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TWI606611B - 具亞胺化鋰層的基板、具亞胺化鋰層的ｌｅｄ及其相關製作方法 - Google Patents

具亞胺化鋰層的基板、具亞胺化鋰層的ｌｅｄ及其相關製作方法 Download PDF

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Description

具亞胺化鋰層的基板、具亞胺化鋰層的LED及其相關製作方 法
本發明是有關於一種半導體基板、LED與相關的製作方法，且特別是有關於一種具亞胺化鋰(Li2NH)層的基板、具亞胺化鋰(Li2NH)層的LED及其相關製作方法。
目前大部分的氮化鎵發光二極體(GaN LED)皆是成長在藍寶石基板(sapphire)的c平面上。藍寶石基板最大的缺點在於其晶格常數(lattice constant)與熱膨脹係數明顯不同於氮化鎵材料。因此，氮化鎵磊晶層與藍寶石基板之間會產生應變。
另外，由於藍寶石基板的電絕緣特性以及熱絕緣特性，會進一步地限制氮化鎵發光二極體效率、壽命與亮度。因此，藍寶石基板上生長氮化鎵(GaN on sapphire)的技術已經逐漸到達瓶頸。
進幾年來，研究人員專注於氮化鎵基板上生長氮化 鎵(GaN on GaN)的研究。由於晶格互相匹配，所以預期在氮化鎵基板上所成長的氮化鎵磊晶層，不論發光二極體或者雷射都將有更好的效率。然而，由於氮化鎵基板不易製造，且其生產成本非常高，將氮化鎵基板導入生產還需要很長的時間。
除了藍寶石基板與氮化鎵基板外，尚有其他研究方向。例如，矽基板上生長氮化鎵(GaN on Si)、碳化矽基板上生長氮化鎵(GaN on SiC)等等。
本發明的目的在於提出一種具亞胺化鋰層的基板、具亞胺化鋰層的LED及其相關製作方法。其中，亞胺化鋰(Li2NH)層與氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)或氮化鋁(AlN)的晶格匹配，適合在亞胺化鋰(Li2NH)層上成長金屬氮化物的發光二極體。
本發明係為一種基板，包括：一鈮酸鋰層；以及一亞胺化鋰層，形成於該鈮酸鋰層的一表面上。
本發明係為一種發光二極體的製作方法，包括下列步驟：提供一鈮酸鋰層；進行一化學反應，並於該鈮酸鋰層的一表面上形成一亞胺化鋰層；於該亞胺化鋰層的一第一表面上堆疊多個金屬氮化物層；進行一掀離程序，分離該鈮酸鋰層與該亞胺化鋰層，並暴露出該亞胺化鋰層的一第二表面；形成一金屬層，貼合於該亞胺化鋰層的該第二表面；以及於該多個金屬氮化物層上形成一電極。
本發明係為一種發光二極體，包括：一亞胺化鋰層；多個金屬氮化物層堆疊於該亞胺化鋰層的一第一表面上；一金屬層，貼合於該亞胺化鋰層的一第二表面；以及一電極，形成於該多個金屬氮化物層上。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100、400‧‧‧基板
102、402‧‧‧鈮酸鋰層
104、404‧‧‧亞胺化鋰層
410‧‧‧多個金屬氮化物層
416‧‧‧P型金屬氮化物層
417‧‧‧金屬氮化物作用層
418‧‧‧N型金屬氮化物層
420‧‧‧電極
422‧‧‧金屬層
S202~S204、S502~S506‧‧‧步驟流程
第1圖為本發明具亞胺化鋰層的基板的示意圖。
第2圖為本發明具亞胺化鋰層的基板製作方法的第一實施例。
第3A圖為本發明具亞胺化鋰層的基板的X光繞射信號示意圖。
第3B圖為矽基板上成長氮化鋁鎵(Al(1-x)GaxN)層的X光繞射信號示意圖。
第3C圖為藍寶石基板上成長氮化鎵(GaN)層、氮化鋁鎵(AlGaN)層與氮化鋁(AlN)層的X光繞射信號示意圖。
第4A圖至第4C圖所繪示為本發明具亞胺化鋰層的LED製作流程圖。
第5圖為本發明具亞胺化鋰層的基板製作方法的第二實施例。
本發明的基板係利用鈮酸鋰(Lithium Niobate，LiNbO3)來進行反應，並於鈮酸鋰(LiNbO3)表面上形成亞胺化鋰(Lithium imide，Li2NH)層，成為本發明具亞胺化鋰的基板。再者，亞胺化鋰(Li2NH)層的晶格常數近似於III-V族氮化物的晶格常數，因此適合在亞胺化鋰(Li2NH)層上成長III-V族氮化物，進而成為具亞胺化鋰(Li2NH)層的發光二極體(LED)。
如第1圖所示為本發明具亞胺化鋰層的基板示意圖。此基板100包括一鈮酸鋰層102以及一亞胺化鋰層104覆蓋於鈮酸鋰層102的表面上。
請參照第2圖，其所繪示為本發明具亞胺化鋰層的基板製作方法的第一實施例。首先，提供一鈮酸鋰層(步驟S202)；接著對鈮酸鋰層進行化學反應，並於鈮酸鋰層表面上形成一亞胺化鋰層(步驟S204)。其中，該化學反應為氨化反應。
根據本發明的具體實施例，在700℃、40sccm的氨氣(NH3)流速下，反應1小時之後，可在鈮酸鋰層102上形成厚度約1.64μm的亞胺化鋰層104，並成為本發明具亞胺化鋰層的基板100。
