发光装置及其制造方法转让专利
申请号 : CN201410264140.X
文献号 : CN104241476B
文献日 : 2018-12-25
发明人 : 彭韦智 , 杨治政 , 刘正强 , 雷宏毅 , 谢明勋
申请人 : 晶元光电股份有限公司
摘要 :
本发明公开一种发光装置制造方法，包含：提供一基板；形成一掩模区块在基板上并接触基板，以及无掩模区块覆盖的一基板暴露区；自基板暴露区注入多个离子至该基板内，以形成一离子注入区；以及在基板上成长一半导体叠层，以形成多个孔洞在半导体叠层以及离子注入区之间；其中掩模区块的材料包含金属或氧化物。
权利要求 :
1.一种制造发光装置的方法，包含下列步骤：提供一基板；
形成一掩模区块在该基板上并接触该基板，以及无该掩模区块覆盖的一基板暴露区；
自该基板暴露区注入多个离子至该基板内，以形成一离子注入区；以及在该基板上成长一半导体叠层，以形成多个孔洞在该半导体叠层以及该离子注入区之间；
其中该掩模区块的材料包含金属或氧化物，且形成该掩模区块的步骤包含形成一金属膜在该基板上，以及对该金属膜应用一热处理制作工艺以形成多个金属微粒相互分离。
2.如权利要求1所述的制造发光装置的方法，其中该金属膜的厚度小于100nm。
3.如权利要求1所述的制造发光装置的方法，其中该金属微粒的粒径介于50nm至
500nm，任两相邻的该金属微粒之间距小于1μm。
4.如权利要求1所述的制造发光装置的方法，其中在形成该掩模区块的步骤中，在形成该金属膜之前，更包含在该基板上形成一氧化物层。
5.如权利要求4所述的制造发光装置的方法，其中该氧化物层的厚度小于500nm。
6.如权利要求1所述的制造发光装置的方法，其中形成该掩模区块的步骤包含形成多个氧化物微粒在该基板上，其中该氧化物微粒的粒径介于300nm至600nm，任两相邻的该氧化物微粒之间距小于1μm。
7.如权利要求1所述的制造发光装置的方法，其中在形成该离子注入区之前，更包含蚀刻该基板暴露区内的该基板部分以形成一凹陷区域。
8.如权利要求7所述的制造发光装置的方法，其中该离子注入区对应该凹陷区域。
9.如权利要求8所述的制造发光装置的方法，其中该多个孔洞位于该凹陷区域上。
10.如权利要求1所述的制造发光装置的方法，更包含在该半导体迭层内形成一阻障区块。
11.如权利要求10所述的制造发光装置的方法，其中该阻障区块为非结晶材料。
12.如权利要求10所述的制造发光装置的方法，其中在该阻障区域形成之后，继续成长该半导体叠层。
13.一种制造发光装置的方法，包含下列步骤：提供一基板；
形成一掩模区块在该基板上并接触该基板，以及无该掩模区块覆盖的一基板暴露区；
蚀刻该基板暴露区内的该基板部分以形成一凹陷区域；
自该无该掩模区覆盖的该基板暴露区注入多个离子至该凹陷区域内，以形成一离子注入区；
移除该掩模区块；以及
在该基板上成长一半导体叠层，以形成多个孔洞在该半导体叠层以及该离子注入区之间；
其中该掩模区块的材料包含金属或氧化物。
说明书 :
发光装置及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种发光装置，特别是涉及一种具有以离子注入形成散射孔洞的发光装置。
背景技术
[0002] 发光二极管(LED)的发光原理与结构与传统光源不同。发光二极管(LED)具有低耗能、使用年限长、不需升温时间以及响应快速等优点。还具有体积小、耐震以及适合大量制造等优势，使得发光二极管(LED)广泛地应用在市场上。例如，发光二极管(LED)可以应用在显示装置、激光光源、交通号志、数据存储装置、通讯装置、照明装置以及医疗设备等。
[0003] 发光装置可包含一基板及一发光叠层，其中发光叠层包含一n型半导体层、一主动层以及一p型半导体层。在发光叠层表面上或基板上可具有粗化结构以增加光取出效率。
[0004] 此外，发光装置还可连接其他的组件以形成发光结构。发光装置可通过基板的另一侧设置在次基板上，或者在次基板与发光装置之间形成焊料或胶材以形成发光结构。此外，次基板还可包含电路，通过导电结构，例如导线，与发光装置的电极电连接。
发明内容
[0005] 为解决现有技术问题，本发明提供一种制造发光装置的方法，包含下列步骤：提供一基板；形成一掩模区块在该基板上并接触该基板，以及无该掩模区块覆盖的一基板暴露区；自该基板暴露区注入多个离子至该基板内，以形成一离子注入区；以及在该基板上成长一半导体叠层，以形成多个孔洞在该半导体叠层以及该离子注入区之间；其中该掩模区块的材料包含金属或氧化物。
附图说明
[0006] 图1A至图1F为本发明第一实施例揭示的一发光装置的制造方法示意图；
[0007] 图2为本发明第二实施例揭示的一发光装置的示意图；
[0008] 图3A至图3F为本发明的实施例公开的三组不同密度的散射孔隙的电子显微镜(scanning electron microscope SEM)照片图；
[0009] 图4A至图4D为本发明第三实施例揭示的一发光装置的制造方法的示意图；
[0010] 图5A至图5E为本发明第四实施例揭示的一发光装置的制造方法；
[0011] 图6A至图6E为本发明第五实施例揭示的一发光装置的制造方法的示意图；
[0012] 图7A至图7E为本发明第六实施例揭示的一发光装置的制造方法的示意图；
[0013] 图8A至图8C为本发明第七实施例揭示的一发光装置的制造方法的示意图；
[0014] 图9A至图9E为本发明第八实施例揭示的一发光装置的制造方法的示意图；
[0015] 图10A至图10D为本发明第九实施例揭示的一发光装置的制造方法的示意图；
[0016] 图11A至图11B为本发明第十实施例揭示的一发光装置的制造方法的示意图；
[0017] 图12A至图12B为本发明第十一实施例揭示的一发光装置的制造方法的示意图；
[0018] 图13A至图13B为本发明第十二实施例揭示的一发光装置的制造方法的示意图。
[0019] 符号说明
[0020] 100 发光装置 202b 离子注入区
[0021] 102 基板 204 半导体层
[0022] 102a 上表面 205 散射孔洞
[0023] 102b 离子注入区域 208 n型半导体层
