專利名稱：Iii族氮化物半導體發(fā)光器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及一種III族氮化物半導體發(fā)光器件，更具體而言，涉及具有改善的光引出效率的III族氮化物半導體發(fā)光器件。此處，所述III族氮化物半導體發(fā)光器件是指諸如包含由Al(x)Ga(y)In(1_x_y)N(0^x^ l,0^y^ 1,0^ x+y ( I)制成的化合物半導體層的發(fā)光二極管等發(fā)光器件，所述III族氮化物半導體發(fā)光器件還可包含由其他族元素制成的材料(如SiC、SiN, SiCN和CN)，或者由這些材料制成的半導體層。
背景技術：
本部分提供了涉及本發(fā)明的背景信息，其不一定是現(xiàn)有技術。 圖I是示出了常規(guī)III族氮化物半導體發(fā)光器件的一個實例的視圖。該III族氮化物半導體發(fā)光器件包括襯底100，生長在襯底100上的緩沖層200，生長在緩沖層200上的n型氮化物半導體層300，生長在n型氮化物半導體層300上的有源層400，生長在有源層400上的p型氮化物半導體層500，形成在p型氮化物半導體層500上的p側(cè)電極600，形成在P側(cè)電極600上的p側(cè)焊盤700，形成在通過臺面蝕刻p型氮化物半導體層500和有源層400而露出的n型氮化物半導體層300上的n側(cè)電極800，以及保護膜900。就襯底100而言，可以使用GaN基襯底作為同質(zhì)襯底，而且可以使用藍寶石襯底、SiC襯底或Si襯底作為異質(zhì)襯底。不過，可以使用任何類型的襯底，只要其能夠具有在其上生長的氮化物半導體層。在使用SiC襯底的情況中，可以在SiC襯底側(cè)形成n側(cè)電極800。生長在襯底100上的氮化物半導體層大多通過金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)來生長。緩沖層200用于克服異質(zhì)襯底100與氮化物半導體之間的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的差異。美國專利第5，122，845號公開了一種于380°C 800°C在藍寶石襯底上生長厚度為100人 500人的AlN緩沖層的技術，美國專利5，290，393號描述了一種于200°C 900°C在藍寶石襯底上生長厚度為10人 5000人的Al(x)Ga(1_x)N(0彡x彡I)緩沖層的技術，而美國專利申請公開第2006/154454號描述了一種于600°C 990°C生長SiC緩沖層(晶種層)并隨后在其上生長In(x)Ga(1_x)N(0彡x彡I)的技術。優(yōu)選地，在生長n型氮化物半導體層300之前生長未摻雜的GaN層，該GaN層可以看作緩沖層200或n型氮化物半導體層300的一部分。n型氮化物半導體層300至少在n側(cè)電極800形成區(qū)(n型接觸層)處摻雜有摻雜齊U。優(yōu)選地，該n型接觸層由GaN制成并摻雜有Si。美國專利第5，733，796號描述了一種通過調(diào)節(jié)Si和另一源材料的混合比而以所需摻雜濃度摻雜n型接觸層的技術。通過電子和空穴的復合產(chǎn)生光量子(光)的有源層400主要由In(x)Ga(1_x)N(0^x^ I)制成，并由單量子阱層或多量子阱層構(gòu)成。p型氮化物半導體層500摻雜有諸如Mg等適當?shù)膿诫s劑，并且通過激活過程而賦予P型導電性。美國專利第5，247，533號描述了一種通過電子束輻照來激活p型氮化物半導體層的技術，美國專利第5，306，662號描述了一種通過在400°C以上進行退火工序來激活P型氮化物半導體層的技術，而美國專利申請公報第2006/157714號描述了一種通過使用氨和肼類源材料一起作為氮前體來生長P型氮化物半導體層，從而在沒有激活過程的情況下使P型氮化物半導體層能夠具有P型導電性的技術。提供p側(cè)電極600來促進電流供應給整個p型氮化物半導體層500。美國專利第5，563, 422號描述了一種與下述透光性電極相關的技術,所述透光性電極提供在p型氮化物半導體層500的幾乎整個表面上，與p型氮化物半導體層500歐姆接觸并由Ni和Au制成，美國專利第6，515，306號描述了一種在p型氮化物半導體層上形成n型超晶格層，并隨后在其上形成由氧化銦錫(ITO)制成的透光性電極的技術。同時，p側(cè)電極600可以形成得厚至不透光而使光反射向襯底，這稱為倒裝晶片技術。 美國專利第6，194, 743號描述了一種與下述電極結(jié)構(gòu)體有關的技術,所述電極結(jié)構(gòu)體包括厚度至少為20nm的Ag層，覆蓋該Ag層的擴散阻擋層，以及由Au和Al制成且覆蓋該擴散阻擋層的結(jié)合層。