請參照第3A圖，其所繪示為本發明具亞胺化鋰層的基板的X光繞射信號示意圖；第3B圖為矽基板上成長氮化鋁鎵(Al(1-x)GaxN)層的X光繞射信號示意圖。第3C圖為藍寶石基板 上成長氮化鎵(GaN)層、氮化鋁鎵(AlGaN)層與氮化鋁(AlN)層的X光繞射信號示意圖。
比較第3A圖與第3B圖可知，(200)平面的亞胺化鋰(Li2NH)層之2倍入射角(2θ)約為35.6°，(0002)平面的氮化鋁(AlN)層之2倍入射角(2θ)約為36°；(0002)平面的氮化鎵(GaN)層之2倍入射角(2θ)約為34.5°。換言之，(200)平面的亞胺化鋰(Li2NH)層的晶格匹配於(0002)平面的氮化鋁(AlN)層或者(0002)平面的氮化鎵(GaN)層。
同理，(400)平面的亞胺化鋰(Li2NH)層的晶格匹配於(0004)平面的氮化鋁(AlN)層或者(0004)平面的氮化鎵(GaN)層。
再者，比較第3A圖與第3C圖可知，(311)平面的亞胺化鋰(Li2NH)層之2倍入射角(2θ)約為60.42°，(11-20)平面的氮化鋁(AlN)層之2倍入射角(2θ)約為60.5°。換言之，(311)平面的亞胺化鋰(Li2NH)層的晶格匹配於(11-20)平面的氮化鋁(AlN)層。
由於亞胺化鋰(Li2NH)層的晶格匹配於氮化鋁(AlN)層或者氮化鎵(GaN)層。因此，可在具亞胺化鋰層上形成金屬氮化物的發光二極體。
請參照第4A圖至第4C圖，其所繪示為本發明具亞胺化鋰層的LED製作流程圖。首先，於具亞胺化鋰層的基板400上堆疊多個金屬氮化物層410。舉例來說，亞胺化鋰層404上的多個金屬氮化物層410包括：一P型金屬氮化物層416、一金屬氮化物作用層(active layer)417、一N型金屬氮化物層418。其中， P型金屬氮化物層416可為P型氮化鋁(AlN)層、P型氮化鋁鎵(AlGaN)層或者P型氮化鎵(GaN)層；金屬氮化物作用層417可為氮化鋁(AlN)作用層、氮化鋁鎵(AlGaN)作用層或者氮化鎵(GaN)作用層；N型金屬氮化物層418可為N型氮化鋁(AlN)層、N型氮化鋁鎵(AlGaN)層或者N型氮化鎵(GaN)層。當然，上述多個金屬氮化物層410並不限定於僅有三層，也可由更多的金屬氮化物層堆疊而成。
如第4B圖所示，進行一掀離程序(lift-off process)，以分離基板400中的鈮酸鋰層402與亞胺化鋰層404。因此，於掀離程序完成後，亞胺化鋰層404的第一表面上堆疊多個金屬氮化物層410，而亞胺化鋰層404的第二表面已經與鈮酸鋰層402分離而暴露出來。其中，掀離程序可為雷射掀離程序，或者其他掀離程序。
如第4C圖所示，進行一貼合程序(bonding process)，將一金屬層422貼合於亞胺化鋰層404的第二表面。其中金屬層422可作為LED的反射層，當然也可以作為LED的電極。之後，再於多個金屬氮化物層410上再形成另一電極420，即完成本發明具亞胺化鋰層的LED。
請參照第5圖，其所繪示為本發明具亞胺化鋰層的基板製作方法的第二實施例。首先，提供一鈮酸鋰層(步驟S502)；於鈮酸鋰層上形成至少一金屬氧化物層(步驟S504)；接著，進行化學反應，並於鈮酸鋰層表面上形成一亞胺化鋰層(步驟S506)。
於步驟S504中，先利用原子層沉積(Atomic layer deposition)製程於鈮酸鋰層表面上形成至少一金屬氧化物層。金屬氧化物層可為氧化鉿(HfO)層或者氧化鋅(ZnO)層。當然也可以是多個堆疊的金屬氧化物層，例如三層堆疊的氧化鉿(HfO)層/氧化鋅(ZnO)層/氧化鉿(HfO)層。再者，步驟S506中的化學反應為氨化反應。
根據本發明的第二實施例，沉積金屬氧化物層的目的可以加速亞胺化鋰層的形成速度。舉例來說，在鈮酸鋰層上沉基氧化鉿(HfO)層/氧化鋅(ZnO)層/氧化鉿(HfO)層後，在700℃、40sccm的氨氣(NH3)流速下，反應1小時之後，可在鈮酸鋰層上形成厚度約2.532μm的亞胺化鋰層，並成為本發明具亞胺化鋰層的基板。
綜上所述，本發明的優點在於提出一種III-V族氮化物晶格匹配的基板及其製作方法。本發明利用鈮酸鋰層來進行反應，並於鈮酸鋰層表面上形成亞胺化鋰層，成為具亞胺化鋰層的基板。再者，由於亞胺化鋰層晶格常數近似於III-V族氮化物的晶格常數，因此適合於亞胺化鋰層成長III-V族氮化物層，並形成具亞胺化鋰層的LED。
再者，於鈮酸鋰層的氨化反應的過程中，氮氫鍵結之脫氫，導致帶正電的電洞(hole)增加，使得亞胺化鋰層為p型層。意即，亞胺化鋰層的基板為p型基板。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上， 然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧基板
102‧‧‧鈮酸鋰層
104‧‧‧亞胺化鋰層