[0024] 104 半导体层 210 主动层
[0025] 105 开孔 212 p型半导体层
[0026] 105a 散射孔洞 212a 非平面的上表面
[0027] 105b 侧表面 214 发光叠层
[0028] 105c 底面 301 金属膜
[0029] 106 阻障区块 301a 金属微粒
[0030] 107a 凹陷区域 302 氧化层
[0031] 107b 微凸部 302a 氧化区块
[0032] 108 n型半导体层 303 氧化物粒子
[0033] 110 主动层 9 离子
[0034] 112 p型半导体层 H 高度
[0035] 112a 非平面的上表面 h1 厚度
[0036] 114 发光叠层 h2 厚度
[0037] 120 凸出部 d1 粒径
[0038] 121 平坦部 d2 深度
[0039] 200 发光装置 d3 粒径
[0040] 202 基板 g1 间距
[0041] 202a 上表面 g2 间距
具体实施方式
[0042] 第一实施例
[0043] 图1A至图1F是根据本发明第一实施例揭示的一发光装置的制造方法。如图1A所示，提供一基板102具有一上表面102a，一离子注入区102b形成在上表面102a上。离子注入区102b的形成方法是将离子注入基板102中，离子的种类可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合，在本实施例中离子的种类为氩(Ar)离子。离子注入区102b可具有一厚度h小于1μm，优选地是介于10nm～50nm之间。离子注入区102b可以一2 2
浓度介于1E15ions/cmand 1E17ions/cm的离子注入剂量来形成。基板102可以是单一层以及单一晶体基板，包含蓝宝石、硅(Si)或碳化硅(SiC)。离子注入区102b具有近似点状图案，其形成的方式是将基板102的上表面102a部分的区域非晶格化。在本实施例中，基板102为蓝宝石，而一氮化物半导体可形成在上表面102a上。在离子注入区102b形成之前，形成一具有图案的掩模(未显示)在上表面102a上，根据掩模的图案可形成离子注入区102b的图案。
如图1B所示，基板102可被放置在有机金属化学气相沉积(MOCVD)腔体中(未显示)，以外延成长的方式形成一半导体层104在基板102的上表面102a上。由于离子注入区102b为非晶格结构，在离子注入区102b以外的区域上，外延成长的速率快过在离子注入区102b上的速率，因此形成多个开孔105。半导体层104可作为一缓冲层以降低基板102与发光叠层之间晶格常数的差异。半导体层104的材料可为未掺杂氮化镓(undpoedGaN)或者未故意掺杂氮化镓(un-intentionally doped GaN)。沿着半导体层104的成长方向，每一个开孔105的截面积从底部开始至顶端逐渐缩小。一晶种层(未显示)，例如氮化铝(AlN)，可在半导体层104形成之前，形成在基板102的上表面102a上。如图1C所示，当半导体层104厚度达到200nm～600nm时即暂停外延成长，接着在有机金属化学气相沉积(MOCVD)腔体中形成阻障区域106在半导体层104上。阻障区域106沉积的总量很小，因此只覆盖一部分的半导体层104。阻障区域106可用非结晶材料形成，例如氮化硅(SiN)，并且伴随着开孔105的存在，从上视的角度来看，阻障区域106会围绕着每一个开孔105。如图1D所示，阻障区域106形成后继续外延成长半导体层104。半导体层104外延在每一个开孔105附近其成长过程包含朝向开孔105方向的侧向成长，因此开孔105最终会被半导体层104封闭。由于阻障区域106内嵌在半导体层104内，邻近开孔105的半导体层104的成长方向可被暂时地改变，因此在开孔105封闭之前可成长至预定的高度。在半导体层104内嵌阻障区域106的制作工艺可被重复1至100次循环，在每一次循环中，半导体层104可成长厚度10nm～50nm。如图1E所示，当半导体层104成长达到约
2.5μm～3μm时，图1D中的开孔105会闭合形成多个散射孔洞105a。如图1F所示，在本实施例中，一发光叠层114包含一n型半导体层108、一主动层110以及一p型半导体层112形成在半导体层104上。在外部电流驱动下，n型半导体层108提供的电子以及p型半导体层112提供的空穴在主动层110结合后射出一光线L，散射孔洞105a可散射从主动层110射出的光线L，以提升发光装置100的出光率。在本实施例中，离子注入区102b为非晶格结构，散射孔洞105a正好位于离子注入区102b上。每一个散射孔洞105a包含一个底面105c以及一侧表面105b与底面105c连接，其中底面105c为基板102的上表面102a其中一区域。p型半导体层112具有一非平面的上表面112a用以散射从主动层110射出的光线L。发光叠层114可包含氮化物半导体，在本实施例中，发光叠层114可以是氮化镓(GaN)。每一个散射孔洞105a的形状可为圆锥形、金字塔形或者其他具有宽底部以及窄顶部的形状。
浓度介于1E15ions/cmand 1E17ions/cm的离子注入剂量来形成。基板102可以是单一层以及单一晶体基板，包含蓝宝石、硅(Si)或碳化硅(SiC)。离子注入区102b具有近似点状图案，其形成的方式是将基板102的上表面102a部分的区域非晶格化。在本实施例中，基板102为蓝宝石，而一氮化物半导体可形成在上表面102a上。在离子注入区102b形成之前，形成一具有图案的掩模(未显示)在上表面102a上，根据掩模的图案可形成离子注入区102b的图案。
