專利名稱：通過粗糙化而改善光取出的發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管，并且尤其涉及增強(qiáng)光取出的新LED結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是一轉(zhuǎn)換電能為光波的重要固態(tài)裝置的類別。 LED通常提供夾于兩對(duì)向摻雜層(doped layers)之間的半導(dǎo)體材料活 性層。當(dāng)施加偏壓通過摻雜層，空穴及電子即被射入該活性層，于此 處其再結(jié)合以產(chǎn)生光波。由活性區(qū)域所產(chǎn)生的光波沿全部方向放射并 且經(jīng)由所有暴露表面而自半導(dǎo)體晶片逸出(escape)。
由于半導(dǎo)體材料已加以改良，故半導(dǎo)體裝置的效能亦已改善。新 的LED由InAlGaN這一類的材料來制成，其允許在紫外光至黃褐光 光譜中的有效發(fā)光。相較于現(xiàn)有光源，許多新LED在將電能轉(zhuǎn)換成 光波時(shí)更有效率且更加穩(wěn)定可靠。因?yàn)長(zhǎng)ED的改善，故預(yù)期其于甚 多應(yīng)用中將取代現(xiàn)有光源，如交通信號(hào)燈、室外與室內(nèi)顯示器、汽車 頭燈與尾燈、及傳統(tǒng)室內(nèi)照明等等。
現(xiàn)有LED的效率受限于無法發(fā)射由其活性層所產(chǎn)生的所有光 線。當(dāng)供給LED能量時(shí)，自其活性層發(fā)射的光線(沿所有方向)將以許 多不同角度到達(dá)發(fā)射表面。典型的半導(dǎo)體材料比周圍空氣(n-1.0)或封 裝樹酯(n^ 1.5)有較高的折射率(n" 2.2-3.8)。根據(jù)斯涅耳定律 (Snell'slaw)，光線自具有高折射率的區(qū)域行進(jìn)到在某一臨界角度內(nèi) 的具有低折射率的區(qū)域，將穿越較低折射率的區(qū)域；以超過臨界角度 到達(dá)表面的光線將不會(huì)穿出表面，但是會(huì)經(jīng)歷內(nèi)部全反射(TIR)。于 LED案例中，TIR光線可持續(xù)于LED內(nèi)反射，直到被吸收為止。由 于該反射現(xiàn)象，多數(shù)由現(xiàn)有LED所產(chǎn)生的光線并未發(fā)射出去，降低 了本身的效率。
一種降低TIR光線比例的方法為于LED表面上以隨機(jī)蝕紋 (random texturing)的形式建立光散射中心。該隨機(jī)蝕紋通過在反應(yīng)性 離子蝕刻期間以在LED表面上的次微米直徑聚苯乙烯球體作為遮罩 而經(jīng)圖案化于表面。已蝕紋表面具有光波長(zhǎng)階次(order)的特征部， 該特征部因隨機(jī)干涉效應(yīng)(random interference effects)而以斯涅耳定律 無法預(yù)測(cè)的方式折射或反射光線。此方法已經(jīng)證明可改善發(fā)光效率9 至30%。
如同美國專利第6， 821， 804號(hào)中所討論的，表面蝕紋的一項(xiàng)缺 點(diǎn)為其會(huì)阻礙在已蝕紋電極層的導(dǎo)電性不良的LED中的有效電流散 布，如p型GaN。在較小裝置或者具有良好導(dǎo)電性的裝置中，來自p 型及n型層接點(diǎn)(面)的電流將散布遍及各層。在較大裝置或者由具 有不良導(dǎo)電性的材料所制成的裝置中，電流無法從接點(diǎn)(面)散布遍 及各層。因此，部份活性層將不會(huì)有電流流過且將不會(huì)發(fā)光。為了在 整個(gè)二極管區(qū)域產(chǎn)生均勻電流注入，可將導(dǎo)電材料的散布層 (spreadinglayer)沉積于表面上。然而，此散布層通常必須具有透光 性，以使光可經(jīng)傳送通過該層。當(dāng)LED表面上引進(jìn)一隨機(jī)表面結(jié)構(gòu) 時(shí)，實(shí)際上細(xì)薄且透光的電流散布層即無法輕易地沉積于其上。
增加來自LED的光取出的另一方法包含發(fā)光表面或者內(nèi)部介面 的周期性圖案化，其將光線方向由內(nèi)部捕獲角(intemally trapped angle) 再改變至通過表面形狀與周期所決定的定義模式，請(qǐng)參考Krames等 人的美國專利第5， 779， 924號(hào)。此技術(shù)為隨機(jī)蝕紋表面的特殊案例， 其中干涉效應(yīng)不再為隨機(jī)，且該表面將光線耦合成特別模式或方向。 此方案的一項(xiàng)缺點(diǎn)為此一結(jié)構(gòu)可能不易制造，因?yàn)樵摫砻娴男螤钆c圖 案必須均勻且極微小，為L(zhǎng)ED光的單一波長(zhǎng)的階次。將如上所述的 光學(xué)透明電流散布層沉積于此圖案上亦存在著困難。
