專利名稱：Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，更具體而言，涉及具有包括通過 濕法刻蝕而暴露的側(cè)面的突起的襯底和使用該襯底的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
圖1是描述傳統(tǒng)III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個實例的視圖。所述III族氮 化物半導(dǎo)體器件包括襯底100、在所述襯底100上生長的緩沖層200、在所述緩沖層200上 生長的η型氮化物半導(dǎo)體層300、在所述η型氮化物半導(dǎo)體層300上生長的有源層400、在 所述有源層400上生長的ρ型氮化物半導(dǎo)體層500、在所述ρ型氮化物半導(dǎo)體層500上形成 的P面電極600、在所述ρ面電極600上形成的ρ面焊盤700和在通過臺面刻蝕所述ρ型氮 化物半導(dǎo)體層500和所述有源層400而暴露的所述η型氮化物半導(dǎo)體層上形成的η面電極 800。在所述襯底100的情況下，GaN襯底可用作同質(zhì)襯底，而藍(lán)寶石襯底、SiC襯底或 Si襯底可用作異質(zhì)襯底。不過，可以使用在其上能夠生長氮化物半導(dǎo)體層的任何類型的襯 底。在使用所述SiC襯底的情況中，所述η面電極800可形成在所述SiC襯底側(cè)。在所述襯底100上外延生長的所述氮化物半導(dǎo)體層通常通過金屬有機化學(xué)氣相 沉積(MOCVD)來生長。所述緩沖層200用以克服在所述異質(zhì)襯底100和所述氮化物半導(dǎo)體之間的晶格常 數(shù)和熱膨脹系數(shù)之間的差異。美國專利5，122，845公開了在380°C 800°C在藍(lán)寶石襯底 上生長具有100入 500 A厚度的AlN緩沖層的技術(shù)。另外，美國專利5，290，393公開了 在200°C 900°C在藍(lán)寶石襯底上生長具有10 A 5000 A厚度的Al(x)Ga(1_x)N(0彡χ<1) 緩沖層的技術(shù)。此外，PCT公報W0/05/053042公開了在600°C 990°C生長SiC緩沖層(晶 種層)，并在其上生長111(!^&(1_!^(0<乂彡1)的技術(shù)。優(yōu)選的是，在生長所述η型III族 氮化物半導(dǎo)體層300之前在緩沖層200上設(shè)置非摻雜GaN層。在η型III族氮化物半導(dǎo)體層300中，至少所述η面電極800形成區(qū)域(η型接觸 層)摻雜有摻雜劑。優(yōu)選的是，所述η型接觸層由GaN制成并摻雜有Si。美國專利5，733，796 公開了通過調(diào)節(jié)Si和其他源材料的混合比而以目標(biāo)摻雜濃度摻雜η型接觸層的技術(shù)。所述有源層400通過電子和空穴的復(fù)合產(chǎn)生光量子(光)。通常，所述有源層400 包含In(x)Ga(1_x)N(0 < χ彡1)并具有單量子阱層或多量子阱層。所述ρ型氮化物半導(dǎo)體層500摻雜有諸如Mg等合適的摻雜劑，并通過激活過程而 具有P型導(dǎo)電性。美國專利5，247，533公開了通過電子束照射激活ρ型氮化物半導(dǎo)體層的 技術(shù)。此外，美國專利5，306，662公開了通過在400°C以上退火而激活ρ型氮化物半導(dǎo)體 層的技術(shù)。PCT公報W0/05/022655公開了通過將氨和胼類源材料一起作為用于生長所述ρ 型氮化物半導(dǎo)體層的氮前體而在無需激活過程的情況下使P型氮化物半導(dǎo)體層具有P型導(dǎo) 電性的技術(shù)。設(shè)置ρ面電極600有利于向ρ型氮化物半導(dǎo)體層500提供電流。美國專利5，563，422公開了一種與透光電極相關(guān)的技術(shù)，所述透光電極由Ni和Au組成，形成在所述 P型氮化物半導(dǎo)體層500的幾乎整個表面上，并與所述ρ型氮化物半導(dǎo)體層500歐姆接觸。 另外，美國專利6，515，306公開了在ρ型氮化物半導(dǎo)體層上形成η型超晶格層，并在其上形 成由ITO制成的透光電極的技術(shù)。同時，所述P面電極600可以形成為厚至不透光而將光線反射向襯底100。該技 術(shù)稱為倒裝芯片技術(shù)。美國專利6，194，743公開了與包括厚度超過20nm的Ag層、覆蓋所 述Ag層的擴(kuò)散阻擋層和含有Au和Al的覆蓋所述擴(kuò)散阻擋層的結(jié)合層的電極結(jié)構(gòu)相關(guān)的 技術(shù)。