專利名稱：半導(dǎo)體器件、發(fā)光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件、發(fā)光器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
GaN通常被認(rèn)為是一種化合物半導(dǎo)體材料，適用于藍(lán)光發(fā)射器件或高溫電子器件。 近來，由于藍(lán)光發(fā)射器件的廣泛應(yīng)用，使得GaN基底的需求增加。但是，由于高質(zhì)量的GaN 基底可能不容易制造，從而導(dǎo)致GaN基底的制造成本和制造時間大大增加。與硅或藍(lán)寶石不同，GaN不能以鑄塊的形式生長，因此，采用外延生長方法在異質(zhì) 基底上生長GaN，該異質(zhì)基底比如為SiC基底或藍(lán)寶石基底。由于異質(zhì)基底和GaN晶體之間 的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)不同，因此，導(dǎo)致GaN的位錯密度變高，進(jìn)而可能造成使用GaN基 底的器件的性能降低，并且在制造這些器件時，有可能出現(xiàn)各種各樣的問題。為了減少問題的出現(xiàn)，則制造過程就會變得復(fù)雜，且制備時間就會隨之增加。舉個 例子來說，橫向外延過生長(ELO，Epitaxial Lateral Overgrowth)法被廣泛應(yīng)用于制造 高質(zhì)量的GaN基底，在該方法中，通過使用具有帶狀圖樣的SiO2掩膜來防止由于異質(zhì)基底 和GaN晶體之間的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)不同引起的應(yīng)力。也就是說，根據(jù)ELO法，在基底 上生長GaN層后，將具有GaN層的基底從反應(yīng)器中取出并放入沉積裝置中，在GaN層上沉積 SiO2層。然后將具有S^2層的基底從沉積裝置中取出，S^2掩膜圖案便通過光刻過程形成 在基底上。然后將基底再一次放入反應(yīng)器中，完成GaN層的制備(參見韓國專利公開號為 455277的專利申請)。但是，由于ELO法非常復(fù)雜，因此處理時間會增長，而且重復(fù)性和成 品收率較低。同時，使用化合物半導(dǎo)體的發(fā)光器件必須提高光發(fā)射效率，并降低能量損失。也就 是說，從發(fā)光器件的活性層發(fā)射出的光指向發(fā)光器件的表面和基底，使得光被吸收到基底 中，從而降低了光發(fā)射效率。為了解決這個問題，通過使用具有超細(xì)表面的圖形藍(lán)寶石基底 以下面這種方式來分散指向基底的光當(dāng)指向發(fā)光器件表面的光量增加時，則可減少吸收 到基底中的光量。但是，制造具有超細(xì)表面的基底需要復(fù)雜的處理過程和長處理時間。具有大直徑的、價格低廉的Si片能取代SiC基底和藍(lán)寶石基底，作為生長GaN的 基底。但是，由于Si基底和GaN晶體之間的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的差別較大，因此，可能 得不到高質(zhì)量的GaN基底。另外，由于Si的低帶隙能和不透光性質(zhì)，因此，從發(fā)光器件的活 性層發(fā)射的光被吸收到Si基底中，從而可能會降低光發(fā)射效率。綜上所述，制造具有較少晶體缺陷的、高質(zhì)量的化合物半導(dǎo)體基底需要昂貴的、復(fù) 雜的工藝過程，比如光刻過程。另外，雖然采用昂貴的、復(fù)雜的工藝過程能降低能耗，但是， 重復(fù)性和成品收率仍然較低。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本實施例提供一種半導(dǎo)體器件及發(fā)光器件，其制造過程簡單、成本低廉、且具有較高的質(zhì)量和較高的生產(chǎn)效率。技術(shù)方案根據(jù)本實施例，提供了一種半導(dǎo)體器件，該器件包括基底；排列在基底上的多個 棒；位于在棒之間的基底上的金屬層；以及位于在棒上和棒之間的半導(dǎo)體層。根據(jù)本實施例，提供了一種發(fā)光器件，該器件包括基底；排列在基底上且相互隔 開的多個棒；位于在棒之間的基底上的金屬層；位于棒上和棒之間的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體 層；位于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的活性層；以及位于活性層上的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。根據(jù)本實施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括制備基底；在基 底上設(shè)置多個顆粒；使用所述顆粒作為掩膜，通過刻蝕部分基底以形成多個棒；在所述棒 之間形成金屬層；在所述棒上和所述棒之間形成第一半導(dǎo)體層。有益效果根據(jù)本實施例的制造半導(dǎo)體器件的方法，通過利用包含顆粒(比如氧化硅球)的 掩膜刻蝕基底以形成多個棒，這里，所述基底具體是指在支持基底上所形成的半導(dǎo)體層。除此之外，根據(jù)本實施例的制造半導(dǎo)體器件的方法，金屬層沉積在棒之間，然后半 導(dǎo)體層從暴露在金屬層上面的半導(dǎo)體棒的側(cè)面生長。因此，與傳統(tǒng)的使用光刻過程的ELO法不同的是根據(jù)本實施例的制造半導(dǎo)體器 件的方法，能在低成本的條件下制造出高質(zhì)量的半導(dǎo)體器件，且具有較高的重復(fù)性和產(chǎn)品 收率。