專利名稱：氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法，更具體 地，涉及一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法，該方法使得在從 發(fā)光結(jié)構(gòu)上移除襯底的過程中對(duì)發(fā)光結(jié)構(gòu)的變形和熱損害最小化， 從而提高光提取效率，并且本發(fā)明還涉及一種通過該方法制造的氮 化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
通常，構(gòu)成III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的氮化物單晶被形成 在用于單晶生長的特定襯底上，諸如藍(lán)寶石或SiC襯底。然而，使 用絕緣襯底(諸如藍(lán)寶石襯底)非常限制電極的布置。即，在傳統(tǒng) 的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，電極被水平地布置，窄化了電流。由 于這種變窄的電流，發(fā)光裝置的正向電壓Vf增加，降低了裝置的 電流功率并且致使裝置易受靜電放電的攻擊。
為了解決這個(gè)問題，需要具有豎直結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝 置。然而，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置需要移除絕緣襯底(諸如藍(lán)寶石 襯底)以在其上、下表面形成電才及的過程。
程的橫截面圖。如圖1所示，在通過利用導(dǎo)電粘合劑層13將導(dǎo)電
襯底14附在氮化物單晶發(fā)光結(jié)構(gòu)12上之后，通過激光剝離方法將 藍(lán)寶石村底ll移除。然而，藍(lán)寶石具有大約7.5x10—6/K的熱膨脹系 數(shù)，但是GaN單晶(其是發(fā)光結(jié)構(gòu)12的主要材料)具有大約 5.9xl(T6/K的熱膨脹系數(shù)。因此，會(huì)產(chǎn)生大約16%的晶格失配。
由于這種晶才各失配，乂人對(duì)藍(lán)寶石襯底11發(fā)射激光束的過程中 產(chǎn)生的熱量沿著藍(lán)寶石^H"底11 ^皮一黃向傳遞。因此，沿著藍(lán)寶石4十 底11和發(fā)光結(jié)構(gòu)12的界面產(chǎn)生熱應(yīng)力，這無疑增加了損害氮化物 單晶的可能性。這必然降低氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的亮度和可靠 性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供了一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方 法，該方法允許從發(fā)光結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定移除襯底，從而提高氮化物半導(dǎo) 體發(fā)光裝置的亮度和可靠性，并且還提供了一種通過該方法制造的 氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了 一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置 的方法，該方法包"^舌通過在用于氮化物單晶生長的預(yù)備襯底上順 序地生長第一導(dǎo)電氮化物層、有源層以及第二導(dǎo)電型氮化物層而形 成發(fā)光結(jié)構(gòu)；根據(jù)最終發(fā)光裝置的尺寸而分離發(fā)光結(jié)構(gòu)；在發(fā)光結(jié) 構(gòu)上形成導(dǎo)電襯底；拋光預(yù)備襯底的底面以減、預(yù)備襯底的厚度； 通過加工預(yù)備^于底的表面而形成不平坦的表面結(jié)構(gòu)；選4奪性i也移除 預(yù)備襯底以露出第一導(dǎo)電型氮化物層的部分；并且在第一導(dǎo)電型氮 化物層的通過選4奪性移除預(yù)備襯底而露出的部分上形成電極。預(yù)備襯底可通過選擇性移除預(yù)備襯底而得以保留，而不是通過 激光剝離方法凈皮全部移除，從而可將使用激光剝離方法可能引起的 熱損害最小化。
通過加工預(yù)備襯底的表面形成不平坦的表面結(jié)構(gòu)可包括在拋 光預(yù)備襯底底面時(shí)執(zhí)行的拋光過程。因此，在拋光過程中形成的不 平坦表面結(jié)構(gòu)可在該裝置中得以利用而不是浮皮移除，從而^是高發(fā)光 裝置的提取效率。
在拋光預(yù)備襯底的底面之前，該方法可進(jìn)一步包括將離子注入 過程應(yīng)用于預(yù)備襯底的底面以破壞預(yù)備襯底的結(jié)晶性。通過注入大
