專利名稱：固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板、固態(tài)半導(dǎo)體裝置及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制法，特別是指一種固態(tài)(solid-state)半導(dǎo)體裝置用的外延(epitaxy)基板、固態(tài)半導(dǎo)體裝置及其制法。
背景技術(shù)：
目前常見的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，大致上有發(fā)光二極管(light-emitting diode；簡稱LED)裝置、激光二極管(laser diode；簡稱LD)裝置或半導(dǎo)體射頻(radio frequency)裝置等。一般而言，前述的LED裝置、LD裝置及半導(dǎo)體射頻裝置，是由一外延基板及一形成在該外延基板上的半導(dǎo)體元件(例如射頻元件，或是含有p-n結(jié)(junction)的發(fā)光元件)所構(gòu)成。
舉例來說，基本的藍光或綠光發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，是由一藍寶石(sapphire)基板、一形成于該藍寶石基板上的緩沖層(bufferlayer)、一形成于該緩沖層上的n型氮化鎵(n-type GaN)半導(dǎo)體層、一局部地覆蓋該n-type GaN半導(dǎo)體層的發(fā)光層(activelayer)、一形成于該發(fā)光層的p型氮化鎵(p-type GaN)半導(dǎo)體層及兩分別形成于該等半導(dǎo)體層上的接觸電極層所構(gòu)成。
影響發(fā)光二極管的發(fā)光效率值的因素分別有內(nèi)部量子效率(internal quantum efficiency)及外部(external)量子效率，其中，構(gòu)成低內(nèi)部量子效率的主要原因，則是形成于發(fā)光層中的錯位(dislocation)量。然而，藍寶石基板與氮化鎵兩者材料間存在相當大的晶格不匹配(lattice mismatch)的問題，因此，在外延過程中亦同時地構(gòu)成了大量的貫穿式錯位(threading dislocation)。
參閱圖1，一種半導(dǎo)體發(fā)光元件(中國臺灣專利公告案號為561632)，包含一藍寶石基板10、一形成在該藍寶石基板10上的n型半導(dǎo)體層11、一形成在該n型半導(dǎo)體層11并可產(chǎn)生一預(yù)定波長范圍的光源的發(fā)光層12，及一形成在該發(fā)光層12上的P型半導(dǎo)體層13。
該藍寶石基板10的一上表面是利用微影(photolithography)設(shè)備及反應(yīng)式離子蝕刻(reactive ion etching；簡稱RIE)形成有多個呈周期性變化地排列的凹部14。其中，該藍寶石基板10是使用C面(0001)的藍寶石基板，且構(gòu)成該等凹部14的邊是大致平行于該n型半導(dǎo)體層11的成長穩(wěn)定面(stabilized growthsurface；此處所提及的成長穩(wěn)定面為M面；意即{1100}面)，以使形成在該藍寶石基板10上的n型半導(dǎo)體層11不產(chǎn)生結(jié)晶缺陷(crystal defect)地填滿該等凹部14。每一凹部14的深度及尺寸分別是1μm及10μm，并借由每一凹部14的一中心界定出一10μm的間距。
A.Bell、R.Liu、F.A.Ponce、H.Amano、I.Akasaki及D.Cherns等人于Applied Physics Letters，vol.82，No.3，pp.349-351中，揭露一種成長于圖案化藍寶石基板上摻雜鎂的氮化鋁鎵的發(fā)光特性及其顯微結(jié)構(gòu)。參閱圖10，文中說明利用微影及反應(yīng)式離子蝕刻等黃光制程，沿著一藍寶石基板的<1120>方向蝕刻，以制得一由多條狀溝槽所構(gòu)成的圖案化藍寶石(patternedsapphire)基板，并于該圖案化藍寶石基板上形成一摻雜鎂的氮化鋁鎵(AlGaN:Mg)外延膜，其中，直接形成于該等條狀溝槽之間平臺上的外延膜含有大量的貫穿式錯位，而懸置于每一條狀溝槽處上方的橫向外延(epitaxial lateral overgrowth；簡稱ELOG)膜則構(gòu)成了一無缺陷區(qū)。因此，由該等無缺陷區(qū)所取得的陰極螢光影像(cathode luminescence image；簡稱CL影像)的亮度亦顯著地增加。關(guān)于前述的貫穿式錯位及CL影像，則可見于前述論文中的說明。