除此之外，根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體器件及發(fā)光，由于金屬層的存在，能降低半導(dǎo)體 層的電阻，且能提高半導(dǎo)體層的電特性。此外，由于金屬層充當(dāng)了反射層，因此，發(fā)光器件能提高根據(jù)本實施例的發(fā)光器件 的光發(fā)射效率。除此之外，由于棒與基底之間的接觸面積降低，因此，能降低半導(dǎo)體器件或發(fā)光器 件中的半導(dǎo)體層的缺陷。也就是說，棒作為緩沖物，補(bǔ)償了基底及半導(dǎo)體層在晶體學(xué)方面的差異。這樣，就 降低了根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體器件和發(fā)光器件的晶體缺陷。根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體器件和發(fā)光器件，被提高了性能，且能很容易被制造出來。


圖1到圖5為根據(jù)一實施例制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的截面圖；圖6到圖7為根據(jù)另一實施例制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的截面圖。
具體實施例方式在一實施例的描述中，應(yīng)當(dāng)理解當(dāng)基底、棒、層、顆?；螂姌O指的是在另一基底、 另一棒、另一層、另一顆?；蛄硪浑姌O的上面或下面的基底、棒、層、顆?；螂姌O時，基底、 棒、層、顆?；螂姌O可以直接或間接地在所述另一基底、另一棒、另一層、另一顆?；蛄硪浑?極的上面，或者，也可以存在一個以上中間的基底、棒、層、顆粒或電極。而且，“在上面”或 “區(qū)域”的含義應(yīng)由根據(jù)附圖確定。圖中的一些化合物的厚度和尺寸被放大。除此之外，每 個化合物的尺寸并不全然反映其真實的尺寸。
圖1至圖5為根據(jù)一實施例制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的截面圖，其中，圖1(b) 為圖1(a)的俯視圖。參見圖1，第一化合物半導(dǎo)體層11生長在基底10上，且顆粒12覆蓋在第一化合物 半導(dǎo)體層11上?；?0為支持第一化合物半導(dǎo)體層11的支持基底?；?0可以包括藍(lán)寶石(Al2O3)、GaAs、尖晶石、hP、SiC或Si。上述材料具有 下面描述的優(yōu)點(diǎn)，因此能夠根據(jù)應(yīng)用或目的選擇上述合適的材料作為基底。藍(lán)寶石基底在 高溫度下具有較好的穩(wěn)定性，但是藍(lán)寶石基底的尺寸較小，因此，不適合制造大尺寸的半導(dǎo) 體器件。SiC具有與GaN相同的晶體結(jié)構(gòu)，且在高溫下具有較好的穩(wěn)定性，其中，GaN是典型 的氮化物半導(dǎo)體材料。除此之外，SiC的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)也與GaN的晶格常數(shù)和熱 膨脹系數(shù)相近，但是SiC的價格較為昂貴。Si基底與GaN的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的差別 較大，但是，Si基底能被用來制造12英寸以上的大尺寸的半導(dǎo)體器件，如此，能降低制造成 本，且能制造適用于不同應(yīng)用的半導(dǎo)體器件。生長在基底10上的第一化合物半導(dǎo)體層11，是為了形成半導(dǎo)體棒20，這將在后面 詳細(xì)闡述。優(yōu)選地，第一化合物半導(dǎo)體層11包括與第二化合物半導(dǎo)體層40相近或相同的 材料，這將在后面詳細(xì)闡述。因此，生長圖1中所示的第一化合物半導(dǎo)體層11的方法也就 與生長圖4中所示的第二化合物半導(dǎo)體層40的方法基本相同，因此，下面將只詳細(xì)描述圖 1中所示的第一化合物半導(dǎo)體層11的生長方法，而生長圖4中所示的第二化合物半導(dǎo)體層 40的方法將不再重復(fù)。雖然未在圖中示出，但是，為了減小基底10與第一化合物半導(dǎo)體層11在晶體學(xué)方 面的不同，則可形成緩沖層，進(jìn)而減少晶體缺陷的密度。優(yōu)選地，緩沖層包括與第一化合物 半導(dǎo)體層11晶體性質(zhì)相同的材料，以便獲得化學(xué)穩(wěn)定性。具體地，緩沖層優(yōu)選地包括與第 一化合物半導(dǎo)體層11的晶體結(jié)構(gòu)、晶常參數(shù)、及熱膨脹系數(shù)相近或相同的材料，之后利用 這些材料形成緩沖層。更優(yōu)選地，緩沖層包括與第一化合物半導(dǎo)體層11晶體結(jié)構(gòu)相同、且 與第一化合物半導(dǎo)體層11的晶格常數(shù)的差別小于20%范圍內(nèi)的材料。更具體地，當(dāng)?shù)谝换衔锇雽?dǎo)體層11包括N基化合物半導(dǎo)體時，緩沖層可以為使 用GaN層、AlN層、AlGN層或三者的任意組合制備成單層或多層。通常，緩沖層通過金屬有 機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD，Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法形成，在該方法 中，反應(yīng)前驅(qū)物在預(yù)設(shè)的流速下通過各自獨(dú)立的線路注射到反應(yīng)器中，且反應(yīng)器保持預(yù)設(shè) 的壓力和溫度，以便使反應(yīng)前驅(qū)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成預(yù)期厚度的緩沖層。