專利名稱：Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種II ι族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，更具體而言，涉及下述π ι族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件所述器件包括其中形成有散射區(qū)的襯底以改善光引出效率(light extraction efficiency)。所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件是指諸如包括由Al (x)Ga(y) In(l-x-y)N(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體層的發(fā)光二極管等發(fā)光器件，所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件還可以包含由其它族元素構(gòu)成的材料(如SiC、 SiN, SiCN和CN)，以及由這些材料制成的半導(dǎo)體層。
背景技術(shù)：
本部分提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景信息，其不一定是現(xiàn)有技術(shù)。圖1是常規(guī)III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個實例的視圖。該III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括襯底100，在襯底100上生長的緩沖層200，在緩沖層200上生長的η型 III族氮化物半導(dǎo)體層300，在η型III族氮化物半導(dǎo)體層300上生長的有源層400，在有源層400上生長的ρ型III族氮化物半導(dǎo)體層500，在ρ型III族氮化物半導(dǎo)體層500上形成的P側(cè)電極600，在ρ側(cè)電極600上形成的ρ側(cè)焊盤700，在通過臺面刻蝕ρ型III族氮化物半導(dǎo)體層500和有源層400而露出的η型III族氮化物半導(dǎo)體層300上形成的η側(cè)電極 800，以及可選的保護膜900。就襯底100而言，GaN襯底可用作同質(zhì)襯底。藍寶石襯底、SiC襯底或Si襯底可用作異質(zhì)襯底。但是，可采用在其上能夠生長有氮化物半導(dǎo)體層的任何類型的襯底。在使用 SiC襯底的情況下，可在SiC襯底表面上形成η側(cè)電極800。外延生長在襯底100上的氮化物半導(dǎo)體層一般通過金屬有機化學(xué)氣相沉積 (MOCVD)來生長。緩沖層200用來克服異質(zhì)襯底100與氮化物半導(dǎo)體層之間的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的差異。美國專利第5，122，845號描述了一種于380°C 800°C下在藍寶石襯底上生長厚度為100 A 500 A的AlN緩沖層的技術(shù)。另外，美國專利第5，四0，393號描述了一種于 2000C 900°C下在藍寶石襯底上生長厚度為10 A 5000 A的Al (x) Ga(l-x) N(0彡χ < 1) 緩沖層的技術(shù)。此外，美國專利申請公開第2006/154454號描述了一種在600 V 990 V下生長SiC緩沖層(晶種層)，以及在其上生長^i(X)Ga(I-X)NOX 1)的技術(shù)。優(yōu)選的是，在生長η型III族氮化物半導(dǎo)體層300前應(yīng)當(dāng)生長未摻雜的GaN層?？蓪⑵淇醋骶彌_層200或η型III族氮化物半導(dǎo)體層300的一部分。在η型氮化物半導(dǎo)體層300中，至少η側(cè)電極800形成區(qū)(η型接觸層)摻雜有雜質(zhì)。在一些實施方式中，η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和其他源材料的混合比例而以目標(biāo)摻雜濃度摻雜η型接觸層的技術(shù)。有源層400通過電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生光量子。例如，有源層400包含h (x) Ga(l-x) Ν(0< χ彡1)，并具有單量子阱層或多量子阱層。ρ型氮化物半導(dǎo)體層500摻雜有諸如Mg等合適的摻雜劑，并通過激活過程具有ρ
3型導(dǎo)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ρ型氮化物半導(dǎo)體層的技術(shù)。另外，美國專利第5，306，662號描述了一種通過在高于400°C退火來激活ρ型氮化物半導(dǎo)體層的技術(shù)。美國專利申請公開第2006/157714號描述了一種通過使用氨和胼類源材料一起作為氮前體來生長P型氮化物半導(dǎo)體層，從而在沒有激活過程的情況下使P型氮化物半導(dǎo)體層具有P型導(dǎo)電性的技術(shù)。提供P側(cè)電極600來促進電流供應(yīng)給ρ型氮化物半導(dǎo)體層500。美國專利第 5，563，422號描述了一種與透光性電極有關(guān)的技術(shù)，所述透光性電極由Ni和Au構(gòu)成，并形成在P型氮化物半導(dǎo)體層500的幾乎整個表面上，并且與ρ型氮化物半導(dǎo)體層500歐姆接觸。另外，美國專利第6，515，306號描述了一種在ρ型氮化物半導(dǎo)體層上形成η型超晶格層并在其上形成由氧化銦錫(ITO)制成的透光性電極的技術(shù)。P側(cè)電極600可形成為厚至不透光而使光反射至襯底100。這種技術(shù)稱為倒裝晶片技術(shù)。美國專利第6，194，743號描述了一種與電極結(jié)構(gòu)體有關(guān)的技術(shù)，所述電極結(jié)構(gòu)體包含厚度超過20nm的Ag層、覆蓋該Ag層的擴散阻擋層，以及包含Au和Al并覆蓋該擴散阻擋層的結(jié)合層。提供ρ側(cè)焊盤700和η側(cè)電極800來用于電流供應(yīng)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η側(cè)電極的技術(shù)。可選的保護膜900可由SW2制成?？蓪ⅵ切偷锇雽?dǎo)體300或ρ型氮化物半導(dǎo)體層500構(gòu)造為單層或多層。通過使用激光技術(shù)或濕法刻蝕使襯底100與氮化物半導(dǎo)體層分離而引入立式發(fā)光器件。圖2是美國專利第6，657，236號中描述的半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個實例的視圖。在 III族氮化物半導(dǎo)體層300中形成具有不同折射率的粗糙表面310來使光散射并因此改善外量子效率。圖3是美國專利第6，657，236號中描述的半導(dǎo)體發(fā)光器件的另一實例的視圖。在其上形成有凹部110的襯底100上形成具有不同折射率的材料層120 (SiA或氮化物層)， 并且在所得的結(jié)構(gòu)體上形成III族氮化物半導(dǎo)體層300，從而改善外量子效率。