此外，Shulij Nakamura、Masayuki Senoh、Shin-ichiNagahama、Naruhito Iwasa及Takao Yamada等日亞化工的研究員于Appl.Phys.Lett.72(2)，211-213中，揭露一種具有成長于橫向外延氮化鎵基材上的調(diào)變摻雜應(yīng)變層超晶格(modulation-doped strained-layer superlattices)的激光二極管。參閱圖2，文中說明于一藍寶石基板90的C面上依序形成一緩沖層91及一2μm厚的氮化鎵膜92后，進一步地借由微影設(shè)備于該氮化鎵膜92上形成多個厚度為0.1μm的氧化硅膜93，且借相鄰的氧化硅膜93構(gòu)成多個4μm寬的條狀窗口94以定義出形成于該氮化鎵膜92上的屏蔽(SiO2mask)，最后，依序地于該屏蔽上利用雙噴流有機金屬化學氣相沉積法(two-flow MOCVD)形成一n-GaN層95等以完成后續(xù)的元件制程。
日亞化工的研究員利用非晶質(zhì)(amorphous)屏蔽，致使形成于該等窗口94處的垂直外延膜橫向地合并以構(gòu)成形成于屏蔽上方的橫向外延膜，借此達到降低錯位密度的目的。
前面所提及的專利前案及論文文獻，雖然可以降低于外延過程中形成于外延膜內(nèi)的貫穿式錯位，但，不論是形成圖案化的基板亦或是于外延膜上形成圖案化的非晶膜，皆須使用到微影設(shè)備及制程，因此，無形中亦增加設(shè)備成本及時間成本。
此外，前面所提及的專利前案及論文文獻的整體揭示內(nèi)容，在此并入本案作為參考資料。
因此，如何在外延過程中降低錯位密度以改善外延膜的光學特性，同時亦可減少制作成本，則是目前研究開發(fā)外延相關(guān)業(yè)者所需克服的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明概要當一下方晶體與一位于其上方的外延膜之間具有一高度差時(例如于下方晶體形成凹槽)，將致使貫穿式錯位無法由下方晶體延伸的上層外延膜，其可能原因有二一、當凹槽深度達一足夠的預(yù)定深度時，上層外延膜將由下方晶體的平臺處開始沉積并且往兩側(cè)延伸出去，以使得凹槽正上方的外延膜構(gòu)成橫向外延機制，致使原本形成于下方晶體內(nèi)的貫穿式錯位無法繼續(xù)延伸至位于凹槽正上方的橫向外延膜區(qū)域。
二、上層外延膜亦可能由凹槽處往外橫向地成長，造成原本位于下方晶體內(nèi)的貫穿式錯位無法延伸至上層外延膜，且貫穿式錯位只被彎曲并限制于凹槽內(nèi)的外延膜內(nèi)，因此使得凹槽處外延膜內(nèi)的錯位密度較低。
因此，借由增加下方晶體的凹槽密度，可使得形成于外延膜內(nèi)的錯位密度顯著地下降。
此外，當下方晶體經(jīng)過蝕刻處理并形成多個凹槽時，可減少形成于其上方的第一外延膜內(nèi)的錯位量。若對該第一外延膜進一步地直接施予蝕刻以在該第一外延膜上形成多個凹槽，且于該第一外延膜上繼續(xù)地形成一第二層外延膜，即可再度減少形成于該第二層外延膜內(nèi)的錯位量。因此，當相互堆棧的外延膜層數(shù)越多時，形成最后一層的外延膜內(nèi)的錯位量越少。
由上所述，本發(fā)明是于一外延用的板本體上依序形成一緩沖膜及至少一具有一粗化表面的外延膜。該外延膜是借由外延形成于該緩沖膜上，且未經(jīng)由微影設(shè)備而是直接地對該外延膜施予蝕刻以在該外延膜上形成多個凹槽并定義出該粗化表面。由于該外延膜的數(shù)目增加可降低形成于上層外延膜內(nèi)的錯位量，因此，亦可于該緩沖膜上形成多個分別具有一粗化表面的外延膜(亦即；重復(fù)地施予外延及蝕刻制程)，借以大量地減少形成于外延膜內(nèi)的錯位量并構(gòu)成本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板。此外，于前述的外延基板上繼續(xù)形成一半導(dǎo)體元件以完成一元件制程，并制得本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置。
本發(fā)明的目的在于提供一種固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種固態(tài)半導(dǎo)體裝置。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法。
本發(fā)明的一種固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，包含一板本體、一連接于該板本體的緩沖膜，及至少一第一外延膜。該第一外延膜具有一連接于該緩沖膜的第一表面，及一相反于該第一表面且呈一不規(guī)則變化的粗糙的第二表面。
此外，本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，包含一如前面所述的外延基板，及一設(shè)置于形成有該第一外延膜的外延基板上的一側(cè)的發(fā)射單元(emitting unit)。
再者，本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，包含下列步驟(a)提供一板本體；(b)于該板本體上形成一緩沖膜；(c)形成一第一外延膜；(d)對該第一外延膜施予粗化以在該第一外延膜上形成一不規(guī)則變化的粗糙表面；及(e)施予一元件制程。