舉個例子來 說，反應(yīng)前驅(qū)物可以包括三甲基鋁(TMAl)、三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)或GaCl3。除 此之外，氨氣(NH3)、氮?dú)鈿?或叔丁基胺(N(C4H9)H2)可以被用來作為氣源。在生長低溫的 GaN緩沖層時，緩沖層在約400 800°C下生長，直到緩沖層厚度約為10 40nm為止。當(dāng) 生長AlN緩沖層或AlGaN緩沖層時，緩沖層在約400 1200°C下生長，直到緩沖層厚度約為 10 200nm為止?？梢愿鶕?jù)基底、生長設(shè)備(M0CVD設(shè)備)以及生長條件選擇緩沖層。然后，第一化合物半導(dǎo)體層11生長在具有緩沖層的基底上。第一化合物半導(dǎo)體 層11可以包括第三和第五主族元素形成的化合半導(dǎo)體、或第二和第六主族元素形成的化 合物半導(dǎo)體，這些半導(dǎo)體能發(fā)射紫外光、可見光或紅外光。如果N基化合物半導(dǎo)體用作第一 化合物半導(dǎo)體層11，則feiN、InN, AlN, hfeiN、AlfeiN、AlhN、或AlInGaN可以被使用，其中， AlInGaN的表達(dá)式為Al JnyGiizN,其中，0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡ζ彡1。GaN是一種直接躍遷型的、寬帶隙半導(dǎo)體，它的帶隙能為3. ^V，適用于藍(lán)光發(fā)射器件或高溫電子器件。當(dāng) 沉積第一化合物半導(dǎo)體層11時，逐個地、同時、或依次注射化和Al，以形成InN層、AlN層、 InGaN層、AlGaN層、AlInN層、或AlInGaN層，從而使得器件的帶隙可以在1. 9 6. 2eV之 間調(diào)整。GaN層的帶隙為3. 4eV, AlN層的帶隙為6. 2eV, InN層的帶隙為0. 7eV。由于AlN 層的帶隙為6. 2eV,因此，AlN層能發(fā)射紫外光。雖然Alx^vxN(0 < χ < 1)層的帶隙小于 AlN層的帶隙，但是，AlxGiVxN層也能發(fā)射紫外光。GaN層的帶隙為3. ^V，小于AlxGi^xN(0 <x< 1)層的帶隙，而1%叫_力(0 < χ < 1)層的帶隙小于GaN層的能隙，能發(fā)射可見光。 InN層的帶隙為0. 7eV，小于11^^^0(0 < χ < 1)層的能隙，能發(fā)射紅外光。優(yōu)選地，第一化合物半導(dǎo)體層11可以通過MOCVD法、分子束外延(MBE，Molecular beam Epitaxy)法、或氫化物氣相外延(HVPE，Hydride Vapor Phase Epitaxy)法生長。根據(jù)MOCVD法，將基底10放入反應(yīng)器中，并將反應(yīng)前驅(qū)物通過載氣注射到反應(yīng)器 中。然后反應(yīng)前驅(qū)物在預(yù)設(shè)的壓力和溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成第一化合物半導(dǎo)體層 11。如果化合物半導(dǎo)體層為N基半導(dǎo)體層時，則反應(yīng)前驅(qū)物可以包括TMA1、TMGa, TEGa或 GaCl30除此之外，NH3為、或N(C4H9)H2可以用來作為氮化物的氣源。優(yōu)選地，反應(yīng)器的溫度 為900 1150°C，反應(yīng)器的壓力為1(Γ5 2000mmHg。利用MOCVD法形成GaN層的過程如化學(xué)反應(yīng)式1所示。[化學(xué)反應(yīng)式1]Ga (CH3) 3+NH3 — Ga (CH3) 3 · NH3通過注射( (CH3) 3 和 NH3,可生成( (CH3) 3 · NH3 ；Ga (CH3) 3 · NH3在基底上熱分解，從而根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式2形成GaN層。[化學(xué)反應(yīng)式2] Ga (CH3) 3 · NH3 — GaN+nCH4+l/2 (3_n) H2第一化合物半導(dǎo)體層11以簇或島的方式在緩沖層上生長，并被吸收到基底(緩沖 層)中。最終，第一化合物半導(dǎo)體層11以平面層狀形式生長。當(dāng)?shù)谝换衔锇雽?dǎo)體層11長到預(yù)期的厚度時，將基底10從反應(yīng)器中取出，并且將 預(yù)先制備的顆粒12覆蓋在第一化合物半導(dǎo)體層11上。顆粒12的形狀可以包括球狀。顆粒12可以通過各種材料制備得到，比如Si02、 A1203、Ti02、ZrO2> Y2O3-ZrO2^ CuO> Cu2O> Ta2O5^ PZT (Pb (Zr, Ti) O3)、Nb205、FeS04、Fe3O4^ Fe2O3^ Na2SO4XeO2以及CdS。除此之外，可以根據(jù)化合物半導(dǎo)體器件的類型和尺寸，在幾納米(nm) 到幾十微米(Pm)之間選擇顆粒的尺寸(直徑)。一般，在GaN基底上形成的、用作發(fā)光器 件的GaN層的厚度為幾微米，因此，優(yōu)選地，球的尺寸在IOnm 2μπι之間。除此之外，由于 SiO2球能很容易地覆蓋在第一化合物半導(dǎo)體層11上，并能很容易地從第一化合物半導(dǎo)體層 11上去除，因此，優(yōu)選地，顆粒12為SW2球。SiO2球可通過如下方法制備。首先，將原硅酸四乙酯(TEOS，tetraethyl orthosilicate)溶解在無水乙醇中形成第一溶液。除此之外，將氨水乙醇溶液和去離子水 與乙醇混合形成第二溶液。氨水作為生成顆粒的催化劑。接著，將第一溶液與第二溶液混 合，并在預(yù)設(shè)時間內(nèi)、預(yù)設(shè)溫度下攪拌混合液，從而形成SiO2球。然后，離心分離包含顆粒 的溶液，使顆粒從溶液中分離出來。用乙醇清洗分離出的顆粒，并將清洗后的顆粒分散到乙 醇溶液中，從而得到包含顆粒的漿狀溶液?？筛鶕?jù)制備條件，比如反應(yīng)時間、溫度、以及反應(yīng)
