專利名稱：具有非矩形基板的半導(dǎo)體光電器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體光電器件，具有切割成非矩形形狀的基板。本發(fā)明尤其涉及一種半導(dǎo)體器件，具有側(cè)壁表面位于同一晶面族的平行四邊形或三角形基板。本發(fā)明還涉及這種光電器件的制造方法半導(dǎo)體光電器件，例如發(fā)光二極管、激光管以及光探測器，經(jīng)常有生長于單晶基板上的若干外延晶體化合物半導(dǎo)體層組成。單晶基板的選擇主要取決于結(jié)晶學(xué)的考慮，例如外延晶體化合物半導(dǎo)體層與單晶基板的晶體結(jié)構(gòu)與晶格常數(shù)。一般而言，與外延化合物半導(dǎo)體層同屬于相同結(jié)晶系的單晶基板可使外延化合物半導(dǎo)體層容易且迅速成長于其上。再者，單晶半導(dǎo)體基板的晶格常數(shù)必須盡可能接近外延化合物半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)，藉以防止在外延晶體化合物半導(dǎo)體層中發(fā)生伸張或壓縮應(yīng)力。
近年來，氮化鎵(GaN)型化合物半導(dǎo)體材料已經(jīng)吸引了許多研究的興趣，因為其具有產(chǎn)生藍(lán)色、綠色、或藍(lán)綠色光的能力。在GaN型化合物半導(dǎo)體材料的所有應(yīng)用可能中，發(fā)出藍(lán)光的GaN型發(fā)光二極管已經(jīng)是現(xiàn)在商業(yè)上可獲得的產(chǎn)品?；谇笆鼋Y(jié)晶學(xué)的考慮，GaN型發(fā)光二極管經(jīng)常形成在藍(lán)寶石(Al2O3)基板上或碳化硅(SiC)基板上，該兩種基板都屬于六方晶系。


圖1先生作為GaN型發(fā)光二極管的基板使用的藍(lán)寶石或碳化硅晶片10的頂視圖。經(jīng)過適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體工業(yè)，眾多的GaN型發(fā)光二極管(未圖示)一起制作在晶片10上。在現(xiàn)有技術(shù)中，這種GaN型發(fā)光二極管排列成為被稱為“晶粒”的矩形元件11陣列，二其便于尺寸為毫米級或更小。為了獲得封裝用的獨立的GaN型發(fā)光二極管，故藉由使用例如裝配有鉆石刀的刮片器(scribe)的切割工具，沿著晶粒邊緣12切割或割裂六方晶系晶片10。
不幸的是，晶系晶粒切割工藝，即切割晶片成為矩形晶粒的工藝，無法在晶片10上產(chǎn)生平順且干凈的切口，因為由藍(lán)寶石或碳化硅所形成的晶片10并非立方晶系的晶體。另一方面，切割工具上的磨損與損壞因矩形晶粒切割工藝而加速。結(jié)果，矩形晶粒切割工藝至少有三個缺點。首先，既然切割工具的消耗大，所以工藝制造成本變高。其次，制造程序必須中斷，以便用新的切割工具替換舊的切割工具，導(dǎo)致制造工藝時間增加。最后，矩形晶粒切割工藝的成品率因晶粒碎裂而受到抑制。
本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體光電器件，具有沿著一晶片的相同晶面族切割出的非矩形基板以提高工藝效率和成品率。
本發(fā)明的另一目的是提供一種半導(dǎo)體光電器件的制造方法，其制造成本低，工藝效率提高。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種半導(dǎo)體光電器件，包括一基板，具有一主表面與環(huán)繞該主表面的多個側(cè)壁，該主表面是一多邊形表面，其所有內(nèi)角都選自由60度與120度所組成的群族中的一角度，并且該多個側(cè)壁表面中的每一個位于相同的晶面族；以及一層狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，形成于該基板的該主表面上。
本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體光電器件的制造方法，包括下列步驟準(zhǔn)備一具有一主表面的晶片；在該主表面上形成一層狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；以及沿著相同的晶面族切割該晶片，成為至少一多邊形基板，使得該至少一多邊形基板中的每一個的內(nèi)角都選自由60度與120度所組成的族群中的一角度。
晶片例如為藍(lán)寶石、碳化硅或磷化鎵，發(fā)光器件例如為發(fā)光二極管。
既然所有晶粒邊緣都沿著晶片的結(jié)晶平面延伸，故切割工具平順且干凈地經(jīng)晶片分隔成晶粒。
因而，在根據(jù)本發(fā)明的晶粒切割工藝中，切割工具可輕易地產(chǎn)生平順且干凈的切口。切割工具的磨損與損壞也降低。既然晶片的碎裂被有效地避免，故根據(jù)本發(fā)明的晶粒切割工藝的成品率增加。