如图1B所示，基板102可被放置在有机金属化学气相沉积(MOCVD)腔体中(未显示)，以外延成长的方式形成一半导体层104在基板102的上表面102a上。由于离子注入区102b为非晶格结构，在离子注入区102b以外的区域上，外延成长的速率快过在离子注入区102b上的速率，因此形成多个开孔105。半导体层104可作为一缓冲层以降低基板102与发光叠层之间晶格常数的差异。半导体层104的材料可为未掺杂氮化镓(undpoedGaN)或者未故意掺杂氮化镓(un-intentionally doped GaN)。沿着半导体层104的成长方向，每一个开孔105的截面积从底部开始至顶端逐渐缩小。一晶种层(未显示)，例如氮化铝(AlN)，可在半导体层104形成之前，形成在基板102的上表面102a上。如图1C所示，当半导体层104厚度达到200nm～600nm时即暂停外延成长，接着在有机金属化学气相沉积(MOCVD)腔体中形成阻障区域106在半导体层104上。阻障区域106沉积的总量很小，因此只覆盖一部分的半导体层104。阻障区域106可用非结晶材料形成，例如氮化硅(SiN)，并且伴随着开孔105的存在，从上视的角度来看，阻障区域106会围绕着每一个开孔105。如图1D所示，阻障区域106形成后继续外延成长半导体层104。半导体层104外延在每一个开孔105附近其成长过程包含朝向开孔105方向的侧向成长，因此开孔105最终会被半导体层104封闭。由于阻障区域106内嵌在半导体层104内，邻近开孔105的半导体层104的成长方向可被暂时地改变，因此在开孔105封闭之前可成长至预定的高度。在半导体层104内嵌阻障区域106的制作工艺可被重复1至100次循环，在每一次循环中，半导体层104可成长厚度10nm～50nm。如图1E所示，当半导体层104成长达到约
2.5μm～3μm时，图1D中的开孔105会闭合形成多个散射孔洞105a。如图1F所示，在本实施例中，一发光叠层114包含一n型半导体层108、一主动层110以及一p型半导体层112形成在半导体层104上。在外部电流驱动下，n型半导体层108提供的电子以及p型半导体层112提供的空穴在主动层110结合后射出一光线L，散射孔洞105a可散射从主动层110射出的光线L，以提升发光装置100的出光率。在本实施例中，离子注入区102b为非晶格结构，散射孔洞105a正好位于离子注入区102b上。每一个散射孔洞105a包含一个底面105c以及一侧表面105b与底面105c连接，其中底面105c为基板102的上表面102a其中一区域。p型半导体层112具有一非平面的上表面112a用以散射从主动层110射出的光线L。发光叠层114可包含氮化物半导体，在本实施例中，发光叠层114可以是氮化镓(GaN)。每一个散射孔洞105a的形状可为圆锥形、金字塔形或者其他具有宽底部以及窄顶部的形状。
[0044] 第二实施例
[0045] 图2是根据本发明第二实施例揭示的一发光装置。一发光装置200包含：一基板202具有一上表面202a；一离子注入区202b形成在上表面202a上；一半导体层204形成在上表面202a上；一发光叠层214形成在半导体层204上；以及多个散射孔洞205循着离子注入区202b的位置，形成在半导体层204以及上表面202a之间，用以散射来自发光叠层214的光线L。本实施例与第一实施例的差异在于离子注入区202b形成一晶格化的区域用以外延成长，且从俯视图来看具有类网状的图案，散射孔洞205形成在上表面202a上非离子注入区202b的位置。本实施例中发光叠层214包含一n型半导体层208形成在半导体层204上、一主动层210形成在n型半导体层20上，以及一p型半导体层212形成在主动层210上。p型半导体层212具有一非平面的上表面212a作为主要表面用以取出来自主动层210的光线L，非平面的上表面
212a具有一粗糙度用以散射来自主动层210的光线L。
212a具有一粗糙度用以散射来自主动层210的光线L。
[0046] 参考图3A～图3F，扫描电子显微镜相片显示本发明的实施例所公开不同密度的散射孔洞。图3A与图3B、图3C与图3D、图3E与图3F分别表示不同散射孔洞的密度。散射孔洞以六方最密堆积的形式分布，其中任两个邻近的散射孔洞之间具有一预定好的间距。
[0047] 第三实施例
[0048] 如图4A至图4D所示，本发明第三实施例公开在一基板102及半导体层104之间形成多个散射孔洞的方法。如图4A所示，一金属膜301以物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)形成在基板102的一上表面102a，其中上表面102a为一平面。金属膜301的材料包含金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)或铝(Al)，且金属膜301具有一厚度h1介于50～100nm之间。接着如图4B所示，将金属膜301经过一热处理制作工艺以形成多个金属微粒301a在上表面102a上并露出一部分的上表面102a，其中热处理制作工艺包含加热金属膜301至600～800℃，维持金属膜301在600～800℃约30～60秒，再使用氮气冷却金属膜301至200℃。当加热金属膜301时，由于分子间的聚合力金属膜301的分子会相互地吸引，并形成半熔融状的金属，使得金属膜301形成多个金属微粒301a。任两个相邻的金属微粒301a之间具有一间距g1小于1μm，每个金属微粒301a的粒径d1介于50～500nm之间。利用维持金属膜301在600～800℃的时间可以控制两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1。当维持金属膜301在600～800℃的时间越短，两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒
301a的粒径d1越小。如图4C所示，将离子9注入基板102。多个金属微粒301a作为离子9的掩模，使离子9可注入上表面102a未被多个金属微粒301a所遮盖的部分，以形成离子注入区域
102b。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。如图4D所示，多个金属微粒301a可使用湿蚀刻方式移除后，一半导体层104以外延的方式形成在上表面102a上。由于离子注入区域102b为非晶格结构，在离子注入区域102b以外区域的外延成长速率大于在离子注入区域102b上的外延成长速率，因此在离子注入区域102b上形成多个开孔。当半导体层104成长达到2.5～3μm的厚度时，多个开孔会闭合以在基板102及半导体层104之间于离子注入区域102b上形成多个散射孔洞105a。其中散射孔洞105a的高度H小于1μm，可利用离子9的种类、剂量以及能量控制。