增加光取出已通過使LED的發(fā)光表面形成為在其中心處具有一 發(fā)光層的半球體而實(shí)現(xiàn)。雖然此結(jié)構(gòu)可增加發(fā)光量，但其制造卻不容 易。Scifres及Burnham的美國專利第3, 954， 534號(hào)披露了一種LED 陣列的形成方法，其中在每一LED上方均具有各自的半球體。該半
球體形成于基板上，且二極管陣列生長(zhǎng)于該半球體上。該二極管與透
鏡結(jié)構(gòu)(lens structure)接著即自基板上蝕刻去除。此方法的一項(xiàng)缺點(diǎn) 為基板介面處形成該結(jié)構(gòu)將受到限制，且自基板上剝離(lift off)該 結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致制造成本增加。又，每一半球體正上方皆有一發(fā)光層，故 需要精準(zhǔn)的制造技術(shù)。
美國專利第5， 431， 766號(hào)披露了硅在無水份及氧氣下的光電化 學(xué)氧化與分解。于無水HF-乙腈(MeCN)溶液中的蝕刻速率與光電流 直接正比于至少高達(dá)600mW/cm2的光強(qiáng)度，產(chǎn)生了大于4微米/min 的空間選擇蝕刻速率。由于電子自高能量反應(yīng)中間體射入，故產(chǎn)生每 一硅分子有4個(gè)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，具有大于3.3的量子產(chǎn)率(quantum yield )。
美國專利第5， 793， 062號(hào)披露一種用以增強(qiáng)來自LED的光取 出的結(jié)構(gòu)，其通過包含光學(xué)非吸收層以將光線導(dǎo)離吸收區(qū)域(如接點(diǎn) (面))，且亦將光線導(dǎo)向LED表面。此結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)缺點(diǎn)為非吸收 層需要形成底切狹角層(undercut strait angle layers),其不易于許多材 料系統(tǒng)中制造。
美國專利第6， 744， 071號(hào)披露一種具有相對(duì)端子結(jié)構(gòu)的氮化物 半導(dǎo)體元件，其端子彼此相對(duì)。該氮化物半導(dǎo)體元件包含依序位于支 撐基板上的一導(dǎo)電層、 一第一端子、 一具有發(fā)光層的氮化物半導(dǎo)體、 以及第二端子。該第一端子及一第一絕緣保護(hù)層介于該導(dǎo)電層與該氮 化物半導(dǎo)體的第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層之間。
美國專利第6， 821， 804號(hào)披露一種LED，該LED上或其內(nèi)部
具有光取出結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)其效能。該新型光取出結(jié)構(gòu)提供用以將光線反 射、折射或散射至有利于光線逃逸進(jìn)入封裝內(nèi)的方向的表面，該結(jié)構(gòu) 可為光取出元件或色散層的陣列。該光取出元件可具有許多不同形狀 且可設(shè)置于許多位置中，以增強(qiáng)LED的效率而優(yōu)于現(xiàn)有LED。該色 散層提供光線的散射中心并且同樣地可設(shè)置于許多位置中。
如同在美國專利第6， 821， 804號(hào)中所更進(jìn)一步討論的，另一種 增強(qiáng)光取出的方法是于LED發(fā)光表面上的薄膜金屬層內(nèi)將光子耦合 成表面等離子模式，其中光子經(jīng)發(fā)射返回成輻射模式。這些結(jié)構(gòu)依靠
