專利名稱:用于形成半導(dǎo)體層的方法和用于制造發(fā)光器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
實(shí)施例涉及用于形成半導(dǎo)體層的方法和用于制造發(fā)光器件的方法。
背景技術(shù):
發(fā)光二極管(LED)是一種用于將電流轉(zhuǎn)換為光的半導(dǎo)體發(fā)光二極管。從LED發(fā)射的光的波長取決于在制造LED中使用的半導(dǎo)體材料。其主要原因是根據(jù)半導(dǎo)體材料的帶隙改變被發(fā)射光的波長,所述半導(dǎo)體材料的帶隙表示價(jià)帶的電子和導(dǎo)帶的電子之間的能量差。最近,隨著LED的亮度逐漸地增加,LED被廣泛地用作用于顯示器的光源、用于車輛的光源、以及用于照明的光源,并且還能通過使用熒光材料和發(fā)射各種顏色的LED的組合,實(shí)現(xiàn)發(fā)射具有優(yōu)秀效率的白光的發(fā)光器件。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)施例提供用于形成半導(dǎo)體層的方法和用于制造應(yīng)用新方法的發(fā)光器件的方法。本實(shí)施例提供用于制造其中有源層的內(nèi)量子效率被顯著地提高的發(fā)光器件的方法。根據(jù)本實(shí)施例的用于形成半導(dǎo)體層的方法包括制備生長襯底;在生長襯底上選擇性地形成突出圖案;在生長襯底和突出圖案上形成半導(dǎo)體層;以及選擇性地去除包括突出圖案的半導(dǎo)體層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于制造發(fā)光器件的方法包括制備生長襯底;在生長襯底上選擇性地形成突出圖案;在生長襯底和突出圖案上形成第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層;在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上形成有源層;在有源層上形成第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層;以及執(zhí)行隔離蝕刻,該隔離蝕刻用于選擇性地去除包括突出圖案的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層、以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。
圖1和圖2是示出根據(jù)本實(shí)施例的用于形成半導(dǎo)體層的方法的圖。圖3至圖10是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于制造發(fā)光器件的方法的圖。
具體實(shí)施例方式在實(shí)施例的解釋中,當(dāng)描述每層(膜)、區(qū)域、圖案或者結(jié)構(gòu)部件形成在襯底、各層(膜)、焊盤或者圖案的“上側(cè)/頂部(上)”或者“下側(cè)/底部(下)”的事實(shí)時,諸如“上側(cè) /頂部(上)”或者“下側(cè)/底部(下)”的表達(dá)包括“直接地形成”或者“經(jīng)由其它層(間接地)形成”的意義。此外,結(jié)合每層的上側(cè)/頂部或者下側(cè)/底部,將會基于附圖解釋其標(biāo)準(zhǔn)。在附圖中,為了便于解釋的方便和清晰,每層的厚度或者尺寸被夸大、省略或示意性示出。此外,每個組件的尺寸沒有完全反映真實(shí)尺寸。下面,將會參考附圖,詳細(xì)地解釋根據(jù)本實(shí)施例的用于形成半導(dǎo)體層的方法和用于制造發(fā)光器件的方法。圖1和圖2是示出根據(jù)本實(shí)施例的用于形成半導(dǎo)體層的方法的圖。參考圖1和圖2,首先,突出圖案310選擇性地形成在生長襯底300上,然后,半導(dǎo)體層320形成在包括突出圖案310的生長襯底300上。例如,從藍(lán)寶石(Al2O3)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO,Si、GaP、LiAl203、InP、ΒΝ、Ga2O3> AlN或者Ge中選擇的至少任何一個可以被用于形成生長襯底300。另外,圖1示出其中生長襯底300的上側(cè)被平坦地形成的襯底,但是可以采用其中在其上側(cè)形成了圖案的PSS (經(jīng)構(gòu)圖的藍(lán)寶石襯底)。突出圖案310局部地形成在生長襯底300上。生長襯底300被限定為芯片區(qū)域 100和劃片區(qū)域200,并且芯片區(qū)域100上的半導(dǎo)體層320被劃分為芯片單位,使得它能夠被用作芯片。劃片區(qū)域200是通過用于劃分芯片區(qū)域100的隔離蝕刻來去除的區(qū)域。在生長襯底300上形成用于形成突出圖案310的材料層之后,根據(jù)通過光刻工藝制造的掩模圖案,通過選擇性地去除材料層能夠形成突出圖案310。此外,根據(jù)通過光刻工藝在生長襯底300上制造的掩模圖案,通過選擇性地生長材料層能夠形成突出圖案310。例如,通過氧化鋁層可以形成突出圖案310,并且半導(dǎo)體層320可以是GaN基半導(dǎo)體層。如果在其中形成突出圖案310的生長襯底300上加速半導(dǎo)體層320的生長,那么在突出圖案310上生長的半導(dǎo)體層320和在生長襯底300上生長的半導(dǎo)體層320之間產(chǎn)生生長方向的失配。因此,產(chǎn)生諸如位錯321的缺陷。此外,在布置在突出圖案310附近的生長在生長襯底300上的半導(dǎo)體層320中存在的位錯321會聚到其中在突出圖案310的上側(cè)上存在位錯321的部分。