301a的粒径d1越小。如图4C所示，将离子9注入基板102。多个金属微粒301a作为离子9的掩模，使离子9可注入上表面102a未被多个金属微粒301a所遮盖的部分，以形成离子注入区域
102b。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。如图4D所示，多个金属微粒301a可使用湿蚀刻方式移除后，一半导体层104以外延的方式形成在上表面102a上。由于离子注入区域102b为非晶格结构，在离子注入区域102b以外区域的外延成长速率大于在离子注入区域102b上的外延成长速率，因此在离子注入区域102b上形成多个开孔。当半导体层104成长达到2.5～3μm的厚度时，多个开孔会闭合以在基板102及半导体层104之间于离子注入区域102b上形成多个散射孔洞105a。其中散射孔洞105a的高度H小于1μm，可利用离子9的种类、剂量以及能量控制。
[0049] 第四实施例
[0050] 如图5A至图5E所示，本发明第四实施例公开在一基板102及半导体层104之间形成多个散射孔洞的方法。如图5A所示，一金属膜301以物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)形成在基板102的一上表面102a，其中上表面102a为一平面。金属膜301的材料包含金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)或铝(Al)，且金属膜301具有一厚度h1介于50～100nm之间。接着如图5B所示，将金属膜301经过一热处理制作工艺以形成多个金属微粒301a在上表面102a上并露出一部分的上表面102a，其中热处理制作工艺包含加热金属膜301至600～800℃，维持金属膜301在600～800℃约30～60秒，再使用氮气冷却金属膜301至200℃。当加热金属膜301时，由于分子间的聚合力金属膜301的分子会相互地吸引，并形成半熔融状的金属，使得金属膜301形成多个金属微粒301a。任两个相邻的金属微粒301a之间具有一间距g1小于1μm，每个金属微粒301a的粒径d1介于50～500nm之间。利用维持金属膜301在600～800℃的时间可以控制两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1。当维持金属膜301在600～800℃的时间越短，两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒
301a的粒径d1越小。如图5C所示，蚀刻上表面102a未被金属微粒301a覆盖的区域以形成一凹陷区域107a在金属微粒301a之间，上表面102a位于金属微粒301a下方的部分形成多个微凸部107b，其中蚀刻制作工艺包含干蚀刻，例如RIE或ICP，或者湿蚀刻。凹陷区域107a具有一深度d2通常小于30nm，可利用蚀刻的时间控制深度d2。多个微凸部107b任意地分布在上表面102a。如图5D所示，将离子9注入基板102。多个金属微粒301a可作为离子9的掩模，使离子9可注入上表面102a未被多个金属微粒301a所遮盖的部分，以在凹陷区域107a中形成离子注入区域102b，而不在微凸部107b上。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。如图5E所示，多个金属微粒301a可使用湿蚀刻方式移除后，一半导体层104以外延的方式形成在上表面102a上。由于离子注入区域102b为非晶格结构，在离子注入区域102b以外区域的外延成长速率大于在离子注入区域102b上的外延成长速率，因此在离子注入区域102b上形成多个开孔。当半导体层104成长达到2.5～3μm的厚度时，多个开孔会闭合以在基板102及半导体层104之间于离子注入区域102b上形成多个散射孔洞105a，多个散射孔洞105a与多个微凸部107b交替地排列。其中散射孔洞105a的高度H小于1μm，可利用离子9的种类、剂量以及能量控制。
301a的粒径d1越小。如图5C所示，蚀刻上表面102a未被金属微粒301a覆盖的区域以形成一凹陷区域107a在金属微粒301a之间，上表面102a位于金属微粒301a下方的部分形成多个微凸部107b，其中蚀刻制作工艺包含干蚀刻，例如RIE或ICP，或者湿蚀刻。凹陷区域107a具有一深度d2通常小于30nm，可利用蚀刻的时间控制深度d2。多个微凸部107b任意地分布在上表面102a。如图5D所示，将离子9注入基板102。多个金属微粒301a可作为离子9的掩模，使离子9可注入上表面102a未被多个金属微粒301a所遮盖的部分，以在凹陷区域107a中形成离子注入区域102b，而不在微凸部107b上。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。如图5E所示，多个金属微粒301a可使用湿蚀刻方式移除后，一半导体层104以外延的方式形成在上表面102a上。由于离子注入区域102b为非晶格结构，在离子注入区域102b以外区域的外延成长速率大于在离子注入区域102b上的外延成长速率，因此在离子注入区域102b上形成多个开孔。当半导体层104成长达到2.5～3μm的厚度时，多个开孔会闭合以在基板102及半导体层104之间于离子注入区域102b上形成多个散射孔洞105a，多个散射孔洞105a与多个微凸部107b交替地排列。其中散射孔洞105a的高度H小于1μm，可利用离子9的种类、剂量以及能量控制。
[0051] 第五实施例
