於氮化鎵上製作氧化鋅的方法與其應用的製作方法
2023-05-17 23:08:06
專利名稱：於氮化鎵上製作氧化鋅的方法與其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種於氮化鎵上製作氧化鋅的方法與其應用，特別是涉及一種利用水熱法於氮化鎵上製作氧化鋅的方法與應用氧化鋅回收基板的方法。
背景技術：
近來，隨著氧化鋅納米結構應用範圍的增廣，因此，氧化鋅磊晶層被試著生長於許多不同的基板，例如 Si [4]、6H_SiC[5]、Ni0[6]、indium-tin-oxide (ITO) [7]、diamind[8]、GaN[9-13]等基板。一般來說，在不同的基板上形成氧化鋅磊晶層，都是採用氮化鎵做為氧化鋅磊晶層與基板之間的中介層，而加強氧化鋅磊晶層與不同基板之間的附著力。這是因為氮化鎵和氧化鋅的晶體結構相同，兩者晶格常數相當匹配( 1.9%)且熱傳導係數也相似。一般來說，於氮化鎵上製作氧化鋅薄膜(或磊晶層)大多都是採取電化學沉積法(electrochemical deposition)、脈衝雷射沉積法(pulsed laser deposition)、金屬有機化學沉積法(metalorganic chemical vapor deposition)、或分子束嘉晶法(molecularbeam epitaxy)等方法來製作。然而，這些方法不但對於嘉晶環境(或工藝條件)的要求很高，例如高溫(超過100°C )、需要金屬輔助等，並且在成本上的需求也相當高，因此，亟需要一種對於磊晶環境要求低、簡單、以及低成本的方法，可以於氮化鎵上生長氧化鋅磊晶層。另夕卜，一般製作光學元件或光電元件，例如發光二極體(Light EmittingDiode; LED)，都是在基板上進行製作，並且在完成光學元件(或光電元件)後，將光學元件(或光電元件)由基板剝離，就直接將基板廢棄不再使用。這樣的方式顯然並不符合環保要求且造成浪費，而導致光學元件(或光電元件)的製作成本無法降低，因此，亟需要一種可以在完成光學元件(或光電元件)製作後，可以回收基板再使用的方法，降低光學元件(或光電元件)的製作成本。
發明內容
本發明的一目的為提供一種於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，可以取代成本較高與工藝條件較苛刻的電化學沉積法、脈衝雷射沉積法、金屬有機化學沉積法、或分子束磊晶法等傳統方法，而降低製作氮化鎵的困難與降低至製作成本。本發明的另一目的為提供一種應用氧化鋅回收基板的方法，可以利用製作氧化鋅於基板上，而進行後續的光學元件(光電元件)製作，並於完成光學元件(光電元件)後，回收基板重複使用來製作光學元件(光電元件)，從而降低光學元件(光電元件)的製作成本，並使光學元件(光電元件)的工藝更符合環保需要求。根據本發明的一目的，本發明提供一種於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，其包含下列步驟:⑴提供基板；⑵於該基板上製作氮化鎵層；⑶利用水熱法製作氧化鋅薄膜於該氮化鎵層上。根據本發明的另一目的，本發明提供一種應用氧化鋅回收基板的方法，其包含下列步驟:(I)提供基板；(2)於該基板上製作氮化鎵層；(3)製作氧化鋅薄膜於該氮化鎵層上；(4)以該氧化鋅薄膜為磊晶中心製作半導體晶體或磊晶體該氧化鋅薄膜上，而製作光學元件；(5)移除該氧化鋅薄膜而將該半導體晶體或磊晶體由該基板上剝離，而回收其上具有該氮化鎵層的該基板；以及以回收的基板重複進行步驟(3)_(5)，而重複製作光學元件。因此，本發明提供了一種於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，可以工藝要求低、困難度低、以及低成本的方法取代傳統工藝要求高、困難度高、以及高成本的製作方法，並且應用該方法製作氧化鋅於基板上，而提供一種應用氧化鋅回收基板的方法，使得光學元件(光電元件)工藝中使用的基板，可以一再地被回收而重複使用於製作光學元件(光電元件)，從而降低光學元件(光電元件)的製作成本。綜上所述，本發明在技術上有顯著的進步，並具有明顯的積極技術效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合說明書附圖，詳細說明如下。
圖1A至圖1E為本發明的一實施例的於氮化鎵上製作氧化鋅的方法與其應用方法的剖面流程圖。主要元件符號說明100基板102氮化鎵層104氧化鋅薄膜106氮化物半導體晶體或磊晶體108化學溶液110容器