自半導(dǎo)體上發(fā)出的光子耦合成金屬層中的表面等離子，該表面等離子 則再耦合成最后被取出的光子。此裝置的一項(xiàng)缺點(diǎn)為難以制造，因?yàn)?br> 該周期性結(jié)構(gòu)是一具有淺凹槽深度(O.lpm)的一維刻線光柵 (one-dimensional ruled grating);此外，整體量子效率低落(1.4~1.5%)， 極可能是因?yàn)楣庾又帘砻娴入x子以及表面等離子至周圍空氣的光子 轉(zhuǎn)換機(jī)制效率低下所致。該結(jié)構(gòu)亦存在與上述電流散布層相同的難 處。光取出亦可通過使LED晶粒的側(cè)表面傾斜以產(chǎn)生一倒轉(zhuǎn)截形金 字塔而改善，該斜向表面為陷落于基板材料中的TIR光線提供一發(fā)光 表面。利用此方法可使InGaAlP材料系統(tǒng)增加35%~50%的外部量子 效率。此方法對(duì)于其中有大量光波陷落于基板的裝置而言是可行的， 然就生長(zhǎng)于藍(lán)寶石基板上的GaN元件而言，多數(shù)光波陷落于GaN薄 膜中，以致于使LED晶粒的側(cè)表面傾斜將無法提供所期望的增強(qiáng)作 用。用以增強(qiáng)光取出的另一方案為光子再循環(huán)，此方法依靠LED具 有高效率活性層，其可輕易地將電子與空穴轉(zhuǎn)換成光波，且反之亦然。 TIR光線反射離開LED表面并撞擊活性層，其于此處轉(zhuǎn)變回電子空 穴對(duì)，因?yàn)樵摶钚詫拥母咝?，電子空穴?duì)幾乎立即地再轉(zhuǎn)換成光波， 再度沿任意方向發(fā)出。部份再循環(huán)光波將撞擊在臨界角度內(nèi)的LED 發(fā)光表面其中之一并逸出，而反射回活性層的光波再次經(jīng)歷相同過 程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明披露一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)裝置的制造系統(tǒng)與方 法，其通過在LED裝置上形成n型氮化鎵(n-GaN)、并且將n-GaN層 的表面粗糙化、以增強(qiáng)來自LED裝置內(nèi)部的光取出而達(dá)成。
上述系統(tǒng)的實(shí)施可包含以下其中之一或更多。LED晶圓的n-GaN 層通過光電化學(xué)氧化以及/或蝕刻工藝予以粗糙化。LED晶圓包含 一導(dǎo)電基板(如Cu、 W、 Mo或其合金)； 一或更多磊晶層； 一或更多 歐姆接點(diǎn)以及位于磊晶層與導(dǎo)電基板間的反射金屬層(例如Ni、 Au、 Pt、 Cr、 Ti、 Pd及Ag); —保護(hù)層，例如在獨(dú)立式LED的側(cè)壁上的 SiQ2， Si3N4，或SiON;以及在頂部n-GaN層上的n型電極。該光電
化學(xué)氧化及蝕刻處理可在含水溶液的系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、以及/或電偏 壓系統(tǒng)中實(shí)施。該水溶液可為氧化劑以及酸性或堿性溶液的組合，其 中氧化劑可為H202、K2S208其中之一或其組合，酸性溶液可為H2S04、
HF、 HC1、 H3P04、 HN03、 CH3COOH其中之一或更多，堿性溶液可 為例如KOH、 NaOH、 NHjOH其中之一或更多。如果使用照明系統(tǒng)， 即可通過具有波長(zhǎng)范圍在可見光與紫外光光譜間的Hg或Xe弧光燈 實(shí)施照明，而以小于200mW/cn^的強(qiáng)度照射暴露的n-GaN表面；如 果使用電偏壓系統(tǒng)，可將其施加于導(dǎo)電層且將電壓控制于-10V與 +10￥之間。氧化支配、蝕刻支配、或其組合反應(yīng)可通過改變水溶液 的組成、電偏壓、浴溫以及/或照明強(qiáng)度加以控制，以將n-GaN表面 的粗糙度最佳化，無次序(non-ordered)蝕紋型態(tài)亦于此粗糙化處理 后顯露出來。
粗糙化處理可應(yīng)用于晶圓級(jí)的n側(cè)在上(n-side-up)垂直LED 的暴露n-GaN。在從載具移除GaN基底(GaN-based)LED磊晶薄膜 后，即于n型GaN層上形成n型電極(如Cr/或Ni)。 N型金屬焊墊不 只是作為歐姆接點(diǎn)而已，亦是后續(xù)粗糙化處理所用的遮罩。粗糙化處 理于n型電極金屬化后通過光電化學(xué)(PEC)氧化以及/或蝕刻方法實(shí) 施，在光照下將晶圓浸沒入水溶液中以及使導(dǎo)電基板電偏壓；水溶液 氧化劑與酸性或堿性溶液的組合。n型GaN的粗糙化表面將顯露出無 次序蝕紋型態(tài)，不同于金字塔、圓錐體、或半圓形型態(tài)。通過改變?nèi)?液組成、偏壓電壓、溶液溫度或照光強(qiáng)度，可將粗糙化機(jī)制控制成氧 化支配或蝕刻支配反應(yīng)。表面粗糙度的RMS值被控制在0.05 u m至 2um。選擇粗糙化表面尺寸，以于約1/2A下使光最佳化地散射。在 另一實(shí)施中，粗糙化表面的有效折射率大約是2.0 2.5。