[0052] 如图6A至图6E所示，本发明第五实施例公开在一基板102及半导体层104之间形成多个散射孔洞的方法。如图6A所示，一氧化层302以物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)形成在基板102的一上表面102a，其中上表面102a为一平面。氧化层302包含氧化硅(SiOx)，具有一厚度h2小于500nm，或者优选地是介于50～150nm之间。接着一金属膜301以物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)形成在氧化层302上。金属膜301的材料包含金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)或铝(Al)，且金属膜301具有一厚度h1介于50～100nm之间。如图6B所示，将金属膜301经过一热处理制作工艺以在氧化层302上形成多个金属微粒301a并露出一部分的氧化层302，其中热处理制作工艺包含加热金属膜301至600～800℃，维持在600～800℃约30～60秒，再使用氮气冷却金属膜301至200℃。当加热金属膜301时，由于分子间的聚合力，金属膜301的分子会相互地吸引，并形成半熔融状的金属，使得金属膜301形成多个金属微粒301a。任两个相邻的金属微粒301a之间具有一间距g1小于1μm，每个金属微粒301a的粒径d1介于50～500nm之间。利用金属膜301维持在600～800℃的时间可以控制两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1。当金属膜301维持在600～800℃的时间越短，两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1越小。
如图6C所示，以干蚀刻，例如ICP或者RIE，或者湿蚀刻的方式去除氧化层302未被金属微粒
301a覆盖的部分，以在上表面102a及金属微粒301a之间形成多个氧化区块302a。如图6D所示，多个氧化区块302a可作为掩模，利用酸性蚀刻溶液在上表面102a未被多个氧化区块
302a所覆盖的区域上形成一凹陷区域107a，上表面102a位于多个氧化区块302a下方的部分形成多个微凸部107b，其中酸性蚀刻溶液包含硫酸、磷酸或其组合。凹陷区域107a具有一深度d2，通常小于30nm，可利用蚀刻的时间控制深度d2。多个微凸部107b任意地分布在上表面
102a。接着，多个金属微粒301a可作为离子9的掩模，使离子9可注入在凹陷区域107a，以在凹陷区域107a中形成离子注入区域102b，而不在微凸部107b上。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。如图6E所示，多个金属微粒301a以及多个氧化区块302a可使用湿蚀刻方式移除后，一半导体层104以外延的方式形成在上表面102a上。由于离子注入区域102b为非晶格结构，在离子注入区域102b以外区域的外延成长速率大于在离子注入区域102b上的外延成长速率，因此在离子注入区域102b上形成多个开孔。当半导体层104成长达到2.5～3μm的厚度时，多个开孔会闭合以在基板102及半导体层104之间于离子注入区域102b上形成多个散射孔洞105a，多个散射孔洞105a与多个微凸部107b交替地排列。其中散射孔洞105a的高度H小于1μm，可利用离子9的种类、剂量以及能量控制。
如图6C所示，以干蚀刻，例如ICP或者RIE，或者湿蚀刻的方式去除氧化层302未被金属微粒
301a覆盖的部分，以在上表面102a及金属微粒301a之间形成多个氧化区块302a。如图6D所示，多个氧化区块302a可作为掩模，利用酸性蚀刻溶液在上表面102a未被多个氧化区块
302a所覆盖的区域上形成一凹陷区域107a，上表面102a位于多个氧化区块302a下方的部分形成多个微凸部107b，其中酸性蚀刻溶液包含硫酸、磷酸或其组合。凹陷区域107a具有一深度d2，通常小于30nm，可利用蚀刻的时间控制深度d2。多个微凸部107b任意地分布在上表面
102a。接着，多个金属微粒301a可作为离子9的掩模，使离子9可注入在凹陷区域107a，以在凹陷区域107a中形成离子注入区域102b，而不在微凸部107b上。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。如图6E所示，多个金属微粒301a以及多个氧化区块302a可使用湿蚀刻方式移除后，一半导体层104以外延的方式形成在上表面102a上。由于离子注入区域102b为非晶格结构，在离子注入区域102b以外区域的外延成长速率大于在离子注入区域102b上的外延成长速率，因此在离子注入区域102b上形成多个开孔。当半导体层104成长达到2.5～3μm的厚度时，多个开孔会闭合以在基板102及半导体层104之间于离子注入区域102b上形成多个散射孔洞105a，多个散射孔洞105a与多个微凸部107b交替地排列。其中散射孔洞105a的高度H小于1μm，可利用离子9的种类、剂量以及能量控制。
[0053] 第六实施例
[0054] 如图7A至图7E所示，本发明第六实施例公开在一基板102及半导体层104之间形成多个散射孔洞的方法。第六实施例与前述第三实施例差异在于上表面102a具有一凸出部120以及一平坦部121，其中凸出部120包含多个凸出结构。凸出部120的多个凸出结构周期性地分布在上表面102a上。如图7A所示，一金属膜301形成在上表面102a上。接着如图7B所示，将金属膜301经过一热处理制作工艺以在凸出部120以及平坦部121上形成多个金属微粒301a，其中热处理制作工艺包含加热金属膜301至600～800℃，维持在600～800℃约30～
60秒，再使用氮气冷却金属膜301至200℃。当加热金属膜301时，由于分子间的聚合力金属膜301的分子会相互地吸引，并形成半熔融状的金属，使得金属膜301形成多个金属微粒