下面結(jié)合附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。附圖中圖1是顯示現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體光電器件在晶片上的排列的頂視圖；圖2A-2C分別顯示六方晶系的(0001)、(1120)、與(1010)；圖3A-3C依次顯示發(fā)光二極管的制造步驟的剖面圖；圖4顯示本發(fā)明的平行四邊形晶粒在晶片上的排列與方位頂視圖；及圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的三角形晶粒在晶片上的排列與方位的頂視圖。10晶片11晶粒12晶粒邊緣30六方晶系晶片31N型GaN型化合物半導(dǎo)體層 32有源層33P型GaN型化合物半導(dǎo)體層 34P型電極35N型電極 40六方晶系晶片41平行四邊形晶粒 410 邊緣50六方晶系晶片51三角形晶粒510 邊緣典型地，六方晶系晶片，例如藍(lán)寶石或氮化硅晶片用作GaN型半導(dǎo)體光電器件的基板，如前所述。圖2A-2C顯示六方晶系的結(jié)晶軸與結(jié)晶平面的示意圖。如圖2A-2C所示，六方晶系定義于由三個共平面軸a1、a2與a3以及一垂直于a1、a2與a3的c軸所架構(gòu)成的坐標(biāo)系中。a1、a2與a3軸中的任一二軸所夾的角度為120度。簡而言之，圖2A-2C分別顯示六方晶系的(0001)、(1120)與(1010)平面。
作為GaN型半導(dǎo)體光電器件所用的基板，藍(lán)寶石與碳化硅晶片通常從沿著<0001>方向生長的晶體上切割出來，其被稱為(0001)晶片。
根據(jù)本發(fā)明，為了在(0001)晶片的主表面上制造GaN型半導(dǎo)體光電器件，既然{1010}平面因連結(jié)鍵的排列而為容易切開的平面，故每一晶粒設(shè)計成所有邊緣都沿著{1010}平面。應(yīng)注意的是，{1010}平面代表一平面族，包括(1010)平面以及其等效的平面，這些等效的平面為(0110}平面、(1100)平面、(1010)平面、(0110)平面、以及(1100)平面。藉由這些排列，在晶粒切割工藝中容易藉由切割工具沿著每一晶粒的邊緣將其從(0001)晶片中切割出來。切割工具的磨損與損壞因而大大地降低。
參照圖3A-3C，以GaN型發(fā)光二極管的制造步驟為例來說明根據(jù)本發(fā)明的六方晶系基板上的晶粒排列與方位。在圖3A中，首先預(yù)備一六方晶系晶片30，作為GaN型發(fā)光二極管的基板。在六方晶系晶片30上依次形成一n型GaN型化合物半導(dǎo)體層31、一由InGaN所形成的有源層32，用以產(chǎn)生藍(lán)光、以及一p型GaN型化合物半導(dǎo)體層33。然后，進(jìn)行干式蝕刻工藝，以部分移出p型GaN型化合物半導(dǎo)體層33、有源層32、以及n型化合物半導(dǎo)體層31。如圖3B所示，在干式蝕刻工藝后，部分n型GaN型化合物半導(dǎo)體層31顯露出來。
參照圖3C，一p型電極34與一n型電極35分別形成在p型GaN型化合物半導(dǎo)體層33與n型化合物半導(dǎo)體層31的顯露表面上。因而完成一GaN型發(fā)光二極管。
以相同的方式，許多相同的GaN型發(fā)光二極管可被制作成一位于六方晶系晶片上的晶粒陣列。如前所述，當(dāng)使用(0001)晶片時，每一晶粒的邊緣都排列成沿著{1010}平面延伸。結(jié)果，每一晶粒都形成為一多邊形形狀，該多邊形形狀的內(nèi)角選自由60度和120度所組成的族群中的一角度。
圖4顯示排列于六方晶系晶片40上的平行四邊形晶粒41，其為根據(jù)本發(fā)明的多邊形晶粒的一個例子。如果使用(0001)晶片40，則每一平行四邊形晶粒41的邊緣410都沿著{1010}平面延伸。圖5顯示排列在六方晶系晶片50上的三角形晶粒51，其為根據(jù)本發(fā)明的多邊形晶粒的一個例子。相似地，如果使用(0001)晶片50時，則每一三角形晶粒51的邊緣510都沿著{1010}平面延伸。
在晶粒切割工藝中，藉由使用切割工具將晶片40或50切割或割裂成分離的平行四邊形或三角形晶粒41或51。既然晶粒邊緣都沿著容易切割的結(jié)晶平面，故切割工具在晶片40或50上產(chǎn)生平順且干凈的切口。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的平行四邊形或三角形晶粒切割工藝有效地降低切割工具上的磨損與損壞。由切割工具的替換所引起的工藝成本因而降低。另外，因為由新的切割工具取代舊的切割工具所引起的中斷次數(shù)減少，所以工藝時間短。此外，既然晶粒碎裂被有效地避免，故工具本發(fā)明的晶粒切割工藝的成品率提高。