設(shè)置所述P面焊盤700和所述η面電極800以用于電流供應(yīng)和外部引線焊接。美 國專利5，563，422公開了用Ti和Al形成η面電極的技術(shù)。同時，所述η型氮化物半導(dǎo)體層300或所述ρ型氮化物半導(dǎo)體層500可構(gòu)建為單 層或多層。近來，提出了通過激光或濕法刻蝕將所述襯底100與所述氮化物半導(dǎo)體層分離 而制造垂直式發(fā)光器件的技術(shù)。圖2是描述國際公報W0/02/75821中公開的發(fā)光器件，特別是在圖案化襯底210 上生長III族氮化物半導(dǎo)體層220的方法的視圖。所述III族氮化物半導(dǎo)體層220分別在 所述圖案化襯底210的下部表面和上部表面上開始生長，并相互接觸。所述III族氮化物 半導(dǎo)體層220的生長在所述接觸部分得到促進(jìn)從而形成平坦表面。所述圖案化襯底210將 光散射以提高外量子效率，并且晶體缺陷得以減少從而提高了所述III族氮化物半導(dǎo)體層 220的品質(zhì)。圖3是描述用于形成突起的圖案的實例的視圖。圓形、三角形、四邊形或六邊形可 以用作所述圖案。特別是，六邊形圖案具有增大突起的排列密度的優(yōu)點。此處，當(dāng)利用干法 刻蝕使突起形成為圖案的形狀時，對圖案的邊緣進(jìn)行活性刻蝕，從而使得突起的對應(yīng)于圖 案邊緣的部分被刻蝕為圓形。這導(dǎo)致了突起未依隨該圖案形狀的問題。此外，突起的一側(cè) 面變得與其相對側(cè)面平行。因而，限制了散射表面的提供。在該情況中，如果突起的排列密 度較高或突起較小，則在外延生長方面，即，發(fā)光器件的量產(chǎn)性方面可能出現(xiàn)問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題因此，完成本公開以解決在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述缺點，本公開的一個目的是提 供能夠解決前述問題的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。本公開的另一個目的是提供能夠通過使散射突起的側(cè)面的角度多樣化而改善外 量子效率的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。此外，本公開的另一個目的是提供即使使用具有散射突起的襯底也能夠改善量產(chǎn) 性的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。此外，本公開的另一個目的是提供能夠增大襯底上的散射突起的排列密度的III 族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。技術(shù)方案該部分提供了本公開的簡要綜述，而不是其全部范圍或其所有特征的全面披露。根據(jù)本公開的一個方案，提供一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括其上形成有多個突起的襯底，所述多個突起中的每一個均具有三 個銳角部分和三個鈍角部分；和在所述襯底上形成的多個III族氮化物半導(dǎo)體層，并且所 述多個III族氮化物半導(dǎo)體層包括通過電子和空穴的復(fù)合而發(fā)光的有源層。根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，提供一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述III族氮 化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括其上形成有多個突起的襯底；和在所述襯底上形成的多個III 族氮化物半導(dǎo)體層，并且所述多個III族氮化物半導(dǎo)體層包括通過電子和空穴的復(fù)合而發(fā) 光的有源層；其中，所述多個突起中的每一個均包括第一散射表面和第二散射表面，所述第 一散射表面具有第一斜率并通過濕法刻蝕而暴露，所述第二散射表面具有異于所述第一斜 率的第二斜率并形成為尖銳的或尖角的，從而防止生長所述多個III族氮化物半導(dǎo)體層。