粗糙化表面的優(yōu)點(diǎn)可包含下列其中之一或更多。粗糙化表面在 GaN上產(chǎn)生一有效粗糙表面以自內(nèi)部取出更多光，與具有平滑表面的 LED相較，具有無次序蝕紋表面的LED的照度可增強(qiáng)超過兩倍。就 相同晶粒尺寸/功率消耗而言，LED可提供更多光線；或者，假設(shè)相 同光輸出需求，LED可制作得更小型，且此種較小尺寸將消耗較少 功率及資源，節(jié)省成本。LED可以標(biāo)準(zhǔn)處理技術(shù)加以制造，使其相
較于標(biāo)準(zhǔn)LED相當(dāng)?shù)鼐哂谐杀靖?jìng)爭(zhēng)力。


圖1顯示一實(shí)施光電化學(xué)氧化及蝕刻工藝的示范性系統(tǒng)；
圖2A-2D顯示具有金屬遮罩的第一樣品的表面輪廓圖，其是在 氧化支配條件下就各種不同持續(xù)時(shí)間而實(shí)施的；
圖3A-3D顯示具有金屬遮罩的第二樣品的表面輪廓圖，其是在 蝕刻支配條件下就各種不同持續(xù)時(shí)間而實(shí)施的；
圖4顯示具有頂部n-GaN層的垂直LED晶圓的結(jié)構(gòu)；
圖5顯示將暴露n-GaN層粗糙化后的垂直LED晶圓的橫剖面圖6顯示n-GaN表面的無次序蝕紋型態(tài)的示范性SEM圖。主要元件符號(hào)說明
104座
12 環(huán)形夾鉗
14~鉑極
16~水溶液
30~基板
32~GaN薄膜
34~金屬遮罩
70~^板
72~粘附金屬層
74~^觸層
76~p型層
78~MQW活性層
80~n-GaN基底層
82~n型接點(diǎn)
84 非導(dǎo)電性鈍化層
具體實(shí)施例方式
圖1顯示一實(shí)施光電化學(xué)(PEC)氧化與蝕刻工藝的示范性系統(tǒng)。
電解質(zhì)溶液的本質(zhì)在確保高蝕刻速率及確保直接與光強(qiáng)度成正比的
蝕刻速率時(shí)特別重要。PEC蝕刻工藝施行于圖1所示的系統(tǒng)中，在此 系統(tǒng)中，光通過一光源而投射在位于支座IO上方且由夾鉗12固定的 LED晶圓表面上，該LED晶圓與電解質(zhì)溶液16相接觸。光強(qiáng)度可選 擇性地加以變化，以藉此選擇性地改變蝕刻速率。該電池可具有許多 幾何配置(configuration)以及可由任合適當(dāng)材料組成，以支撐LED半 導(dǎo)體晶圓并容納含離子的電解質(zhì)溶液16?？蓪㈦姵氐奶囟ㄅ渲米罴?化，以用于大量產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。 一參考電極14 (如鉑電極14)經(jīng)由電池 本體而延伸至電解質(zhì)溶液16中。參考電極14建立了參考電壓V^且 其通常由金屬導(dǎo)線形成，如鉑或銀導(dǎo)線，為了便利起見，可由飽和甘 汞電極(saturated calomel electrode, SCE)或由任何其他電極機(jī)構(gòu)來形 成。
發(fā)生于電池中的光電化學(xué)反應(yīng)由穩(wěn)壓器(potentiostat)供給電能 并加以監(jiān)測(cè)，此項(xiàng)技術(shù)在本領(lǐng)域中公知。穩(wěn)壓器包含 一電流偵測(cè)器， 與用以跨越電極施加電位的源電壓相串聯(lián)；及一接線，將穩(wěn)壓器連接 至半導(dǎo)體晶圓。該接線可經(jīng)由任何黏合機(jī)構(gòu)而固定至半導(dǎo)體晶圓。
在實(shí)施于圖1的系統(tǒng)內(nèi)的PEC蝕刻工藝中，半導(dǎo)體晶圓為氧化 還原反應(yīng)的一部分，半導(dǎo)體晶圓成為陽極且對(duì)向電極成為陰極。對(duì)半 導(dǎo)體晶圓施加電位，于工藝中利用參考電極M測(cè)量與監(jiān)測(cè)電位。在 半導(dǎo)體晶圓與電解質(zhì)溶液16間的介面處，因光生成空穴所誘發(fā)的分 解反應(yīng)而引起蝕刻反應(yīng)。
圖2A顯示在針對(duì)各種不同持續(xù)時(shí)間的氧化支配條件下，具有金 屬遮罩的第一樣品的表面輪廓圖。該樣品晶圓包含一基板30、 一 GaN 薄膜32、 一具有粗糙化表面的金屬遮罩34。在氧化支配條件下持續(xù) 200秒的具有金屬遮罩的第一樣品的表面輪廓圖顯示于圖2B，持續(xù) 400秒者顯示于圖2C，而持續(xù)600秒者顯示于圖2D。
