專利名稱：自我接合磊晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，尤其是一種自我接合磊晶形 成半導(dǎo)體發(fā)光元件的磊晶層的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作為標(biāo)準(zhǔn)的矩型外觀，因?yàn)?一般半導(dǎo) 體材料與封裝材料的折射率相差很多，使得全反射角小，所以半導(dǎo) 體發(fā)光元件所產(chǎn)生的光到達(dá)與空氣的界面時(shí)，大于臨界角的光將產(chǎn) 生全反射回到發(fā)光元件晶沖立內(nèi)部。此外，矩形的四個(gè)截面互相平4亍， 光子在交界面離開半導(dǎo)體的機(jī)率變小，讓光子只能在內(nèi)部全反射直 到被吸收殆盡，使光轉(zhuǎn)成熱的形式，造成發(fā)光效果不佳。
因此，改變光的反射是一個(gè)有效提升發(fā)光效率的方法，因此現(xiàn)
有的作法是在基板10的表面部分形成使發(fā)光區(qū)域產(chǎn)生光散射或繞 射的凹部ll及凸部12的結(jié)構(gòu)(如圖l所示)，進(jìn)而^f吏外部量子效 率提高，形成高光取出率的結(jié)構(gòu)。
但是，這些凹部11及凸部12的結(jié)構(gòu)卻也造成后續(xù)磊晶制程的 困難， 一般需要適當(dāng)控制磊晶條件，才可得到平坦且無(wú)孔洞的半導(dǎo) 體層，來(lái)提高光取出率的目的，然而磊晶的參數(shù)例如溫度、壓力、 氣流、五三族比(生成時(shí)V族與III族的原料供給量比)、雜質(zhì)摻雜 等都會(huì)影響磊晶橫向及側(cè)向成長(zhǎng)的速率改變。請(qǐng)參照?qǐng)D2所示，磊 晶時(shí)磊晶層20會(huì)在這些凹部11的底面13及凸部12上方的平面14 開始磊晶，當(dāng)磊晶層20在凸部12上的側(cè)向成長(zhǎng)速率高于凹部11的側(cè)向成長(zhǎng)速率時(shí)，常常容易因?yàn)橄嗷D壓，導(dǎo)致磊晶層20完成 后有孔洞21的產(chǎn)生(如圖3所示)。這些孔洞21為半導(dǎo)體發(fā)光元 件產(chǎn)生的光在內(nèi)部損失，內(nèi)部量子效率降低，影響發(fā)光元件的發(fā)光 效率與使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種自我4妄合 磊晶的方法，在磊晶成長(zhǎng)時(shí)可以避免磊晶參^:誤差所導(dǎo)致孔洞產(chǎn) 生，降低缺陷密度，提高磊晶層的質(zhì)量，進(jìn)而提升內(nèi)部量子效率。
本發(fā)明的另一目的在于提供自我接合磊晶的磊晶層，將該磊 晶層應(yīng)用于發(fā)光元件，可避免磊晶參數(shù)誤差所導(dǎo)致孔洞產(chǎn)生，達(dá)到 高生產(chǎn)量率的目的，并且可提高發(fā)光元件的發(fā)光效率與使用壽命。
本發(fā)明的方法，是在半導(dǎo)體發(fā)光元件的一基4反表面形成多個(gè)4吏 光散射或繞射的凹部及凸部結(jié)構(gòu)后的磊晶方法，其包括在該基板 表面形成一鈍化層，該鈍化層的材質(zhì)包括二氧化硅(Si02)，并定義 出形成這些凹部的蝕刻區(qū)域；然后對(duì)該基板進(jìn)行蝕刻，于前述蝕刻 區(qū)域蝕刻出多個(gè)具有自然晶格的斜面與底面的凹部，及上方為平面 且具有該4屯化層的凸部；以及在前述凹部的底面開始磊晶 一蟲晶 層，其中該蟲晶層會(huì)先填滿這些凹部，然后再覆蓋這些凸部且開始 自我4妾合向上磊晶完成該磊晶層結(jié)構(gòu)。
其中該基板是藍(lán)寶石(Sapphire)、碳化硅(SiC )、硅(Si)、 砷化鎵(GaAs)和氮化鋁(A1N)基板其中之一。該磊晶層的材質(zhì) 為氮化鎵(GaN )、氮化銦鎵(InGaN )、氮化鋁鎵(AlGaN )、 氮化銦鋁4家(InAlGaN )或石粦氮化《家(GaNP )所組成的組其中之一。其中這些凹部形狀為四邊形、圓形、三角形、星形或多邊形所
組成的組其中之一。這些凹部與凸部的構(gòu)成邊是0.01 pm至100 這些凹部的深度0.01 (im至100 nm。
本發(fā)明進(jìn)一步在該蝕刻制程可以延長(zhǎng)蝕刻時(shí)間，在前述蝕刻區(qū) 域蝕刻出多個(gè)具有自然晶才各斜面與底面的凹部，直到這些凸部的剖 面為尖形，成為多個(gè)尖形凸部，且該4屯化層凈皮除去；然后在前述凹 部的底面開始蟲晶該磊晶層，其中該磊晶層會(huì)先填滿這些凹部，然 后再覆蓋這些尖形凸部并且開始自我接合向上磊晶完成該磊晶層 結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，利用蝕刻基板的技術(shù)在基板上形成具有自 然晶格斜面圖案的凹部，再將半導(dǎo)體發(fā)光元件的磊晶層選擇性成長(zhǎng) 于凹部的底面，形成一種自我接合磊晶。本發(fā)明在磊晶成長(zhǎng)時(shí)可以 避免磊晶參數(shù)誤差所導(dǎo)致孔洞產(chǎn)生，降低缺陷密度，提高磊晶層的 質(zhì)量，進(jìn)而^是升內(nèi)部量子效率，可提高發(fā)光元件的發(fā)光效率與4吏用 壽命。并且本發(fā)明因?yàn)橹瞥毯?jiǎn)單，可降低生產(chǎn)成本，適合產(chǎn)業(yè)大量