301a。任两个相邻的金属微粒301a之间具有一间距g1小于1μm，每个金属微粒301a的粒径d1介于50～500nm之间。利用维持金属膜301在600～800℃的时间可以控制两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1。当维持金属膜301在600～800℃的时间越短，两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1越小。接着将离子9注入基板102。多个金属微粒301a作为离子9的掩模，使离子9可注入凸出部120以及平坦部121未被多个金属微粒301a所遮盖的部分，以形成离子注入区域102b。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。图7C为一上视图，显示多个金属微粒301a位于凸出部120以及平坦部121部分的区域上，以及离子注入区域102b未被多个金属微粒301a覆盖。图7D为一扫描式电子显微镜(SEM)照片，显示离子注入区域102b以及多个金属微粒301a位于上表面102a的凸出部120以及平坦部121上。如图7E所示，多个散射孔洞105a形成在凸出部120以及平坦部121上。
60秒，再使用氮气冷却金属膜301至200℃。当加热金属膜301时，由于分子间的聚合力金属膜301的分子会相互地吸引，并形成半熔融状的金属，使得金属膜301形成多个金属微粒
301a。任两个相邻的金属微粒301a之间具有一间距g1小于1μm，每个金属微粒301a的粒径d1介于50～500nm之间。利用维持金属膜301在600～800℃的时间可以控制两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1。当维持金属膜301在600～800℃的时间越短，两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1越小。接着将离子9注入基板102。多个金属微粒301a作为离子9的掩模，使离子9可注入凸出部120以及平坦部121未被多个金属微粒301a所遮盖的部分，以形成离子注入区域102b。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。图7C为一上视图，显示多个金属微粒301a位于凸出部120以及平坦部121部分的区域上，以及离子注入区域102b未被多个金属微粒301a覆盖。图7D为一扫描式电子显微镜(SEM)照片，显示离子注入区域102b以及多个金属微粒301a位于上表面102a的凸出部120以及平坦部121上。如图7E所示，多个散射孔洞105a形成在凸出部120以及平坦部121上。
[0055] 第七实施例
[0056] 如图8A至图8C所示，本发明第七实施例公开在一基板102及半导体层104之间形成多个散射孔洞的方法。第七实施例与前述第四实施例差异在于上表面102a具有一凸出部120以及一平坦部121，其中凸出部120包含多个凸出结构，凸出部120的多个凸出结构周期性地分布在上表面102a上，离子注入区域102b可形成在凸出部120以及平坦部121上，以及多个散射孔洞105a形成在凸出部120以及平坦部121上。如图8A所示，一金属膜301以物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)形成在凸出部120以及平坦部121上。金属膜301的材料包含金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)或铝(Al)，且金属膜301具有一厚度h1介于50～100nm之间。接着如图8B所示，将金属膜301经过一热处理制作工艺以在凸出部120以及平坦部121上形成多个金属微粒301a并露出一部分的凸出部120以及平坦部121，其中热处理制作工艺包含加热金属膜301至600～800℃，维持在600～800℃约30～60秒，再使用氮气冷却金属膜
301至200℃。当加热金属膜301时，由于分子间的聚合力金属膜301的分子会相互地吸引，并形成半熔融状的金属，使得金属膜301形成多个金属微粒301a。任两个相邻的金属微粒301a之间具有一间距g1小于1μm，每个金属微粒301a的粒径d1介于50～500nm之间。利用维持金属膜301在600～800℃的时间可以控制两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1。当维持金属膜301在600～800℃的时间越短，两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1越小。如图8B所示，蚀刻凸出部120以及平坦部121未被金属微粒301a覆盖的部分以形成一凹陷区域107a在金属微粒301a之间，上表面102a位于金属微粒301a下方的部分形成多个微凸部107b，其中蚀刻制作工艺包含干蚀刻，例如RIE或ICP，或者湿蚀刻。凹陷区域107a具有一深度通常小于30nm，可利用蚀刻的时间控制。多个微凸部107b任意地分布在上表面102a，凸出部120的其中一个凸出结构的特征尺寸至少为任一微凸部107b的两倍以上。接着将离子9注入基板102，多个金属微粒301a可作为离子9的掩模，使离子9可注入凸出部120以及平坦部121未被多个金属微粒301a所遮盖的部分，以在凹陷区域107a中形成离子注入区域102b。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。如图8C所示，多个金属微粒301a可使用湿蚀刻方式移除后，一半导体层104以外延的方式形成在上表面102a上。由于离子注入区域102b为非晶格结构，在离子注入区域102b以外区域的外延成长速率大于在离子注入区域102b上的外延成长速率，因此在离子注入区域102b上形成多个开孔。当半导体层104成长达到2.5～3μm的厚度时，多个开孔会闭合以在基板102及半导体层104之间于离子注入区域102b上形成多个散射孔洞105a，多个散射孔洞105a与多个微凸部107b交替地排列。其中散射孔洞105a的高度H小于1μm，可利用离子9的种类、剂量以及能量控制。
