專利名稱：氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的氮化物半導(dǎo)體的實(shí)例包括GaN基氮化物半導(dǎo)體.GaN 基氮化物半導(dǎo)體被應(yīng)用于藍(lán)色/綠色發(fā)光二極管(LED)的光學(xué)器件、 高速開關(guān)和高功率器件例如金屬氣化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)以及也被稱為異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的高電子遷移率晶體 管(HEMT)。具體地，具有結(jié)晶層的半導(dǎo)體發(fā)光器件在發(fā)光器件領(lǐng)域例如GaN 基氮化物半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域例如LED和半導(dǎo)體激光二極管中作為聚光 燈中發(fā)射藍(lán)光的器件，其中在所述結(jié)晶層中GaN基氮化物半導(dǎo)體的 Ga位置處摻雜有II族元素例如Mg和Zn。GaN基氮化物半導(dǎo)體可以是具有多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件，例如 如困1所示。發(fā)光器件生長(zhǎng)在主要由藍(lán)寶石或SiC形成的襯底1上。 而且，例如由AlGaN層形成的多晶薄層在低生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)為藍(lán)寶石 或SiC襯底1上的緩沖層2,然后在高溫下在緩沖層2上順序堆疊GaN 底層3。發(fā)光有源層4布置在GaN底層3上。在有源層4上順序堆疊通過 熱退火轉(zhuǎn)化為p型層的摻雜Mg的AlGaN電子勢(shì)壘層5、摻雜Mg的 InGaN層6和摻雜Mg的GaN層7。而且，在摻雜Mg的GaN層7和GaN底層3上形成絕緣層8。在 GaN層7和GaN底層3上分別形成p型電極9和n型電極10，由此 形成發(fā)光器件，參考圖2，在有源層4處發(fā)射的光通過光路例如①、②和③傳播。 在此，光路③是對(duì)應(yīng)于光在材料邊界處全內(nèi)反射的^，全內(nèi)反射時(shí)光于或大于預(yù)定角度(即臨界角)的角;1A射。因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，通過光路③傳播 的有源層4產(chǎn)生的部分光在傳輸?shù)降酌婊騻?cè)面時(shí)被吸收。因此，包括有 源層4的發(fā)光器件的發(fā)光效率明顯降低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施方案涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法，其 基本避免了由于現(xiàn)有技術(shù)的局限和缺點(diǎn)導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問題。本發(fā)明的實(shí)施方案提供氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法，其 能夠通過在LED芯片的側(cè)面上形成反射層而改善發(fā)光效率。而且，本發(fā)明的實(shí)施方案提供氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方 法，其能夠利用形成反射層來改善發(fā)光效率，所述反射層形成在襯底 上形成有圖案的或在襯底上沒有形成圖案的LED芯片的兩側(cè)上。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目的和特征將部分在下面的說明中進(jìn)行闡述， 并且當(dāng)研究下文時(shí)，部分這些優(yōu)點(diǎn)、目的和特征對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而 言將變得顯而易見，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到了解。通過在書 面說明書和其權(quán)利要求以及所附附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)和 達(dá)到本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的實(shí)施方案提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括發(fā)光 器件芯片和在該發(fā)光器件芯片的側(cè)面上的反射層。本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施方案提供一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的 方法，所述方法包括形成發(fā)光器件芯片條(bar);和在發(fā)光器件芯 片條的側(cè)面上形成第一反射層，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明前面的一般描述以及下文中的詳細(xì)描述是 示例性和說明性的，旨在提供如所要求的本發(fā)明進(jìn)一步說明。


附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，其并入到本申請(qǐng)中并構(gòu)成 本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明圖示性的實(shí)施方案和描述用于說明本發(fā)明的原理。附圖中圖l是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖2是圖示說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的光路困；圖3A~3F是說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案制造氮化物半導(dǎo)體的 方法的截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視圖；圖5A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件芯 片的平面圖；圖5B是根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)第一實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器 件芯片的平面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的截 面困；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片 的平面圖；和圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的截 面圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其實(shí)例在附圖中圖示說明。