減小。納米芯65a可生長為具有與開口的形狀相對應(yīng)的形狀。
[0163]為了進(jìn)一步提高納米芯65a的晶體質(zhì)量，在納米芯65a的生長過程中，可將熱處理工藝執(zhí)行一次或多次。具體地說，各個(gè)納米芯65a的上部分的表面可再排列，以具有六棱錐晶面，因此獲得穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，并且確保在后續(xù)工藝中生長的晶體的高質(zhì)量。
[0164]可在上述溫度條件下執(zhí)行熱處理工藝。例如，為了工藝方便，可在與納米芯65a的生長溫度相同或相似的溫度下執(zhí)行熱處理工藝。另外，可按照以下方式執(zhí)行熱處理工藝，即停止諸如TMGa的金屬源，同時(shí)保持壓強(qiáng)和溫度等于或近似納米芯65a的生長壓強(qiáng)和溫度。熱處理工藝可持續(xù)幾秒至幾十分鐘(例如，5秒至30分鐘)，但是即使通過大約10秒至60秒范圍內(nèi)的時(shí)間段也可獲得足夠的效果。
[0165]在納米芯65a的生長工藝中引入的熱處理工藝可防止當(dāng)快速生長納米芯65a時(shí)導(dǎo)致的結(jié)晶度衰退，因此，可促進(jìn)快速晶體生長和優(yōu)秀的晶體質(zhì)量。
[0166]熱處理工藝部分的時(shí)間和用于穩(wěn)定化的熱處理工藝的數(shù)量可根據(jù)最終納米芯的高度和直徑不同地修改。例如，在各個(gè)開口的寬度范圍為300nm至400nm并且各個(gè)開口的高度(掩模的厚度)為大約2.0 μπι的情況下，可在中點(diǎn)(即，大約1.0 μπι)處插入大約10秒至60秒范圍內(nèi)的穩(wěn)定化時(shí)間段，以生長具有期望的高質(zhì)量的芯。根據(jù)芯生長條件可省略穩(wěn)定化工藝。
[0167]接著，如圖28所示，作為高電阻層的電流抑制中間層64可形成在納米芯65a的上部分上。
[0168]在納米芯65a形成為具有期望的高度之后，電流抑制中間層64可在掩模63保持原樣的情況下形成在納米芯65a的上部分的表面上。因此，由于按原樣使用掩模63，因此電流抑制中間層64可容易地形成在納米芯65a的期望的區(qū)域(上部分的表面)中，而不用形成額外掩模。
[0169]電流抑制中間層64可為非故意摻雜的半導(dǎo)體層，或者可為摻雜有與納米芯65a的雜質(zhì)的導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的半導(dǎo)體層。例如，在納米芯65a是η型GaN的情況下，電流抑制中間層64可為未摻雜的GaN或摻雜有作為P型雜質(zhì)的鎂(Mg)的GaN。在這種情況下，通過在相同的生長工藝中改變雜質(zhì)的類型，可連續(xù)地形成納米芯65a和電流抑制中間層64。例如，在停止硅(Si)摻雜、注入鎂(Mg)以及在與η型GaN納米芯的生長條件相同的條件下生長大約I分鐘的情況下，可形成厚度范圍為大約200nm至300nm的電流抑制中間層64，并且這種電流抑制中間層64可有效地阻擋幾y A或更大的漏電流。按照這種方式，如在本實(shí)施例中那樣，在模制類型工藝中可簡單地形成電流抑制中間層。
[0170]接著，如圖29所示，去除掩模層63的到達(dá)作為蝕刻停止層的第一材料層63a的部分，以暴露出多個(gè)納米芯65a的側(cè)表面。
[0171]在本實(shí)施例中，通過應(yīng)用選擇性地去除第二材料層63b的蝕刻工藝，可僅去除第二材料層63b，而可保留第一材料層63a。殘余的第一材料層63a可用于在后續(xù)生長工藝中防止有源層和第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層連接至基層62。
[0172]在本實(shí)施例中，可在利用具有開口的掩模作為模具形成發(fā)光納米結(jié)構(gòu)的工藝中引入額外熱處理工藝，以提高結(jié)晶度。
[0173]在去除掩模63的第二材料層63b之后，納米芯65a的表面可在預(yù)定條件下經(jīng)熱處理，以將納米芯65a的不穩(wěn)定晶面改變?yōu)榉€(wěn)定晶面(請參照圖23和圖24)。具體地說，在本實(shí)施例中，納米芯65a生長在具有傾斜的側(cè)壁的開口上，以具有與開口的形狀對應(yīng)的傾斜的側(cè)壁。然而，在執(zhí)行熱處理工藝之后，晶體再排列并且再生長，從而納米芯65a’可具有基本均勻的直徑(或?qū)挾?。另外，納米芯65a的上部分在生長之后立即可具有不完整的六棱錐形狀，但是熱處理工藝之后的納米芯65a’可包括具有均勻表面的六棱錐形狀。按照這種方式，在去除掩模之后具有非均勻?qū)挾鹊募{米芯可通過熱處理工藝再生長(和再排列)以具有寬度均勻的六棱錐柱形結(jié)構(gòu)。