圖3顯示在針對(duì)各種不同持續(xù)時(shí)間的蝕刻支配條件下，具有金屬 遮罩的第二樣品的表面輪廓圖。該樣品晶圓包含一基板30、 一GaN 薄膜32、 一具有粗糙化表面的金屬遮罩34。在蝕刻支配條件下持續(xù) 200秒的具有金屬遮罩的第二樣品的表面輪廓圖顯示于圖3B，持續(xù)
400秒者顯示于圖3C，而持續(xù)600秒者顯示于圖3D。
圖4顯示一垂直LED晶圓的結(jié)構(gòu)。 一示范性n-GaN層在上LED 的多層磊晶結(jié)構(gòu)顯示于一載具(carrier)上，在此實(shí)施例中其可為厚含 銅層。在金屬承載基板上形成的多層磊晶結(jié)構(gòu)包含一 n-GaN基底層 80、 一 MQW活性層78、 一 p-GaN層76、反射器/接觸層74、一粘 附金屬層72、 一金屬基板70、 一n型接點(diǎn)82、以及一非導(dǎo)電性鈍化 層84。舉例來說，n-GaN基底層80的厚度為4nm。
MQW活性層78可為InGaN/GaN MQW活性層。 一旦將電功率 經(jīng)由基板70而饋入于n-GaN基底層80與接觸層74之間，MQW活 性層78便可受激發(fā)而因此產(chǎn)生光，所產(chǎn)生的光具有介于250nrn與 600nm間的波長(zhǎng)。P型層76可為p+-GaN基底層，如p+-GaN、p+-InGaN 或P+-AlInGaN層，且其厚度可介于0.05-0.5 之間，可大于0.5 |im。 圖5顯示在粗糙化工藝后垂直LED晶圓的橫剖面圖。如圖5至圖6 所示，無次序蝕紋型態(tài)(non-ordered textured morphology)于n-GaN表 面上形成。
圖5系顯示在圖4的LED的金屬層上的粗糙化表面的橫剖面圖， 而圖6顯示該粗糙化表面的示范性SEM影像圖。于該表面上的變化 可有效地使表面粗糙化，且使得對(duì)于空氣的折射率具有較佳匹配度。 因此，該效果促使自LED內(nèi)部更好的光取出。
雖然本發(fā)明已參照其某些優(yōu)選實(shí)施例甚為詳細(xì)地加以說明，但亦 可有其他變化形式。在另一實(shí)施例中，GaN層的表面利用球/球體或 利用濕式/干式蝕刻技術(shù)加以粗糙化，但其他具有錐形的粗糙化表面 的LED結(jié)構(gòu)亦為本領(lǐng)域技術(shù)人員所能預(yù)見。該新LED可具有不同表 面處理的組合，錐形可有不同形狀、大小、間距(space);同樣地，錐 形可具有各種不同密度。因此，所附申請(qǐng)專利范圍的精神與范疇不應(yīng)
限制于上述的優(yōu)選實(shí)施例。
雖然本發(fā)明已通過舉例及就優(yōu)選實(shí)施例加以敘述，但應(yīng)了解本發(fā) 明并非限制于此。相反地，本發(fā)明應(yīng)包含各種修改例及類似結(jié)構(gòu)及步 驟，且因此所附權(quán)利要求的范疇?wèi)?yīng)給予最廣義的解釋，以包含所有此 類修改及類似結(jié)構(gòu)及步驟。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體垂直發(fā)光二極管(VLED)裝置的制造方法，包含形成該VLED裝置的多層磊晶結(jié)構(gòu)，其包含一n型氮化鎵(n-GaN)層、一活性層、及一p型氮化鎵(p-GaN)層；以及使該VLED裝置的該n-GaN層的表面于水溶液中粗糙化。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體垂直發(fā)光二極管(VLED)裝置的制 造方法，其中該n-GaN層通過濕式蝕刻工藝加以粗糙化。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體垂直發(fā)光二極管(VLED)裝置的制 造方法，還包含氧化及蝕刻該LED。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體垂直發(fā)光二極管(VLED)裝置的制 造方法，其中該氧化及蝕刻于具有水溶液的系統(tǒng)中實(shí)施。
5. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體垂直發(fā)光二極管(VLED)裝置的制 造方法，其中該水溶液可為氧化劑及酸性或堿性溶液的組合。
6. 如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體垂直發(fā)光二極管(VLED)裝置的制造方法，其中該氧化劑包含H202、 K2S208其中之一或其組合。
