制造納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明構(gòu)思涉及一種用于制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如發(fā)光二極管(LED)的半導(dǎo)體發(fā)光裝置作為包括發(fā)射光的材料的裝置，可將在結(jié)半導(dǎo)體中通過電子和空穴的復(fù)合產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為將要從其中發(fā)射的光。發(fā)光二極管廣泛地用在照明裝置和顯示裝置中并且用作光源，因此加速了其發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題
[0004]本發(fā)明構(gòu)思的一方面提供了一種通過利用納米結(jié)構(gòu)所提供的優(yōu)點來制造具有穩(wěn)定發(fā)光效率的納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法。
[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)光裝置的方法，包括以下步驟:在基層上形成具有多個開口的掩模；在所述基層的暴露的區(qū)域上生長第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，使得所述多個開口被填充，從而形成多個納米芯；部分地去除所述掩模，以暴露出所述多個納米芯的側(cè)表面；在部分地去除所述掩模之后對所述多個納米芯進行熱處理；在所述熱處理之后，在所述多個納米芯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，以形成多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)；以及對所述多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)的上部分進行平坦化，以暴露出所述多個納米芯的上表面。
[0007]可在從600°C至1200°C的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行所述熱處理。
[0008]在所述熱處理之前，所述多個納米芯可具有實質(zhì)上圓柱形的形狀，并且在所述熱處理之后，所述多個納米芯可具有實質(zhì)上六棱柱的形狀。
[0009]形成所述多個納米芯的步驟可包括:在所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的生長過程中在使所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的生長暫時中斷之后執(zhí)行熱處理的晶體穩(wěn)定化操作。
[0010]所述方法還可包括:在平坦化工藝之前，在所述多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)的表面上形成接觸電極。這里，所述方法還可包括:在形成所述接觸電極之后，形成絕緣層以填充所述多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)之間的空間。
[0011]所述方法還可包括:部分地去除所述接觸電極以使得所述接觸電極的高度低于所述多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)的上表面。
[0012]所述多個納米芯的側(cè)表面的晶面可垂直于所述基層的上表面。這里，所述多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)和所述基層可為氮化物單晶體，并且所述多個納米芯的側(cè)表面可為非極性面(m面)。
[0013]所述掩?？砂ㄎ挥谒龌鶎由系牡谝徊牧蠈雍臀挥谒龅谝徊牧蠈由喜⑶椅g刻率大于所述第一材料層的蝕刻率的第二材料層，并且部分地去除所述掩模的步驟包括:去除所述第二材料層以僅保留所述第一材料層。
[0014]所述多個開口可分類為屬于兩個或更多個組，兩個或更多個組在所述多個開口的直徑和所述多個開口之間的間隔中的至少一個方面彼此不同，各組中的開口可具有實質(zhì)上相同的直徑和間隔，位于不同組的開口中的發(fā)光納米結(jié)構(gòu)可發(fā)射具有不同波長的光，并且位于相同組的開口中的發(fā)光納米結(jié)構(gòu)可發(fā)射具有實質(zhì)上相同波長的光。
[0015]從位于不同組的開口中的發(fā)光納米結(jié)構(gòu)發(fā)射的不同波長的光可被組合以形成白光。