[0174]下文中，將通過特定實(shí)驗(yàn)性示例描述上述基于熱處理工藝的納米芯的再生長(再排列)的結(jié)果。
[0175]實(shí)驗(yàn)件示例(熱處理工藝)
[0176]兩層SiN/Si02形成在η型GaN基層上，并且形成開口。這里，SiN層(圖31中的“a”)形成為具有大約10nm的厚度，并且S1jl (圖31中的“b”)形成為具有2500nm的厚度。通過光致抗蝕(位于圖31中的“b”上的層)工藝?yán)脤4Fs、02和Ar組合獲得的等離子體執(zhí)行大約5分鐘的蝕刻，來形成掩模的開口。圖31是通過對由所述工藝獲得的開口的截面進(jìn)行成像獲得的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。如圖31所示，掩模中的開口的寬度朝著其下部減小。
[0177]可利用MOCVD工藝在掩模的開口上生長納米芯。這里，TMGa和NH3用作源氣體，并且納米芯生長大約20分鐘，而襯底的溫度保持在大約1100°C。
[0178]為了提高納米芯的晶體質(zhì)量，在納米芯的生長過程中額外執(zhí)行穩(wěn)定化工藝(熱處理工藝)。也就是說，當(dāng)納米芯35a生長以達(dá)到大約1.0 μπι的高度(納米芯的期望的中間點(diǎn)，大約10分鐘)時(shí)，TMGa源的供應(yīng)停止，并且在與生長過程中襯底的溫度相似的溫度(大約1100° )下在見13氣氛下執(zhí)行大約30秒至50秒的熱處理。
[0179]在期望的納米芯的生長完成之后，去除掩模的氧化膜部分。對應(yīng)于開口的形狀的納米芯呈現(xiàn)為具有傾斜的側(cè)壁的圓柱形形狀(請參見圖32)。具有圓柱形結(jié)構(gòu)的納米芯確定為具有大約2467nm的高度和大約350nm的直徑。
[0180]在去除掩模之后，應(yīng)用熱處理工藝。也就是說，在大約1100°C (1000°C至1200°C )的襯底溫度下執(zhí)行大約20分鐘(15分鐘至25分鐘)的熱處理工藝。
[0181]在熱處理工藝之后，納米芯的晶體再生長和再排列，并且確認(rèn)在熱處理工藝之后沿著高度方向不均勻的直徑改變?yōu)榛揪鶆虻闹睆?，并且納米芯的上部分的不完整的六棱錐形狀改變?yōu)榫哂芯鶆虮砻娴牧忮F形狀(請參見圖33)。
[0182]詳細(xì)地說，在熱處理工藝之前的各個(gè)納米芯的直徑wl為350nm，但是在熱處理工藝之后，增加了大約60nm，寬度(w2:六邊形的界面間隔)為大約410nm。另外，經(jīng)確認(rèn)，雖然增大的程度較小，但是各個(gè)納米芯的高度從2467nm改變?yōu)?470nm，從而表現(xiàn)出大約3nm的增加。
[0183]如在實(shí)驗(yàn)性示例中，經(jīng)確認(rèn)，在去除掩模之后具有不均勻?qū)挾鹊募{米芯通過熱處理工藝再生長(和再排列)，以具有寬度均勻的六棱錐柱形結(jié)構(gòu)。
[0184]在先前的熱處理工藝中，納米芯在再生長之后的大小和形狀可根據(jù)熱處理工藝溫度(也就是說，襯底溫度)和熱處理工藝時(shí)間、是否供應(yīng)源氣體、或者供應(yīng)的源氣體的量而相對地改變。例如，在源氣體的供應(yīng)停止的狀態(tài)下，可在1000°c或更高的溫度下執(zhí)行5分鐘或更久的熱處理，晶體可在納米芯的表面上再排列，從而由于蝕刻效果(即，N蒸發(fā))而減小納米芯的尺寸變化?？紤]到處理時(shí)間、條件和成本，納米芯的直徑的變化可保持在10 %或更小的水平。如上所述，納米芯的直徑(或?qū)挾?的均勻度可保持在95%或更大。在這種情況下，在掩模的開口的尺寸相等的組中生長的各個(gè)納米芯的直徑可基本相等。
[0185]上述實(shí)施例例示了制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法，以通過利用具有開口的掩模作為模具生長納米芯。然而，可在各個(gè)實(shí)施例中修改或改進(jìn)根據(jù)上述實(shí)施例的方法。
[0186]多個(gè)納米芯中的至少一部分納米芯可設(shè)計(jì)為使得所述至少一部分納米芯之間的截面面積(或直徑)和間隔中的至少一個(gè)與其余納米芯的那些不同。
