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II ι族氮化物半導體發(fā)光器件，更具體而言，涉及下述π ι族氮化物半導體發(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)光器件還可以包括由其它族元素構成的材料(如SiC， SiN, SiCN和CN)，以及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1是常規(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η型 III族氮化物半導體層300，生長在η型III族氮化物半導體層300上的有源層400，生長在有源層400上的ρ型III族氮化物半導體層500，形成在ρ型III族氮化物半導體層500上的P側電極600，形成在ρ側電極600上的ρ側焊盤700，形成在通過臺面刻蝕ρ型III族氮化物半導體層500和有源層400而露出的η型III族氮化物半導體層300上的η側電極 800，以及可選的保護膜900。就襯底100而言，GaN襯底可以用作同質(zhì)襯底。藍寶石襯底、SiC襯底或Si襯底可以用作異質(zhì)襯底。然而，可以使用在其上能夠生長氮化物半導體層的任何類型的襯底。在使用SiC襯底的情況下，可以在SiC襯底表面上形成η側電極800。外延生長在襯底100上的氮化物半導體層通常使用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和氮化物半導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。另外，美國專利第5，四0，393號描述了一種于 200°C 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 ^ χ < 1) 緩沖層的技術。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 (1-χ) N (0<χ< 1)的技術。優(yōu)選地， 在生長η型III族氮化物半導體層300之前應生長未摻雜的GaN層。可以將其看作緩沖層 200或η型III族氮化物半導體層300的一部分。在η型氮化物半導體層300中，至少η側電極800形成區(qū)(η型接觸層)摻雜有摻雜劑。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和其它源材料的混合比例而以目標摻雜濃度摻雜η型接觸層的技術。有源層400通過電子和空穴的復合產(chǎn)生光量子。例如，有源層400含有^i(X) Ga(1-x)N(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具有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ρ型氮化物半導體層的技術。此外，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 型氮化物半導體層的技術。美國專利申請公開第2006/157714號描述了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型氮化物半導體層具有P型導電性的技術。提供P側電極600來促進電流供應給ρ型氮化物半導體層500。美國專利第 5，563，422號描述了一種與透光性電極有關的技術，所述透光性電極由Ni和Au構成，并形成在P型氮化物半導體層500的幾乎整個表面上，并且與ρ型氮化物半導體層500歐姆接觸。另外，美國專利第6，515，306號描述了一種在ρ型氮化物半導體層上形成η型超晶格層，并且在其上形成由氧化銦錫(ITO)制成的透光性電極的技術。ρ側電極600可以形成為厚至不透光而使光反射向襯底100。這項技術稱為倒裝晶片技術。美國專利第6，194，743號描述了一種與電極結構體有關的技術，所述電極結構體包括厚度超過20nm的Ag層，覆蓋該Ag層的擴散阻擋層，以及包含Au和Al且覆蓋該擴散阻擋層的結合層。提供ρ側焊盤700和η側電極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η側電極的技術?？蛇x的保護膜900可以由SW2制成。η型氮化物半導體層300或ρ型氮化物半導體層500可以構造為單層或多層。通過使用激光技術或濕法刻蝕使襯底100與氮化物半導體層分離而引入了立式發(fā)光器件。圖2和圖3是美國專利申請公開第2006/0192247號中描述的發(fā)光器件的實例的視圖。圖2示出了發(fā)光器件A內(nèi)部產(chǎn)生的光沒有發(fā)射到該發(fā)光器件外部而消失的狀態(tài)，以及圖3示出了在發(fā)光器件表面上形成傾斜表面120使得發(fā)光器件A內(nèi)部產(chǎn)生的光可以發(fā)射到該發(fā)光器件外部的狀態(tài)。圖4是日本特開第2001-24222號公報中描述的發(fā)光器件的一個實例的視圖。該發(fā)光器件包括形成在P側電極600到η型氮化物半導體層300間的溝槽920。因而，發(fā)光器件內(nèi)部產(chǎn)生的光可以容易地發(fā)射到該發(fā)光器件外部。但是，如上所述的常規(guī)發(fā)光器件具有下述缺點發(fā)光器件或有源層400內(nèi)部A產(chǎn)生并入射到襯底100上的光受到反射，并且因而未被引出到發(fā)光器件的外部。

發(fā)明內(nèi)容