半徑離子，如，氬(Ar),氪(Kr),氱(Xe),石圭(Si )，氧(O)， 鎵(Ga),銫(Cs)等，破壞預(yù)備襯底的結(jié)晶性并且使預(yù)備襯底變 軟，從而有助于預(yù)備襯底上的拋光過程。
在通過加工預(yù)備襯底的表面形成不平坦的表面結(jié)構(gòu)之前，該方 法可進(jìn) 一 步包括將離子注入過程應(yīng)用于預(yù)備襯底的底面以破壞預(yù) 備襯底的結(jié)晶性。離子注入有助于不平坦表面結(jié)構(gòu)的形成。
在通過加工預(yù)備襯底的表面形成不平坦的表面結(jié)構(gòu)時(shí)，不平坦 的表面結(jié)構(gòu)可通過拋光過詳呈形成并且也可在形成電一及后形成于預(yù) 備襯底的保留部分中。
本發(fā)明中所4吏用的形成在預(yù)備襯底中的不平坦表面結(jié)構(gòu)用于 調(diào)整從有源層發(fā)射的光線的入射角以增加沒有被內(nèi)部反射的從外 部發(fā)射的光線量。通過加工預(yù)備襯底的表面而形成不平坦表面結(jié)構(gòu) 可包括濕法蝕刻過程。這種情況下，為了促進(jìn)濕法蝕刻過程，在濕 法蝕刻過程之前，該方法可進(jìn)一步包括，將離子注入過程應(yīng)用于預(yù) 備襯底的底面以破壞預(yù)備襯底的結(jié)晶性。
可執(zhí)行對(duì)預(yù)備襯底底面的拋光以使得預(yù)備襯底具有50-200 pm 的減小厚度，這有助于移除預(yù)備襯底的部分，如后所述的。
分離發(fā)光結(jié)構(gòu)可包括根據(jù)最終發(fā)光裝置的尺寸分離發(fā)光結(jié)構(gòu)， 以使第 一導(dǎo)電氮化物層的 一部分保留在預(yù)備襯底上。
該方法可進(jìn)一步包括在預(yù)備襯底上形成發(fā)光結(jié)構(gòu)之前在預(yù)備 襯底上形成非摻雜GaN層；以及在選擇性地移除預(yù)備襯底的部分后 移除非摻雜GaN層的露出部分。這是因?yàn)樵赹f吏用非摻雜GaN層時(shí)， 由于結(jié)晶性等，導(dǎo)致可在移除非摻雜GaN層之后將電極形成在第一 導(dǎo)電氮化物層上。
在發(fā)光結(jié)構(gòu)上形成導(dǎo)電襯底可包括通過使用導(dǎo)電粘合劑層將 導(dǎo)電襯底附在發(fā)光結(jié)構(gòu)上。然而，本發(fā)明并不局限于此，并且可用 金屬電鍍層代替導(dǎo)電襯底。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置， 其包括導(dǎo)電襯底；發(fā)光結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括順序形成在導(dǎo)電襯 底上的第二導(dǎo)電氮化物層、有源層以及第一導(dǎo)電型氮化物層；形成 在第 一導(dǎo)電型氮化物層的一部分上的電極；以及形成在第 一導(dǎo)電型 氮化物層的其它部分上的光散射層，該光散射層由用于氮化物單晶 生長的襯底材料形成并且具有其中形成有不平坦表面結(jié)構(gòu)的上表 面。
絕緣性能。因此，可用選自由藍(lán)寶石、SiC、 MgAl204、 MgO、 LiA102 以及LiGa02構(gòu)成的組中的材料形成光散射層。此外，由于光散射 層可用于散射從其中形成有不平坦表面結(jié)構(gòu)的有源層中發(fā)出的光 線，因此其可由透明材沖+形成。
可用選自由Si、 Ge、 SiC、 ZnO以及GaAs構(gòu)成的組中的材料 形成導(dǎo)電襯底，并且可用選自由Cr、 Au、 Ti、 Al、 Rh、 Pt、 Ni、 W、 Ir、 V、 ITO、 CIO、 IZO及其組合構(gòu)成的組中的材if牛形成電極。


/人以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述和其它方面、特 征和其它優(yōu)點(diǎn)將更易于理解，附圖中
圖1是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的從發(fā)光結(jié)構(gòu)上移除藍(lán)寶石襯底的 過程的橫截面圖2A至2G是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的制造氮化物 半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法的橫截面圖；并且
圖3是示出了才艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝 置的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，^夸對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)4亍詳細(xì)描述。
圖2A至2G是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的制造氮化物 半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法的橫截面圖。