Claims (14)

  1. 一種基板，包括：一鈮酸鋰層；以及一亞胺化鋰層，形成於該鈮酸鋰層的一表面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之基板，其中於該鈮酸鋰層進行一氨化反應後於該鈮酸鋰層的該表面上形成該亞胺化鋰層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之基板，其中該鈮酸鋰層與覆蓋其上的至少一金屬氧化物層進行一氨化反應後於該鈮酸鋰層的該表面上形成該亞胺化鋰層。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之基板，其中該金屬氧化物層為一氧化鉿層或者一氧化鋅層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之基板，其中該亞胺化鋰層為一p型層。
  6. 一種發光二極體的製作方法，包括下列步驟：提供一鈮酸鋰層；進行一化學反應，並於該鈮酸鋰層的一表面上形成一亞胺化鋰層； 於該亞胺化鋰層的一第一表面上堆疊多個金屬氮化物層；進行一掀離程序，分離該鈮酸鋰層與該亞胺化鋰層，並暴露出該亞胺化鋰層的一第二表面；形成一金屬層，貼合於該亞胺化鋰層的該第二表面；以及於該多個金屬氮化物層上形成一電極。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體的製作方法，其中該化學反應為一氨化反應。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體的製作方法，其中該亞胺化鋰層為一p型層。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體的製作方法，其中於提供該鈮酸鋰層後，先於該鈮酸鋰層上形成至少一金屬氧化物層，再進行該化學反應。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體的製作方法，其中該金屬氧化物層為一氧化鉿層或者一氧化鋅層。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體的製作方法，其中該多個金屬氮化物層包括堆疊的一P型金屬氮化物層、一金屬氮化物作用層與一N型金屬氮化物層。
  12. 一種發光二極體，包括：一亞胺化鋰層；多個金屬氮化物層堆疊於該亞胺化鋰層的一第一表面上；一金屬層，貼合於該亞胺化鋰層的一第二表面；以及一電極，形成於該多個金屬氮化物層上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體，其中該亞胺化鋰層為一p型層。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體，其中該多個金屬氮化物層包括堆疊的一P型金屬氮化物層、一金屬氮化物作用層與一N型金屬氮化物層。
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