本發(fā)明的效果，在于借由省略上光致抗蝕劑(photo resistor；簡稱PR)、硬化、去光致抗蝕劑或掩膜等黃光微影制程，以簡化制作流程及降低時間成本，并利用增加具有粗糙表面的外延膜的數(shù)量，大量地降低錯位密度，以改善所制得的外延膜及固態(tài)半導(dǎo)體裝置的光學特性。
發(fā)明詳細說明
參閱圖3，本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板2的一較佳實施例，包含一板本體21、一連接于該板本體21的緩沖膜22，及多個相互疊置于該緩沖膜22上的第一外延膜23。
每一第一外延膜23具有一第一表面231，及一相反于該第一表面231且呈一不規(guī)則變化的粗糙的第二表面232。其中，位于最下方的第一外延膜23的第一表面231是連接于該緩沖膜22。
較佳地，每一第一外延膜23的第二表面232上是形成有多個呈不規(guī)則尺寸變化，且由該第二表面232向該第一表面231方向凹陷的六邊形凹槽232’。
較佳地，該外延基板2更包含一形成于最上方的第一外延膜23的第二表面232的第二外延膜24。
較佳地，該第二外延膜24具有一相對該等第一外延膜23遠離該板本體21且呈一不規(guī)則變化的粗糙表面241。更佳地，該第二外延膜24上具有多個呈不規(guī)則尺寸變化且由該第二外延膜24向該板本體21方向凹陷的六邊形凹槽241’，借該等六邊形凹槽241’定義出該第二外延膜24的粗糙表面241。
值得一提的是，當本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板包含一第一外延膜23時亦可實施。
適用于本發(fā)明的每一外延膜23、24是由一含有III族及V族元素的半導(dǎo)體化合物所制成。較佳地，每一外延膜23、24是由一含有鎵(Ga)及氮(N)的半導(dǎo)體化合物所制成。
較佳地，每一外延膜23、24的一預(yù)定厚度是至少大于100nm。更佳地，每一外延膜23、24的預(yù)定厚度是介于100nm至10μm之間。
較佳地，該板本體21是由一具有六方晶(hexagonal crystal)結(jié)構(gòu)的材料或一具有鉆石立方(diamond cubic；簡稱D C)結(jié)構(gòu)的材料其中之一所制成。更佳地，該板本體21是由一具有六方晶結(jié)構(gòu)的材料所制成。
適用于本發(fā)明的該六方晶結(jié)構(gòu)的材料是一選自于下列所構(gòu)成的群體藍寶石(sapphire)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化鋁鎵(AlGaN)及碳化硅(SiC)。此外，適用于本發(fā)明的該鉆石立方結(jié)構(gòu)的材料可以是硅(Si)。
值得一提的是，由于該等相互地層狀堆棧的第一外延膜23的數(shù)目增加，相對地，最終所構(gòu)成的貫穿式錯位密度亦隨著降低，因此，如圖4所示，該第二外延膜24的上表面亦可以是一未經(jīng)過粗化(roughen)處理的平坦面242。
此外，參閱圖5，本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的一較佳實施例，包含一如前面所述的外延基板2，及一設(shè)置于形成有該等第一外延膜23的外延基板2上的一側(cè)的發(fā)射單元3。該外延基板2的相關(guān)結(jié)構(gòu)及變化已揭示于前，在此不再多加詳述。
較佳地，該發(fā)射單元3具有一形成在該外延基板2上的外延體31及兩分別形成在該外延體31上的接觸電極32。
較佳地，該外延體31由該外延基板2向遠離該外延基板2的方向依序具有一形成于該外延基板2上的第一型半導(dǎo)體層311、一局部地覆蓋該第一型半導(dǎo)體層311的發(fā)光層312及一形成于該發(fā)光層312上的第二型半導(dǎo)體層313，該等接觸電極32分別形成于該第一及第二型半導(dǎo)體層311、313上。
較佳地，該第一型半導(dǎo)體層311是一n型半導(dǎo)體層，該第二型半導(dǎo)體層313是一p型半導(dǎo)體層。
適用于本發(fā)明的該外延體31，是由一含有III族及V族元素的半導(dǎo)體化合物所制成。較佳地，該外延體31是由一含有鎵及氮的半導(dǎo)體化合物所制成。
值得一提的是，在此是利用一可產(chǎn)生一特定頻率范圍的平面導(dǎo)通式發(fā)光二極管說明該發(fā)射單元3，因此，在配合本發(fā)明的該外延基板2的使用條件下，適用于本發(fā)明的該發(fā)射單元3亦可以是一垂直導(dǎo)通式發(fā)光二極管、一激光二極管或是一射頻元件(圖未示)。
