制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明構(gòu)思涉及一種制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如發(fā)光二極管(LED)的半導(dǎo)體發(fā)光器件是一種能夠從包括在其中的材料產(chǎn)生光的器件，其通過將經(jīng)電子和空穴的復(fù)合產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為光而產(chǎn)生光。LED已廣泛地用于照明裝置、顯示裝置和一般光源中，并且因此勢必加速其發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題
[0004]示例性實(shí)施例的一方面提供了一種可穩(wěn)定地形成納米結(jié)構(gòu)的簡化的納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法。
[0005]技術(shù)方案
[0006]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一方面，提供了一種制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，該方法包括步驟:提供由第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體形成的基層；在基層上形成包括蝕刻停止層的掩模；在掩模中形成多個(gè)開口，基層的多個(gè)區(qū)域通過多個(gè)開口暴露出來；通過在基層的暴露的區(qū)域上生長第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體來形成多個(gè)納米核，以填充多個(gè)開口 ；利用蝕刻停止層部分地去除掩模，以暴露出多個(gè)納米核的側(cè)部；以及在多個(gè)納米核的表面上依次生長有源層和第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層。
[0007]掩?？砂?第一材料層，其形成在基層上并設(shè)為蝕刻停止層；以及第二材料層，其形成在第一材料層上并且具有低于第一材料層的蝕刻速率的蝕刻速率。
[0008]掩模可包括按次序形成在基層上的第一材料層至第三材料層，并且第二材料層由與第一材料層和第三材料層的材料不同的材料形成并且可將第二材料層設(shè)為蝕刻停止層。
[0009]第一材料層和第三材料層可由相同的材料形成。
[0010]相對于基層的上表面，蝕刻停止層中的蝕刻停止水平可位于等于或低于與掩模的總高度的1/3相等的點(diǎn)的深度。
[0011]開口的高寬比可為約5:1或更高。
[0012]在形成多個(gè)開口的步驟與形成多個(gè)納米核的步驟之間，所述方法還可包括步驟:在多個(gè)開口的各自的內(nèi)側(cè)壁上形成由與掩模的材料不同的材料形成的防擴(kuò)散膜。
[0013]形成防擴(kuò)散膜的步驟可包括:在掩模的表面上形成用于防擴(kuò)散膜的材料膜；以及去除材料膜的位于掩模的上表面和基層的暴露的區(qū)域上的一些部分，從而僅保留開口的內(nèi)側(cè)壁上的材料膜。
[0014]在依次生長有源層和第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的步驟之前，所述方法還可包括步驟:從納米核的暴露的表面去除防擴(kuò)散膜。
[0015]在去除防擴(kuò)散膜的步驟之后，可保留防擴(kuò)散膜的位于蝕刻停止層的上表面水平以下的部分。
[0016]在部分地去除掩模的步驟與依次生長有源層和第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的步驟之間，所述方法還可包括步驟:對多個(gè)納米核進(jìn)行熱處理。
[0017]可在約600°C至約1200°C的范圍內(nèi)的溫度下執(zhí)行多個(gè)納米核的熱處理。
[0018]在形成多個(gè)納米核的步驟之后，所述方法還可包括步驟:對所述多個(gè)納米核的上表面應(yīng)用平坦化工藝，以平坦化為具有相同水平。
[0019]多個(gè)納米核中的至少一部分納米核的截面和它們之間的間隔中的至少一個(gè)可與其它納米核的不同。
[0020]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一方面，提供了一種納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括:基層，其由第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體形成；掩模，其形成在基層上，并且包括多個(gè)開口，基層的多個(gè)區(qū)域通過多個(gè)開口暴露出來；多個(gè)發(fā)光納米結(jié)構(gòu)，其分別形成在基層的暴露的區(qū)域上，并且包括由第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體形成的納米核以及依次形成在納米核的表面上的有源層和第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；以及防擴(kuò)散膜，其位于納米核與開口的內(nèi)側(cè)壁之間。
[0021]有益效果