如圖2A所示，發(fā)光結(jié)構(gòu)22生長于用來生長氮化物單晶的預(yù)備 襯底21上。在這種情況下，預(yù)備襯底21可以是藍(lán)寶石襯底(但不 局限于此)，并且可用選自由SiC、 Si、 MgAl204、 MgO、 LiA102以 及LiGa02構(gòu)成的組中的材料形成襯底。通過在預(yù)備襯底21上生長 第一導(dǎo)電型氮化物層22a并且在第一導(dǎo)電型氮化物層22a上順序地 生長有源層22b以及第二導(dǎo)電型氮化物層22c而形成發(fā)光結(jié)構(gòu)22。通常，可通過諸如金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(MOCVD)、分子束外延 (MBE)、氫化物汽相外延(HVPE)的過程形成發(fā)光結(jié)構(gòu)22。
才妻著，如圖2B所示，根據(jù)最終發(fā)光裝置的尺寸W分離發(fā)光結(jié) 構(gòu)22。在這種情況中，可分離發(fā)光結(jié)構(gòu)22以使第一導(dǎo)電型氮化物 層22a的一部分保留在預(yù)備襯底21上。第一導(dǎo)電氮化物層的保留 部分可有助于切割成稍后描述的單獨(dú)發(fā)光裝置。
接著，如圖2c所示，導(dǎo)電襯底24形成于,皮分離的發(fā)光結(jié)構(gòu)22' 上。導(dǎo)電襯底24是支撐發(fā)光結(jié)構(gòu)22的永久性襯底，并且通過使用 導(dǎo)電粘合劑層23附在被分離的發(fā)光結(jié)構(gòu)22'上。然而，本發(fā)明不 局限于此，例如，在^皮分離的發(fā)光結(jié)構(gòu)22'上可沉積金屬晶種層并 且金屬鍍層(未示出)可形成在金屬晶種層上。
接著，如圖2D所示，拋光預(yù)備襯底21的底面以減小其厚度。 此外，在拋光預(yù)備襯底21的底面的過程中，不平坦表面結(jié)構(gòu)D可 形成于預(yù)備4寸底21的底面中。
這是為了保留預(yù)備襯底的除與第一導(dǎo)電型氮化物層22a'的其 上待形成電極的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分之外的部分，而不是整個(gè)地移除 預(yù)備襯底21。在這種情況下，省卻了用于移除預(yù)備襯底21的激光 剝離過程，使得對(duì)發(fā)光結(jié)構(gòu)的熱損害最小化，從而提高根據(jù)本實(shí)施 例制造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的亮度和可靠性。因此，為了容易 地移除預(yù)備襯底的與第一傳導(dǎo)氮化物層22a'的其上待形成電極的 區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分，需要將預(yù)備襯底21拋光至合適的小厚度。在 這種情況下，預(yù)備襯底21可具有50-200 pm的減小厚度tl。這是 考慮到小厚度可提高光提取效率但太小的厚度可引起彎曲而適當(dāng) 確定的厚度范圍。在這種情況下，盡管沒有說明，但可利用機(jī)械和化學(xué)方法拋光
預(yù)備襯底21的底面，并且具體地，利用感應(yīng)耦合等離子體(ICP)拋 光預(yù)備襯底的底面。
此夕卜，如上所述，在才旭光過禾呈中形成的不平坦表面結(jié)構(gòu)D不必 被移除，而是用在發(fā)光裝置中以提高裝置的光提取效率。
雖然沒有示出，^旦可在通過^l奪離子注入過禾呈應(yīng)用于預(yù)備4于底21 的底面而破壞預(yù)備襯底21的結(jié)晶性后，執(zhí)行拋光以及形成預(yù)備襯 底21的不平坦表面結(jié)構(gòu)D的過程。
同時(shí)，圖2D示出了在拋光預(yù)備襯底21的底面過程中形成的不 平坦表面結(jié)構(gòu)并且示出了與圖2A至圖2C中呈倒置結(jié)構(gòu)的預(yù)備襯 底。因此，被拋光的預(yù)備襯底底面變成圖2D中預(yù)備襯底21的頂面。
接著，如圖2E和圖2F所示，選擇性地移除預(yù)備襯底21并且 形成電纟及25。
最后，如圖2G所示，將所得到的結(jié)構(gòu)切割成單個(gè)的發(fā)光裝置 單元以獲得最終的豎直結(jié)構(gòu)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置。通常，導(dǎo)電襯 底24可以是具有比被典型用作預(yù)備襯底21的藍(lán)寶石襯底硬度小的 Si斗于底，因此可通過通用切割方法輕+〉切割。
圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝 置30的截面圖，示出了上述最終豎直結(jié)構(gòu)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置 中之一的放大圖。參照?qǐng)D3，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置30包括導(dǎo)電 襯底34;發(fā)光結(jié)構(gòu)32，其包括順序地形成于導(dǎo)電襯底34上的第二 導(dǎo)電型氮化物層32c、有源層32b以及第一導(dǎo)電型氮化物層3h; 形成于第一導(dǎo)電型氮化物層32a—部分上的電才及；以及形成于第一 導(dǎo)電型氮化物層32a其它部分上的光散射層31，光散射層31由用
于氮化物單晶生長的襯底材料形成并且具有其中形成有不平坦表 面結(jié)構(gòu)的上表面。
在這種情況下，光散射層31對(duì)應(yīng)于預(yù)備襯底的其中形成有不 平坦表面結(jié)構(gòu)的保留部分。通過拋光預(yù)備襯底21、形成不平坦表面 結(jié)構(gòu)以及移除預(yù)備襯底21的部分而形成光散射層31。在這種情況 下，通過拋光過程，可將光散射層31形成為50-200 ]Lim的小厚度， 與預(yù)備襯底21的厚度相同。
另外，光散射層31用于散射從有源層32b中發(fā)射的光，從而 減少內(nèi)部反射的光線量并最終消除內(nèi)部反射的光線量。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法使得在將襯底乂人發(fā)光結(jié)構(gòu)移除的 過程中發(fā)光結(jié)構(gòu)的變形和對(duì)發(fā)光結(jié)構(gòu)的熱損害最小化，從而提高性 能，即，裝置的亮度和可靠性以及最終的發(fā)光裝置的光提取效率。
雖然已經(jīng)結(jié)合示例性實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，4旦是對(duì)本領(lǐng) 域技術(shù)人員來說很顯然，在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精 對(duì)申和范圍的前4是下，可以估文出〗奮改和變4匕。
權(quán)利要求
1.一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法，所述方法包括以下步驟通過在用于氮化物單晶生長的預(yù)備襯底上順序地生長第一導(dǎo)電型氮化物層、有源層以及第二導(dǎo)電型氮化物層而形成發(fā)光結(jié)構(gòu)；根據(jù)最終發(fā)光裝置的尺寸分離所述發(fā)光結(jié)構(gòu)；在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)上形成導(dǎo)電襯底；拋光所述預(yù)備襯底的底面以減小所述預(yù)備襯底的厚度；通過加工所述預(yù)備襯底的表面而形成不平坦的表面結(jié)構(gòu)；選擇性地移除所述預(yù)備襯底以露出所述第一導(dǎo)電型氮化物層的部分；以及在所述第一導(dǎo)電型氮化物層的通過選擇性移除所述預(yù)備襯底而露出的所述部分上形成電極。
2. 4艮據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述通過加工所述預(yù)備襯 底的表面形成不平坦表面結(jié)構(gòu)的步驟包括在拋光所述預(yù)備襯 底的底面時(shí)執(zhí)行的拋光過程。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在所述拋光所述預(yù)備襯底的底面 的步驟之前，進(jìn)一 步包括將離子注入過程應(yīng)用于所述預(yù)備襯底 的所述底面以破壞所述預(yù)備村底的結(jié)晶性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在所述通過加工所述預(yù)備襯底的 表面而形成不平坦表面結(jié)構(gòu)的步驟之前，進(jìn)一步包括將離子注 入過程應(yīng)用于所述預(yù)備襯底的底面以破壞所述預(yù)備襯底的結(jié)晶性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述通過加工所述預(yù)備襯 底的表面而形成不平坦表面結(jié)構(gòu)的步艱《包4舌在所述形成電擬_ 的步驟之后，在所述預(yù)備襯底的保留部分中形成不平坦的表面結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述通過加工所述預(yù)備襯 底的表面而形成不平坦表面結(jié)構(gòu)的步駛《包i舌濕法蝕刻過一呈。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，在所述濕法蝕刻過程之前，進(jìn)一 步包括將離子注入過程應(yīng)用于所述預(yù)備襯底的底面以破壞所 述預(yù)備襯底的結(jié)晶性。