參閱圖6，前面所提及的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，包含下列步驟(a)提供一板本體；(b)于該板本體上形成一緩沖膜；(c)形成一第一外延膜；(d)對該第一外延膜施予粗化以在該第一外延膜上形成一不規(guī)則變化的粗糙表面；及(e)施予一元件制程。
較佳地，該步驟(d)的粗化是未配合使用微影設(shè)備，并直接地借由一濕式蝕刻(wet etching)所構(gòu)成，以在該第一外延膜上形成多個呈不規(guī)則尺寸變化的六邊形凹槽，并借該等六邊形凹槽定義出該第一外延膜的粗糙表面。
較佳地，于該步驟(d)及該步驟(e)之間更包含多個步驟(d’)，每一步驟(d’)是依序由該步驟(c)及該步驟(d)所構(gòu)成，借以形成多個具有多個呈不規(guī)則尺寸變化的六邊形凹槽的第一外延膜。更佳地，于最后一次該步驟(d’)及該步驟(e)之間更包含一步驟(d”)，該步驟(d”)是形成一第二外延膜。在一具體實施例中，于該步驟(d”)及該步驟(e)之間更包含一步驟(e’)，該步驟(e’)是對該第二外延膜施予粗化，借以使該第二外延膜上形成有多個呈不規(guī)則尺寸變化的六邊形凹槽，并制得如圖3中的該外延基板2。
如同前面圖4的說明，因此，該步驟(e’)是可選擇性地被實施。此外，構(gòu)成該外延基板2的各個構(gòu)件所使用的材質(zhì)及相關(guān)條件亦與前揭說明相同，因此，于此不再多加詳述。
較佳地，該濕式蝕刻是使用一含有磷酸(H3PO4)的蝕刻劑或一含有氫氧化鉀(KOH)的蝕刻劑其中之一進行粗化。在一具體實施例中，該濕式蝕刻是使用一含有磷酸的蝕刻劑進行粗化。
較佳地，該步驟(e)的元件制程包含下列步驟(A)形成一第一型半導(dǎo)體層；(B)于該第一型半導(dǎo)體層上形成一發(fā)光層；(C)于該發(fā)光層上形成一第二型半導(dǎo)體層；(D)局部地裸露出該第一型半導(dǎo)體層；及(E)分別于該第一及第二半導(dǎo)體層上形成一接觸電極。
較佳地，該第一型半導(dǎo)體層是一n型半導(dǎo)體層，該第二型半導(dǎo)體層是一p型半導(dǎo)體層。
較佳地，由該步驟(A)(B)及(C)的半導(dǎo)體層及發(fā)光層構(gòu)成一外延體，該外延體是由一含有III族及V族元素的半導(dǎo)體化合物所制成。更佳地，該外延體是由一含有鎵及氮的半導(dǎo)體化合物所制成。
本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板、固態(tài)半導(dǎo)體裝置及其制法，具有制程簡化、形成于外延膜的錯位密度低、內(nèi)部量子效率高及增加外部量子效率等特點，所以確實能達到本發(fā)明的目的。


圖1是一側(cè)視示意圖，說明中國臺灣專利公告案號為561632號的一種半導(dǎo)體發(fā)光元件；圖2是一側(cè)視示意圖，說明一種具有成長于橫向外延氮化鎵基材上的調(diào)變摻雜應(yīng)變層超晶格的激光二極管；圖3是一局部剖視示意圖，說明本發(fā)明固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板的一較佳實施例；圖4是一側(cè)視示意圖，說明本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板的另一可實施態(tài)樣；
圖5是一側(cè)視示意圖，說明本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的一較佳實施例；圖6是一流程圖，說明本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法；圖7是一成長機制示意圖，說明一圖12的TEM形貌圖的外延機制；圖8是一曲線圖，說明本發(fā)明的外延膜的室溫PL特性；圖9是一曲線圖，說明凹槽尺寸的變化與錯位密度的關(guān)系。
圖10是說明沿著一藍寶石基板的<1120>方向蝕刻，以制得一由多個條狀溝槽所構(gòu)成的圖案化藍寶石基板，并于該圖案化藍寶石基板上形成一摻雜鎂的氮化鋁鎵(AlGaN:Mg)外延膜。
圖11是SEM表面形貌圖，顯示外延膜上形成有多個六邊形凹槽。
圖12是TEM形貌圖，顯示貫穿式錯位是由下層外延膜的蝕刻凹槽區(qū)域兩側(cè)延伸至上層外延膜，而位于蝕刻凹槽區(qū)域上方的上層外延膜則借由橫向外延成長以構(gòu)成一無錯位區(qū)。
具體實施例方式
參閱圖3及圖5，在本發(fā)明的一具體實施例中，該發(fā)固態(tài)半導(dǎo)體裝置包含一外延基板2及一形成于該外延基板2上的發(fā)射單元3。
該外延基板2具有一板本體21、一連接于該板本體21的緩沖膜22、一形成于該緩沖層22上并具有多個尺寸呈不規(guī)則變化的六邊形凹槽241’的第二外延膜24，及多個被夾置于該第二外延膜24及該緩沖膜22之間并具有多個尺寸呈不規(guī)則變化的六邊形凹槽232’的第一外延膜23。在該具體實施例中，該板本體21是由具有六方晶結(jié)構(gòu)的藍寶石所制成，該等外延膜23、24是由氮化鎵(GaN)所構(gòu)成。