因此,位錯321 集中地存在于其中布置有突出圖案310的部分上。如圖2中所示,本實(shí)施例的半導(dǎo)體層320可以被分類為用作半導(dǎo)體芯片的芯片區(qū)域100 ;和用于劃分芯片區(qū)域100的劃片區(qū)域200。突出圖案310形成在劃片區(qū)域200的生長襯底300上。 劃片區(qū)域200是在用于將半導(dǎo)體層320劃分為芯片單元的工藝期間要被去除的區(qū)域。因此,即使集中地產(chǎn)生位錯321,也根本不影響半導(dǎo)體層320的質(zhì)量。突出圖案310能夠形成于在第一方向上延伸的劃片區(qū)域200上或者形成于在與第一方向垂直的第二方向上延伸的劃片區(qū)域200上。此外,突出圖案310能夠形成于其中在第一方向上延伸的劃片區(qū)域200和在與第一方向垂直的第二方向上延伸的劃片區(qū)域200相互交叉的劃片區(qū)域200上。因此,由于突出圖案310能夠形成在劃片區(qū)域200上,所以在半導(dǎo)體層320上產(chǎn)生的位錯321主要分布在劃片區(qū)域200上,并且位錯321在芯片區(qū)域100上減少。結(jié)果,芯片區(qū)域100的半導(dǎo)體層320能夠被生長為具有非常少缺陷的高質(zhì)量的半導(dǎo)體層。S卩,突出圖案310布置在本實(shí)施例中的劃片區(qū)域200上,并且由此在半導(dǎo)體層320 上產(chǎn)生的位錯321能夠被集中地分布在劃片區(qū)域200的半導(dǎo)體層320上,使得可以在芯片區(qū)域100的半導(dǎo)體層320上減少位錯321。此外,能夠選擇性地去除布置在劃片區(qū)域200上的突出圖案310和半導(dǎo)體層320。圖3至圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于制造發(fā)光器件的方法的圖。參考圖3,用于在生長襯底10上形成突出圖案的用于突出圖案的材料層20形成, 并且掩模圖案25形成在用于突出圖案的材料層20上。例如,從藍(lán)寶石(Al2O3)、SiC、Si、 GaAs、GaN、ZnO, Si、GaP, LiAl2O3^ InP、ΒΝ、Ga2O3^AlN 或者 Ge 中選擇的至少任何一個可以被用于形成生長襯底10。此外,可以采用氧化鋁層來形成用于突出圖案的材料層20。 參考圖4,通過使用掩模圖案25作為掩模來蝕刻用于突出圖案的材料層20,并且由此突出圖案21選擇性地形成在生長襯底10上。掩模圖案25形成,使得突出圖案21能夠布置在劃片區(qū)域上。例如,通過干法蝕刻或者濕法蝕刻能夠蝕刻用于突出圖案的材料層 20,并且當(dāng)使用濕法蝕刻工藝時,通過使用強(qiáng)堿溶液能夠蝕刻用于突出圖案的材料層20。此夕卜,例如,突出圖案21能夠形成為三角錐或者正方錐,并且它不限于它們。參考圖5,包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30、有源層40、以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層 50的發(fā)光結(jié)構(gòu)層形成在其中形成了突出圖案21的生長襯底10上。例如,第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30可以包括η型半導(dǎo)體層。具有InxAlyGai_x_yN(0彡χ彡1,0彡y彡1,0彡x+y彡1) 組成式的半導(dǎo)體材料中的任何一個,例如,InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN,等等,能夠被選擇用于形成第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30,并且諸如Si、Ge、Sn,等等的η型摻雜物能夠被摻雜在材料中。例如,通過將三甲基鎵氣體(TMGa)、SiN4、氫氣、以及氨氣注入室內(nèi), 能夠生長第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30。第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30生長在生長襯底10和突出圖案21上。而且,由于生長方向的位錯,在其中布置有突出圖案21的部分的上側(cè)上,在突出圖案21上生長的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30和在生長襯底10上生長的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30具有多個位錯31。 此外,隨著連續(xù)地生長第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30,在被布置在突出圖案21的附近中的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30中產(chǎn)生的位錯31被傳播到其中存在許多位錯31的突出圖案21的上部分。結(jié)果,在其中布置有突出圖案21的部分中,第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30具有許多的位錯31 ;而在與突出圖案21不相鄰的部分中,第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30能夠生長為具有高質(zhì)量的半導(dǎo)體層。盡管未示出,在形成第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30之前,未摻雜的氮化物層能夠形成在生長襯底10上。第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)沒有被注入到未摻雜的氮化物層,但是未摻雜的氮化物層是可以具有第一導(dǎo)電類型的導(dǎo)電性的氮化物層。例如,未摻雜的氮化物層能夠被形成為未摻雜的GaN層。此外,緩沖層可以形成在未摻雜的氮化物層和生長襯底10之間。此夕卜,未必一定要形成未摻雜的氮化物層,也可以不形成未摻雜的氮化物層。另一方面,有源層40形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30上,并且第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50形成在有源層40上。