7物的量，調(diào)整顆粒的尺寸。同時，本申請的申請人提出了 “在覆蓋有顆粒的基底上生長化合 物半導(dǎo)體層的方法”(2005年3月9日遞交的申請?zhí)枮?0-2005-0019605的韓國專利申請； 2006年9月19日出版的公開號為10-2006-0098977的韓國未審查專利)。上述申請中已 詳細(xì)公開了制備SiO2球的方法。然后，將包含顆粒12的溶液通過的滴、浸或旋涂的方式覆蓋到形成有第一化合物 半導(dǎo)體層11的基底上。此時，可通過控制覆蓋時間和覆蓋頻率的方式調(diào)整在基底上的顆粒 12的密度。優(yōu)選地，如圖1所示，顆粒12不會很稠密地分布在第一化合物半導(dǎo)體層11上， 以便第一化合物半導(dǎo)體層11能被適當(dāng)?shù)乇┞冻鰜?。利用顆粒12形成半導(dǎo)體棒20，并在暴 露在顆粒12之間的基底10的表明上形成金屬層30，這將在后面詳細(xì)闡述。優(yōu)選地，金屬層 30之間相互連接，以減少電阻。除此之外，金屬層30能反射從活性層52發(fā)射出的、指向基 底10的光?？紤]到這點(diǎn)，金屬層30應(yīng)當(dāng)具有足夠大的面積以提高從金屬層30反射出的光 的質(zhì)量。如果顆粒12隨意地覆蓋在第一化合物半導(dǎo)體層11上，則從半導(dǎo)體棒20的側(cè)面生 長的第二化合物半導(dǎo)體層40的生長時間會增長。因此，考慮到半導(dǎo)體發(fā)光器件的光發(fā)射效率以及第二化合物半導(dǎo)體層40的生長 速率，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)整顆粒12的密度。參見圖2，半導(dǎo)體棒20可通過使用覆蓋顆粒12作為掩膜、刻蝕第一化合物半導(dǎo)體 層11得到。半導(dǎo)體棒20可以為島狀。也就是說，半導(dǎo)體棒20形成半導(dǎo)體島。除此之外， 半導(dǎo)體棒20還可以為柱狀。也就是說，半導(dǎo)體棒形成半導(dǎo)體柱。除此之外，半導(dǎo)體棒20還 可以為圓柱狀。也就是說，本實施例使用顆粒12作為刻蝕掩膜，而不使用昂貴的光掩膜來 進(jìn)行光刻過程。如此，本實施例能在低成本的條件下，很容易地形成具有與顆粒12相同尺 寸的半導(dǎo)體棒20。此時，半導(dǎo)體棒20的密度與覆蓋的顆粒的密度相同。顆粒12可以被隨機(jī)地排列在第一化合物半導(dǎo)體層11上。換句話說，顆粒12可以 不規(guī)則地排列在第一化合物半導(dǎo)體層11上。在這種情況下，半導(dǎo)體棒20也就隨機(jī)形成了， 即半導(dǎo)體棒20隨機(jī)形成在基底10上。也就是說，半導(dǎo)體棒20之間以不規(guī)則的間隙隔開。 除此之外，根據(jù)本實施例，在半導(dǎo)體發(fā)光器件中的半導(dǎo)體棒20的位置、數(shù)量和/或形狀可以 發(fā)生變化。如圖2所示，刻蝕第一化合物半導(dǎo)體層11直至基底10的上表面被暴露出來，相反 地，第一化合物半導(dǎo)體層11被刻蝕到不露出基底10的上表面，以形成半導(dǎo)體棒20。由于干刻蝕法具有較好的刻蝕的各向異性，因此，優(yōu)選地使用干刻蝕法作為刻蝕 法。具體地，可以使用反應(yīng)離子刻蝕(RIE，ReaCtive Ion Etching)或等離子刻蝕，比如電感 耦合等離子(ICP Jnductively Coupled Plasma)和變壓器耦合等離子(TCP，Transformer Coupled Plasma) 0可以使用適合第一化合物半導(dǎo)體層11的材料的典型的刻蝕氣體。例 如，如果第一化合物半導(dǎo)體層11包含GaN，則BCl3或Cl2可以被用來作為刻蝕氣體。除此 之外，應(yīng)當(dāng)根據(jù)半導(dǎo)體棒20的高度選用刻蝕方法、刻蝕深度及刻蝕率，從而確定刻蝕的處 理條件，比如刻蝕時長、刻蝕壓力和溫度。半導(dǎo)體棒20的高度可以為約0. 5 5 μ m之間的 任意高度，但不局限于此范圍。雖然已經(jīng)描述了第一化合物半導(dǎo)體層11在基底10上的形成過程，以及通過朝基 底10方向刻蝕第一化合物半導(dǎo)體層11形成半導(dǎo)體棒20的過程，但是，本實施例不局限于 此。也就是說，如圖6所示，顆粒12可以直接覆蓋在未形成有第一化合物半導(dǎo)體層11的基底10’上。在這種情況下，可以通過將顆粒12作為刻蝕掩膜、刻蝕基底10’到預(yù)設(shè)的深度 的方式得到半導(dǎo)體棒20’，這里，半導(dǎo)體棒20’的材料與基底10’的材料相同。此時，用于刻 蝕第一化合物半導(dǎo)體層11的干刻蝕法可以用來刻蝕基底10’。由于刻蝕靶的材料的不同， 刻蝕氣體和處理條件可能會發(fā)生輕微變化。例如，如果基底10’包含Si，則SF6或C4F8可以 用作刻蝕氣體。然后，金屬層30沉積在半導(dǎo)體棒20之間的基底10上。無需使用處理條件復(fù)雜 的外延生長方法來生長金屬層30?？紤]到生產(chǎn)率，濺射法或蒸鍍法可以被用來沉積金屬層 30。由于濺射法具有較好的沉積的各向異性，因此，優(yōu)選地，使用濺射法。金屬層30可以阻 止從活性層52發(fā)射的光被吸收到基底10中。金屬層30充當(dāng)反射層，用于朝發(fā)光器件的表 面反射光。