技術方案本部分提供本發(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)本發(fā)明的一個方面，提供了一種III族氮化物半導體發(fā)光器件，所述III族氮化物半導體發(fā)光器件包括襯底；多個III族氮化物半導體層，所述多個III族氮化物半導體層包括形成在所述襯底上且具有第一導電類型的第一氮化物半導體層，形成在所述第一氮化物半導體層上且具有不同于所述第一導電類型的第二導電類型的第二氮化物半導體層，以及布置在所述第一氮化物半導體層和所述第二氮化物半導體層之間且通過電子和空穴的復合產(chǎn)生光的有源層；以及從所述襯底沿著所述多個III族氮化物半導體層形成的開口，所述開口包括使所述有源層中產(chǎn)生的光散射的第一散射表面和與所述第一散射表面具
4有不同傾斜度的第二散射表面。有益效果根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件，可以改善發(fā)光器件的光引出效率。在一個實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件，可以改善入射到發(fā)光器件襯底上的光的引出效率。在另一個實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件，可以改善該 III族氮化物半導體發(fā)光器件的氮化物半導體層的光引出效率。


圖1是常規(guī)III族氮化物半導體發(fā)光器件的一個實例的視圖。圖2是美國專利申請公開第2006/0192247號中描述的發(fā)光器件的一個實例的視圖。圖3是美國專利申請公開第2006/0192247號中描述的發(fā)光器件的另一實例的視圖。圖4是日本特開第2001/24222號公報中描述的發(fā)光器件的一個實例的視圖。圖5是本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的一個實施方式的視圖。圖6是本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的另一實施方式的視圖。圖7是用于制造本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的方法的一個實施方式的視圖。圖8是本發(fā)明的多種形狀的圖案的視圖。圖9是本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件中形成的開口的一個實例的圖像。圖10是本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的實施方式的圖像。圖11是圖10的發(fā)光器件的放大圖像。
具體實施例方式下面，將參照附圖詳細描述本發(fā)明。圖5是本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的一個實施方式的視圖。該III族氮化物半導體發(fā)光器件包括襯底10，形成在襯底10上的緩沖層20，生長在緩沖層20上的 η型氮化物半導體層30，生長在η型氮化物半導體層30上且通過電子和空穴的復合產(chǎn)生光的有源層40，生長在有源層40上的ρ型氮化物半導體層50以及開口 90。開口 90從襯底10沿著緩沖層20、η型氮化物半導體層30、有源層40和ρ型氮化物半導體層50形成。開口 90包括散射表面92和散射表面94。散射表面92形成在襯底 10上。散射表面94沿著緩沖層20、η型氮化物半導體層30、有源層40和ρ型氮化物半導體層50形成。當襯底10略微下陷時散射表面92大體上呈墊盤的形狀并且可以使有源層40中產(chǎn)生并入射到襯底10上的光散射。散射表面94從襯底10沿著緩沖層20、η型氮化物半導體層30、有源層40和ρ型氮化物半導體層50變窄，并且可以使有源層40中產(chǎn)生的光散射。 開口 90可以包括連在一起或隔開的散射表面92和94。但是，當開口 90包括連在一起的散射表面92和94時，有源層40中產(chǎn)生的光將發(fā)射到該發(fā)光器件的外部(下文中稱作“光引出效率”)。在一些實施方式中，該發(fā)光器件包括多個開口 90以改善光引出效率。圖6是本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的另一實施方式的視圖。該III族氮化物半導體發(fā)光器件包括形成在其表面上的散射表面96和散射表面98。散射表面96形成在襯底10上，并且散射表面98沿著緩沖層20、η型氮化物半導體層30、有源層40和ρ型氮化物半導體層50形成。散射表面96和散射表面98大體上呈楔形。該發(fā)光器件可以同時或分別包括散射表面96和98。在一些實施方式中，該發(fā)光器件同時包括散射表面96和98以改善光引出效率。下面，將詳細描述用于制造本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的方法。圖7 是用于制造本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的方法的一個實施方式的視圖。制備出襯底10，并且隨后在襯底10上生長氮化物半導體層20、30、40和50。接下來，在氮化物半導體層20、30、40和50上形成保護膜77。保護膜77可以由SiO2等制成(參考圖7(a))。根據(jù)本發(fā)明，襯底10可以是藍寶石襯底。在保護膜77上形成圖案78 (參考圖7 (b))。圖8示出了可用于本發(fā)明的多種形狀的圖案78，如圓形或六邊形。將其上形成有圖案78的襯底10浸入氧化物蝕刻劑(BOE)緩沖溶液中，以根據(jù)圖案78刻蝕并移除保護膜77 (參考圖7 (c))。根據(jù)圖案78對氮化物半導體層20、30、40和50進行干法刻蝕直至露出襯底10。 此時將形成開口 90。可以使用感應耦合等離子體(ICP)等來進行所述干法刻蝕(參考圖 7(d)) 0將該襯底10和氮化物半導體層20、30、40和50分割成單個發(fā)光器件?？梢允褂眉す鈩澗€方法來進行所述分割。在一些實施方式中，通過激光劃線方法形成的切割面距襯底10表面的深度D為0. 5 μ m 30 μ m。因此，可以通過物理力容易地將整個發(fā)光器件分割為單個發(fā)光器件。如果切割面的深度D低于0. 