具體實施例方式本發明的一些實施例詳細描述如下。然而，除了該詳細描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例施行。亦即，本發明的範圍不受已提出的實施例的限制，而以本發明提出的權利要求所保護的範圍為準。其次，當本發明的實施例圖示中的各元件或步驟以單一元件或步驟描述說明時，不應以此作為有限定的認知，即如下的說明未特別強調數目上的限制時本發明的精神與應用範 圍可推及多數個元件或結構並存的結構與方法上。再者，在本說明書中，各元件的不同部分並沒有完全依照尺寸繪圖，某些尺度與其他相關尺度相比或有被誇張或是簡化，以提供更清楚的描述以增進對本發明的理解。而本發明所沿用的現有技藝，在此僅做重點式的引用，以助本發明的闡述。圖1A至圖1D為本發明的於氮化鎵上製作氧化鋅的方法的一個實施例，其以剖面結構圖顯示整個工藝與各個工藝步驟。參照圖1A，首先，提供基板100，基板100為金屬基板、矽基板、石英基板、玻璃基板、藍寶石基板、或軟性塑膠基板。接著，製作氮化鎵層102於基板100上。氮化鎵層102是以原子層沉積法(atomic layer deposition)、電化學沉積法(electrochemical deposition)、脈衝雷射沉積法(pulsed laser deposition)、或金屬有機化學沉積法(metalorganic chemical vapor deposition)而製作於基板100上。其中，氮化鎵層102可以依照工藝的需求與設計，製作成未摻雜氮化鎵、η型氮化鎵、或P型氮化鎵。接著，以丙酮或甲醇洗淨基板100與其上氮化鎵層102，再以去離子水洗淨吹乾基板100與氮化鎵層102。然後，參照圖1Β，將基板100置入或浸入裝有化學溶液108的容器110中，而利用水熱法(hydrothermal method)於氮化鎵層102上製作氧化鋅薄膜。化學溶液108為硝酸鋅/六甲基四胺水溶液或任何可以經由化學反應析出氧化鋅的混合水溶液，而化學溶液108的濃度在50mM至220mM之間，其可依照工藝需求，例如所需的沉積速率，而採取不同的化學溶液或不同濃度的化學溶液。製作氧化鋅薄膜的溫度在60°C至90°C之間，其較佳的工藝溫度在65°C至75°C之間，而工藝時間在I小時至數10小時之間，例如I小時至24小時，其可以依照不同的工藝條件來決定，例如工藝溫度，化學溶液成分與濃度等。然後，參照圖1C，等到氧化鋅薄膜104已經沉積至一預設厚度後，將基板移出，即完成氧化鋅薄膜104的製作。氧化鋅薄膜104的厚度(即預設厚度)在0.5微米(μ m)至數10微米(μπι)之間，其可以依照工藝的需求或是後續工藝的需求而選擇不同的厚度。在完成氧化鋅薄膜104製作後，可以於氧化鋅薄膜104上繼續進行後續工藝，而製作光學元件(或光電元件)。參照圖1D，完成氧化鋅薄膜104製作後，以氧化鋅薄膜104做為磊晶中心，而於氧化鋅薄膜104上製作或生長一或多層氮化物半導體晶體或磊晶體106，以組成光學元件(或光電元件)，例如發光二極體(LED)。氮化物半導體晶體或磊晶體106製作或生長的數量可以依照所欲製作的光學元件(或光電元件)的種類與結構而選擇。氮化物半導體晶體或嘉晶體106的製作是以原子層沉積法(atomic layer deposition)、電化學沉積法(electrochemical deposition)、脈衝雷射沉積法(pulsed laser deposition)、或金屬有機化學沉積法(metalorganic chemical vapor deposition)進行。在圖1A至圖1D所示的於氮化鎵上製作氧化鋅的方法中，以低於IOO0C (600C -900C )的工藝溫度，在可以經由化學反應析出氧化鋅的混合水溶液(例如硝酸鋅/六甲基四胺水溶液)中，反應I小時至數10小時等簡單的工藝條件與步驟，即可以在氮化鎵上製作氧化鋅，完全不需要傳統製作氧化鋅方法中的嚴苛工藝條件，例如高溫(至少要高於100°c )、需要金屬輔助等，也不需要為達成這些嚴苛工藝條件所需要的成本，所以可以簡化於氮化鎵上製作氧化鋅的工藝與降低其製作成本。另外，本發明也提供一種應用氧化鋅回收基板的方法，特別是應用前文所說明的於氮化鎵上製作氧化鋅的方法製作氧化鋅而進行回收基板的方法。參照圖1A至圖1E，其為本發明的應用氧化鋅回收基板的方法的一實施例，以剖面結構圖顯示整個工藝與各個工藝步驟。參照圖1A、圖1B、圖1C以及圖1D，以前文所提及圖1A至圖1D所示的步驟，分別依序於基板100上製作氮化鎵層102、於氮化鎵層102製作氧化鋅薄膜104、於氧化鋅薄膜104製作一或多層氮化物半導體晶體或磊晶體106。