【19】中華民國 【12】專利公報 （B）
【11】證書號數：I563756
【45】公告日： 中華民國 105 (2016) 年 12 月 21 日
【51】Int. Cl.： H01S5/183 (2006.01) H01L21/02 (2006.01)
發明 全 4 頁
【54】名 稱：一種以矽擴散型電流阻擋層製作氮化鎵垂直共振腔面射型發光元件的方法 METHOD TO FABRICATE GaN-BASED VERTICAL-CAVITY SURFACE- EMITTING DEVICES FEATURING SILICON-DIFFUSION DEFINED CURRENT BLOCKING LAYER
【21】申請案號：103145138 【22】申請日： 中華民國 103 (2014) 年 12 月 24 日
【11】公開編號：201624860 【43】公開日期： 中華民國 105 (2016) 年 07 月 01 日
【72】發 明 人： 葉秉慧 (TW) YEH, PING-HUI；余孟純 (TW) YU, MENG-CHUN；林家煥 (TW) LIN, JIA-HUAN；黃景勤 (TW) HUANG, CHING-CHIN
【71】申 請 人： 國立臺灣科技大學 NATIONAL TAIWAN UNIVERSITY OF SIENCE AND TECHNOLOGY
臺北市大安區基隆路 4 段 43 號
【74】代 理 人： 林金東
【56】參考文獻：
TW 200536107A US 5891298B1
JP 2008-205054A 審查人員：王敬雅
[57]申請專利範圍
1. 一種以矽擴散型電流阻擋層製作氮化鎵垂直共振腔面射型發光元件之方法，包含垂直共 振腔面射型雷射(VCSEL)與共振腔發光二極體(RCLED)，該製作方法係使用一晶圓材 料，其基本結構包含 P 型氮化鎵層，多重量子井層、N 型氮化鎵層、下反射鏡及上反射 鏡，此矽擴散製程包含步驟：於晶圓之 P 型氮化鎵層表面先製作一定義矽擴散區域之光 阻圖案；將晶圓放入感應耦合電漿式離子蝕刻機中進行蝕刻，將 P 型氮化鎵層未被光阻 保護的矽擴散區域表層蝕刻掉，緊接著鍍製一層矽薄膜，然後剝離非擴散區的矽；將晶 圓放入快速升溫退火爐，加熱進行熱擴散製程，使矽擴散至 P 型氮化鎵層下方，並使其 反轉成 N 型氮化鎵，形成一電流侷限區域，其中矽擴散區域係於電流流經口徑周圍形成 中空環狀構造，其環狀構造外緣係與二氧化矽絕緣層形成上下疊置；將晶圓浸泡於氧化 物蝕刻液中，去除擴散後表面殘餘的矽，完成矽擴散電流阻擋層結構製程。
2. 根據申請專利範圍第 1 項以矽擴散型電流阻擋層製作氮化鎵垂直共振腔面射型發光元件 之方法，其中蝕刻去掉 P 型氮化鎵層表面的厚度約為 10 至 20nm。
3. 根據申請專利範圍第 1 項以矽擴散型電流阻擋層製作氮化鎵垂直共振腔面射型發光元件 之方法，其中 P 型氮化鎵上之矽擴散區域係圍繞於該發光元件電流流通道孔徑之周圍，
並由矽擴散環狀中空面積之直徑大小界定該發光元件電流流通道之孔徑大小。
4. 根據申請專利範圍第 1 項以矽擴散型電流阻擋層製作氮化鎵垂直共振腔面射型發光元件 之方法，其中 P 型氮化鎵上之矽擴散區域係圍繞於該發光元件發光孔徑之周圍，並由矽 擴散環狀中空面積之直徑大小界定該發光元件之發光孔徑大小。
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5. 根據申請專利範圍第 1 項以矽擴散型電流阻擋層製作氮化鎵垂直共振腔面射型發光元件 之方法，其中 P 型氮化鎵元件發光孔徑之鍍膜表面係保持平坦，可提升光學鍍膜品質，
增強共振腔效應，降低發光二極體的半功率角。
6. 根據申請專利範圍第 1 項以矽擴散型電流阻擋層製作氮化鎵垂直共振腔面射型發光元件 之方法，其中電流侷限區域包含在 P 型氮化鎵元件表面及延伸至 P 型氮化鎵內，根據 P 型氮化鎵層厚度與電洞濃度之增減，經由擴散時間之對應增減，有效控制矽擴散延伸至 P 型氮化鎵內之深度或厚度，其中矽擴散延伸至 P 型氮化鎵內之之底部與多重量子井層 最上層保持 30nm 以上距離以免形成漏電流通路。
7. 根據申請專利範圍第 1 項以矽擴散型電流阻擋層製作氮化鎵垂直共振腔面射型發光元件 之方法，其中製作矽擴散電流阻擋層係使用電子束蒸鍍機鍍製矽薄膜，製作矽薄膜於晶 圓片 P 型氮化鎵表面，完成之後再剝離非擴散區 的矽，然後將晶圓片放入快速升溫退火 爐，依不同快速升溫退火爐校正並調整溫度，約為 750℃至 850℃範圍之間，持續進行 10 至 30 分鐘，以控制矽擴散至 P 型氮化鎵層內部之深度。
圖式簡單說明
第 1 圖係本發明矽擴散型電流阻擋層之示意圖。
第 2 圖係本發明矽擴散型電流阻擋層之實施例構造圖。
第 3 圖係操作於 10mA 電流下，以光耦 (charge coupled device, CCD) 裝置拍攝不同尺寸的 發光孔徑的影像，由圖示可看出發光孔徑與矽擴散侷限孔徑相同。
第 4a 圖係未使用矽擴散型電流阻擋層之發光二極體遠場光分布。
第 4b 圖係使用本發明矽擴散型電流阻擋層之發光二極體遠場光分布。
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