在該具體實施例的發(fā)射單元3中，該第一型半導(dǎo)體層311是由一n-GaN所構(gòu)成、該發(fā)光層312是由一含有Ga及N的半導(dǎo)體化合物所構(gòu)成的多層量子阱(multi-quantum well；簡稱MQW)、該第二型半導(dǎo)體層313是由一p-GaN所構(gòu)成。前述的MQW n型及p型半導(dǎo)體層為熟知發(fā)光二極管領(lǐng)域者所皆知，因此，在此不再多加詳述。以下簡單地說明該具體實施例的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制作方法。
首先，于一藍寶石基板上外延成長出一厚度約為2μm的第一GaN外延膜，并利用一由濃度為85％的H3PO4及濃度約為95％至97％的硫酸(H2SO4)所構(gòu)成的蝕刻劑對該第一GaN外延膜施予粗化，以在該第一GaN外延膜上形成多個尺寸不一的六邊形凹槽。借由循環(huán)多次前述的外延及粗化后，于最遠離該藍寶石基板的外延膜定義出一第二GaN外延膜，并借以構(gòu)成該具體實施例的固態(tài)半導(dǎo)體用的外延基板。在該具體實施例中，H3PO4/H2SO4＝3。
進一步地，于該第二GaN外延膜上依序形成一n-GaN半導(dǎo)體層、一由一含有Ga及N的半導(dǎo)體化合物所構(gòu)成的MQW、一p-GaN半導(dǎo)體層。最后，分別于該n-GaN半導(dǎo)體層及該p-GaN半導(dǎo)體層上形成一接觸電極，以完成該具體實施例的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法。
參閱圖11的掃描式電子顯微鏡(scanning electronmicroscope；簡稱SEM)表面形貌圖，圖中顯示GaN外延膜表面經(jīng)過粗化后留下多個尺寸介于1μm至3μm之間的六邊形凹槽。
此外，亦參閱圖12的穿透式電子顯微鏡(transmissionelectron microscope；簡稱TEM)形貌圖，圖中顯示出貫穿式錯位是由下層外延膜的蝕刻凹槽區(qū)域兩側(cè)延伸至上層外延膜，而位于蝕刻凹槽區(qū)域上方的上層外延膜則借由橫向外延成長以構(gòu)成一無錯位區(qū)。
以下配合參閱圖7，說明圖12的TEM形貌圖的外延機制。圖7是由一粗化氮化鎵外延膜4及一氮化鎵再外延膜5所構(gòu)成，其中，該粗化氮化鎵外延膜4上形成有一蝕刻凹槽區(qū)41，位于該粗化凹槽區(qū)41兩側(cè)的錯位由該蝕刻氮化鎵外延膜4延伸至上層的再外延氮化鎵膜5，而位于該蝕刻凹槽區(qū)41上方的氮化鎵再外延膜5，則是以橫向外延(ELOG)的機制構(gòu)成一無錯位區(qū)51。
參閱圖8，說明由第二外延膜取得的室溫光激發(fā)光(photoluminescence；簡稱PL)特性。橫坐標代表(Average EtchPit Diameter)蝕刻凹槽的尺寸(亦即；借由調(diào)配不同H3PO4/H2SO4比值所取得的凹槽尺寸)，隨著凹槽尺寸越大，PL的近能隙邊緣(near bandedge；簡稱B E)發(fā)光信號的半高寬(fullwidth at half maximum；簡稱FWHM)越小，且近能隙邊緣發(fā)光信號強度對黃光(YL)信號強度比值(IBE/IYL)越大。因此，凹槽尺寸越大，外延膜的光學特性越好。
參閱圖9，橫坐標表示凹槽的平均直徑(Average Etch PitDiameter)，縱坐標表示氮化鎵膜上的凹槽密度(EDP Counts ofthe Overgrown GaN Films)。說明凹槽尺寸的變化與錯位密度(etch pit density；簡稱EPD)間的關(guān)系。圖9顯示，EPD值是隨著凹槽尺寸增加而下降，且當凹槽尺寸約3.0μm時，EPD值已降至4.0×106cm-2以下。
利用本發(fā)明的制法以構(gòu)成具有該外延基板2及該發(fā)射單元3的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，由于形成于每一外延膜23、24內(nèi)部的錯位密度大量地減少，因此，使得本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部量子效率增加。此外，亦可借由粗化的外延膜以增加由本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置所產(chǎn)生的特定波段的反射(reflection)現(xiàn)象，借以提高其外部量子效率。