301至200℃。当加热金属膜301时，由于分子间的聚合力金属膜301的分子会相互地吸引，并形成半熔融状的金属，使得金属膜301形成多个金属微粒301a。任两个相邻的金属微粒301a之间具有一间距g1小于1μm，每个金属微粒301a的粒径d1介于50～500nm之间。利用维持金属膜301在600～800℃的时间可以控制两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1。当维持金属膜301在600～800℃的时间越短，两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1越小。如图8B所示，蚀刻凸出部120以及平坦部121未被金属微粒301a覆盖的部分以形成一凹陷区域107a在金属微粒301a之间，上表面102a位于金属微粒301a下方的部分形成多个微凸部107b，其中蚀刻制作工艺包含干蚀刻，例如RIE或ICP，或者湿蚀刻。凹陷区域107a具有一深度通常小于30nm，可利用蚀刻的时间控制。多个微凸部107b任意地分布在上表面102a，凸出部120的其中一个凸出结构的特征尺寸至少为任一微凸部107b的两倍以上。接着将离子9注入基板102，多个金属微粒301a可作为离子9的掩模，使离子9可注入凸出部120以及平坦部121未被多个金属微粒301a所遮盖的部分，以在凹陷区域107a中形成离子注入区域102b。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。如图8C所示，多个金属微粒301a可使用湿蚀刻方式移除后，一半导体层104以外延的方式形成在上表面102a上。由于离子注入区域102b为非晶格结构，在离子注入区域102b以外区域的外延成长速率大于在离子注入区域102b上的外延成长速率，因此在离子注入区域102b上形成多个开孔。当半导体层104成长达到2.5～3μm的厚度时，多个开孔会闭合以在基板102及半导体层104之间于离子注入区域102b上形成多个散射孔洞105a，多个散射孔洞105a与多个微凸部107b交替地排列。其中散射孔洞105a的高度H小于1μm，可利用离子9的种类、剂量以及能量控制。
[0057] 第八实施例
[0058] 如图9A至图9E所示，本发明第八实施例公开在基板102及半导体层104之间形成多个散射孔洞的方法。第八实施例与前述第五实施例差异在于上表面102a具有一凸出部120以及一平坦部121，其中凸出部120包含多个凸出结构，凸出部120的多个凸出结构周期性地分布在上表面102a上，凹陷区域107a以及离子注入区域102b可形成在凸出部120以及平坦部121上，以及多个散射孔洞105a形成在凸出部120以及平坦部121上。
[0059] 如图9A所示，一氧化层302以物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)形成在凸出部120以及平坦部121上。氧化层302包含氧化硅(SiOx)，具有一厚度小于500nm，或者优选地是介于50～150nm之间。接着一金属膜301以物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)形成在氧化层302上。金属膜301的材料包含金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)或铝(Al)，且金属膜301具有一厚度h1介于50～100nm之间。如图9B所示，将金属膜301经过一热处理制作工艺以形成多个金属微粒301a在氧化层302上并露出一部分的氧化层302，其中热处理制作工艺包含加热金属膜301至600～800℃，维持在600～800℃约30～60秒，再使用氮气冷却金属膜301至200℃。当加热金属膜301时，由于分子间的聚合力金属膜301的分子会相互地吸引，并形成半熔融状的金属，使得金属膜301形成多个金属微粒301a。任两个相邻的金属微粒301a之间具有一间距g1小于1μm，每个金属微粒301a的粒径d1介于50～500nm之间。利用维持金属膜301在600～800℃的时间可以控制两个相邻的金属微粒301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1。当维持金属膜301在600～800℃的时间越短，两个相邻的金属微粒
301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1越小。如图9C所示，以干蚀刻，例如ICP或者RIE，或者湿蚀刻的方式去除氧化层302未被金属微粒301a覆盖的部分，在上表面102a及金属微粒301a之间形成多个氧化区块302a。如图9D所示，多个氧化区块302a可作为掩模，利用酸性蚀刻溶液在上表面102a未被多个氧化区块302a所覆盖的区域上形成一凹陷区域107a，上表面102a位于多个氧化区块302a下方的部分形成多个微凸部107b，其中酸性蚀刻溶液包含硫酸、磷酸或其组合。凹陷区域107a具有一深度，通常小于30nm，可利用蚀刻的时间控制。
多个微凸部107b任意地分布在上表面102a，凸出部120的其中一个凸出结构的特征尺寸至少为任一微凸部107b的两倍以上。接着，多个金属微粒301a可作为离子9的掩模，使离子9注入在凹陷区域107a，以在凹陷区域107a中形成离子注入区域102b，而不在微凸部107b上。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。如图9E所示，多个金属微粒301a以及多个氧化区块302a可使用湿蚀刻方式移除后，一半导体层104以外延的方式形成在上表面102a上。由于离子注入区域102b为非晶格结构，在离子注入区域
102b以外区域的外延成长速率大于在离子注入区域102b上的外延成长速率，因此在离子注入区域102b上形成多个开孔。当半导体层104成长达到2.5～3μm的厚度时，多个开孔会闭合以在基板102及半导体层104之间于离子注入区域102b上形成多个散射孔洞105a，多个散射孔洞105a与多个微凸部107b交替地排列。