提供p側(cè)焊盤700和n側(cè)電極800來用于電流供應和外部引線接合。美國專利第5，563, 422號描述了一種用Ti和Al形成n側(cè)電極的技術?？梢允∪ビ蒘iO2制成的保護膜900。同時，n型氮化物半導體層300或p型氮化物半導體層500可以由單層或多層構(gòu)成。近來，已經(jīng)提出了通過使用激光或濕法蝕刻工序從氮化物半導體層中除去襯底100而制造立式發(fā)光器件的技術。圖2和圖3是美國專利申請公報第2006/0192247號中描述的發(fā)光器件的實例的視圖。在圖2所示結(jié)構(gòu)體的情況中，發(fā)光器件A中產(chǎn)生的光不能從該發(fā)光器件中引出而是在其中消失，而在圖3所示結(jié)構(gòu)體的情況中，由于在發(fā)光器件的側(cè)面上形成了傾斜平面120而使得發(fā)光器件A中產(chǎn)生的光能夠有效地從該發(fā)光器件中引出。不過，圖3中所示的結(jié)構(gòu)體不可避免地對發(fā)光器件頂面的邊緣造成損害，從而降低了傾斜平面120的效果。

發(fā)明內(nèi)容
[技術問題]本發(fā)明要解決的問題將在稍后本發(fā)明的具體實施方式
部分中予以描述。[技術方案]本部分提供了本發(fā)明的總體概要，而不是其全部范圍或其全部特征的全面公開。根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種III族氮化物半導體層發(fā)光器件，所述III族氮化物半導體發(fā)光器件包含襯底；提供在所述襯底上的多層結(jié)構(gòu)半導體層，所述多層結(jié)構(gòu)半導體層由順次堆疊的多個半導體層構(gòu)成，并具有由所述多個半導體層限定的側(cè)面和頂面以及與所述襯底接觸的底面；由所述側(cè)面限定的第一散射表面；和由所述頂面與所述側(cè)面的接觸部分中形成的階梯限定的第二散射表面。
[有益效果]本發(fā)明的有益效果將在稍后本發(fā)明的具體實施方式
部分中予以描述。


圖I為示出了常規(guī)III族氮化物半導體發(fā)光器件的一個實例的視圖。圖2是示出了美國專利申請公報第2006/0192247號中描述的發(fā)光器件的一個實例的視圖。圖3是示出了美國專利申請公報第2006/0192247號中描述的發(fā)光器件的另一實例的視圖。圖4是示出了本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的示例性實施方式的視圖。
圖5是示出了本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的示例性實施方式的視圖。圖6是示出了本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的制造方法的示例性實施方式的視圖。圖7是示出了本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的制造方法的示例性實施方式的視圖。圖8是示出了本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的制造方法的示例性實施方式的視圖。圖9是示出了本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的制造方法的示例性實施方式的視圖。圖10是示出了本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的制造方法的示例性實施方式的視圖。圖11是示出了本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的制造方法的示例性實施方式的視圖。圖12是示出了本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的制造方法的示例性實施方式的視圖。圖13是示出了本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的制造方法的示例性實施方式的視圖。圖14是示出了在本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件上形成的散射表面的一個實例的顯微照片。