雖然本發(fā)明已參照具有六方晶系基板的半導(dǎo)體光電器件的例子加以詳細(xì)描述，但本發(fā)明可應(yīng)用在具有閃鋅礦晶系基板，例如磷化鎵(GaP)基板的半導(dǎo)體光電器件。在這種例子中，磷化鎵晶片經(jīng)常從沿著<111>方向生長的晶體上切割下來，其被稱為(111)晶片。根據(jù)本發(fā)明，為了在(111)晶片的主表面上制造半導(dǎo)體光電器件，既然{110}平面因連結(jié)鍵的排列而為容易切開的平面，故每一晶粒設(shè)計成所以邊緣都沿著{110}平面延伸。應(yīng)當(dāng)注意的是，{110}平面代表一平面族，包括(110)平面以及其等效的平面，這些等效的平面為(110}平面、(101)平面、(011)平面、(101)平面、以及(011)平面。藉由這些排列，在晶粒切割工藝中容易藉由切割工具沿著每一晶粒的邊緣將其從(111)晶片中切割出來。因而，在晶粒切割工藝中切割工具容易產(chǎn)生平順且干凈的切口，并且既然晶粒破碎被有效地避免，故晶粒切割工藝的成品率提高。
雖然本發(fā)明一結(jié)合優(yōu)選實施例陳述如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可作出各種更動與變化。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由后附的權(quán)利要求所界定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體光電器件，包括一基板，具有一主表面與環(huán)繞該主表面的多個側(cè)壁，該主表面是一多邊形表面，其所有內(nèi)角都選自由60度與120度所組成的群族中的一角度，并且該多個側(cè)壁表面中的每一個位于相同的晶面族；以及一層狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，形成于該基板的該主表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光電器件，其中該基板由選自于由藍(lán)寶石與碳化硅所組成的族群中的一材料所形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體光電器件，其中該主表面位于{0001}晶面，并且該多個側(cè)壁表面中的每一個位于{1010}晶面。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光電器件，其中該基板是由氮化鎵形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體光電器件，其中該主表面位于{111}面，并且該多個側(cè)壁表面中的每一個位于{110}面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光電器件，其中該主表面的形狀是平行四邊形或三角形。
7.一種半導(dǎo)體光電器件的制造方法，包括下列步驟準(zhǔn)備一具有一主表面的晶片；在該主表面上形成一層狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；以及沿著相同的晶面族切割該晶片，成為至少一多邊形基板，使得該至少一多邊形基板中的每一個的內(nèi)角都選自由60度與120度所組成的族群中的一角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體光電器件的制造方法，其中該準(zhǔn)備一晶片的步驟是準(zhǔn)備一由選自于藍(lán)寶石與碳化硅所組成的族群中的一材料所形成的晶片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體光電器件的制造方法，其中該主表面位于{0001}面，并且該晶面族位于{1010}平面族。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體光電器件的制造方法，其中該準(zhǔn)備一晶片的步驟是準(zhǔn)備一由磷化鎵所形成的晶片。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體光電器件的制造方法，其中該主表面位于{111}面，并且該晶面族位于{110}晶面族。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體光電器件的制造方法，其中該至少一多邊形基板中的每一個的形狀是平行四邊形或三角形。
全文摘要
一種半導(dǎo)體光電器件,包括:一基板,具有一主表面與環(huán)繞該主表面的多個側(cè)壁,該主表面是一多邊形表面,其所有內(nèi)角都選自由60度與120度所組成的群族中的一角度,并且該多個側(cè)壁表面中的每一個位于相同的晶面族;以及一層狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),形成于該基板的該主表面上。本發(fā)明還涉及這種半導(dǎo)體光電器件的制造方法。
文檔編號H01L33/00GK1357928SQ0013448
公開日2002年7月10日 申請日期2000年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月4日
發(fā)明者綦振瀛, 蔡長達(dá), 林明德 申請人:光磊科技股份有限公司