[发明专利]在钻石基板上形成的磊晶层结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明关于一种多个磊晶层结构，特别是关于一种在钻石基板上制造磊晶层的结构及其方法。

背景技术

目前以氮化物材料所制备的包括发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)或激光二极管(Laser Diode，简称LD)等发光组件，普遍以蓝宝石(sapphire，Al₂O₃)为基板进行磊晶(Epitaxy)成长与组件制作。以一般制程而言，是在蓝宝石基板上成长氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、或是前述三项化合物混成的合金材料形成缓冲层(Buffer Layer)，作为后续发光组件结构的基底。

然而，蓝宝石的热传导系数极低(Low Thermal Conductivity)，仅约40W/m·k，无法将该氮化物发光组件在组件操作过程中所产生的热量迅速排除，因而影响该氮化物发光组件的发光效率。近年来，由于氮化物发光组件的发展迅速，组件的发光亮度提高、尺寸增加，使得操作过程中所产生的热量增加，因此，如何降低热量损耗发光效率的问题成为增加发光组件亮度与可靠性(reliability)的一个重要关键。

为改善上述问题，业界提出以钻石取代蓝宝石作为基板的方案，并针对钻石基板的制程提出各式改善的制程，例如通过碳化硅保护层以减低钻石膜层的翘曲变形量。此外，也可利用单晶硅晶圆(Silicon，Si)面心立方结构作为临时基板，而在其上形成钻石基板，所提出的方案包括，例如：在单晶硅与单晶砷化镓(GaAs)基板上成长单晶碳化硅(SiC)磊晶层之后，再形成掺杂硼原子(Boron，B)的单晶钻石薄膜层。例如，以硅或钻石基底(Base layer)，结合碳化硅与氮化物半导体层结构形成钻石基板结构。例如，于单晶硅晶圆具有一层单晶碳化硅，再磊晶并掺杂形成一层p型导电钻石层。例如，在硅基板凹面结构上，形成单晶钻石晶种基板。

另外，也有背景技术以多晶钻石薄膜(Polycrystalline Diamond film)与类钻碳(Diamond-like Carbon，DLC)结合为隔离层材料，取代蓝宝石的六方晶格结构作为磊晶基板，例如：以多晶钻石薄膜与类钻碳作为隔离层(insulating layer)、或以掺杂硼原子钻石传导层结合单晶碳化硅结构层等方案被提出。其它背景技术还包括，例如：钻石微信道结构、类钻石薄膜制造方法、钻石膜与金属膜相互迭合的结构等。

单晶硅面心立方结构晶圆具有优异的热传导能力，但不等同于碳原子钻石立方结构的钻石材料，钻石材料是由碳原子(Carbon，C)以钻石立方(Diamond cubic)晶体结构所形成的固体，其热传导系数约为900至2500W/m·k，远高于蓝宝石的热传导系数(40W/m·k)。由于碳原子钻石立方的钻石材料宽能隙约为5.5电子伏特，因此对光线的吸收光谱范围可低至约225纳米，对氮化物发光组件所发出的光线几乎不会造成吸收损耗，是发展大尺寸及高亮度发光组件上极具潜力的基板材料。

然而，碳原子钻石立方晶体结构所形成钻石材料固体，其晶体结构与晶格常数均与氮化物材料差异极大。上述方法对于进行氮化物材料的磊晶成长等，制程的操作条件要求极高，例如单晶成长所需高温、高真空度的严格条件，或对于单晶硅晶圆的洁净度、表面粗糙度、晶格面向等的严格要求，使得具备钻石层发光组件，必须经过复杂的前段处理，高要求制程条件及设备，最后造成合格率低、成本高等缺点。因此，本技术领域对于以钻石材料做为基板，进行磊晶及制备发光组件的方法仍有需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种将氮化物材料以磊晶方式成长于钻石基板上的结构及其制造方法，以及依此方式所形成的发光组件，并提升组件的亮度与可靠性。

本发明的一方面是关于一种在钻石基板上形成的多个磊晶层的结构，包括：钻石基板；界面层，其形成在该钻石基板一侧，该界面层具有多晶或非晶结构；多个磊晶层，形成该界面层上，该多个磊晶层依次包括缓冲层、n型半导体层、发光层、及p型半导体层，其中，该n型半导体层为部分暴露；多个电极，该多个电极包括n型电极和p型电极，且该n型电极与该n型半导体层接触，而该p型电极与p型半导体层接触。通过上述结构，即可组成发光二极管。

根据本发明的实施例，该钻石基板的厚度为大约5000微米以下。

根据本发明的实施例，该界面层的厚度为大约500纳米以下，且该界面层选自成核层或是转换层。