具體實施例方式下面將參考附圖詳細描述本發(fā)明。圖4和圖5是示出了本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的示例性實施方式的視圖，該III族氮化物半導體發(fā)光器件包括襯底10和生長在襯底10上的多層結(jié)構(gòu)半導體層。該多層結(jié)構(gòu)半導體層可包括緩沖層20，生長在緩沖層20上的n型氮化物半導體層30，生長在n型氮化物半導體層30上并通過電子和空穴的復合產(chǎn)生光的有源層40，和生長在有源層40上的p型氮化物半導體層50。另外，在p型氮化物半導體層50上可形成用于電連接的p側(cè)電極60，并且在p側(cè)電極60上可形成p側(cè)焊盤70。此外，在通過臺面蝕刻p型III族氮化物半導體層50和有源層40而露出的n型氮化物半導體層30上可形成n側(cè)電極72。此外，可額外提供保護膜80。同時，本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件包括第一散射表面90和第二散射表面92。第一散射表面90形成在多層結(jié)構(gòu)半導體層的側(cè)面上并優(yōu)選作為相對于襯底10的傾斜平面提供。換言之，第一散射表面90優(yōu)選具有在遠離襯底10的方向上增大的橫截面積。這樣，有源層40中產(chǎn)生的光在多層結(jié)構(gòu)半導體層的側(cè)面上的入射角可能會小于造成全反射的臨界角，因此光能夠有效地引出至外部。 將第二散射表面92提供在多層結(jié)構(gòu)半導體層的頂面邊緣，即，頂面與側(cè)面的接觸部分處。更具體而言，第二散射表面92由p型氮化物半導體層50的頂面邊緣上形成的階梯限定。通過光刻法將階梯形成得淺至正好位于有源層40下方的部分，并優(yōu)選形成得與用于形成n側(cè)電極72的臺面蝕刻深度相比明顯淺。如果該階梯具有較大的深度，則第一散射表面90的面積減小，那么階梯形成工序的時間增大，且第一散射表面90的位置將遠離有源層40，這將使散射效果降低。同時，本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件還可包括第三散射表面，提供該第三散射表面使得所述多層結(jié)構(gòu)半導體層的底面外周與襯底10隔開。此外，當襯底10還包括圖案化凸起時，該第三散射表面可以與該凸起隔開。在韓國專利申請第2007-0084776號中已經(jīng)給出了第三散射表面的詳細說明，該專利申請是由本發(fā)明人發(fā)明并提出申請的。現(xiàn)將描述本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的制造方法。圖6 13圖示了本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的制造方法的示例性實施方式。首先，提供襯底10，然后在襯底10上生長氮化物半導體層20、30、40和50。在本發(fā)明中，襯底10是藍寶石襯底(參見圖6)。接下來，使用光致抗蝕劑圖案對氮化物半導體層30、40和50進行干法蝕刻。所述干法蝕刻工序可以使用感應耦合等離子體(ICP)等進行(參見圖7)。隨后，在氮化物半導體層30、40和50上形成保護膜77。保護膜77可以由SiO2等制成(參見圖8)。然后，使襯底10和氮化物半導體層20、30、40和50分離成單獨的發(fā)光器件。該分離過程可使用激光劃線過程來進行。通過激光劃線過程的切割面的深度優(yōu)選為0. 5 y m 30 y m，以使其能夠通過物理力而容易地分離成單獨的發(fā)光器件。如果切割面的深度小于0. 5 iim，則在使用物理力的分離工序中可能會在發(fā)光器件的表面或內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，或者電氣性質(zhì)可能會劣化。如果切割面的深度超過30 U m,則在制造單個發(fā)光器件的工序中發(fā)光器件可能易于斷裂，這會導致生產(chǎn)率較低(參見圖9)。接下來對發(fā)光器件進行濕法蝕刻以形成第一散射表面90。該濕法蝕刻工序可通過將發(fā)光器件浸沒在280°C的溶液(H2SO4 H3PO4 = 3 I)中8分鐘來進行。在該過程中，由于襯底10與氮化物半導體層20、30、40和50之間的蝕刻比存在差異而形成第一散射表面90。然后，將保護膜77浸沒在緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)溶液中并通過蝕刻除去(參見圖 10)。然后沉積p側(cè)電極60 (參見圖11)。進而，第二散射表面92使用光致抗蝕劑圖案通過干法蝕刻工序形成。 第二散射表面92的優(yōu)點在于，如上所述使有源層40中產(chǎn)生的光能夠有效地引出至外部，還在于能夠解決在形成第一散射表面90的濕法蝕刻工序中對多層結(jié)構(gòu)半導體層的頂面外周，即P型氮化物半導體層50的外周和有源層40的外周的損害。此外，使用濕法蝕刻工序能夠除去激光劃線過程中產(chǎn)生的殘渣，而且使用干法蝕刻工序可以除去在形成第二散射表面92的過程中因濕法蝕刻工序而受損的p型半導體層50，這可以改善電氣性質(zhì)。