半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及諸如發(fā)光二極管(LED)的半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如發(fā)光二極管的半導(dǎo)體發(fā)光元件通常通過(guò)在生長(zhǎng)基板上生長(zhǎng)η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和Ρ型半導(dǎo)體層并且通過(guò)形成用于分別向η型半導(dǎo)體層和ρ型半導(dǎo)體層施加電壓的η電極和Ρ電極來(lái)制造。
[0003]本領(lǐng)域已知具有沒(méi)有生長(zhǎng)基板的結(jié)構(gòu)(S卩，所謂的接合結(jié)構(gòu)，其中ρ電極形成在ρ型半導(dǎo)體層上并且接著將元件經(jīng)由接合層接合到支撐基板)的半導(dǎo)體發(fā)光元件，作為設(shè)計(jì)用于提高以上描述的結(jié)構(gòu)中的散熱性能的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0004]作為用于將從發(fā)光層發(fā)射的光以更大量提取到外部的一種技術(shù)，專利文獻(xiàn)1公開(kāi)了以下技術(shù):用堿溶液對(duì)在去除生長(zhǎng)基板之后露出的η型半導(dǎo)體層的表面進(jìn)行濕蝕刻，以基于半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)形成多個(gè)突起。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:特開(kāi)2012-186335號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0009]GaN基半導(dǎo)體具有纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)由這種GaN基半導(dǎo)體制成的半導(dǎo)體層的C負(fù)面(C—面)經(jīng)受用堿溶液的濕蝕刻時(shí)，形成由于纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的包括六角錐狀突起的凹凸結(jié)構(gòu)。當(dāng)在作為光提取表面的η型半導(dǎo)體層的表面上形成這種凹凸結(jié)構(gòu)時(shí)，從發(fā)射層發(fā)射的光更容易穿過(guò)凹凸結(jié)構(gòu)。因而，更多的光能夠提取到外部。請(qǐng)注意從此晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的這種突起稱為微椎體。
[0010]專利文獻(xiàn)1中描述的技術(shù)的要點(diǎn)是在由于去除生長(zhǎng)基板而露出的η型半導(dǎo)體層的C 一面上形成沿著半導(dǎo)體材料的晶軸排列的多個(gè)凹部，然后使η型半導(dǎo)體層經(jīng)受用堿溶液的濕蝕刻。
[0011]在η型半導(dǎo)體層的表面上提供的這種凹部在作為后處理步驟的濕蝕刻中用作比η型半導(dǎo)體層的其它表面部分具有低的蝕刻速率的蝕刻控制點(diǎn)。根據(jù)描述，優(yōu)選的是除了 C—面之外的各個(gè)晶體面(微細(xì)的小面)在凹部中露出，例如，凹部具有碗狀、圓錐狀或半球狀形狀以使得凹部用作蝕刻控制點(diǎn)(蝕刻速率限制點(diǎn))。
[0012]以大面積露出C—面的凹部不能用作蝕刻控制點(diǎn)。例如當(dāng)形成了圓柱形凹部時(shí)，這種凹部的底部也具有C—面，因而具有與其它表面部分相同的蝕刻速率。因此，這種凹部不能夠用作蝕刻控制點(diǎn)(蝕刻速率限制點(diǎn))。
[0013]專利文獻(xiàn)1描述了通過(guò)諸如反應(yīng)離子蝕刻的干蝕刻形成凹部。但是本申請(qǐng)的發(fā)明人關(guān)注當(dāng)使用干蝕刻時(shí)難以控制作為以上描述的控制點(diǎn)的凹部的形狀和深度的事實(shí)。換句話說(shuō)，當(dāng)使用干蝕刻時(shí)，形成諸如柱體形狀和多邊柱體形狀的各種形狀的凹部。因此，難以形成均勻且規(guī)則排列并且具有均一大小的微椎體。
[0014]另外，除了凹部之外的η型半導(dǎo)體層的大多數(shù)表面部分中的蝕刻速率保持隨機(jī)，因而使蝕刻中形成微椎體的處理不穩(wěn)定。
[0015]鑒于以上描述的情形做出本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種具有規(guī)則排列且均一大小的同質(zhì)突起、因而實(shí)現(xiàn)高的光提取效率的高輝度且高度可靠的半導(dǎo)體發(fā)光元件，以及這種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法。
[0016]解決問(wèn)題的手段
[0017]根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法是包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，該方法包括以下步驟:在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層的表面上形成基于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層的所述表面上的晶體方向配置的易蝕刻部分；以及使所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層的所述表面經(jīng)受濕蝕刻，以在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層的所述表面上形成包括由于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層的晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的多個(gè)突起的凹凸結(jié)構(gòu)面。