[0016]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一方面，還提供了一種制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法，該方法包括以下步驟:在基層上形成具有多個開口的掩模；在所述基層的暴露的區(qū)域上生長第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，使得所述多個開口被填充，從而形成多個納米芯；在所述多個納米芯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，以形成多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)；在所述多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)的表面上形成接觸電極；對所述多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)的上部分進行平坦化，以暴露出所述多個納米芯的上表面；以及部分地去除所述接觸電極，使得所述接觸電極的高度低于所述多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)的上表面。
[0017]所述方法還可包括:在形成所述接觸電極的步驟與平坦化的步驟之間，形成絕緣層以填充所述多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)之間的空間。
[0018]所述掩模可包括位于所述基層上的第一材料層和位于所述第一材料層上并且蝕刻率大于所述第一材料層的蝕刻率的第二材料層，并且所述方法還可包括:在形成所述多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)之前，去除所述第二材料層，以暴露出所述多個納米芯的側(cè)表面并且僅保留所述第一材料層。
[0019]有益效果
[0020]即使在使用3D納米結(jié)構(gòu)的情況下，也可在相同晶面上設(shè)置有源層，從而可獲得優(yōu)秀的發(fā)光特性。
[0021]另外，即使在由于在3D晶體結(jié)構(gòu)的生長工藝中生長速度根據(jù)3D納米結(jié)構(gòu)的直徑(或?qū)挾?或分布而不同從而導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)的生長高度不同的情況下，可應(yīng)用平坦化工藝，可形成具有均勻高度的納米結(jié)構(gòu)，從而向發(fā)光裝置的制造提供優(yōu)點。具體地說，這種工藝可有效地用于為了實現(xiàn)多種波長的光(例如，白光)而使納米結(jié)構(gòu)的截面面積(或直徑)和/或納米結(jié)構(gòu)之間的間隔不同的情況。
[0022]從以下結(jié)合特定實施例的【具體實施方式】中，將更清楚地理解以上和其它方面、特征和其它優(yōu)點。
【附圖說明】
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖視圖；
[0024]圖2和圖3是分別示出在本發(fā)明構(gòu)思的實施例中采用的納米芯的示例的示圖；
[0025]圖4至圖8是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法中的主要工藝的剖視圖；
[0026]圖9至圖13是示出針對圖8的所得產(chǎn)品的電極形成工藝中的主要工藝的剖視圖；
[0027]圖14至圖22是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法中的主要工藝的剖視圖；
[0028]圖23和圖24是分別示出應(yīng)用于圖17和圖18的熱處理工藝的模擬圖；
[0029]圖25和圖26是示出可在本發(fā)明構(gòu)思的實施例中采用的掩模中形成的開口的形狀的側(cè)剖視圖；
[0030]圖27至圖30是示出在利用圖25所示的掩模獲得納米芯的過程中的順序工藝的剖視圖；
[0031]圖31是通過對實驗性示例中采用的掩模進行成像獲得的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
[0032]圖32中的(a)和(b)是通過對利用實驗性示例中采用的掩模而生長的納米芯的平面排列和橫截面結(jié)構(gòu)進行成像獲得的SEM照片；
[0033]圖33中的(a)和(b)是通過對實驗性示例中的經(jīng)熱處理的納米芯的平面排列和橫截面結(jié)構(gòu)進行成像獲得的SEM照片；
[0034]圖34至圖40是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法中的主要工藝的剖視圖；
[0035]圖41和圖42是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的采用半導(dǎo)體發(fā)光裝置的背光單元的示圖；
[0036]圖43是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的采用半導(dǎo)體發(fā)光裝置的照明裝置的示例的不圖；以及
[0037]圖44是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的采用半導(dǎo)體發(fā)光裝置的照明燈的示例的示圖。
【具體實施方式】
[0038]下文中，將參照附圖詳細描述各實施例。