歸納上述，本發(fā)明的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板、固態(tài)半導(dǎo)體裝置及其制法，具有制程簡化、形成于外延膜的錯位密度低、內(nèi)部量子效率高及增加外部量子效率等特點，所以確實能達到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，其特征在于其包含一板本體；一連接于該板本體的緩沖膜；及至少一第一外延膜，具有一連接于該緩沖膜的第一表面及一相反于該第一表面且呈一不規(guī)則變化的粗糙的第二表面。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，其特征在于該第一外延膜的第二表面上是形成有多個呈不規(guī)則尺寸變化且由該第二表面向該第一表面方向凹陷的六邊形凹槽。
3.如權(quán)利要求2所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，其特征在于更包含一形成于該第一外延膜的第二表面的第二外延膜。
4.如權(quán)利要求3所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，其特征在于該第二外延膜具有一相對該第一外延膜遠離該板本體且呈一不規(guī)則變化的粗糙表面。
5.如權(quán)利要求4所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，其特征在于該第二外延膜上具有多個呈不規(guī)則尺寸變化且由該第二外延膜向該板本體方向凹陷的六邊形凹槽，借該六邊形凹槽定義出該第二外延膜的粗糙表面。
6.如權(quán)利要求5所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，其特征在于包含多個相互堆棧且被夾置于該緩沖膜及該第二外延膜之間的第一外延膜。
7.如權(quán)利要求6所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，其特征在于每一外延膜是由一含有III族及V族元素的半導(dǎo)體化合物所制成。
8.如權(quán)利要求7所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，其特征在于每一外延膜是由一含有鎵及氮的半導(dǎo)體化合物所制成。
9.如權(quán)利要求6所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，其特征在于每一外延膜的一預(yù)定厚度是至少大于100nm。
10.如權(quán)利要求9所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，其特征在于每一外延膜的預(yù)定厚度是介于100nm至10μm之間。
11.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，其特征在于該板本體是由一具有六方晶結(jié)構(gòu)的材料或一具有鉆石立方結(jié)構(gòu)的材料其中之一所制成。
12.如權(quán)利要求11所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，其特征在于該板本體是由一具有六方晶結(jié)構(gòu)的材料所制成。
13.如權(quán)利要求12所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，其特征在于該六方晶結(jié)構(gòu)的材料是一選自于下列所構(gòu)成的群體藍寶石、氮化鎵、氮化鋁、氮化鋁鎵及碳化硅。
14.一種固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于其包含一外延基板，所述外延基板包括一板本體；一連接于該板本體的緩沖膜；及至少一第一外延膜，具有一連接于該緩沖膜的第一表面及一相反于該第一表面且呈一不規(guī)則變化的粗糙的第二表面；及一設(shè)置于形成有該第一外延膜的外延基板上的一側(cè)的發(fā)射單元。
15.如權(quán)利要求14所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于該第一外延膜的第二表面上是形成有多個呈不規(guī)則尺寸變化且由該第二表面向該第一表面方向凹陷的六邊形凹槽。
16.如權(quán)利要求15所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于該外延基板更具有一被夾置于該第一外延膜及該發(fā)射單元之間的第二外延膜。
17.如權(quán)利要求16所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于該第二外延膜具有一連接該發(fā)射單元且呈一不規(guī)則變化的粗糙表面。
18.如權(quán)利要求17所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于該第二外延膜上具有多個呈不規(guī)則尺寸變化且由該第二外延膜向該板本體方向凹陷的六邊形凹槽，借該六邊形凹槽定義出該第二外延膜的粗糙表面。