圖4是美國專利申請公開第2008/121906號中描述的用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的一個實例的視圖。利用激光在襯底100中形成溝槽130，然后在襯底100中進一步形成溝槽140。這樣，能夠很容易地將該發(fā)光器件分成單個晶片。例如，激光從襯底100如溝槽130形成側(cè)的相對側(cè)照射到襯底100上，并聚焦在溝槽140將要形成的區(qū)域，從而形成溝槽 140。圖5是描日本特開平第11-163403號公報中描述的用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的一個實例的視圖。利用激光照射在加工損傷層Iio中形成溝槽130。這樣，可將發(fā)光器件分成單個晶片。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)方案這部分提供了本發(fā)明的總體概要，而不是其全部范圍或全部特征的全面公開。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括，其中形成有散射區(qū)的襯底；以及多個III族氮化物半導(dǎo)體層，所述III族氮化物半導(dǎo)體層包括在所述襯底上形成并具有第一導(dǎo)電類型的第一 III族氮化物半導(dǎo)體層、在所述第一 III族氮化物半導(dǎo)體層上形成并具有不同于所述第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的第二 III族氮化物半導(dǎo)體層，和布置在所述第一 III族氮化物半導(dǎo)體層和所述第二 III族氮化物半導(dǎo)體層之間并通過電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生光的有源層。有益效果根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述發(fā)光器件的光引出效率能夠得到改善。在一個實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，能夠在加工順序無任何限制下形成散射區(qū)。在另一實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，能夠通過多種散射角改善發(fā)光器件的光引出效率。


圖1是常規(guī)III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個實例的視圖。圖2是美國專利第6，657，236號中描述的半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個實例的視圖。圖3是美國專利第6，657，236號中描述的半導(dǎo)體發(fā)光器件的另一實例的視圖。圖4是美國專利申請第2008/121906號中描述的用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的一個實例的視圖。圖5是日本特開平第11-163403號公報中描述的用于制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的一個實例的視圖。圖6是本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個實施方式的視圖。圖7是本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中提供的襯底的一個實例的視圖。圖8是本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中提供的襯底的另一實例的視圖。圖9是本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中提供的襯底的又一實例的視圖。圖10是本發(fā)明用于制造III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的一個實施方式的視圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明實驗例處理的襯底從頂部看時的SEM圖像。圖12是其中根據(jù)本發(fā)明實驗例以給定間隔形成散射區(qū)的襯底從頂部看時的SEM 圖像。圖13是包含根據(jù)本發(fā)明實驗例處理的襯底的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件從頂部看時的圖像。
具體實施例方式下面，將參照附圖詳細描述本發(fā)明。圖6是本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個實施方式的視圖。該III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括襯底10，在襯底10上外延生長的緩沖層20，在緩沖層20上外延生長的η型III族氮化物半導(dǎo)體層30，在η型III族氮化物半導(dǎo)體層30上外延生長并通過電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生光的有源層40，在有源層40上外延生長的ρ型III族氮化物半導(dǎo)體層50，以及散射區(qū)90。
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襯底10可為藍寶石襯底。圖7是本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中提供的襯底的一個實例的視圖。 在襯底10中形成散射區(qū)90來使有源層40 (參見圖6)中產(chǎn)生的光散射。在襯底10的內(nèi)部部分變形時(如，在藍寶石襯底的藍寶石變形時)形成散射區(qū)90。因此，散射區(qū)90可以形成為多種尺寸或形狀，并且一個散射區(qū)90可提供多種散射角?？蓹M向或縱向穿過襯底10 的頂表面和底表面間的空間來連續(xù)地形成散射區(qū)90。P代表光路的一個實例。圖8是本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中提供的襯底的另一實例的視圖。 可形成多個散射區(qū)90。散射區(qū)90可無規(guī)則地或以給定間隔分布。在一些特定的實施方式中，散射區(qū)90以給定間隔形成以使散射區(qū)90平均分布。P代表光路的另一實例。圖9是本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中提供的襯底的又一實例的視圖。 通過橫向穿過襯底10的頂表面和底表面間的空間來以給定間隔連續(xù)地形成散射區(qū)90。下面，將用藍寶石襯底作為實例來描述本發(fā)明用于制造III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。圖10是本發(fā)明用于制造III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的一個實施方式的視圖。制備襯底10 (參見圖10(a))。激光88從襯底10的頂表面12照射至襯底10的內(nèi)部A來形成散射區(qū)90 (參見圖 10(b))。