由于金屬層30充當(dāng)了發(fā)光器件的電極，因此，金屬層30必須具有較高的反射率 和較低的電阻。例如，金屬層30可以包括Pt、Au、Ta、Ti、Cr、Al、Cu、或上述金屬的合金。除 此之外，金屬層30至少包含采用兩種不同金屬制備的兩層。在這種情況下，沉積每層金屬 所使用的方法可以相同，也可以不同。金屬層30應(yīng)具有足夠的厚度以反射光。除此之外，金屬層的厚度應(yīng)小于半導(dǎo)體棒 20的高度，以便使第二化合物半導(dǎo)體層40可以從暴露在金屬層30上的半導(dǎo)體棒20的側(cè)面 生長。例如，金屬層30的厚度可以在幾十到幾百納米范圍之間。如圖3所示，金屬層30 主要沉積在半導(dǎo)體棒20之間的基底10上，而不是沉積在半導(dǎo)體棒20的側(cè)面和顆粒12的 表面上。金屬層30在半導(dǎo)體棒20較低邊緣處的沉積厚度變高，從而使得金屬層30呈現(xiàn)出 輕微的凹狀?？梢詫饘賹?0進(jìn)行熱處理。也就是說，在氨氣或氮?dú)獾姆諊?、?00 600°C 的溫度下快速熱處理金屬層30幾秒到幾十秒；其中，熱處理溫度應(yīng)小于金屬層所使用的金 屬的熔點(diǎn)。由于在熱處理過程中，金屬層可能發(fā)生回流(ref low)，因此，可使得金屬層的表 面變得平整，從而提高金屬層的反射率。除此之外，金屬層30還可以通過熱處理過程得到 穩(wěn)定，從而能在后續(xù)的處理中阻止金屬層30被氧化或被分層。接著，如圖4所示，化合物半導(dǎo)體從半導(dǎo)體棒20的側(cè)面進(jìn)行生長，從而形成第二化 合物半導(dǎo)體層40，第二化合物半導(dǎo)體層40覆蓋了半導(dǎo)體棒20和顆粒12。與第一化合物半 導(dǎo)體層11相似，第二化合物半導(dǎo)體層40可以通過MOCVD法得到。然而，與從基底10的整 個表面區(qū)域生成的第一化合物半導(dǎo)體層11不同的是第二化合物半導(dǎo)體層40從暴露在金 屬層30上的半導(dǎo)體棒20的側(cè)面進(jìn)行生長。例如，第一化合物半導(dǎo)體層11的生長機(jī)制為懸 空外延(PE，Pendeo-Epitaxy)生長機(jī)制。PE生長法基本與ELO法相同。根據(jù)ELO法，掩膜形成在平面的半導(dǎo)體層上，以使半 導(dǎo)體層通過掩膜部分地暴露出來，之后生長化合物半導(dǎo)體。首先，化合物半導(dǎo)體在暴露的半 導(dǎo)體層上垂直生長。之后，化合物半導(dǎo)體在掩膜上橫向延伸，從而使已形成的化合物半導(dǎo)體 彼此相連，最終形成化合物半導(dǎo)體層。但是，根據(jù)PE生長法，如圖3所示，由于半導(dǎo)體棒20 之間形成了空隙，因此，化合物半導(dǎo)體從半導(dǎo)體棒20的側(cè)面橫向生長。接著，化合物半導(dǎo)體 彼此相連并垂直生長在基底上。然后，化合物半導(dǎo)體在顆粒12上橫向延伸，以便化合物半 導(dǎo)體再次相連，從而形成第二化合物半導(dǎo)體層40。由于化合物半導(dǎo)體在半導(dǎo)體棒20之間形 成的金屬層30上的生長極少，因此，在金屬層30與第二化合物半導(dǎo)體層40的邊界區(qū)域形成多孔層45。除此之外，不排列在多孔層45范圍內(nèi)的金屬層30可以直接與第二化合物半 導(dǎo)體層40接觸。制造發(fā)光器件時，由于多孔層45能引起介質(zhì)間折射指數(shù)的不同，因此，多 孔層45能提高從活性層52發(fā)射出的、指向基底10的光的反射率。根據(jù)本實施例，第二化合物半導(dǎo)體層40可以具有各種特征。例如，第二化合物半 導(dǎo)體層40可以使用單一材料被制備成單層結(jié)構(gòu)，或使用不同的材料制備成多層結(jié)構(gòu)。除 此之外，在沉積化合物半導(dǎo)體層時，從Si、Ge、Mg、Zn、0、Se、Mn、Ti、Ni以及!^e所組成的組 中選擇至少一種材料進(jìn)行注射，從而使化合物半導(dǎo)體層可以含有異質(zhì)材料。操作者可以通 過原位摻雜、先位摻雜、或離子植入的方式選擇性地添加異質(zhì)材料，以改變化合物半導(dǎo)體層 的電性能、光性能或磁性能。根據(jù)原位摻雜，在化合性物半導(dǎo)體層的生長過程中添加異質(zhì)材 料。根據(jù)先位摻雜，在化合性能半導(dǎo)體層形成后，異質(zhì)材料通過熱處理或等離子處理的方式 注射到化合物半導(dǎo)體層中。根據(jù)離子植入，異質(zhì)材料被加速以與化合物半導(dǎo)體層發(fā)生碰撞， 從而異質(zhì)材料被注射到化合物半導(dǎo)體層中。除此之外，根據(jù)本實施例的化合物半導(dǎo)體層被形成后，在作為基底的該化合物半 導(dǎo)體層上通過氫化物氣相外延(HVPE，hydride vapor phase epitaxy)法沉積厚的化合物 半導(dǎo)體層。HVPE法是一種氣相生長方法，在該方法中，將氣體供應(yīng)到基底上，以便通過氣體 反應(yīng)在基底上生長晶體。如果采用HVPE法制備厚的化合物半導(dǎo)體層，則將基底與化合物半 導(dǎo)體分離、或通過拋光或刻蝕的方式去除基底，可得到在基底上生長均勻的、高質(zhì)量的化合 物半導(dǎo)體層。為了形成厚的化合物半導(dǎo)體層，比如通過HVPE法制備的厚的GaN層，將含有( 金 屬的容器放入反應(yīng)器中，且容器被安裝在反應(yīng)器周圍的加熱器加熱，從而形成( 溶液。( 溶液與HCl發(fā)生反應(yīng)，形成如化學(xué)反應(yīng)式3中的(iaCl氣體。