[0039]然而，實施例可按照許多不同形式實現(xiàn)，并且不應(yīng)理解為限于本文闡述的實施例。相反，提供這些實施例以使得本公開將是徹底和完整的，并且將把本發(fā)明構(gòu)思的范圍全面?zhèn)鬟f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，并且相同的標(biāo)號將始終用于指代相同或相似的元件。
[0040]圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖視圖。
[0041]如圖1所示，根據(jù)本實施例的納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光裝置10可包括由第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料形成的基層12和形成在基層12上的多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)15。
[0042]基層12可形成在襯底11上，可提供用于發(fā)光納米結(jié)構(gòu)15的生長表面，并且可電連接至多個發(fā)光納米結(jié)構(gòu)15。
[0043]襯底11可為絕緣襯底、導(dǎo)電襯底或半導(dǎo)體襯底。例如，襯底11可由藍寶石、SiC,S1、MgAl204、MgO、LiA102、LiGaO2S GaN 形成。
[0044]襯底11可具有其上形成有具有半球形(凸起)形狀的不規(guī)則圖案S的上表面。不規(guī)則圖案S的形狀可不限于半球形形狀，而是可被不同地修改。例如，不規(guī)則圖案S可具有呈三角形形狀、四邊形形狀或梯形形狀的截面。通過引入不規(guī)則圖案S，光提取效率可提高，并且缺陷密度可降低。考慮到這種效果，可不同地選擇諸如截面的形狀、不規(guī)則圖案S的大小和/或分布之類的因素。
[0045]基層12可為滿足AlxInyGa1 x yN的氮化物半導(dǎo)體，其中O彡χ<1、0彡y<l并且O ^ x+y < I，并且具體地說，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。例如，針對納米芯15a的生長提供的基層12的厚度可等于或大于I ym?？紤]到后續(xù)電極形成工藝等，基層12的厚度可在3 μπι至10 μπι的范圍內(nèi)?；鶎?2可包括具有I X 118/cm3或更大的η型雜質(zhì)濃度的GaN。在基層12形成之前，可額外形成緩沖層。在特定示例中，襯底11可為硅襯底，并且在這種情況下，AlyGaa y)N(其中O彡y彡I)可用作緩沖層的材料。例如，緩沖層可具有其中具有不同組成的兩層或更多層重復(fù)堆疊多次的結(jié)構(gòu)。緩沖層可具有其中鋁(Al)的組成逐漸減小或增大的分級結(jié)構(gòu)。
[0046]具有開口 H的絕緣層13可設(shè)置在基層12上，并且開口 H可提供為用于發(fā)光納米結(jié)構(gòu)15的生長?；鶎?2可通過開口 H被部分地暴露，并且納米芯15a可形成在基層12的暴露的區(qū)域上。絕緣層可用作用于納米芯15a的生長的掩模。例如，絕緣層13可由諸如S12或SiNx的可用于半導(dǎo)體形成工藝中的絕緣材料形成。
[0047]發(fā)光納米結(jié)構(gòu)15可包括由第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體形成的納米芯15a和依次形成在納米芯15a的表面上的有源層15b和第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層15c。
[0048]有源層15b可具有其中量子阱和量子勢皇層交替地堆疊的多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。例如，在有源層15b由氮化物半導(dǎo)體形成的情況下，可使用GaN/InGaN結(jié)構(gòu)，但是也可使用單量子阱(SQW)結(jié)構(gòu)。第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層15c可為滿足P型AlxInyGa1 x yN的晶體，其中O彡χ<1、0彡y<l并且O ( x+y < I。第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層15c在其與有源層15b相鄰的部分中可包括電子阻擋層(未示出)。電子阻擋層(未示出)可具有其中具有不同組成的AlxInyGalx yN(其中，O彡x< 1、0彡y < I并且O彡x+y < I)的多個層堆疊的多層結(jié)構(gòu)，或者可包括由AlyGau y)N構(gòu)成的至少一層，其中O彡y< I。電子阻擋層(未示出)可具有比有源層15b的帶隙更大的帶隙，以防止電子流入第二導(dǎo)電類型(P型)的半導(dǎo)體層15c中。
[0049]如圖1所示，納米芯15a的上表面可設(shè)為發(fā)光納米結(jié)構(gòu)15的上表面(P)的一部分，并且根據(jù)需要，發(fā)光納米結(jié)構(gòu)15的上表面(P)可通過研磨工藝具有平坦表面(例如，c面)。
[0050]在該結(jié)構(gòu)中，有源層15b可僅存在于納米芯15a的側(cè)表面上，并且可不存