19.如權(quán)利要求18所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于該外延基板具有多個相互堆棧且被夾置于該緩沖膜及該第二外延膜之間的第一外延膜。
20.如權(quán)利要求19所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于每一外延膜是由一含有III族及V族元素的半導(dǎo)體化合物所制成。
21.如權(quán)利要求20所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于每一外延膜是由一含有鎵及氮的半導(dǎo)體化合物所制成。
22.如權(quán)利要求19所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于每一外延膜的一預(yù)定厚度是至少大于100nm。
23.如權(quán)利要求22所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于每一外延膜的預(yù)定厚度是介于100nm至10μm之間。
24.如權(quán)利要求14所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于該板本體是由一具有六方晶結(jié)構(gòu)的材料或一具有鉆石立方結(jié)構(gòu)的材料其中之一所制成。
25.如權(quán)利要求24所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于該板本體是由一具有六方晶結(jié)構(gòu)的材料所制成。
26.如權(quán)利要求25所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于該六方晶結(jié)構(gòu)的材料是一選自于下列所構(gòu)成的群體藍寶石、氮化鎵、氮化鋁、氮化鋁鎵及碳化硅。
27.如權(quán)利要求14所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于該發(fā)射單元具有一形成在該外延基板上的外延體及兩分別形成在該外延體上的接觸電極。
28.如權(quán)利要求27所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于該外延體由該外延基板向遠離該外延基板的方向依序具有一形成于該外延基板的第一型半導(dǎo)體層、一局部地覆蓋該第一型半導(dǎo)體層的發(fā)光層及一形成于該發(fā)光層的第二型半導(dǎo)體層，該接觸電極分別形成于該第一及第二型半導(dǎo)體層上。
29.如權(quán)利要求28所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于該第一型半導(dǎo)體層是一n型半導(dǎo)體層，該第二型半導(dǎo)體層是一p型半導(dǎo)體層。
30.如權(quán)利要求27所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于該外延體是由一含有III族及V族元素的半導(dǎo)體化合物所制成。
31.如權(quán)利要求30所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其特征在于該外延體是由一含有鎵及氮的半導(dǎo)體化合物所制成。
32.一種固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于其包含下列步驟步驟一提供一板本體；步驟二于該板本體上形成一緩沖膜；步驟三形成一第一外延膜；步驟四對該第一外延膜施予粗化以在該第一外延膜上形成一不規(guī)則變化的粗糙表面；及步驟五施予一元件制程。
33.如權(quán)利要求32所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于該步驟四的粗化是借由一濕式蝕刻所構(gòu)成，以在該第一外延膜上形成多個呈不規(guī)則尺寸變化的六邊形凹槽，并借該六邊形凹槽定義出該第一外延膜的粗糙表面。
34.如權(quán)利要求33所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于于該步驟四及該步驟五之間更包含多個步驟六，每一步驟六是依序由該步驟三及該步驟四所構(gòu)成，借以形成多個具有多個呈不規(guī)則尺寸變化的六邊形凹槽的第一外延膜。
35.如權(quán)利要求34所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于于最后一次該步驟六及該步驟五之間更包含一步驟七，該步驟七是形成一第二外延膜。