[化學(xué)反應(yīng)式3]Ga (1) +HCl (g) — GaCl (g) +1/2 (g)如果(iaCl氣體與NH3發(fā)生反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式G)，則會形成GaN層。[化學(xué)反應(yīng)式4]GaCl (g) +NH3 — GaN+HCl (g) +H2此時，如化學(xué)反應(yīng)式(5)所示，未反應(yīng)的氣體則會被耗盡。[化學(xué)反應(yīng)式5]HC1+NH3 — NH4Cl (g)HVPE法可以在生長速率為ΙΟΟμπι/hr的條件下生長出較厚的層，從而提高產(chǎn)率。同時，雖然已經(jīng)描述了在顆粒12覆蓋在半導(dǎo)體棒20上的情況下，第二化合物半導(dǎo) 體層40的生長過程，其中，顆粒12被用來形成半導(dǎo)體棒20，但是，本實施例不局限于此。也 就是說，如圖7所示，在形成半導(dǎo)體棒20或沉積金屬層30后，第二化合物半導(dǎo)體層40可以 在顆粒12被去除后生長。相對于半導(dǎo)體棒20，也就是第一化合物半導(dǎo)體11，顆粒12沒有 較強(qiáng)的粘著力。如此，顆粒12可以很容易地通過超聲清洗的方法去除。也可以利用化學(xué)刻 蝕的方法去除顆粒12。例如，如果顆粒12包含SiO2,則顆粒12可以通過將基底浸泡在HF 溶液中的濕刻蝕法去除。然后，參見圖5，在第二化合物半導(dǎo)體層40上形成活性層和第二導(dǎo)電型化合物半 導(dǎo)體層。根據(jù)本實施例，第二化合物半導(dǎo)體層40為第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。其中，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體是指N型半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體是指P型半導(dǎo)體。根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體發(fā) 光器件是具有N型層、活性層及P型層的發(fā)光二極管。相反地，第二化合物半導(dǎo)體層40可以具有N型層、活性層及P型層。除此之外，當(dāng) 第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層生長在第二化合物半導(dǎo)體層40上時，活性層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層 可以依次形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上。例如，第二化合物半導(dǎo)體層40為n-GaN層，第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層53為 P-GaN層。除此之外，活性層52為具有單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)的^GaN。然后，依次將第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層53、活性層42以及第二化合物半導(dǎo)體層 40的預(yù)設(shè)部分定位出圖形，并刻蝕暴露的顆粒12和半導(dǎo)體棒20，從而暴露出部分金屬層 30。然后，將導(dǎo)電材料沉積在暴露的金屬層30上，將導(dǎo)電材料定位出圖形以形成第一 電極61。除此之外，在第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層53上形成第二電極62。例如，導(dǎo)電材料 可以包括金屬，比如Ni或Au，或Ni和Au的合金，或透明的金屬氧化物比如ΙΤ0，其中，Ni和 Au廣泛用作發(fā)光器件的電極。半導(dǎo)體棒20排列在基底10上，且棒與棒之間互相隔開。金屬層30具有凹狀表面。 金屬層30可以直接和第二化合物半導(dǎo)體層40連接。金屬層30的厚度小于半導(dǎo)體棒20的 高度。也就是說，金屬層30填充在半導(dǎo)體棒20之間，以使半導(dǎo)體棒20的側(cè)面可以部分地 暴露出來。第二化合物半導(dǎo)體層40在半導(dǎo)體棒20之間和半導(dǎo)體棒20上排列。采用第一導(dǎo) 電類型的摻雜物摻雜第二化合物半導(dǎo)體層40。第二化合物半導(dǎo)體層40可以是N型半導(dǎo)體 層。N型半導(dǎo)體層可以包括第三主族元素和第五主族元素形成的化合物，比如具有化學(xué)組成 式為LxAlyGEt1TyN(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的半導(dǎo)體材料。例如，N型半導(dǎo)體 層可以包括&ιΝ、InN, A1N、InGaN, AlGaN, InAlGaN,以及AlInN中的至少一種。第一導(dǎo)電類 型的摻雜物為N型摻雜物，可以包括Si、Ge、或Sn?；钚詫?2形成在第二化合物半導(dǎo)體層40上?；钚詫?2可以具有單量子阱結(jié)構(gòu) 或多量子阱結(jié)構(gòu)?；钚詫?2可以具有周期性的hGaN阱層和AKiaN壘層，或具有周期性的 InGaN阱層和GaN壘層。活性層52的光發(fā)射材料可以根據(jù)光的波長發(fā)生變化，比如藍(lán)光波 長、紅光波長和綠光波長。在活性層52的上面和/或下面形成導(dǎo)電覆蓋層。導(dǎo)電覆蓋層可以包括AlGaN層。在活性層52的上面形成第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層53。