應(yīng)該理解，當(dāng)層被稱為在另一層或襯底之"上/下"時(shí)，它可以直接在所述另一層或襯底之上/下，或者也可以存在中間層。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件被應(yīng)用于具有MQW結(jié)構(gòu)的npn型發(fā)光器件，但是并不限于此。 第一實(shí)施方案圖3A~3F是說明制造根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體 的方法的截面困。首先，圖3A是襯底的截面圖。襯底21可以是例如Si襯底、藍(lán)寶 石襯底和SiC襯底中的一種。沿著X軸方向在所述襯底中形成預(yù)定圖 案21-1。雖然下面將描述具有構(gòu)成表面不平坦的條紋狀圖案的表面 不平坦困案，但是，表面不平坦困案并不限于此。例如，可以使用具 有透鏡狀的表面不平坦圖案?？梢岳霉饪毯臀g刻來形成具有條紋狀 的表面不平坦圖案21-1。在此，表面不平坦圖案21-1的表面不平 坦可具有約5jun的寬度和約1 2^un的高度和深度。接著，參考圖3B,在襯底21上形成緩沖層22。例如，緩沖層22 可以通過將襯底21安裝在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD )反應(yīng)器 (沒有示出)上和在幾百度的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)GaN層來形成。接著，參考圖3C，在緩沖層22上形成笫一傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層23。 例如，第一傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層23可以通過在緩沖層22上供應(yīng)含n型摻 雜劑例如NH3、 TMGa和Si的硅烷(silan )氣體而生長(zhǎng)為n型氮化物 層例如GaN層。接著，參考圖3D，在第一傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層23上形成有源層24。 例如，可以通過在約700 850r的生長(zhǎng)溫度下，利用氮?dú)庾鳛樵詺鈦?供應(yīng)NH3、 TMGa和TMIn從而使有源層24形成為InGaN層。在此， 有源層24可以具有通過以不同摩爾比生長(zhǎng)各個(gè)元素而形成的堆疊結(jié) 構(gòu)，例如可具有利用InGaN中不同In含量形成的堆疊結(jié)構(gòu)。接著，參考圖3E，在有源層24上形成第二傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層25。 例如，笫二傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層25可以在約卯0 ~ 1100。C的環(huán)境溫度下， 通過利用氫氣作為栽氣來供應(yīng) TMGa 、 TMA1 、 EtCp2MgiMg(C2HsCsH4)2)和NH3從而形成p型氮化物層例如AlGaN層。接著，參考圖3F，在第二傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層25上形成第三傳導(dǎo)型 半導(dǎo)體層26。例如，在約500~900匯的溫度下熱退火處理第三傳導(dǎo)型 半導(dǎo)體層26來進(jìn)行控制，使得第二傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層25具有最大的空 穴濃度。供應(yīng)含n型摻雜劑的硅烷氣體，以在第二傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層25 上生長(zhǎng)作為薄n型GaN層的笫三傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層26。參考圖3A~3F，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器 件可以制成npn結(jié)結(jié)構(gòu)或根據(jù)堆疊在村底上的半導(dǎo)體層而不存在第三 傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層的pn結(jié)結(jié)構(gòu)。而且，分別在笫一傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層23和笫三傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層26 上形成電極。例如，當(dāng)形成第三傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層26時(shí)，實(shí)施濕蝕刻例 如各向異性濕蝕刻以暴露部分第一傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層23，從而實(shí)現(xiàn)ii型 電極33.可以在第一傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層23的暴露部分上形成由Ti形成的n 型電極33。而且，在笫三傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層26上形成p型電極32。在 此，p型電極32可以是由ITO、 ZnO、 RuOx、 TiOx和IrOx中的一種 形成的透明電極。圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視圖。參考困4，在困3F所示的笫一傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層23上形成n型電 極33。在第三傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層26上形成p型電極32。當(dāng)在襯底上形 成p型和n型電極32和33時(shí)，襯底被尺寸單元的LED芯片條30分 隔。LED芯片條30通過劃片和折斷工藝被分成多個(gè)LED芯片條30。 在LED芯片條30中沿X軸方向布置多個(gè)LED芯片31 。而且，可以在分隔的LED芯片條30中X軸方向的兩個(gè)側(cè)面上形 成反射層34和35,這些反射層34和35反射傳播到LED芯片31側(cè) 面的有源層24產(chǎn)生的部分光，使得光通過p型電極32發(fā)射。因此， 光在LED側(cè)面上的損失被最小化并且發(fā)光效率可以最大化。