[0022]可通過允許掩模用作模具穩(wěn)定地生長具有相對高的高寬比的3D納米結(jié)構(gòu)，從而可增大發(fā)光面積。
[0023]另外，即使在晶體生長工藝中在由于不均勻沉積而導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)的生長高度根據(jù)各個(gè)區(qū)域而不同的情況下，由于可容易地應(yīng)用平坦化工藝，因此可確保最終納米結(jié)構(gòu)中的高度均勻。具體地說，這種工藝可有效地用于使納米結(jié)構(gòu)的截面和它們之間的間隔不同，以實(shí)現(xiàn)多種波長的光，例如，白光。
[0024]通過以下結(jié)合以下實(shí)施例的【具體實(shí)施方式】，將更清楚地理解以上和其它方面、特征和其它優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0025]圖1至圖5是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的各個(gè)主要處理的剖視圖；
[0026]圖6和圖7是根據(jù)示例性實(shí)施例的掩模的平面圖，其示出了從上面觀看的形成在掩模中的開口的形狀；
[0027]圖8和圖9是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的形成在掩模中的開口的側(cè)剖視圖；
[0028]圖10至圖14是示出形成應(yīng)用于在圖5的處理中提供的納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的電極的主要處理的示例的剖視圖；
[0029]圖15至圖21是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的各個(gè)主要處理的剖視圖；
[0030]圖22和圖23是示出可應(yīng)用于圖18和圖19的處理的熱處理工藝的示意圖；
[0031]圖24至圖27是示出關(guān)于圖21所示的所得產(chǎn)品的電極形成工藝的示例的剖視圖；
[0032]圖28至圖31是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一示例性實(shí)施例(掩模結(jié)構(gòu)改變)的制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的各個(gè)主要處理的剖視圖；
[0033]圖32至圖38是示出根據(jù)另一示例性實(shí)施例(使用防擴(kuò)散膜)的制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的各個(gè)主要處理的剖視圖；
[0034]圖39是示出設(shè)置在圖38中的納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件中的最終結(jié)構(gòu)的示例的剖視圖；
[0035]圖40至圖43是示出在獲得納米核的過程中的處理的剖視圖；
[0036]圖44是在實(shí)驗(yàn)性示例中采用的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
[0037]圖45中的(a)和(b)是通過對納米核的平面排列方式和利用在實(shí)驗(yàn)性示例中采用的掩模生長的橫截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像獲得的SEM照片；
[0038]圖46中的(a)和(b)是通過對納米核的平面排列方式和在實(shí)驗(yàn)性示例中經(jīng)熱處理的橫截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像獲得的SEM照片；
[0039]圖47至圖50是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的各個(gè)主要處理的剖視圖；
[0040]圖51和圖52是示出采用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的半導(dǎo)體發(fā)光器件封裝件的各個(gè)示例的示圖；
[0041]圖53和圖54是示出采用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的背光單元的示圖；
[0042]圖55是示出采用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的照明裝置的示例的分解透視圖；以及
[0043]圖56是示出采用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的照明燈的示例的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例。
[0045]然而，本發(fā)明構(gòu)思可按照許多不同形式例示，并且不應(yīng)理解為限于本文闡述的特定實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了使得本公開將是徹底和完整的，并且將把本發(fā)明構(gòu)思的范圍完全傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，可夸大元件的形狀和尺寸，并且相同的附圖標(biāo)記將始終用于指示相同或相似的元件。