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件是包括具有六方晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層的表面是C—面，并且當(dāng)通過(guò)第一直線組、第二直線組和第三直線組以包括等邊三角形格子的網(wǎng)格形式細(xì)分所述表面時(shí)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層的表面具有包括六角錐狀突起的凹凸表面結(jié)構(gòu)，各六角錐狀突起具有正六角形的底邊，所述正六角形具有在所述等邊三角形格子的頂點(diǎn)處的中心，所述第一直線組包括與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層的所述表面上的所述晶體方向中的[11-20]方向平行且等間隔排列的多條直線，所述第二直線組包括與[2-1-10]方向平行且以與所述第一直線組相同的間隔排列的多條直線，所述第三直線組包括與[1-210]方向平行且以與所述第一直線組和所述第二直線組相同的間隔排列的多條直線，并且每個(gè)所述突起的側(cè)邊部分具有凹陷結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0019][圖l](a)?(d)是用于說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的相應(yīng)步驟的截面圖。
[0020][圖2](a)和(b)是用于說(shuō)明在第一實(shí)施方式中形成的掩模層的掩模部分的配置構(gòu)造的圖。
[0021][圖3](a)?(d)是用于說(shuō)明在第一實(shí)施方式的濕蝕刻步驟中形成突起的處理的截面圖。
[0022][圖4](a)?(c)是各自例示第一實(shí)施方式的濕蝕刻步驟中的η型半導(dǎo)體層的表面的圖。
[0023][圖5]是例示根據(jù)第一實(shí)施方式的變形例的η型半導(dǎo)體層和掩模層的表面的圖。
[0024][圖6](a)?(c)是各自例示第一實(shí)施方式的變形例中的濕蝕刻步驟中的η型半導(dǎo)體層的表面的圖。
[0025][圖7](a)和(b)是用于說(shuō)明在實(shí)施方式中形成的突起的細(xì)節(jié)的圖。
[0026][圖8]是用于說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施方式的形成易蝕刻部分的步驟的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法具有的特征在于，在具有六方晶體結(jié)構(gòu)的GaN的C—面、即N極性側(cè)的表面(N極性表面)上形成具有相對(duì)小的蝕刻速率的難蝕刻部分和具有相對(duì)大的蝕刻速率的易蝕刻部分，然后使這些部分經(jīng)受濕蝕刻。以下將描述其細(xì)節(jié)。
[0028]第一實(shí)施方式
[0029]圖1(a)?1(d)是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的截面圖。為了容易說(shuō)明和理解，將給出包括半導(dǎo)體晶片中的兩個(gè)相鄰半導(dǎo)體發(fā)光元件10的部分的描述。
[0030]圖1(a)是用于說(shuō)明制造具有接合結(jié)構(gòu)的GaN基半導(dǎo)體發(fā)光元件的步驟的截面圖。首先，均具有AlxInyGazN(0 <x<l,0<y<l,0<z< 1，x+y+z = l)的組成的η型半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體層)11、有源層12和ρ型半導(dǎo)體層(第二半導(dǎo)體層)13在作為用于晶體生長(zhǎng)的基板的生長(zhǎng)基板(未示出)上順序生長(zhǎng)。η型半導(dǎo)體層11、有源層12和ρ型半導(dǎo)體層13統(tǒng)稱為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層14。金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)用于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層14的生長(zhǎng)。
[0031]在此實(shí)施方式中，緩沖層(未示出)、n_GaN層11、由InGaN層/GaN層形成的量子阱有源層12、p-AlGaN熔覆層(未示出)和ρ-GaN層13順序地生長(zhǎng)在晶體生長(zhǎng)表面為C負(fù)面(C—面)的藍(lán)寶石基板上。
[0032]接著，在ρ型半導(dǎo)體層13上形成ρ電極15?？梢允褂美鐬R射技術(shù)和電子束沉積技術(shù)來(lái)形成P電極15。在此實(shí)施方式中，在ρ型半導(dǎo)體層13上形成圖案化的掩模(未示出)，然后通過(guò)電子束沉積技術(shù)順序地形成Ni層、Ag層和Ni層。然后，通過(guò)剝離技術(shù)去除掩模來(lái)形成ρ電極15。
[0033]隨后，形成金屬層16以覆蓋整個(gè)ρ電極15。金屬層16包括用于防止ρ電極15和用于與下面描述的支撐基板接合的接合層(未示出)的材料迀移的帽蓋層(未示出)。諸如T1、11￥、？1:、附、411、411311或(:11的金屬材料可以用作金屬層16的材料?？梢允褂美缗缮浼夹g(shù)和電子束沉積技術(shù)來(lái)形成金屬層16。在此實(shí)施方式中，形成Ti層、Pt層和AuSn層以覆蓋整個(gè)ρ電極15。
[0034]接著，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層14被劃分成元件，然后在這樣劃分后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層14的側(cè)部形成保護(hù)膜17。使用濺射技術(shù)來(lái)形成保護(hù)膜17?？梢允褂弥T如Si02或SiN的絕緣材料作為保護(hù)膜17的材料。在此實(shí)施方式中，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層14的側(cè)部形成Si02膜。
[0035]隨后，單獨(dú)準(zhǔn)備支撐基板18，并且