有源層40是其中經(jīng)由第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30注入的電子(或者空穴)和經(jīng)由第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50注入的空穴(或者電子)相互碰撞的層,并且由于基于有源層40 的形成材料來改變的能帶的帶隙而發(fā)射光。有源層40能夠被形成為單量子阱、多量子阱(MQW)、量子點(diǎn)、或者量子線中的任何一個,并且它不限于這些結(jié)構(gòu)。通過具有InxAlyGa1^yN(0彡χ彡1,0彡y彡1,0彡x+y彡1)的組成式的半導(dǎo)體材料,能夠形成有源層40。當(dāng)有源層40被形成為多量子阱時,通過堆疊多個阱層和多個阻擋層能夠形成有源層40。例如,通過周期性地堆疊InGaN阱層/GaN阻擋層能夠形成有源層 40。摻入η型摻雜物或者ρ型摻雜物的包覆層(未示出)能夠形成在有源層40的上側(cè)和/或下側(cè)上,通過AlGaN層或者InAlGaN層能夠?qū)崿F(xiàn)包覆層(未示出)。此外,第一導(dǎo)電類型的InGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)或者InGaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)能夠形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30和有源層40之間。此外,第二導(dǎo)電類型的AlGaN層能夠形成在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50和有源層40之間。通過例如ρ型的半導(dǎo)體層,能夠形成第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50。具有組成式, 艮P,InxAlyGa1^yN(0彡χ彡1,0彡y彡1,0彡x+y彡1)的半導(dǎo)體材料中的任何一個,例如 InAlGaN,GaN,AlGaN, InGaN,AlInN,AlN, InN,等等,能夠被選擇用于形成第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50。可以摻雜諸如Mg、Zn、Ca、Sr、Ba,等等的ρ型摻雜物。例如,通過將三甲基鎵(TMGa)、(EtCp2Mg) {Mg(C2H5C5H4)2}、氫氣、以及氨氣注入室內(nèi),能夠生長第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50。同時,第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30可以包括ρ型半導(dǎo)體層,并且第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50可以包括η型半導(dǎo)體層。此外,包括η型或者ρ型半導(dǎo)體的第三導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層 (未示出)可以形成在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50上。因此,發(fā)光結(jié)構(gòu)層可以具有ηρ、ρη、 nprupnp結(jié)中的至少任何一個。此外,在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50中,能夠均勻地或者非均勻地形成雜質(zhì)的摻雜濃度。即,發(fā)光結(jié)構(gòu)層能夠被形成為不同的類型并且它不限于此。參考圖6,導(dǎo)電支撐襯底60形成在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50上。導(dǎo)電支撐襯底 60可以包括支撐層、歐姆接觸層以及支撐層和歐姆接觸層之間的結(jié)合層。支撐層可以包括 Cu、Ni、Mo、Al、Au、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Pd、Pt、Si、Ge、GaAs, ZnO、SiC 中的至少任何一個。此夕卜,由于通過包括Ag或者Al的金屬形成歐姆接觸層,所以它能夠進(jìn)行與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50的歐姆接觸并且還能夠起反射層的作用??商娲?,連同歐姆接觸層,可以另加地制備用于歐姆接觸的層和反射層。例如,通過允許與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50歐姆接觸的材料,形成用于歐姆接觸的層。