[0046]圖1至圖5是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的各個(gè)主要處理的剖視圖。
[0047]根據(jù)示例性實(shí)施例的制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法一開始可提供由第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體構(gòu)成的基層12。
[0048]如圖1所示，可通過在襯底11上生長第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體提供基層12。
[0049]根據(jù)需要，襯底11可為絕緣襯底、導(dǎo)電襯底或半導(dǎo)體襯底。襯底11可為用于生長基層12的晶體生長襯底。當(dāng)基層12由氮化物半導(dǎo)體形成時(shí)，襯底11可選擇性地由藍(lán)寶石、SiC、S1、MgAl2O4' MgO、LiAlO2' LiGaO2或 GaN 形成。
[0050]基層12可將多個(gè)發(fā)光納米結(jié)構(gòu)15的一端彼此電連接，以及提供用于發(fā)光納米結(jié)構(gòu)15在其上生長的晶體生長表面。因此，基層12可由具有電導(dǎo)率的單晶體半導(dǎo)體形成?；鶎?2可為滿足AlxInyGa1 x yN(0彡x < 1、0彡y < I并且O彡x+y < I)的晶體半導(dǎo)體。
[0051]基層12可摻雜有諸如硅(Si)的η型雜質(zhì)以具有特定導(dǎo)電類型?；鶎?2可包括η型雜質(zhì)濃度為IX 1isVcm3或更大的GaN。針對納米核15a的生長設(shè)置的基層12的厚度可等于或大于I μm。考慮到后續(xù)電極形成工藝等，基層12的厚度可在3μπι至ΙΟμπι的范圍內(nèi)。
[0052]在氮化物半導(dǎo)體單晶體作為基層12生長的情況下，襯底11可為由與基層的材料相同的材料形成的GaN襯底，或可為作為異質(zhì)襯底的藍(lán)寶石襯底、硅(Si)襯底或碳化硅(SiC)襯底，其由與基層11的材料不同的材料形成?？筛鶕?jù)需要將緩沖層(未示出)設(shè)置在襯底11與基層12之間，以減小晶格失配的差異。緩沖層(未示出)可為AlxInyGa1 x yN(0彡x彡1、0彡y彡I)層，或者具體地說，可為GaN、A1N、AlGaN, InGaN或InGaAlN層。另外，可通過組合多個(gè)層或者通過逐漸地改變組成來使用緩沖層。
[0053]在襯底11是硅襯底的情況下，襯底會(huì)由于GaN與硅之間的熱膨脹系數(shù)的差異而彎曲或破裂，或者產(chǎn)生缺陷的可能性會(huì)由于恒差而增大。因此，在這種情況下，由于需要在控制應(yīng)力以抑制彎曲的同時(shí)控制缺陷產(chǎn)生，因此可使用具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的緩沖層。例如，在襯底11上，可利用不包括Ga的晶體(諸如AlN或SiC)形成緩沖層，以防止Si與Ga之間的反應(yīng)。具體地說，當(dāng)使用多個(gè)AlN層時(shí)，可將AlGaN中間層插入于它們之間以控制其中的應(yīng)力。
[0054]在芯片制造工藝中，在LED結(jié)構(gòu)生長之前或之后，可將襯底11完全或部分地去除或圖案化，以改進(jìn)光發(fā)射或LED芯片的電特征。
[0055]例如，藍(lán)寶石襯底的情況下，將激光射線穿過襯底11輻射到與襯底與基層12的界面上，以將襯底從基層12分離，并且可通過研磨方法、蝕刻方法等去除硅襯底或碳化硅襯底。
[0056]在去除襯底11的情況下，可使用另一支承襯底。在支承襯底中，可將反射性金屬附著于支承襯底，或者可將反射性結(jié)構(gòu)添加至與支承襯底的結(jié)合結(jié)構(gòu)，以提高LED芯片的光提取效率。
[0057]當(dāng)將襯底圖案化時(shí)，在生長單晶體之前或之后，可在襯底的主表面(兩個(gè)側(cè)表面)上形成凹凸部分或傾斜表面，從而提高光提取效率和結(jié)晶性能。圖案可具有5nm至500 μπι范圍內(nèi)的大小，并且可為規(guī)則圖案或不規(guī)則圖案。圖案可不同地形成，例如，可具有柱形、峰-谷形、半球形等。
[0058]接著，如圖2所示，在基層12上可形成掩模13，掩模13具有多個(gè)開口 H和設(shè)置在其中的蝕刻停止層。
[0059]根據(jù)當(dāng)前示例性實(shí)施例的掩模13可包括形成在基層上的第一材料層13a和形成在第一材料層13a上的第二材料層13b，并且在第二材料層13b的蝕刻條件下，第二材料層13b的蝕刻速率大于第一材料層13a的蝕刻速率。
[0060]第一材料層13a可用作相對于第二材料層13b的蝕刻停止層。也就是說，在針對第二材料層13b的蝕刻條件下，第一材料層13a的蝕刻速率可低于第二材料層13b的蝕刻速率。
[0061]至少第一材料層13a可由具有電絕緣特性的材料形成，并且第二材料層13b也可根據(jù)需要由絕緣材料形成。第一材料層13a和第二材料層13b可由不同的材料形成，以確保蝕刻速率的期望差異。例如，第一材料層13a可為SiN層，并且第二材料層13b可為S12層。
[0062]可利用氣隙密度的差異獲得這種蝕刻速率的差異。第二材料層13b或