激光88可從襯底10的底表面14進行照射。散射區(qū)90的尺寸、形狀等可根據(jù)激光88的照射條件而改變。當(dāng)激光88照射時，可使襯底10或激光88移動以通過橫向或縱向穿過襯底10的頂表面12和底表面14間的空間來連續(xù)地形成散射區(qū)90 (參見圖10(c))。 例如，激光88聚焦在襯底10的內(nèi)部A上。當(dāng)將該發(fā)光器件分離成單個發(fā)光器件時，襯底10 的底表面14可進行拋光來減少襯底10的厚度以實現(xiàn)更為容易的分離。在一些實施方式中， 為了防止散射區(qū)90在拋光時受到損傷或損壞而使激光88聚焦在襯底10與頂表面12鄰近的內(nèi)部A上。在襯底10的頂表面12上生長緩沖層20、η型III族氮化物半導(dǎo)體層30、有源層 40和ρ型III族氮化物半導(dǎo)體層50 (請參看圖10(d))。散射區(qū)90可在襯底10的頂表面 12上生長緩沖層20、η型III族氮化物半導(dǎo)體層30、有源層40和ρ型III族氮化物半導(dǎo)體層50后形成。實驗例圖11是根據(jù)本發(fā)明實驗例處理的襯底從頂部看時的SEM圖像。在襯底10中可觀察到通過激光進行變形的散射區(qū)90。沒有探測到襯底10的表面損傷。圖12是其中根據(jù)本發(fā)明實驗例以給定間隔形成散射區(qū)的襯底從頂部看時的SEM 圖像。以300 μ m的間隔I在襯底10中形成散射區(qū)90。圖13是包含根據(jù)本發(fā)明實驗例處理的襯底的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件從頂部看時的圖像。襯底10 (參見圖6)中形成的散射區(qū)90使大量的光散射。襯底10是由藍寶石形成的平面襯底，其厚度為400 μ m且直徑為2英寸。激光88是波長為532nm、脈沖為7ns的UV脈沖激光。激光88聚焦在距襯底10的頂表面12為130 μ m的深度處。襯底10用微點透鏡(micro-spot lens)處理。照射激光 88，從而以300 μ m的間隔形成散射區(qū)90 (參見圖10 圖12)。
下面，將說明本發(fā)明的多種實例。(1)所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述散射區(qū)是通過用激光使所述襯底變形而形成的區(qū)域。(2)所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中穿過所述襯底的內(nèi)部來連續(xù)地形成所述散射區(qū)。(3)所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述多個散射區(qū)形成在所述襯底中。(4)所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述襯底由藍寶石形成。(5)所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述散射區(qū)是通過用激光使所述襯底變形而形成的區(qū)域。(6)所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述襯底由藍寶石形成，而且所述散射區(qū)在用激光使所述襯底變形時形成，并形成在所述襯底內(nèi)部的上部。
權(quán)利要求
1.一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括其中形成有散射區(qū)的襯底；以及多個III族氮化物半導(dǎo)體層，所述III族氮化物半導(dǎo)體層包括，在所述襯底上形成并具有第一導(dǎo)電類型的第一 III族氮化物半導(dǎo)體層、在所述第一 III族氮化物半導(dǎo)體層上形成并具有不同于所述第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的第二 III族氮化物半導(dǎo)體層、和布置在所述第一 III族氮化物半導(dǎo)體層和所述第二 III族氮化物半導(dǎo)體層間并通過電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生光的有源層。
2.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述散射區(qū)是通過用激光使所述襯底變形而形成的區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，穿過所述襯底的內(nèi)部來連續(xù)地形成所述散射區(qū)。
4.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述多個散射區(qū)形成在所述襯底中。
5.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述襯底由藍寶石形成。
6.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述散射區(qū)形成在所述襯底內(nèi)部的上部。
7.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述襯底是藍寶石，而且所述散射區(qū)是通過用激光使所述襯底變形而形成的區(qū)域。
8.如權(quán)利要求7所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述散射區(qū)形成在所述襯底內(nèi)部的上部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，更具體而言，涉及下述Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件所述器件包含，其中形成有散射區(qū)的襯底；以及多個Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體層，其包括在所述襯底上形成并具有第一導(dǎo)電類型的第一Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體層、在所述第一Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體層上形成并具有不同于所述第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的第二Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體層、和位于所述第一和第二Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體層間并通過電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生光的有源層。
文檔編號H01L33/22GK102217103SQ200980142327
公開日2011年10月12日 申請日期2009年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者羅珉圭, 金昌臺 申請人:艾比維利股份有限公司