采用第二導(dǎo)電類型的摻 雜物對第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層53進(jìn)行摻雜。除此之外，使第二電極62與第二導(dǎo)電型 化合物半導(dǎo)體層53的上表面接觸。第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層53可以是P型半導(dǎo)體層。 P型半導(dǎo)體層可以包括第三主族元素和第五主族元素形成的化合物，比如具有化學(xué)組成式 為Ιη/ ρ ^Να) ^ x^1,0 ^x+y ^ 1)的半導(dǎo)體材料。例如，P型半導(dǎo)體層 可以包括GaN、InN, AlN, InGaN, AlGaN, hAlfeiN、以及AUnN中的至少一種。第二導(dǎo)電類型 的摻雜物為P型摻雜物，可以包括Mg、Zn、Ca、Sr、Ba、或第二主族元素。第二化合物半導(dǎo)體層40、活性層52以及第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層53組成發(fā)光 結(jié)構(gòu)50。發(fā)光結(jié)構(gòu)50可以具有N-P結(jié)結(jié)構(gòu)、N-P-N結(jié)結(jié)構(gòu)、P-N結(jié)結(jié)構(gòu)、或P_N_P結(jié)結(jié)構(gòu)。 也就是說，第一導(dǎo)電類型可以是P型，而第二導(dǎo)電類型可以是N型。除此之外，N型或P型的半導(dǎo)體層沉積在第二化合物半導(dǎo)體層40上。綜上所述，從俯視圖中可以看出，由于金屬層30彼此相連，因此，金屬層30與第一 電極(電極片)61電連接，以使金屬層30可以充當(dāng)?shù)诙衔锇雽?dǎo)體層40的電極。如此， 大大減少了電極的電阻，進(jìn)而降低了能耗。除此之外，金屬層30與多孔層45 —起，可以將 從活性層52發(fā)射的、指向基底10的光朝發(fā)光器件的表面反射，即，朝第二導(dǎo)電型化合物半 導(dǎo)體層53反射，以便減少吸收到基底10中的光量，從而顯著提高發(fā)光器件的光發(fā)射效率。根據(jù)本實施例的制造半導(dǎo)體器件的方法，對利用顆粒12作為刻蝕掩膜、沉積在基 底10上的第一化合物半導(dǎo)體層11進(jìn)行刻蝕，從而形成多個半導(dǎo)體棒20。然后，在半導(dǎo)體棒20之間沉積金屬層30，并在暴露在金屬層30上的半導(dǎo)體棒20 的側(cè)面生長第二化合物半導(dǎo)體層40。因此，根據(jù)本實施例的制造半導(dǎo)體器件的方法，能在低成本的條件下很容易地制 造出高質(zhì)量的半導(dǎo)體發(fā)光器件，并且與使用光刻過程的ELO法相比，本實施例的方法具有 較高的重復(fù)性和較高的成品收率。除此之外，根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件，由于金屬層30的存在，能降低第二 化合物半導(dǎo)體層40的電阻，并且能提高第二化合物半導(dǎo)體層40的電性能。此外，在本實施例中，由于金屬層30充當(dāng)了反射層，因此，能提高發(fā)光器件的光發(fā) 射效率。除此之外，在本實施例中，由于半導(dǎo)體棒20和基底10的接觸面積降低，如此，能降 低半導(dǎo)體發(fā)光器件中的第二化合物半導(dǎo)體層40的缺陷。也就是說，在本實施例中，半導(dǎo)體棒20作為緩沖層，補(bǔ)償了基底和第二導(dǎo)電型半 導(dǎo)體層40在晶體學(xué)方面的差異，從而降低了半導(dǎo)體器件的晶體缺陷。根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體器件和發(fā)光器件的性能被明顯提高，并且制造過程較為容
易ο本說明書中關(guān)于“一個實施例”、“一種實施例”、以及“示例性實施例”等的引用是 指結(jié)合實施例描述的特殊特征、結(jié)構(gòu)、或特性包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。這些詞語 在說明書中不同位置的出現(xiàn)并不完全指的是同一個實施例。而且，當(dāng)結(jié)合任何一個實施例 描述特殊特征、結(jié)構(gòu)、或特性時，應(yīng)當(dāng)理解在本領(lǐng)域技術(shù)人員的技術(shù)范圍內(nèi)，可以將這些特 征、結(jié)構(gòu)、或特性與其他任何一個實施例一起應(yīng)用。雖然實施例已經(jīng)描述了許多相關(guān)具體的實施方式，但是，應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人 員所作的其它修改和實現(xiàn)方式，均應(yīng)在本發(fā)明的精神和原則范圍內(nèi)。特別地，可以對組成部 分和/或主題的排列組合作出各種變化和修改，這些均在本公開、附圖和所附的權(quán)利要求 的范圍內(nèi)。除了對組成部分和/或標(biāo)題的排列所作的各種變化和修改外，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，選擇性的使用也是顯而易見的。