另外，由此形成的結(jié)構(gòu)體易于將有源層中產(chǎn)生的光引出至半導體的外部(參見圖12)。采用了 ICP的干法蝕刻工序如下進行首先注入BCl3氣10秒鐘，然后注入Cl2氣240秒鐘，由此從p型氮化物半導體層50起蝕刻氮化物半導體層30和40。此處，由在多層結(jié)構(gòu)半導體層的頂面外周上形成的階梯來提供第二散射表面92。如果第二散射表面92具有較大的厚度，則在干法蝕刻工序中會在該階梯上形成傾斜平面。由于存在該傾斜平面，從有源層40至第二散射表面92的光的入射角變得大于臨界角，這可能導致全反射。因此，理想的是在沒有傾斜平面的情況下形成階梯，同時除去p型氮化物半導體層50和有源層40中因濕法蝕刻工序而受損的部分。更具體而言，作為實驗的結(jié)果，優(yōu)選第二散射表面92具有0. 3 ii m 0. 4 ii m的深度。接下來，制造p側(cè)焊盤70、n側(cè)電極72和保護膜80 (參見圖13)。圖14是示出了本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件上形成的散射表面的一個實例的顯微照片。本發(fā)明的多種示例性實施方式現(xiàn)將描述如下(I)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述多層結(jié)構(gòu)半導體層提供在襯底上并由如下的層構(gòu)成具有第一導電性的第一氮化物半導體層；提供在所述第一氮化物半導體層上并具有與所述第一導電性不同的第二導電性的第二氮化物半導體層；和提供在所述第一氮化物半導體層與所述第二氮化物半導體層之間并通過電子和空穴的復合來產(chǎn)生光的有源層，其中，所述第一散射表面和所述第二散射表面防止光被完全反射至所述多層結(jié)構(gòu)半導體層的內(nèi)部，而是通過所述側(cè)面和頂面離開所述多層結(jié)構(gòu)半導體層。(2)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述階梯在所述多層結(jié)構(gòu)半導體層的高度方向上具有0. 3iim 0. 4iim的深度。(3)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述階梯具有的深度使得能夠除去所述有源層。(4)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述多層結(jié)構(gòu)半導體層還包括自所述頂面起以使所述第一氮化物半導體層能夠露出的深度而形成的臺面蝕刻結(jié)構(gòu)體，由此能夠在該臺面蝕刻結(jié)構(gòu)體上形成將與所述第一氮化物半導體層電連接的焊盤電極，所述臺面蝕刻結(jié)構(gòu)體在所述多層結(jié)構(gòu)半導體層的高度方向上具有大于所述階梯的深度。(5)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，至少部分所述多層結(jié)構(gòu)半導體層具有倒截頭棱錐的形狀，并且將所述第一散射表面限定為所述倒截頭棱錐的斜面。(6)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述多層結(jié)構(gòu)半導體層具有在遠離所述襯底的方向上增大的平面面積，并且至少部分所述襯底是露出的。
(7)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述發(fā)光器件包括第三散射表面，提供所述第三散射表面使得所述多層結(jié)構(gòu)半導體層與所述側(cè)面接觸的底面外周的至少一部分與所述襯底隔開。(8)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述第三散射表面具有與所述第二散射表面不同的傾斜度。(9)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，將所述第三散射表面提供為曲面。(10)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述襯底還包括圖案化凸起，并且將所述第三散射表面限定為所述多層結(jié)構(gòu)半導體層與所述凸起隔開的底面。本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件能夠改善光引出效率。此外，本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件能夠改善氮化物半導體層的電氣性質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述發(fā)光器件包含 襯底； 提供在所述襯底上的多層結(jié)構(gòu)半導體層，所述多層結(jié)構(gòu)半導體層由順次堆疊的多個半導體層構(gòu)成，并具有由所述多個半導體層限定的側(cè)面和頂面以及與所述襯底接觸的底面； 由所述側(cè)面限定的第一散射表面；和 由所述頂面與所述側(cè)面的接觸部分中形成的階梯限定的第二散射表面。