在此，反射層34和35的每一個(gè)可以;L基于具有高反射效率的材料的化合物半導(dǎo)體層，例如AlxInyGaN (OSxSl， O^y^l )。反射層可以 在LED芯片條3(1的至少一個(gè)側(cè)面上利用化學(xué)氣相沉積(CVD)將 AlxInyGaN (05xSl， 05y$l)層和GaN層依次沉積多次而形成。而且，在反射層34和35是化合物半導(dǎo)體層的情況下，所需的反 射可以通過控制反射層34和35的厚度(約50A或更小)以及堆疊層 的數(shù)量來獲得。而且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，當(dāng)沉積由基于AlxInyGaN( 05x^1， 0Sy51)的化合物半導(dǎo)體形成的反射層34和35時(shí)，可以通過改變引入 的栽氣(&或H2)或NH3的流動(dòng)或控制反射層34和35的生長(zhǎng)速度 來控制層表面的粗糙度。在此，反射層34和35可以在X軸的側(cè)面上從下部襯底到上部的 第三傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層26范圍內(nèi)形成。即，反射層34和35可以形成在 外表面上，其中所述外表面垂直于在襯底中形成的不平坦圖案的單 (single)不平坦圖案的X軸。而且，在襯底下部上實(shí)施研磨和拋光，以使LED芯片條30中發(fā) 光器件的整體厚度變薄。通過切割將LED芯片條30分離成單個(gè)LED 芯片31.圖5A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的LED芯片的平面圖，圖6 是圖5A的示意性截面圖。參考困5A和6，沿X軸方向在LED芯片31的側(cè)面上形成反射層 34和35.在第三傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層26上形成p型電極32，和在第一傳 導(dǎo)型半導(dǎo)體層23上形成n型電極33。根據(jù)上述LED芯片31，有源層24產(chǎn)生的光通過在襯底中形成的 條紋狀表面不平坦圖案，從下部和兩側(cè)面以及兩側(cè)面的反射層34和 35反射，使得光發(fā)射到外部。也就是說，這些反射層34和35反射傳播到LED芯片31側(cè)面的 有源層24產(chǎn)生的部分光，使得光通過p型電極32發(fā)射。因此，使得LED 側(cè)面的光損失最小化并且;5UL射效率可以最大化。因此，由于在襯底和p型電極之間波導(dǎo)的光吸收所引起的發(fā)光效率降低的問題可以得到解決。圖5B是根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)第一實(shí)施方案的LED芯片31的平面 閨。與固5A不同，反射層34和35可包括多個(gè)層34a、 34b、 35a和 35b?？梢酝ㄟ^使反射層形成為多個(gè)層和控制層的合適厚度和數(shù)量而形 成具有最佳反射的反射層。第二實(shí)施方案圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的LED芯片的平面圖。參考圖7，LED芯片條30被如圖4的LED芯片單元分成多個(gè)LED 芯片31。每一個(gè)LED芯片31包括p型電極32、 n型電極33以及第 一反射層34和35?？梢栽贚ED芯片31上沒有形成第一反射層34和35的另一側(cè)面 上形成第二反射層36和37。因此，第一反射層34和35沿X軸方向 形成在LED芯片31的兩側(cè)上，第二反射層36和37沿Y軸方向形成 在LED芯片31的兩側(cè)上，使得傳播到LED芯片31側(cè)面的有源層24 產(chǎn)生的部分光被更有效地反射。因此，使得LED側(cè)面的光損失最小化 并且光發(fā)射效率可以最大化。在此，第二反射層36和37可以利用根據(jù)第一實(shí)施方案形成反射 層的方法來形成。例如，通過利用CVD在LED芯片的左/右側(cè)面上使 AlxInyGaN ( 05x51， 05ySl)層和GaN層依次沉積多次，第二反射層 36和37可以形成為具有高反射效率的基于AlxInyGaN( 0^^1，0$ySl ) 的化合物半導(dǎo)體層。而且，在利用化合物半導(dǎo)體層形成反射層36和37的情況下，所 需的反射可以通過控制反射層36和37的厚度(約50A或更小)以及 實(shí)施沉積的時(shí)間來獲得。而且，當(dāng)沉積由GaN基化合物半導(dǎo)體形成的 反射層36和37時(shí)，可以通過改變引入的栽氣(N2或H2)或NH3的 流動(dòng)或控制反射層36和37的生長(zhǎng)速度來控制層表面的粗糙度。而且，由于根據(jù)本發(fā)明的笫二實(shí)施方案，反射層形成在LED芯片 31的全部外周表面上，因此可以使用沒有形成條紋狀表面不平坦圖案 的襯底。而且，當(dāng)笫二反射層36和37形成時(shí)，已經(jīng)形成在LED芯片條中的第一反射層34和35可以同時(shí)形成。 第三實(shí)施方案圖8是根據(jù)本發(fā)明的笫三實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的截 面圖。參考圖8,根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包 括具有條紋狀表面不平坦困案的襯底41、緩沖層42、第一傳導(dǎo)型半導(dǎo) 體層43、有源層44、笫二傳導(dǎo)型半導(dǎo)體層45和第三傳導(dǎo)型半導(dǎo)體薄 層46?？梢岳脜⒖紙D3A 3F所述的制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的 方法來實(shí)施制造上述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。而且，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件可具有一定的結(jié)構(gòu)，其中以預(yù)定的 角度蝕刻側(cè)面，該側(cè)面垂直面對(duì)襯底41的表面不平坦圖案的方向。當(dāng) 以預(yù)定的角度蝕刻器件的左/右側(cè)面時(shí)，該器件在從下部襯底到器件上 部的層逐漸擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)中形成.用于在襯底的Y軸方向側(cè)面上形成傾 斜表面的方法包括例如各向異性濕蝕刻，其是濕蝕刻。器件可以形成 具有預(yù)定角度的傾斜表面，例如關(guān)于襯底41約10~80°的角度。而且，圖8中所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件可以在如困4、 5A和 5B所示的至少一個(gè)側(cè)面上具有反射層34和35.而且，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方案，其上形成反射層34和35的 表面可以在上述傾斜的結(jié)構(gòu)中形成。