36.如權(quán)利要求35所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于于該步驟七及該步驟五之間更包含一步驟八，該步驟八是對該第二外延膜施予粗化，借以使該第二外延膜上形成有多個呈不規(guī)則尺寸變化的六邊形凹槽。
37.如權(quán)利要求33所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于該濕式蝕刻是使用一含有磷酸的蝕刻劑或一含有氫氧化鉀的蝕刻劑其中之一進行粗化。
38.如權(quán)利要求37所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于該濕式蝕刻是使用一含有磷酸的蝕刻劑進行粗化。
39.如權(quán)利要求35所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于每一外延膜是由一含有III族及V族元素的半導(dǎo)體化合物所制成。
40.如權(quán)利要求39所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于每一外延膜是由一含有鎵及氮的半導(dǎo)體化合物所制成。
41.如權(quán)利要求35所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于每一外延膜的一預(yù)定厚度是至少大于100nm。
42.如權(quán)利要求41所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于每一外延膜的預(yù)定厚度是介于100nm至10μm之間。
43.如權(quán)利要求32所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于該步驟一的板本體是由一具有六方晶結(jié)構(gòu)的材料或一具有鉆石立方結(jié)構(gòu)的材料其中一者所制成。
44.如權(quán)利要求43所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于該步驟一的板本體是由一具有六方晶結(jié)構(gòu)的材料所制成。
45.如權(quán)利要求44所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于該六方晶結(jié)構(gòu)的材料是一選自于下列所構(gòu)成的群體藍寶石、氮化鎵、氮化鋁、氮化鋁鎵及碳化硅。
46.如權(quán)利要求32所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于該步驟五的元件制程包含下列步驟步驟1形成一第一型半導(dǎo)體層；步驟2于該第一型半導(dǎo)體層上形成一發(fā)光層；步驟3于該發(fā)光層上形成一第二型半導(dǎo)體層；步驟4局部地裸露出該第一型半導(dǎo)體層；及步驟5分別于該第一及第二半導(dǎo)體層上形成一接觸電極。
47.如權(quán)利要求46所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于該第一型半導(dǎo)體層是一n型半導(dǎo)體層，該第二型半導(dǎo)體層是一p型半導(dǎo)體層。
48.如權(quán)利要求47所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于由該步驟1、步驟2及步驟3的半導(dǎo)體層及發(fā)光層構(gòu)成一外延體，該外延體是由一含有III族及V族元素的半導(dǎo)體化合物所制成。
49.如權(quán)利要求48所述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法，其特征在于該外延體是由一含有鎵及氮的半導(dǎo)體化合物所制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板、固態(tài)半導(dǎo)體裝置及其制法，所述固態(tài)半導(dǎo)體裝置用的外延基板，包含一板本體、一連接于該板本體的緩沖膜，及至少一具有一連接于該緩沖膜的第一表面及一相反于該第一表面且呈一不規(guī)則變化的粗糙的第二表面的第一外延膜；本發(fā)明亦提供一種固態(tài)半導(dǎo)體裝置，包含一如前述的外延基板，及一設(shè)置于形成有該第一外延膜的外延基板上的一側(cè)的發(fā)射單元；此外，本發(fā)明亦提供一種如前述的固態(tài)半導(dǎo)體裝置的制法。本發(fā)明可簡化制作流程及降低時間成本，并利用增加具有粗糙表面的外延膜的數(shù)量，大量地降低錯位密度，以改善所制得的外延膜及固態(tài)半導(dǎo)體裝置的光學特性。
文檔編號H01S5/00GK1797712SQ20041010353
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者龔志榮, 蔡雨利, 林泰源 申請人:龔志榮