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行所述拋光所述預(yù)備襯 底底面的步驟以使所述預(yù)備襯底具有50-200 (im的減小厚度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述預(yù)備襯底上形成發(fā)光結(jié)構(gòu)的步驟之前，在所述預(yù) 備襯底上形成非摻雜GaN層；以及在選擇性移除所述預(yù)備襯底的部分的步驟后，移除所述 非摻雜GaN層的露出部分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分離所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的 步驟包括根據(jù)最終發(fā)光裝置的尺寸分離所述發(fā)光結(jié)構(gòu)以使所 述第 一導(dǎo)電型氮化物層的 一部分保留在所述預(yù)備襯底上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)上形成導(dǎo)電襯底的步驟包括通過利用導(dǎo)電粘合劑層將所述導(dǎo)電襯底附 在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，用選自由藍(lán)寶石、SiC、 MgAl204 、 MgO、 LiA102以及LiGa02構(gòu)成的組中的材泮牛形成 所述預(yù)備襯底。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，用選自由Si、 Ge、 SiC、 ZnO以及GaAs構(gòu)成的組中的材料形成所述導(dǎo)電襯底。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， Al、 Rh、 Pt、 Ni、 W、 Ir、 V、的組中的材料形成所述電極。其中，用選自由Cr、 Au、 Ti、 ITO、 CIO、 IZO及其組合構(gòu)成
15. —種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置，包括導(dǎo)電襯底；發(fā)光結(jié)構(gòu)，包括順序形成在所述導(dǎo)電襯底上的第二導(dǎo)電 型氮化物層、有源層以及第一導(dǎo)電型氮化物層；電極，形成在所述第一導(dǎo)電型氮化物層的一部分上；以及光散射層，形成在所述第一導(dǎo)電型氮化物層的其它部分 上，所述光散射層由用于氮化物單晶生長的襯底材料形成并且 具有其中形成有不平坦表面結(jié)構(gòu)的頂面。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述光散射層具有50-200 ,的厚度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述光散射層由選自由 藍(lán)寶石、SiC、 MgAl204、 MgO、 LiA102以及LiGa02構(gòu)成的組 中的材料形成。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述導(dǎo)電襯底由選自由 Si 、 Ge、 SiC 、 ZnO以及GaAs構(gòu)成的組中的材料形成。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述電極由選自由Cr、 Au、 Ti、 Al、 Rh、 Pt、 Ni、 W、 Ir、 V、 ITO、 CIO、 IZO及其組合構(gòu)成的組中的才才并牛形成。
全文摘要
提供了一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法以及通過該方法制造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置，該方法包括通過在用于氮化物單晶生長的預(yù)備襯底上順序地生長第一導(dǎo)電氮化物層、有源層以及第二導(dǎo)電型氮化物層而形成發(fā)光結(jié)構(gòu)；根據(jù)最終發(fā)光裝置的尺寸分離發(fā)光結(jié)構(gòu)；在發(fā)光結(jié)構(gòu)上形成導(dǎo)電襯底；拋光預(yù)備襯底的底面以減小預(yù)備襯底的厚度；通過加工預(yù)備襯底而形成不平坦的表面結(jié)構(gòu)；選擇性地移除預(yù)備襯底以露出第一導(dǎo)電型氮化物層的部分；以及在第一導(dǎo)電型氮化物層的通過選擇性移除所述預(yù)備襯底而露出的部分上形成電極。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101174664SQ20071016591
公開日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者樸炫柱, 李守烈, 片仁俊, 申賢秀, 金東佑, 金兌俊 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社