此外，根據(jù)本公開的另一個方案，提供一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述 III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括藍(lán)寶石襯底，所述藍(lán)寶石襯底上形成有排列為多個陣 列的多個突起，所述多個陣列與所述藍(lán)寶石襯底的平坦區(qū)平行，一個陣列中的所述多個突 起與相鄰陣列中的所述多個突起交替排列，而且所述多個突起中的每一個均具有通過濕法 刻蝕而暴露的散射表面；和在所述襯底上形成的多個III族氮化物半導(dǎo)體層，并且所述多 個III族氮化物半導(dǎo)體層包括通過電子和空穴的復(fù)合而發(fā)光的有源層。有利效果根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，通過使散射突起的側(cè)面的角度多樣 化能夠改善外量子效率。此外，根據(jù)本公開的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，即使使用具有散射突起的襯 底也能夠改善量產(chǎn)性。此外，根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，能夠增大襯底上的散射突起 的排列密度。


圖1是描述傳統(tǒng)III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個實例的視圖。圖2是描述國際公報W0/02/75821中公開的發(fā)光器件的視圖。圖3是描述用于形成突起的圖案的實例的視圖。圖4是描述本公開的突起的形狀和排列結(jié)構(gòu)的實例的視圖。圖5是描述本公開的突起的散射效果的視圖。圖6和7是顯示本公開的突起的一個實例的照片。圖8是描述用于形成本公開的突起的方法的視圖。圖9是顯示本公開的突起的另一個實例的照片。圖10是描述突起相對于平坦區(qū)的排列結(jié)構(gòu)的一個實例的視圖。圖11是描述本公開的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個實例的視圖。
具體實施例方式下文將參照附圖來詳細(xì)描述本公開。圖4是描述本公開的突起的形狀和排列結(jié)構(gòu)的實例的視圖。左側(cè)顯示了本公開的 突起10和突起10的最優(yōu)選排列結(jié)構(gòu)20，右側(cè)顯示了本公開的突起30和突起30的排列結(jié)構(gòu)40的另一實例。排列結(jié)構(gòu)20和排列結(jié)構(gòu)40的共同之處在于通過分別連接突起10的中 心和突起30的中心而構(gòu)成六邊形。然而，位于排列結(jié)構(gòu)20中的突起10的面積大于位于排 列結(jié)構(gòu)40中的突起30的的面積。因此，排列結(jié)構(gòu)20的排列密度大于排列結(jié)構(gòu)40的排列
也/又。圖5是描述本公開的突起的散射效果的視圖。左側(cè)顯示了本公開的突起10的排 列結(jié)構(gòu)20，右側(cè)顯示了經(jīng)干法刻蝕的六邊形突起50的排列結(jié)構(gòu)60。六邊形突起50的排列 結(jié)構(gòu)60具有使光線旋轉(zhuǎn)并消除的路徑70。同時，在本公開的排列結(jié)構(gòu)20中，突起10具有 角度互異的側(cè)面，因而光可以通過短路徑發(fā)射至發(fā)光器件的外部。圖6和7是顯示本公開的突起的一個實例的照片。在襯底的底部表面80上形成 突起10。突起10具有三個銳角部分11、12和13，三個鈍角部分14、15和16，以及通過濕 法刻蝕而暴露的散射表面17。優(yōu)選的是，突起10具有通過另外的濕法刻蝕而暴露的散射 表面18。在突起10的上部設(shè)置有平坦表面的情況中，在生長過程中所述上部可能未被III 族氮化物半導(dǎo)體層充分覆蓋，這可能產(chǎn)生凹點。因此，散射表面18不僅散射光，還能夠從突 起10的上部消除平坦表面，從而限制凹點的生成。下面，將參照圖8說明本公開的突起的形成方法。首先，準(zhǔn)備襯底81。然后在襯底81上沉積SiO2膜90作為掩模圖案。接著將SiO2膜90圖案化。然后在其上進(jìn)行濕法刻蝕。其上形成有SiO2膜90的襯底81極少被刻蝕。其上 不具有SiO2膜90的襯底81被刻蝕，因而襯底81的底部表面80暴露，形成突起10。此處， 突起10的形狀可根據(jù)準(zhǔn)備的襯底81的晶體表面而變化。后面將描述根據(jù)本公開形成圖6 的突起10的詳細(xì)條件。然后，在消除SiO2膜90后，形成具有平坦的頂部表面19和散射表面17的突起10。 圖9顯示了具有平坦的頂部表面19和散射表面17的突起。