由於這些步驟與前述於氮化鎵上製作氧化鋅的方法中的步驟相同，因此，在此不再贅述。然而，值得注意的是，在圖1A至圖1E所示應用氧化鋅回收基板的方法中，雖然以工藝步驟簡單、工藝條件(或要求)低、以及成本低廉的水熱法於氮化鎵層102製作氧化鋅薄膜104為一最佳的選擇，但是仍然可以依照工藝的需求，而選擇以熱蒸鍍法(thermal evaporation)、化學氣相沉積法(chemical vapordeposition)、分子束嘉晶法(molecular beam epitaxy)、或陽極氧化招多孔模板法(AAO)等工藝步驟複雜、工藝條件(或要求)嚴苛、以及成本較高的傳統方法製作，並不局限於水熱法。接著，參照圖1E，在完成氮化物半導體晶體或磊晶體106製作而組成光學元件(或光電元件)後，以酸性溶液對蝕刻氧化鋅薄膜104進行蝕刻，而將氧化鋅薄膜104移除，使得製作於氧化鋅薄膜104上的氮化物半導體晶體或磊晶體106，與基板100或氮化鎵層102分離，而由其上剝離。換言之，即將氧化鋅薄膜104完全蝕刻，而使得製作於氧化鋅薄膜104上的光學元件，由基板100 (或氮化鎵層102)上剝離。用以蝕刻除氧化鋅薄膜104的酸性溶液為鹽酸、醋酸、硫酸、硝酸、或這些酸性溶液的混合溶液。酸性溶液的濃度可以依照工藝需求而選擇不同的濃度，例如依照需要的蝕刻速率、蝕刻時間等選擇不同的濃度。最後，將基板100回收而再使用。由於此時基板100上已經製作有氮化鎵層102，因此，可以直接重複圖1B至圖1E所示的步驟，分別依序將於基板100上製作氮化鎵層102、於氮化鎵層102製作氧化鋅薄膜104、於氧化鋅薄膜104製作一或多層氮化物半導體晶體或磊晶體106、以及移除氧化鋅薄膜104，而重複地回收基板100並於其上製作光學元件(或光電元件)，直到基板100不堪使用為止。如此一來，在基板未磨損或是破損到一定程度之前，都可以重複回收並再使用於光學元件(或光電元件)的製作。由於基板不再使用過一次後即廢棄，所以有助於光學元件(或光電元件)的製作成本的大幅降低，並且也更符合環保的要求。有鑑於上述實施例，本發明提供一種於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，利用步驟簡單、工藝條件(或要求)低、以及成本低廉的水熱法取代成本較高與工藝條件較苛刻的電化學沉積法、脈衝雷射沉積法、金屬有機化學沉積法、或分子束磊晶法等傳統方法，於氮化鎵上製作氧化鋅，而降低製作氮化鎵的困難與降低至製作成本，從而簡化工藝與降低工藝要求和製作成本。更進一步，本發明應用於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，而提出一種回收基板的方法，可以不斷地回收基板重新進行光學元件(或光電元件)的製作，而有助於光學元件(或光電元件)的製作成本的大幅縮減。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種利用水熱法於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，其特徵在於包含: 步驟1、提供基板； 步驟2、於該基板上製作氮化鎵層；以及 步驟3、利用水熱法製作氧化鋅薄膜於該氮化鎵層上。
2.按權利要求1所述的利用水熱法於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，其特徵在於，其中更包含元件製作步驟，其以該氧化鋅薄膜為磊晶中心而製作半導體晶體或磊晶體。
3.按權利要求1所述的利用水熱法於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，其特徵在於，其中該基板為金屬基板、矽基板、石英基板、玻璃基板、藍寶石基板、或軟性塑膠基板。
4.按權利要求1所述的利用水熱法於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，其特徵在於，其中該氮化鎵層為未摻雜、η型、或P型。
5.按權利要求1所述的利用水熱法於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，其特徵在於，其中步驟2是以原子層沉積法、電化學沉積法、脈衝雷射沉積法或金屬有機化學沉積法製作該氮化鎵層。