5 μ m，那么當將整個發(fā)光器件物理地分割為單個發(fā)光器件時，發(fā)光器件上和其中可能產(chǎn)生裂縫或者電學特性可能劣化。如果切割面的深度D超過30 μ m，那么當制造單個發(fā)光器件時，其可能易于受到損壞而導致較低的產(chǎn)率 (參考圖7(e))。對該發(fā)光器件進行濕法刻蝕。例如，當襯底10是平面襯底時，可以在280°C將該發(fā)光器件浸入H2SO4和H3PO4(3 1)的混合物中13分鐘。在該過程中，由于襯底10與緩沖層20、η型氮化物半導體層30、有源層40和ρ型氮化物半導體層50之間的刻蝕速率存在差異，會在開口 90上形成散射表面92和94并且會在該發(fā)光器件的側面上形成散射表面96 和98。在一些實施方式中，散射表面92、94、96和98的粗糙度保持為低于數(shù)十納米。如果其粗糙度超過數(shù)十納米，散射表面92、94、96和98可能因充當殘留雜質(zhì)而降低該發(fā)光器件的光引出效率(參考圖7(f))。圖9是本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件中形成的開口 90的一個實例的圖像。散射表面92形成在襯底10上，并且散射表面94沿著氮化物半導體層20、30、40和50 形成。圖10是本發(fā)明的III族氮化物半導體發(fā)光器件的實施方式的圖像，圖11是圖10 的發(fā)光器件的放大圖像。該III族氮化物半導體發(fā)光器件中形成有開口 90。為了形成開口90，以12 μ m的間隔形成了一側邊長為4 μ m的六邊形圖案。下面，將說明本發(fā)明的多種實例。(1)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第一散射表面形成在所述襯底上。(2)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第一散射表面在所述襯底下陷時形成。(3)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第二散射表面沿著所述多個III 族氮化物半導體層形成。(4)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第二散射表面具有從所述襯底沿著所述多個III族氮化物半導體層變窄的開口。(5)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中開口形成為多個。(6)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第一散射表面和所述第二散射表面通過濕法刻蝕形成。(7)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中所述第一散射表面在襯底下陷時形成，并且所述第二散射表面從所述襯底沿著所述多個III族氮化物半導體層變窄。(8)所述III族氮化物半導體發(fā)光器件，在其表面上包括楔形散射表面。
權利要求
1.一種III族氮化物半導體發(fā)光器件，所述III族氮化物半導體發(fā)光器件包括襯底；多個III族氮化物半導體層，所述多個III族氮化物半導體層包括，形成在所述襯底上且具有第一導電類型的第一氮化物半導體層，形成在所述第一氮化物半導體層上且具有不同于所述第一導電類型的第二導電類型的第二氮化物半導體層，以及布置在所述第一氮化物半導體層和所述第二氮化物半導體層之間且通過電子和空穴的復合產(chǎn)生光的有源層；以及從所述襯底沿著所述多個III族氮化物半導體層形成的開口，所述開口包括使所述有源層中產(chǎn)生的光散射的第一散射表面和與所述第一散射表面具有不同傾斜度的第二散射表面。
2.如權利要求1所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述第一散射表面形成在所述襯底上。
3.如權利要求2所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，將所述第一散射表面形成為所述襯底的凹陷部分。
4.如權利要求1所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述第二散射表面沿著所述多個III族氮化物半導體層形成。
5.如權利要求4所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述第二散射表面具有從所述襯底沿著所述多個III族氮化物半導體層變窄的開口。
6.如權利要求1所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，其中，所述第一散射表面在所述襯底下陷時形成，并且所述第二散射表面從所述襯底沿著所述多個III族氮化物半導體層變窄。
7.如權利要求6所述的III族氮化物半導體發(fā)光器件，所述III族氮化物半導體發(fā)光器件在其表面上包括楔形散射表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Ⅲ族氮化物半導體發(fā)光器件，更具體而言涉及下述Ⅲ族氮化物半導體發(fā)光器件其包括襯底；多個Ⅲ族氮化物半導體層，其包括形成在所述襯底上且具有第一導電類型的第一氮化物半導體層，形成在所述第一氮化物半導體層上且具有不同于所述第一導電類型的第二導電類型的第二氮化物半導體層，以及位于所述第一和第二氮化物半導體層之間且通過電子和空穴的復合產(chǎn)生光的有源層；以及從所述襯底形成到所述多個Ⅲ族氮化物半導體層且具有第一和第二散射面的開口。所述第一散射面使所述有源層中產(chǎn)生的光散射，所述第二散射面具有與第一散射表面不同的傾斜度。
文檔編號H01L33/20GK102217101SQ200980142328
公開日2011年10月12日 申請日期2009年10月7日 優(yōu)先權日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