301a之间的间距g1以及金属微粒301a的粒径d1越小。如图9C所示，以干蚀刻，例如ICP或者RIE，或者湿蚀刻的方式去除氧化层302未被金属微粒301a覆盖的部分，在上表面102a及金属微粒301a之间形成多个氧化区块302a。如图9D所示，多个氧化区块302a可作为掩模，利用酸性蚀刻溶液在上表面102a未被多个氧化区块302a所覆盖的区域上形成一凹陷区域107a，上表面102a位于多个氧化区块302a下方的部分形成多个微凸部107b，其中酸性蚀刻溶液包含硫酸、磷酸或其组合。凹陷区域107a具有一深度，通常小于30nm，可利用蚀刻的时间控制。
多个微凸部107b任意地分布在上表面102a，凸出部120的其中一个凸出结构的特征尺寸至少为任一微凸部107b的两倍以上。接着，多个金属微粒301a可作为离子9的掩模，使离子9注入在凹陷区域107a，以在凹陷区域107a中形成离子注入区域102b，而不在微凸部107b上。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。如图9E所示，多个金属微粒301a以及多个氧化区块302a可使用湿蚀刻方式移除后，一半导体层104以外延的方式形成在上表面102a上。由于离子注入区域102b为非晶格结构，在离子注入区域
102b以外区域的外延成长速率大于在离子注入区域102b上的外延成长速率，因此在离子注入区域102b上形成多个开孔。当半导体层104成长达到2.5～3μm的厚度时，多个开孔会闭合以在基板102及半导体层104之间于离子注入区域102b上形成多个散射孔洞105a，多个散射孔洞105a与多个微凸部107b交替地排列。
[0060] 第九实施例
[0061] 如图10A至图10D所示，本发明第九实施例公开在基板102及半导体层104之间形成多个散射孔洞的方法。如图10A所示，多个氧化物粒子303布于基板102的一上表面102a上，任两个邻近的氧化物粒子303之间的间距g2介于200～300nm之间，氧化物粒子303具有一粒径d3介于300～600nm之间，其中氧化物粒子303之间的间距g2可相同或相异，如图10B及图10C所示的多个氧化物粒子303排列方式的上视图。接着，将离子9注入基板102中。多个氧化物粒子303可作为一掩模，使离子9注入上表面102a未被多个氧化物粒子303所遮盖的部分，以形成离子注入区域102b。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。如图10D所示，多个氧化物粒子303可使用湿蚀刻方式移除后，一半导体层104以外延的方式形成在上表面102a上。由于离子注入区域102b为非晶格结构，在离子注入区域102b以外区域的外延成长速率大于在离子注入区域102b上的外延成长速率，因此在离子注入区域102b上形成多个开孔。当半导体层104成长达到2.5～3μm的厚度时，多个开孔会闭合以在基板102及半导体层104之间于离子注入区域102b上形成多个散射孔洞105a。其中散射孔洞105a的高度H小于1μm，可利用离子9的种类、剂量以及能量控制。
[0062] 第十实施例
[0063] 如图11A至图11B所示，本发明第十实施例公开在基板102及半导体层104之间形成多个散射孔洞的方法。第十实施例与前述第九实施例差异在于蚀刻上表面102a未被多个氧化物粒子303覆盖的区域，形成一凹陷区域107a在氧化物粒子303之间，上表面102a在氧化物粒子303下方的部分形成多个微凸部107b，其中蚀刻制作工艺包含干蚀刻，例如RIE或ICP，或者湿蚀刻。凹陷区域107a具有一深度d2优选地是小于30nm，深度d2可利用蚀刻的时间控制。多个微凸部107b可任意地或规律地分布在上表面102a。接着，多个氧化物粒子303可作为离子9的掩模，使离子9注入在凹陷区域107a，以在凹陷区域107a中形成离子注入区域102b，而不在微凸部107b上。离子9可为氩(Ar)离子、硅(Si)离子、氧(O)离子、氮(N)离子、碳(C)离子或其组合。如图11B所示，氧化物粒子303使用湿蚀刻方式移除后，一半导体层104以外延的方式形成在上表面102a上。由于离子注入区域102b为非晶格结构，在离子注入区域102b以外区域的外延成长速率大于在离子注入区域102b上的外延成长速率，因此在离子注入区域102b上形成多个开孔。当半导体层104成长达到2.5～3μm的厚度时，多个开孔会闭合以在基板102及半导体层104之间于离子注入区域102b上形成多个散射孔洞105a，多个散射孔洞105a与多个微凸部107b交替地排列。其中散射孔洞105a的高度H小于1μm，可利用凹陷区域107a的深度d2和离子9的种类、剂量以及能量控制。
[0064] 第十一实施例
[0065] 如图12A至图12B所示，本发明第十一实施例公开在基板102及半导体层104之间形成多个散射孔洞的方法。第十一实施例与前述第九实施例差异在于上表面102a具有一凸出部120以及一平坦部121，其中凸出部120包含多个凸出结构，多个凸出结构周期性地分布在上表面102a上。散布多个氧化物粒子303于凸出部120以及平坦部121上作为掩模，使离子9注入上表面102a未被多个氧化物粒子303所遮盖的部分，以形成离子注入区域102b。如图12B所示，离子注入区域102b形成在凸出部120及平坦部121上，多个散射孔洞105a可形成在凸出部120及平坦部121上。
[0066] 第十二实施例
[0067] 如图13A至图13B所示，本发明第十二实施例公开在基板102及半导体层104之间形成多个散射孔洞的方法。第十二实施例与前述第十实施例的差异在于上表面102a具有一凸出部120以及一平坦部121，其中凸出部120包含多个凸出结构，多个凸出结构周期性地分布在上表面102a上。多个氧化物粒子303可布于凸出部120以及平坦部121，凹陷区域107a以及多个微凸部107b也可形成在凸出部120以及平坦部121。多个氧化物粒子303可作为离子9的掩模，使离子9注入上表面102a未被多个氧化物粒子303遮蔽的部分，以在凹陷区域107a中形成离子注入区域102b，而不在微凸部107b上。如图13B所示，多个散射孔洞105a可形成在凸出部120以及平坦部121上，多个散射孔洞105a与多个微凸部107b交替地排列。
[0068] 本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。