例如,通過使用從ITO(銦錫氧化物)、IZO(銦鋅氧化物)、 IZTO (銦鋅錫氧化物)、IAZO (銦鋁鋅氧化物)、IGZO (銦鎵鋅氧化物)、IGTO (銦鎵錫氧化物)、AZO (鋁鋅氧化物)、ATO (銻錫氧化物)、GZO (鎵鋅氧化物)、IrOx, RuOx, RuOx/1 TO, Ni、 Ag、Ni/IrOx/Au、或者Ni/Ir0x/Au/IT0中選擇的任何一個或者多于兩個的成分,它可以被實(shí)現(xiàn)為單層或者多層。結(jié)合層可以被形成為包括從Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Au、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt、 Si、Al-Si、Ag-Cd, Au-Sb、Al—Zn、Al-Mg, Al-Ge、Pd-Pb、Ag-Sb、Au-In、Al-Cu-Si、Ag-Cd-Cu,Cu-Sb> Cd-Cu> Al-Si-Cu、Ag-Cu> Ag-Zn> Ag-Cu-Zn> Ag-Cd-Cu-Zn> Au-Si> Au-Ge> Au-Ni > Au-Cu、Au-Ag-Cu、Cu-Cu2O、Cu-Zn、Cu-P、Ni-P、Ni-Mn-Pd, Ni-P、Pd-Ni 中選擇的任何一個或者多于兩個的成分的層。例如,金屬襯底或者半導(dǎo)體襯底可以被用作支撐層,并且支撐層可以通過鍍或者結(jié)合包括從銅(Cu)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鉬(Pt)、金(Au)、銅(W)、鍺(Ge)、硅 (Si)、鉬(Mo)中選擇的至少任何一個來形成。參考圖7,生長襯底10被去除。通過激光剝離方法,也可以去除生長襯底10。參考圖8,將隔離蝕刻應(yīng)用到第一導(dǎo)電類型半 導(dǎo)體層30、有源層40以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50,使得能夠去除芯片區(qū)域100和芯片區(qū)域100之間的劃片區(qū)域200。這時,去除存在于劃片區(qū)域200中的突出圖案21,并且也去除劃片區(qū)域200的位錯 31。參考圖9,鈍化層70形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30、有源層40以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50上,并且電極層80形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30上。參考圖10,如果導(dǎo)電支撐襯底60被劃分為芯片單位,那么在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30、有源層40以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50布置在電極層80和導(dǎo)電支撐襯底60之間的條件下,能夠制造其中在相對的方向上布置電極層80和導(dǎo)電支撐襯底60的垂直發(fā)光器件。盡管未示出,通過使用圖5的層壓結(jié)構(gòu),還能制造沿著相同方向在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50上布置的第一電極層和第二電極層。例如,在圖5中示出的層壓結(jié)構(gòu)中,將用于將第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30、有源層40 以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50劃分為芯片單位的隔離蝕刻應(yīng)用到劃片區(qū)域,并且為了暴露第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30的一些部分執(zhí)行臺面蝕刻。結(jié)果,第一電極層和第二電極層能夠形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層30,和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層50上。在本說明書中對于“一個實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“示例性實(shí)施例”等的引用意味著結(jié)合實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實(shí)施例中。在說明書中, 在各處出現(xiàn)的這類短語不必都表示相同的實(shí)施例。此外,當(dāng)結(jié)合任何實(shí)施例描述特定特征、 結(jié)構(gòu)或特性時,都認(rèn)為結(jié)合實(shí)施例中的其它實(shí)施例實(shí)現(xiàn)這樣的特征、結(jié)構(gòu)或特性也是本領(lǐng)域技術(shù)人員所能夠想到的。雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的多個示例性實(shí)施例描述了實(shí)施例,但是應(yīng)該理解,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到許多其它落入本公開原理的精神和范圍內(nèi)的修改和實(shí)施例。更加具體地,在本公開、附圖和所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的主題組合布置的組成部件和/或布置方面, 各種變化和修改都是可能的。