工業(yè)應(yīng)用本實施例提供的半導(dǎo)體器件、發(fā)光器件及其制造方法，能應(yīng)用于半導(dǎo)體器件及發(fā) 光器件的領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，該器件包括 基底；排列在基底上的多個棒；位于在棒之間的基底上的金屬層；以及位于棒上和棒之間的半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，該器件進(jìn)一步包括在所述棒上形 成的許多顆粒；每個棒上對應(yīng)一個顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述顆粒包括氧化硅、藍(lán)寶石、 氧化鈦、103-Zr02、氧化銅、氧化鉭、Pb (Zr，Ti) O3、氧化鈮、FeSO4、氧化鐵、亞硫酸鈉、或 CdS。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述棒隨機(jī)排列在所述基底上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層直接與所述金屬層 直接連；所述半導(dǎo)體層包括與所述金屬層連接的電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層包括GaN、InN、AlN、 InGaN, AlGaN, Al InN 或 Al hGaN。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層摻雜有Si、Ge、Mg、 Zn、0、Se、Mn、Ti、Ni — Fe。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述金屬層包括Pt、Au、Ag、Ta、 Ti、Cr、Al、Cu或這些金屬的合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在所述金屬層與所述半導(dǎo)體層之 間形成多個孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，每個棒的直徑約為IOnm 2μ m。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述金屬層具有凹狀表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述金屬層的厚度小于所述棒的尚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述基底與所述棒一體形成。
14.一種發(fā)光器件，其特征在于，該器件包括 基底；排列在基底上且相互隔開的多個棒； 位于在棒之間的基底上的金屬層； 位于棒上和棒之間的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層； 位于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的活性層；以及 位于活性層上的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光器件，其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括在所述棒上形 成的許多顆粒；每個所述棒上對應(yīng)一個所述顆粒。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述棒隨機(jī)的排列在所述基底上。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光器件，其特征在于，該器件進(jìn)一步包括 通過所述金屬層與所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相連接的第一電極；以及 與所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相連接的第二電極。
18.—種制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，該方法包括 制備基底；在所述基底上設(shè)置多個顆粒；以及使用所述顆粒作為掩膜，通過刻蝕部分基底以形成多個棒。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括 在所述棒之間形成金屬層；以及在所述棒上和所述棒之間形成第一半導(dǎo)體層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，通過在支持基底上形成第二半導(dǎo)體層 來制備所述基底；通過刻蝕所述第二半導(dǎo)體層來形成多個棒。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，刻蝕所述第二半導(dǎo)體層，直至所述支持 基底的上表面暴露出來。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述金屬層形成后，去除所述顆粒。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層從所述棒的側(cè)面及 所述棒的上表面選擇性地生長。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體器件、發(fā)光器件及其制造方法。該半導(dǎo)體器件包括基底、排列在基底上的多個棒、位于在棒之間的基底上的金屬層以及位于棒上和棒之間的半導(dǎo)體層。由于金屬層的存在，提高了半導(dǎo)體器件的電性能和光性能。
文檔編號H01L33/20GK102124576SQ200980130443
公開日2011年7月13日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者李東鍵, 金容進(jìn), 金杜洙 申請人:Lg矽得榮株式會社