[0187]通過將發(fā)光結(jié)構(gòu)的截面面積(或直徑)和它們之間的間隔中的任一個(gè)設(shè)計(jì)為有區(qū)別的，即使應(yīng)用相同的有源層形成工藝，也可發(fā)出多種不同波長的光。如上所述，由于通過使納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不同來發(fā)射多種不同波長的光，因此可在單個(gè)裝置中獲得白光。圖34至圖40是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實(shí)施例(引入研磨工藝)的制造白色納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法中的主要工藝的剖視圖。
[0188]首先，如圖34所示，具有多個(gè)開口 H和插入其中的蝕刻停止層的掩模123形成在基層122上，基層122形成在襯底121上。
[0189]根據(jù)本實(shí)施例的掩模123可包括形成在基層122上的第一材料層123a和形成在第一材料層123a上并且蝕刻率大于第一材料層123a的蝕刻率的第二材料層123b。
[0190]開口 H可形成為具有不同圖案。詳細(xì)地說，在本實(shí)施例中，可形成三個(gè)不同組的開口。第二組A2的開口之間的間隔dl與第一組Al的開口之間的間隔dl相同，并且第二組A2的開口的寬度w2可大于第一組Al的開口的寬度wl。第三組A3的開口的寬度wl可與第一組Al的開口的寬度wl相同，并且第三組A3的開口之間的間隔d2可大于第一組Al的開口之間的間隔dl。
[0191]大體上，開口之間的間隔增大指示對于相同面積的源氣體的接觸量相對增加，因此，納米芯125a的生長速度可相對快。開口的寬度增大指示在相同面積中的源氣體的接觸量相對減少，因此，納米芯125a的生長速度可相對慢。
[0192]在該實(shí)施例中，示出了開口之間的間隔d和開口的寬度w有區(qū)分的構(gòu)造，但是也可通過僅使開口之間的間隔d和開口的寬度w中的任一個(gè)不同來形成兩個(gè)或更多個(gè)組。例如，當(dāng)形成開口之間具有不同間隔d的兩個(gè)或更多個(gè)組時(shí)，開口的寬度w可相同，而當(dāng)形成具有不同開口寬度的兩個(gè)或更多個(gè)組時(shí)，開口之間的間隔d可均勻。
[0193]這里，從兩個(gè)或更多個(gè)組發(fā)射的光可彼此互補(bǔ)，或者兩個(gè)或更多個(gè)組可被構(gòu)造為當(dāng)組合時(shí)發(fā)射白光。例如，就兩組的情況而言，該兩組可設(shè)計(jì)為當(dāng)一組發(fā)射藍(lán)光時(shí)，另一組發(fā)射黃光。就三組的情況而言，開口之間的間隔d和開口的寬度w中的任一個(gè)可不同地設(shè)計(jì)，以分別發(fā)射藍(lán)光、綠光和紅光。
[0194]隨著開口之間的間隔d增大，光的波長增大，因此，可從開口之間的間隔d相對小的組中獲得發(fā)射藍(lán)光的有源層，并且可從開口之間的間隔d相對大的組中獲得發(fā)射紅光的有源層。隨著開口之間的間隔d增大，有源層和/或第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的厚度(相對于芯的側(cè)面方向)傾向于增大。因此，通常，發(fā)射紅光的發(fā)光納米結(jié)構(gòu)(納米芯、有源層和第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層)的直徑可大于發(fā)射藍(lán)光和綠光的發(fā)光納米結(jié)構(gòu)的直徑，并且發(fā)射綠光的發(fā)光納米結(jié)構(gòu)的直徑可大于發(fā)射藍(lán)光的發(fā)光納米結(jié)構(gòu)的直徑。
[0195]如上所述，由于根據(jù)開口的寬度和開口之間的間隔的納米芯125a的生長速度的差異，針對各個(gè)組(例如，三個(gè)組)納米芯125a可具有不同的高度，如圖35所示。為了改進(jìn)非均勻高度，在本工藝中可執(zhí)行平坦化至合適的水平LI，如圖36所示，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)組的納米芯125a的均勻高度。
[0196]如上所述，由于掩模123在平坦化工藝中用作支承納米芯125a的結(jié)構(gòu)，因此可容易地執(zhí)行平坦化工藝而不損壞納米芯125a。可在形成芯-殼結(jié)構(gòu)和接觸電極之后執(zhí)行平坦化工藝，并且在這種情況下，根據(jù)裝置結(jié)構(gòu)在該工藝中可省略平坦化工藝。
[0197]如圖36所示，可利用蝕刻停止層部分地