同時，如果平坦的頂部表面19 不具有足夠的尺寸以生長III族氮化物半導(dǎo)體層，則根據(jù)III族氮化物半導(dǎo)體層的生長條 件，這樣的平坦的頂部表面19可能造成III族氮化物半導(dǎo)體層的凹點。因此，優(yōu)選的是通 過另外的濕法刻蝕過程消除頂部表面19。在SiO2膜90不存在的情況中，對突起10的刻蝕 從平坦的頂部表面19的邊緣開始，從而使得突起10具有尖銳的形狀。圖6和7顯示了通過上述步驟形成的突起10。突起10具有三個銳角部分11、12 和13，以及三個鈍角部分14、15和16，它們具有各種散射角度，由此增大了光的外部發(fā)射率 (相比于銳角部分由直線連接的情況，散射效果可得到更大的改善)。另外，當(dāng)突起10同時 具有散射表面17和18時，突起10可具有不同的散射角度，由此增大了光的外部發(fā)射率。此 外，當(dāng)襯底81的晶體表面確定時，突起10的形狀也得到確定(即使使用各種掩模圖案(例 如，圓形、橢圓形、四邊形等等)，與干法刻蝕不同，突起10不會依隨掩模圖案的形狀)。因 此，本公開提出了通過改變掩模圖案(例如SiO2膜90)中的排列結(jié)構(gòu)來增大突起10的排列 密度且突起10的形狀得到確定的方法(因為通過干法刻蝕得到的突起具有掩模圖案的形 狀，所以陣列無論是與平坦區(qū)平行還是與其垂直排列，突起的排列密度均不會變化。因此， 實施干法刻蝕時，不會出現(xiàn)前述問題)。此外，由于邊緣在干法刻蝕過程中變得圓滑，難以形 成具有三個銳角部分11、12和13以及三個鈍角部分14、15和16的突起10。相反，根據(jù)本 公開，通過濕法刻蝕形成了各散射部分11 16和散射表面17和18。
下面將詳細(xì)描述形成突起10的方法。首先，準(zhǔn)備具有C表面作為III族氮化物半導(dǎo)體層的生長面的藍(lán)寶石襯底81。然 后，在其上沉積厚度為3000 A的SiO2膜90。接著，在SiO2膜90上以3μ m的間隔(距圖 案的中心為4 μ m)圖案化形成直徑為1 μ m的圓形圖案。此處，圖案排成多個陣列A，所述陣 列A與藍(lán)寶石襯底81的平坦區(qū)平行。排列在一個陣列中的多個突起10與相鄰的陣列中排 列的多個突起交替排列(參見圖5、6和10)。然后，使用以3 1的比例混合H2SO4和H3PO4 而制備的蝕刻液，將其上具有圖案化的SiO2膜90的藍(lán)寶石襯底81于280°C濕法刻蝕11分 鐘。隨后通過經(jīng)緩沖的氧化物蝕刻劑除去SiO2膜90。然后，利用前述的蝕刻液將藍(lán)寶石襯 底81在280°C再濕法刻蝕1分鐘。圖11是描述本公開的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個實例的視圖。所述III 族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括其上形成有突起10的襯底81、緩沖層200、η型III族氮化 物半導(dǎo)體層300、通過電子和空穴的復(fù)合而發(fā)光的有源層400和ρ型III族氮化物半導(dǎo)體層 500。以下描述本公開的各種實施方式。(1) 一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述發(fā)光器件包括具有通過濕法刻蝕而 暴露的側(cè)面的突起。(2) 一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述發(fā)光器件包括具有三個銳角部分和 三個鈍角部分的突起。(3) 一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述發(fā)光器件包括具有通過二次刻蝕而 形成的區(qū)域的突起，從而減少了 III族氮化物半導(dǎo)體層中的凹點。(4) 一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述發(fā)光器件包括下述襯底，在所述襯底 中排列在一個陣列中的多個突起與相鄰陣列中排列的多個突起交替排列。
權(quán)利要求
一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括其上形成有多個突起的襯底，所述多個突起中的每一個均具有三個銳角部分和三個鈍角部分；和在所述襯底上形成的多個III族氮化物半導(dǎo)體層，并且所述多個III族氮化物半導(dǎo)體層包括通過電子和空穴的復(fù)合而發(fā)光的有源層。