7，如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體垂直發(fā)光二極管(VLED)裝置的制 造方法，其中該酸性溶液包含H2S04、 HF、 HC1、 H3P04、 HN03及 CH3COOH其中之一或更多。
8.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體垂直發(fā)光二極管(VLED)裝置的制 造方法，其中該堿性溶液包含KOH、 NaOH、及NH4OH其中之一或 其組合。
9. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體垂直發(fā)光二極管(VLED)裝置的制 造方法，還包含以波長(zhǎng)范圍在可見光與紫外光光譜之間的Hg或Xe 弧光燈系統(tǒng)來照亮該LED。
10. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體垂直發(fā)光二極管(VLED)裝置的 制造方法，其中該n-GaN層以小于200mW/cm2的光強(qiáng)度曝光。
11. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體垂直發(fā)光二極管(VLED)裝置的 制造方法，還包含對(duì)該導(dǎo)電基板施以電偏壓且將電壓控制于-5V與 +5丫之間。
12. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體垂直發(fā)光二極管(VLED)裝置的 制造方法，還包含控制氧化支配、蝕刻支配、或兩反應(yīng)，以使該n-GaN 層的該表面的粗糙度最佳化。
13. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體垂直發(fā)光二極管(VLED)裝置的 制造方法，還包含改變?cè)撍芤旱慕M成、電偏壓、以及照光強(qiáng)度。
14. 一種n側(cè)在上(n-sideup) LED晶圓的曝露n-GaN層的粗糙 化方法，其中該LED晶圓具有一金屬基板，該方法包含在一承載基板上方沉積一 n-GaN部分； 在該n-GaN部分上方沉積活性層； 在這些活性層上方沉積一 p-GaN部分； 沉積一或更多金屬層； 施加一遮罩層；蝕刻該金屬層、p-GaN層、活性層、及n-GaN層； 移除該遮罩層； 沉積一鈍化層；將位于該p-GaN層頂部上的該鈍化層的部分移除，以曝露該金 屬層； 沉積一或更多金屬層；沉積一金屬基板；移除該承載基板以暴露該n-GaN表面； 將該n-GaN表面粗糙化。
15. 如權(quán)利要求14所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該n側(cè)在上LED晶圓的該n-GaN層于該粗糙化工 藝之前實(shí)質(zhì)上是光滑且平坦的。
16. 如權(quán)利要求15所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該n側(cè)在上LED晶圓的該n-GaN層于該n-GaN層 經(jīng)粗糙化之前具有小于5000A的表面粗糙度。
17. 如權(quán)利要求14所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該承載基板是藍(lán)寶石。
18. 如權(quán)利要求14所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該金屬基板利用以下其中之一來沉積:電化學(xué)電鍍、 無電化學(xué)電鍍、濺鍍、化學(xué)氣相沉積、電子束蒸發(fā)、熱噴灑(thermal spray )。
19. 如權(quán)利要求14所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該金屬基板是一金屬或包含銅、鎳、鋁、鈦、鉭、 鉬、鎢其中之一的金屬合金。
20. 如權(quán)利要求14所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該承載基板利用以下其中之一來移除:激光剝離(LLO)、濕式蝕刻、化學(xué)機(jī)械研磨。
21. 如權(quán)利要求14所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中將該n-GaN層粗糙化包含在水溶液中的濕式蝕刻。
22. 如權(quán)利要求21所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該水溶液可為稀釋劑及酸性或堿性溶液的組合。