生產(chǎn)。


圖1是傳統(tǒng)的基板表面形成凹部與凸部的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2是傳統(tǒng)的基板表面磊晶過(guò)程的示意圖，
圖3是傳統(tǒng)的基板表面磊晶后的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖4是本發(fā)明的基才反表面形成凹部及凸部的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖5-1與圖5-2是圖4的基板表面磊晶過(guò)程的示意圖，圖6是圖4的基板表面磊晶后的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖7是本發(fā)明的基板表面形成尖形凸部的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖8-1與8-2是圖7的基板表面蟲晶過(guò)程的示意圖， 圖9是圖7的基板表面磊晶后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及技術(shù)說(shuō)明，現(xiàn)以實(shí)施例來(lái)作進(jìn)一步說(shuō) 明，但應(yīng)了解的是，這些實(shí)施例僅為例示說(shuō)明之用，而不應(yīng)被解釋 為本發(fā)明實(shí)施的限制。
本發(fā)明利用蝕刻基板的技術(shù)，在半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板上形成 具有自然晶格斜面圖案的凹部，使發(fā)光區(qū)域產(chǎn)生光散射或繞射的凹 部及凸部的結(jié)構(gòu)，4吏外部量子效率4是高，形成高光取出率的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明是在半導(dǎo)體發(fā)光元件的一基板100表面形成多個(gè)使光散 射或繞射的凹部110及凸部120結(jié)構(gòu)后的磊晶方法，請(qǐng)參照?qǐng)D4所 示，本發(fā)明的方法是在該基板100表面形成一鈍化層200，并在該 鈍化層200定義出形成這些凹部110的蝕刻區(qū)域。其中該基板100 為藍(lán)寶石(Sapphire)、碳化硅(SiC )、硅(Si)、砷化鎵(GaAs ) 和氮化鋁(A1N)基板其中之一，該鈍化層200的材質(zhì)包括二氧化 硅(Si02)。然后對(duì)該基板100進(jìn)行蝕刻，在前述蝕刻區(qū)域蝕刻出多 個(gè)具有自然晶才各的殺牛面150與底面130的凹部110，及上方為平面 140且具有該鈍化層200的凸部120。其中這些凹部110形狀為四 邊形、圓形、三角形、星形或多邊形所組成的癥且其中之一。這些凹 部110與凸部120的構(gòu)成邊是0.01 jxm至100 |im,并且這些凹部110 的深度為0.01 jmi至廳pm。近年來(lái)，濕式蝕刻藍(lán)寶石基板技術(shù)已經(jīng)被廣為發(fā)展研究，所以 蝕刻藍(lán)寶石基板已經(jīng)不再是一項(xiàng)困難工作，本發(fā)明可利用蝕刻如藍(lán)
寶石基板等基板成具有自然晶格斜面圖案的凹部lio。例如可"f吏用 濕式蝕刻溶液，碌u酸:磷酸-5:2，力o熱至溫度約270。C,即可蝕刻藍(lán) 寶石基板，當(dāng)該鈍化層200的方向平行藍(lán)寶石基板的平邊時(shí)，可以 蝕刻出對(duì)稱的復(fù)合接面，此復(fù)合接面上的斜面150與底面130的角 度約為43°;當(dāng)該鈍化層200的方向垂直藍(lán)寶石基板的平邊時(shí)，可 以蝕刻出自然晶格斜面，此自然晶格的斜面150與底面130的角度 約為32°,以及晶格斜面的復(fù)合面，復(fù)合面的斜面150與底面130 的角度約為60°。
請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D5-1與5-2所示，然后再于前述凹部110的底面130 開始蟲晶一蟲晶層300 (如圖5-1所示)，其中，該磊晶層的材質(zhì)為 氮化鎵(GaN )、氮化銦鎵(InGaN )、氮化鋁鎵(AlGaN )、氮 化銦鋁鎵(InAlGaN)與石粦氮化鎵(GaNP )所組成的組其中之一。 該蟲晶層300只會(huì)選擇性地成長(zhǎng)于凹部110的底面130，并不會(huì)成 長(zhǎng)于蝕刻所形成的斜面150上，也不會(huì)成長(zhǎng)于凸部120上方的鈍化 層200上方，所以該磊晶層300會(huì)先穩(wěn)定成長(zhǎng)填滿這些凹部IIO(如 圖5-2所示)，然后再覆蓋這些凸部120并且開始自我4妻合向上磊晶 完成該磊晶層300結(jié)構(gòu)(如圖6所示)。