2.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述多個突起中的每一個 均包含通過濕法刻蝕而暴露的散射表面。
3.如權(quán)利要求2所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述多個突起中的每一 個均包含另外的散射表面，所述另外的散射表面用于防止在所述突起的頂部表面上產(chǎn)生凹 點，并且是通過濕法刻蝕形成。
4.如權(quán)利要求3所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述另外的散射表面具有 與所述散射表面不同的斜率。
5.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述襯底是藍(lán)寶石襯底。
6.如權(quán)利要求5所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，在所述藍(lán)寶石襯底的C表 面上形成所述多個III族氮化物半導(dǎo)體層。
7.—種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括其上形成有多個突起的襯底；和在所述襯底上形成的多個III族氮化物半導(dǎo)體層，并且所述多個III族氮化物半導(dǎo)體 層包括通過電子和空穴的復(fù)合而發(fā)光的有源層；其中，所述多個突起中的每一個均包括第一散射表面和第二散射表面，所述第一散射 表面具有第一斜率并通過濕法刻蝕而暴露，所述第二散射表面具有異于所述第一斜率的第 二斜率并形成為尖銳的，從而防止生長所述多個III族氮化物半導(dǎo)體層。
8.如權(quán)利要求7所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述襯底是藍(lán)寶石襯底， 并在所述藍(lán)寶石襯底的C表面上形成所述多個III族氮化物半導(dǎo)體層。
9.如權(quán)利要求8所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述多個突起形成為在所 述藍(lán)寶石襯底上排列為多個陣列，而且所述多個陣列平行于所述藍(lán)寶石襯底的平坦區(qū)。
10.一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括藍(lán)寶石襯底，所述藍(lán)寶石襯底上形成有排列為多個陣列的多個突起，所述多個陣列與 所述藍(lán)寶石襯底的平坦區(qū)平行，一個陣列中的所述多個突起與相鄰陣列中的所述多個突起 交替排列，而且所述多個突起中的每一個均具有通過濕法刻蝕而暴露的散射表面；和在所述襯底上形成的多個III族氮化物半導(dǎo)體層，并且所述多個III族氮化物半導(dǎo)體 層包括通過電子和空穴的復(fù)合而發(fā)光的有源層。
11.如權(quán)利要求10所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述多個突起中的每一 個均包含另外的散射表面，所述另外的散射表面用于防止在所述突起的頂部表面上產(chǎn)生凹 點，并且是通過濕法刻蝕形成。
12.如權(quán)利要求11所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，所述多個突起中的每一 個均具有三個銳角部分和三個鈍角部分。
13.如權(quán)利要求12所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中，在所述藍(lán)寶石襯底的C 表面上形成所述多個III族氮化物半導(dǎo)體層。
全文摘要
本公開涉及一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括其上形成有多個突起的襯底，所述多個突起中的每一個均具有三個銳角部分和三個鈍角部分；和在所述襯底上形成的多個III族氮化物半導(dǎo)體層，并且所述多個III族氮化物半導(dǎo)體層包括通過電子和空穴的復(fù)合而發(fā)光的有源層。
文檔編號H01L33/12GK101933167SQ200880125877
公開日2010年12月29日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者南起煉, 李泰熙, 金昌臺 申請人:艾比維利股份有限公司