6.按權利要求1所述的利用水熱法於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，其特徵在於，其中步驟3是以硝酸鋅/六甲基四胺水溶液或可以經由化學反應析出氧化鋅的混合水溶液做為化學溶液，而於該氮化鎵層上沉積該氧化鋅薄膜。
7.按權利要求6所述的利用水熱法於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，其特徵在於，其中該化學溶液的濃度在50mM至220mM之間。
8.按權利要求1所述的利用 水熱法於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，其特徵在於，其中步驟3是在60°C至90°C之間進行。
9.按權利要求1所述的利用水熱法於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，其特徵在於，其中步驟3的工藝時間在I小時至數10小時之間。
10.按權利要求1所述的利用水熱法於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，其特徵在於，其中該氧化鋅薄膜的厚度在0.5微米至數10微米之間。
11.按權利要求1所述的利用水熱法於氮化鎵上製作氧化鋅的方法，其特徵在於，其中更包含洗淨步驟，在步驟3之前實施，其包含: 以丙酮或甲醇洗淨已製作有氮化鎵層於其上的基板；以及 以去尚子水洗淨吹乾該基板。
12.一種應用氧化鋅回收基板的方法，其特徵在於，包含: 步驟1、提供基板； 步驟2、於該基板上製作氮化鎵層； 步驟3、製作氧化鋅薄膜於該氮化鎵層上； 步驟4、以該氧化鋅薄膜為磊晶中心製作半導體晶體或磊晶體該氧化鋅薄膜上，而製作光學兀件； 步驟5、移除該氧化鋅薄膜而將該半導體晶體或磊晶體由該基板上剝離，而回收其上具有該氮化鎵層的該基板；以及 步驟6、以回收的基板重複進行步驟3-5，而重複製作光學元件。
13.按權利要求12所述的應用氧化鋅回收基板的方法，其特徵在於，其中該基板為金屬基板、矽基板、石英基板、玻璃基板、藍寶石基板、或軟性塑膠基板。
14.按權利要求12所述的應用氧化鋅回收基板的方法，其特徵在於，其中該氮化鎵層為未摻雜、η型、或P型。
15.按權利要求12所述的應用氧化鋅回收基板的方法，其特徵在於，其中步驟2是以原子層沉積法、電化學沉積法、脈衝雷射沉積法、或金屬有機化學沉積法製作該氮化鎵層。
16.按權利要求1所述的應用氧化鋅回收基板的方法，其特徵在於，其中更包含洗淨步驟，於步驟3之前實施，其包含: 以丙酮或甲醇洗淨已製作有氮化鎵層於其上的基板；以及 以去尚子水洗淨吹乾該基板。
17.按權利要求12所述的應用氧化鋅回收基板的方法，其特徵在於，其中該步驟3是以水熱法、熱蒸鍍法、化學氣相沉積法、分子束磊晶法或陽極氧化鋁多孔模板法AAO製作該氧化鋅薄膜。
18.按權利要求12所述的應用氧化鋅回收基板的方法，其中該步驟3是以硝酸鋅/六甲基四胺水溶液或可以經由化學反應析出氧化鋅的混合水溶液做為化學溶液，而以水熱法於該氮化鎵層上沉積該氧化鋅薄膜。
19.按權利要求18所述的應用氧化鋅回收基板的方法，其特徵在於，其中該化學溶液的濃度在50mM至220mM之間。
20.按權利要求18所述的應用氧化鋅回收基板的方法，其特徵在於，其中步驟3是在60°C至90°C之間進行。
21.按權利要求18所述的應用氧化鋅回收基板的方法，其特徵在於，其中步驟3的工藝時間在I小時至數10小時之間。
22.按權利要求12所述的應用氧化鋅回收基板的方法，其特徵在於，其中該氧化鋅薄膜的厚度在0.5微米至數10微米之間。
23.按權利要求12所述的應用氧化鋅回收基板的方法，其特徵在於，其中步驟4是以原子層沉積法、電化學沉積法、脈衝雷射沉積法、或金屬有機化學沉積法製作半導體晶體或磊晶體該氧化鋅薄膜上。
24.按權利要求12所述的應用氧化鋅回收基板的方法，其特徵在於，其中步驟5是以酸性溶液蝕刻該氧化鋅薄膜而將其移除。
25.按權利要求24所述的應用氧化鋅回收基板的方法，其特徵在於，其中酸性溶液為鹽酸、醋酸、硫酸、硝酸、或其混合溶液。
全文摘要
本發明是有關於一種於氮化鎵上製作氧化鋅的方法與其應用，特別是有關一種利用水熱法於氮化鎵上製作氧化鋅的方法與應用氧化鋅回收基板的方法。該方法包括提供基板；於該基板上製作氮化鎵層；以及利用水熱法製作氧化鋅薄膜於該氮化鎵層上。
文檔編號H01L21/02GK103094071SQ201210424069
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月30日 優先權日2011年10月31日
發明者林清富, 古竣偉 申請人:林清富