除了組成部件和/或布置方面的變化和修改之外,對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,替代使用也將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于形成半導(dǎo)體層的方法,包括 制備生長襯底;在所述生長襯底上選擇性地形成突出圖案; 在所述生長襯底和所述突出圖案上形成半導(dǎo)體層;以及選擇性地去除包括所述突出圖案的所述半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于形成半導(dǎo)體層的方法,其中所述生長襯底被限定為芯片區(qū)域和劃片區(qū)域,并且所述突出圖案被布置在所述劃片區(qū)域上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于形成半導(dǎo)體層的方法,其中所述突出圖案被布置在交叉區(qū)域上,所述交叉區(qū)域是在第一方向上延伸的所述劃片區(qū)域和在垂直于所述第一方向的第二方向上延伸的所述劃片區(qū)域彼此相交的交叉區(qū)域。
4.一種用于制造發(fā)光器件的方法,包括 制備生長襯底;在所述生長襯底上選擇性地形成突出圖案;在所述生長襯底和所述突出圖案上形成第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層;在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上形成有源層;在所述有源層上形成第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層;以及執(zhí)行隔離蝕刻,該隔離蝕刻用于選擇性地去除包括突出圖案的所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、所述有源層、以及所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造發(fā)光器件的方法,進(jìn)一步包括在所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上形成導(dǎo)電支撐襯底,然后在執(zhí)行所述隔離蝕刻之前去除所述生長襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于制造發(fā)光器件的方法,進(jìn)一步包括在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、所述有源層、以及所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上形成鈍化層,并且在執(zhí)行所述隔離蝕刻之后在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上形成電極層。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造發(fā)光器件的方法,其中所述生長襯底被定義為芯片區(qū)域和劃片區(qū)域,并且所述突出圖案被布置在所述劃片區(qū)域上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造發(fā)光器件的方法,其中所述突出圖案被布置在交叉區(qū)域上,所述交叉區(qū)域是在第一方向上延伸的劃片區(qū)域和在垂直于所述第一方向的第二方向上延伸的劃片區(qū)域彼此相交的交叉區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造發(fā)光器件的方法,其中所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、所述有源層、以及所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層分別包括GaN基半導(dǎo)體層。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造發(fā)光器件的方法,其中所述突出圖案包括氧化鋁層。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于形成半導(dǎo)體層的方法和用于制造發(fā)光器件的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于制造發(fā)光器件的方法包括制備生長襯底;在生長襯底上選擇性地形成突出圖案;在生長襯底和突出圖案上形成第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層;在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上形成有源層;在有源層上形成第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層;以及執(zhí)行隔離蝕刻,該隔離蝕刻用于選擇性地去除包括突出圖案的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層、以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。
文檔編號H01L33/32GK102157631SQ201010621008
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者姜大成, 韓尚勛 申請人:Lg伊諾特有限公司