2.如權(quán)利要求I所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述多層結(jié)構(gòu)半導體層提供在所述襯底上并由如下的層構(gòu)成 具有第一導電性的第一氮化物半導體層； 提供在所述第一氮化物半導體層上并具有與所述第一導電性不同的第二導電性的第二氮化物半導體層；和 提供在所述第一氮化物半導體層與所述第二氮化物半導體層之間并通過電子和空穴的復合來產(chǎn)生光的有源層， 其中，所述第一散射表面和所述第二散射表面防止光被完全反射至所述多層結(jié)構(gòu)半導體層的內(nèi)部，而是通過所述側(cè)面和頂面離開所述多層結(jié)構(gòu)半導體層。
3.如權(quán)利要求I所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述階梯在所述多層結(jié)構(gòu)半導體層的高度方向上具有O. 3μπι O. 4μπι的深度。
4.如權(quán)利要求2所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述階梯具有的深度使得能夠除去所述有源層。
5.如權(quán)利要求2所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述多層結(jié)構(gòu)半導體層還包含自所述頂面起以使所述第一氮化物半導體層能夠露出的深度而形成的臺面蝕刻結(jié)構(gòu)體，由此能夠在該臺面蝕刻結(jié)構(gòu)體上形成將與所述第一氮化物半導體層電連接的焊盤電極，所述臺面蝕刻結(jié)構(gòu)體在所述多層結(jié)構(gòu)半導體層的高度方向上具有大于所述階梯的深度。
6.如權(quán)利要求I所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，至少部分所述多層結(jié)構(gòu)半導體層具有倒截頭棱錐的形狀，并且將所述第一散射表面限定為所述倒截頭棱錐的斜面。
7.如權(quán)利要求2所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述多層結(jié)構(gòu)半導體層具有在遠離所述襯底的方向上增大的平面面積，并且至少部分所述襯底是露出的。
8.如權(quán)利要求7所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述發(fā)光器件包含第三散射表面，提供所述第三散射表面使得所述多層結(jié)構(gòu)半導體層與所述側(cè)面接觸的底面外周的至少一部分與所述襯底隔開。
9.如權(quán)利要求8所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述第三散射表面具有與所述第二散射表面不同的傾斜度。
10.如權(quán)利要求8所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，將所述第三散射表面提供為曲面。
11.如權(quán)利要求8所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述襯底還包括圖案化凸起，并且將所述第三散射表面限定為所述多層結(jié)構(gòu)半導體層與所述凸起隔開的底面。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，一種III族氮化物半導體發(fā)光器件包含襯底；形成在所述襯底上的多層結(jié)構(gòu)半導體層，所述多層結(jié)構(gòu)半導體層包含順次堆疊的多個半導體層，其側(cè)面和頂面由該多個半導體層限定，其底面與所述襯底接觸；由所述側(cè)面限定的第一散射側(cè)；和由形成在所述頂面與所述側(cè)面接觸的部分處的階梯限定的第二散射側(cè)。根據(jù)本發(fā)明所述實施方式的III族氮化物半導體層實現(xiàn)了改善的光引出效率和電氣特性。
文檔編號H01L33/10GK102782884SQ201080033563
公開日2012年11月14日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者南起燃, 金昌臺, 金賢錫 申請人:艾比維利股份有限公司