23. 如權(quán)利要求22所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該稀釋劑包含水。
24. 如權(quán)利要求22所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該酸性溶液包含H2S04、 HF、 HCl、 H3P04、 HN03 及CH3COOH其中之一或更多。
25. 如權(quán)利要求22所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該堿性溶液包含KOH、 NaOH及NH4OH其中之一 或其混合物。
26. 如權(quán)利要求22所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該水溶液被加熱至高于25° C的溫度。
27. —種n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的粗糙化方法，該 LED晶圓具有一金屬基板，該方法包含在一承載基板上方沉積一 n-GaN部分， 在該n-GaN部分上方沉積活性層； 在這些活性層上方沉積一 p-GaN部分； 沉積一或更多金屬層； 施加一遮罩層；蝕刻該金屬層、p-GaN層、活性層、n-GaN層； 移除該遮罩層； 沉積一鈍化層；將位于該p-GaN層頂部的該鈍化層的部分移除，以曝露該金屬 層；沉積一或更多金屬層， 沉積一金屬基板；移除該承載基板以暴露該n-GaN層的表面； 在該n-GaN層的表面上形成一或更多金屬層； 將該n-GaN層的該表面粗糙化。
28. 如權(quán)利要求27所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該水溶液可為稀釋劑及酸性或堿性溶液的組合。
29. 如權(quán)利要求27所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該稀釋劑包含水。
30. 如權(quán)利要求27所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該酸性溶液包含H2S04， HF， HCl， H3P04， HN03， 及CH3COOH其中之一或更多。
31. 如權(quán)利要求27所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該堿性溶液包含KOH、 NaOH及NH4OH其中之一 或其混合物。
32. 如權(quán)利要求27所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該金屬基板利用以下其中之一來沉積:電化學(xué)電鍍、 無電化學(xué)電鍍、濺鍍、化學(xué)氣相沉積、電子束蒸發(fā)、熱噴灑(thermal spray )a
33. 如權(quán)利要求27所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該金屬基板是一金屬或包含銅、鎳、鋁、鈦、鉭、 鉬、鵒其中之一的金屬合金。
34. 如權(quán)利要求27所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中該承載基板利用以下其中之一來移除:激光剝離(LLO)、濕式蝕刻、化學(xué)機(jī)械研磨。
35. 如權(quán)利要求27所述的n側(cè)在上LED晶圓的曝露n-GaN層的 粗糙化方法，其中在該n-GaN表面的一或更多金屬層包含鎳、鉻、 金、鈦、鉭、銅、錫、鋅、鋁其中之一。
全文摘要
本發(fā)明披露一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)裝置的制造系統(tǒng)與方法，其通過在LED裝置上形成一n型氮化鎵(n-GaN)層制造而成；以及使n-GaN層的表面粗糙化以自LED裝置內(nèi)部取出光。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101103439SQ200680002142
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2006年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月11日
發(fā)明者忠 段, 陳長(zhǎng)安 申請(qǐng)人:美商旭明國際股份有限公司