：光電元件之製造過程的第3個步驟，也就是 去除生長基板後的步驟。 第4圖：光電元件之製造過程的第4個步驟，也就是 在元件表面上形成觸點。 第5圖：製造光電元件之方法的第2種實施方式。 第6圖：按照建議之製造方法製造之光電元件的第1 I 實施例。 第7圖：按照建議之製造方法製造之光電元件的第2 實施例。 第8圖：按照建議之製造方法製造之光電元件的第3 實施例。 第9圖：光電元件之製造過程的一個截面，用於說明 多層緩衝層結構。 【主要元件符號說明】 -21- 201004000 2 磊晶沉積層序列 10 生長基板 11 多層緩衝層序列 1 1 A 至 111 緩衝層序列的子層 12 子層 13 pn接面 14 子層 15 承載基板 1 2A 電流擴散層 22 反射層 45 塡充材料 50 孔洞 52 絕緣層，絕緣的側壁 53 絕緣層 54 絕緣層 60 第一接觸層 65 第二接觸層 65’ 孔洞 66 導電材料 -22-

Claims (1)

1. 201004000 七、申請專利範圍： 1. 一種製造光電元件的方法，包括以下的步驟： --製造一以矽爲主要成分的生長基板（10)，其具有第一熱 膨脹係數； --在生長基板上形成一含氮化物的多層緩衝層序列（π); --磊晶沉積層序列（2)，其具有與第一熱膨脹係數不相同 的第二熱膨脹係數，該層序列（2)具有一發射電磁輻射的 作用層； 在磊晶沉積層序列內形成觸點； --在接觸之磊晶沉積層序列（2)上形成承載基板（15); --去除生長基板（10); --將多層緩衝層序列（1 1)結構化，以提高電磁輻射的輸 出； …使磊晶成長層序列（2)形成接觸。 2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中多層緩衝層序列（1 1) 包括第一子緩衝層（1 1 a，1 1 b)及至少一層第二子緩衝層 ^ '： (Ilf，llg)，藉此能夠降低製造過程中因第一及第二膨脹 係數不同而感應產生的熱應力。 3 .如申請專利範圍第1項或第2項的方法’其中生長基板 (1 0)係以餓刻去除，而多層緩衝層序列（1 1)係作爲蝕刻停 止層。 4.如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的方法，其中 層序列（2)具有第一摻雜子層（12)及位於第一摻雜子層 (12)上方的第二不同摻雜之子層（14)’其中追兩個子層之 間的邊界區域構成一作用層（13)’且在光電元件運作時 -23- 201004000 會產生電荷載體重合的現象。 5 ·如申請專利範圍第1項至第4項中任一項的方法，其中 層序列（2)具有至少一個電流擴散層。 6. 如申請專利範圍第丨項至第5項的方法，其中在磊晶成 長層序列（2)背對含氮化物之緩衝層序列（1丨）的那一面上 還具有一個以沉澱方式形成的反射層（22，60)。 7. 如申請專利範圍第6項的方法，其中反射層構成一電流 擴散層（22，60)。 f 8.如申請專利範圍第5項的方法，其中電流擴散層形成於 多層緩衝層序列（1 1)及磊晶成長層序列（2)之其他子層之 間。 9.如申請專利範圍第1項至第8項中任一項的方法，其中 含氮化物之多層緩衝層序列（11)的一個子緩衝層（llf， 1 lg)含有與磊晶成長層序列（2)的一個子層相同的材料， 尤其是GaN。 10.如申請專利範圍第1項至第9項中任一項的方法，其更 (,ϊ 具有一個經結構化的光輸出層，尤其一個對多層緩衝層 序列之表面進行蝕刻形成之光輸出層（1 7)。 11 ·如申請專利範圍第1項至第1 〇項中任一項的方法，其中 接觸包括· --形成至少一個孔洞（50)，孔洞（50)在層序列（2)背對多層 緩衝層序列（11)的那—面上帶有一開口； --在孔洞之側壁上形成一絕緣層（52); --以一種導電材料（45)將該至少一個孔洞（50)塡滿，這樣 至少在該至少一個孔洞（50)的底部區域會與層序列形成 -24- 201004000 導電觸點； --形成與導電材料電接通之連結觸點。 1 2.如申請專利範圍第1項至第1 1項中任一項的方法，其中 接觸包括： …形成至少一個在承載基板（15)內帶有一開口的貫穿孔 洞（62’，65’），並將絕緣材料塗在貫穿孔洞之側壁上； …以導電材料將該至少一個孔洞塡滿，以形成與層序列 (2)接觸。 / 1 3 .如申請專利範圍第1項至第1 2項中任一項的方法，其中 生長基板的主要成份爲矽，且至少具有下列空間取向中 的一個取向： --(1 1 1)取向； --(100)取向； --(1 1 0)取向； --(kkO)取向；及 --(k00)取向； C . 其中k代表一個大於1的整數。 -25 -