本發(fā)明也可增加對(duì)該基板100進(jìn)行蝕刻的時(shí)間，直到該鈍化層 200被除去。如圖7所示，本發(fā)明進(jìn)一步可延長(zhǎng)對(duì)基板100的蝕刻 時(shí)間，在前述蝕刻區(qū)域蝕刻出多個(gè)具有自然晶格斜面150與底面130 的凹部IIO，而這些凸部120的剖面成為尖形，成為多個(gè)尖形凸部 121,直到該鈍化層200凈皮除去。然后再于前述凹部110的底面130 開始蟲晶一蟲晶層300 (如圖8-1所示)，該磊晶層300只會(huì)選擇性 地成長(zhǎng)于凹部110的底面130，并不會(huì)成長(zhǎng)于蝕刻所形成的斜面150 上，也不會(huì)成長(zhǎng)于該尖形凸部121的上方，所以該磊晶層300會(huì)先 穩(wěn)定成長(zhǎng)填滿這些凹部110 (如圖8-2所示)，然后再覆蓋這些尖形凸部121并且開始自我接合向上磊晶完成該磊晶層300結(jié)構(gòu)(如圖 9所示)。
本發(fā)明的自我接合磊晶技術(shù)，在磊晶成長(zhǎng)時(shí)可以避免磊晶參數(shù) 誤差所導(dǎo)致孔洞產(chǎn)生，降低缺陷密度，提高磊晶層的質(zhì)量，進(jìn)而提 升內(nèi)部量子效率，可提高發(fā)光元件的發(fā)光效率與使用壽命。并且本 發(fā)明因?yàn)楣に嚭?jiǎn)單，可降低生產(chǎn)成本，適合產(chǎn)業(yè)大量生產(chǎn)。
以上所述 <又為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā) 明。在上述實(shí)施例中，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明 的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包 含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種自我接合磊晶的方法，是在半導(dǎo)體發(fā)光元件的一基板(100)表面形成多個(gè)使光散射或繞射的凹部(110)及凸部(120)的結(jié)構(gòu)后的磊晶方法，其特征在于在所述基板(100)表面形成一鈍化層(200)，并定義出形成多個(gè)凹部(110)的蝕刻區(qū)域；對(duì)所述基板(100)進(jìn)行蝕刻，在所述蝕刻區(qū)域蝕刻出多個(gè)具有自然晶格的斜面(150)與底面(130)的所述凹部(110)，以及上方為平面(140)且具有所述鈍化層(200)的所述凸部(120)；以及在所述凹部(110)的所述底面(130)開始磊晶一磊晶層(300)，其中所述磊晶層(300)會(huì)先填滿所述多個(gè)凹部(110)，然后再覆蓋所述多個(gè)凸部(120)并且開始自我接合向上磊晶完成所述磊晶層(300)結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自我接合磊晶的方法，其特征在于，所 述基板(100)是藍(lán)寶石、碳化硅、硅、砷化鎵和氮化鋁基板 其中之一。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自我接合磊晶的方法，其特征在于，所 迷鈍化層(200)的材質(zhì)包括二氧化硅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自我接合磊晶的方法，其特征在于，所 述多個(gè)凹部(110)的形狀為四邊形、圓形、三角形、星形或 多邊形所組成的組其中之一。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自我接合磊晶的方法，其特征在于，所
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自我接合磊晶的方法，其特征在于，所 述多個(gè)凹部(110)的;果度為O.Ol ^im至100(mi。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自我接合磊晶的方法，其特征在于，所 述磊晶層(300)的材質(zhì)為氮化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁鎵、氮 化銦鋁鎵或^粦氮化鎵所組成的組其中之一。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自我接合磊晶的方法，其特征在于，所 述蝕刻制程可以延長(zhǎng)蝕刻時(shí)間，直到所述多個(gè)凸部(120)的 剖面為尖形，成為多個(gè)尖形凸部(121 ),且所述省屯化層(200) 被除去。
全文摘要
一種自我接合磊晶的方法，是在半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板表面形成鈍化層，并蝕刻出形成凹部及上方具有該鈍化層的凸部，然后于凹部的底面開始磊晶，該磊晶層會(huì)先填滿這些凹部，然后再覆蓋這些凸部并且開始自我接合向上磊晶完成該磊晶層結(jié)構(gòu)。通過(guò)自我接合磊晶成長(zhǎng)技術(shù)可以避免磊晶參數(shù)誤差所導(dǎo)致孔洞的產(chǎn)生，降低缺陷密度，提高磊晶層的質(zhì)量，進(jìn)而提升內(nèi)部量子效率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101420001SQ20071016730
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2007年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者劉育全 申請(qǐng)人:泰谷光電科技股份有限公司