在本"^兌明書中對(duì)"一個(gè)實(shí)施方案"、"實(shí)施方案"、"示例性實(shí)施方案"等的任何引用是指關(guān)于該實(shí)施方案所描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包 括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中。說明書中不同地方的這種措詞的 出現(xiàn)不必所有均指相同的實(shí)施方案。此外，當(dāng)關(guān)于任意實(shí)施方案來描 述具體特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，應(yīng)該認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)關(guān)于這些實(shí)施方案的其 它方案的這種特征、結(jié)構(gòu)或特性在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)范圍內(nèi)。雖然已經(jīng)參考一些示例性實(shí)施方案說明了這些實(shí)施方案，但是 應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出許多其它的修改和實(shí)施方案，這些修改和實(shí)施方案將落入4^>開內(nèi)容原理的精神和范圍內(nèi)。更具 體而言，在4^Hf內(nèi)容、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可在主題 組合的組成部分和/或排列中進(jìn)行各種變化和修改。除了在組成部分ii和/或排列中的變化和修改之外，替代使用對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言也 是顯而易見的。
權(quán)利要求
1. 一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包含發(fā)光器件芯片；和在所述發(fā)光器件芯片的側(cè)面上的反射層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述反射層形成在所述發(fā)光器件芯 片的至少一個(gè)側(cè)面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述發(fā)光器件芯片包含具有表面不 平坦的襯底。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其中所述表面不平坦包含條紋狀和透鏡 狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求:l的器件，其中所述反射層包含化合物半導(dǎo)體層.
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述反射層包含AlxInyGaN ( 0S《1 ， 0SySl)的化合物半導(dǎo)體層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的器件，其中所述反射層包含多個(gè)層.
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述發(fā)光器件芯片具有至少一個(gè)以 預(yù)定角度傾斜的側(cè)面。
9. 一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包含 發(fā)光器件芯片條；和在所述發(fā)光器件芯片條的側(cè)面上的反射層.
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的器件，其中所述反射層形成在所迷發(fā)光器件芯 片條的至少一個(gè)側(cè)面上。
11. 一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，所述方法包括 形成發(fā)光器件芯片條；和在所述發(fā)光器件芯片條的側(cè)面上形成第一反射層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，包括將所述發(fā)光器件芯片條分成多個(gè)發(fā) 光器件芯片。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，包括在沒有形成所述第一反射層的分離 發(fā)光器件芯片的至少一個(gè)側(cè)面上形成笫二反射層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其中所述第一反射層形成在所述發(fā)光器件芯片條的至少一個(gè)側(cè)面上。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述發(fā)光器件芯片具有至少一個(gè)以 預(yù)定角度傾斜的側(cè)面。
16. 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其中所述第一反射層包含化合物半導(dǎo)體 層.
17. 根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述第一反射層包含AlxInyGaN (05x￡l， 05ySl)的化合物半導(dǎo)體層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其中所述第一反射層利用化學(xué)氣相沉積 形成。
19. 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其中所述第一反射層包含多個(gè)層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其中通過改變?cè)詺夂颓绑w的流動(dòng)或通過 控制所述第一反射層的生長(zhǎng)速度來控制所述第一反射層的表面粗糙 度。
全文摘要
提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法，其能夠通過在LED芯片的側(cè)面上形成反射層改進(jìn)發(fā)光效率。實(shí)施方案提供了包括發(fā)光器件芯片和反射層的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。反射層形成在發(fā)光器件芯片的側(cè)面上。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101262031SQ20071007941
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月5日
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