半导体装置及其制造方法
【专利摘要】一种半导体装置，形成至少一磊晶结构于基板上。切割并剥离基板的一部分，以曝露磊晶结构的部分表面。接着，形成第一电极于磊晶结构的曝露表面，因而形成垂直式半导体装置。
【专利说明】半导体装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明系有关一种半导体装置，特别是关于一种垂直式半导体装置。
【背景技术】
[0002]图1显示传统半导体装置100的立体示意图，其结构由下而上依次为蓝宝石基板
ll、n型掺杂层12、主动层13、p型掺杂层14、透明接触层15、负电极16及正电极17。此种结构的发光二极管又称为水平式发光二极管，因为其电流由正电极17至负电极16的流向为水平流向。电流容易在负电极16下方产生电流拥挤现象，因而造成操作电压上升及动态电阻的增加，因而升高组件的温度。
[0003]因此亟需提出一种新颖的半导体装置，用以解决上述电流拥挤及温度升高的问题。
【发明内容】
[0004]鉴于上述，本发明实施例提出一种垂直式半导体装置及其制造方法，其结构可降低或避免传统水平式半导体装置的电流拥挤现象，及其所造成的操作电压上升、动态电阻增加及温度升高等问题。
[0005]根据本发明实施例，首先提供一基板，且形成至少一磊晶结构于上。接着，切割并剥离基板的一部分，以曝露磊晶结构的部分表面。形成第一电极于磊晶结构的曝露表面，因而形成垂直式半导体装置。
[0006]其中所述基板的切割与剥离系使用一雷射光剥离技术，其中该雷射光的光波长介
于一第一光波段。
[0007]其中所述基板的材质可吸收所述第一光波段，并供一第二光波段穿透，且所述第一光波段与该第二光波段相异。
[0008]其中所述基板的材质为非导体。
[0009]其中所述磊晶结构的材质包含三族氮化物。
[0010]其中所述至少一磊晶结构包含多个磊晶结构，相邻的所述些磊晶结构通过一隧道结而形成一堆栈磊晶结构。
[0011]其中，于形成所述磊晶结构之前，还包含:
[0012]图形化(pattern)所述基板面向所述嘉晶结构的表面。
[0013]其中，于切割及剥离所述基板之前，还包含抛光研磨所述基板使其厚度变薄。
[0014]其中，还包含形成一第二电极于所述磊晶结构相对于所述基板的另一侧。
[0015]在一实施例中，提供一导电基板，且稱接导电基板于至少一嘉晶结构相对于基板的另一侧，因而形成覆晶式半导体装置。
[0016]本发明提供一种半导体装置，包含:
[0017]—基板，该基板具有一空缺区；
[0018]至少一磊晶结构，形成于所述基板上，所述空缺区曝露所述磊晶结构的一部分表面；及
[0019]—第一电极,形成于所述部分表面。
[0020]其中所述基板的材质可吸收一第一光波段而被部分剥离，形成所述空缺区，并供一第二光波段穿透，且该第一光波段与该第二光波段相异。
[0021]其中所述基板的材质为非导体。
[0022]其中所述磊晶结构的材质包含三族氮化物。
[0023]其中所述磊晶结构包含一第一掺杂层、一主动层及一第二掺杂层，该第一掺杂层靠近所述基板，所述空缺区曝露所述第一掺杂层的所述部分表面，该第二掺杂层远离所述基板，该主动层位于所述第一掺杂层与所述第二掺杂层之间，且所述第一掺杂层的电性相反于所述第二掺杂层的电性。
[0024]所述半导体装置包括一发光装置，其中所述第二光波段系介于400纳米至1600纳米。
[0025]所述半导体装置包括一光伏电池，其中所述第二光波段系介于200纳米至2000纳米。
[0026]其中所述至少一磊晶结构包含多个磊晶结构，相邻的所述些磊晶结构通过一隧道结而形成一堆栈磊晶结构。
[0027]其中所述基板具有一图形化表面，所述图形化表面朝向所述磊晶结构。
[0028]所述半导体装置，还包含一第二电极，形成于所述磊晶结构相对于所述基板的另一侧。
[0029]所述半导体装置，还包含一导电基板，该导电基板耦接于所述至少一磊晶结构相对于所述基板的另一侧。
[0030]其中耦接于所述导电基板的所述至少一磊晶结构包含多个磊晶结构，所述多个磊晶结构互为并联或串联以形成一半导体装置阵列。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1显示传统发光二极管的立体示意图。
[0032]图2A至图2F显示本发明第一实施例的半导体装置的工艺剖面或立体图。
[0033]图3A至图3E显示本发明第二实施例的半导体装置的工艺剖面或立体图。
[0034]附图标号
[0035]100 半导体装置
[0036]11 蓝宝石基板
[0037]12 η型掺杂层
[0038]13 主动层
[0039]14 P型掺杂层
[0040]15 透明接触层
[0041]16 负电极
[0042]17 正电极
[0043]200 半导体装置
[0044]300 半导体装置[0045]21基板
[0046]211空缺区
[0047]22磊晶结构
[0048]221第一掺杂层
[0049]222主动层
[0050]223第二掺杂层
[0051]224隧道结
[0052]22’磊晶结构
[0053]225第一掺杂层
[0054]226主动层
[0055]227第二掺杂层
[0056]23第一电极
[0057]24第二电极
[0058]25透明导电层
[0059]26导电基板
[0060]28阻隔层
【具体实施方式】
[0061]图2A至图2F显示本发明第一实施例的半导体装置200的工艺剖面或立体图。本实施例虽以发光二极管(LED)及光伏电池(photovoltaic cell)作为例示,然而本发明也可适用于其它半导体装置，例如晶体管(transistor)或其它二极管(diode)。
[0062]首先，如图2A所示，提供一基板21。在本实施例中，基板21的材质可吸收第一光波段，并供第二光波段穿透，其中第一光波段与第二光波段相异。此外，基板21为非导体，例如蓝宝石(sapphire),然而也可以使用其它材质,例如玻璃或石英,但不限定于此。本实施例若以发光二极管(LED)作为例示，则第二光波段可介于400纳米至1600纳米。若本实施例以光伏电池作为例示，则第二光波段可介于200纳米至2000纳米。此外，基板21包括极化(polar)基板、半极化(sem1-polar)基板或非极化(non-polar)基板。
[0063]接着，以嘉晶工艺技术形成至少一嘉晶结构22于基板21上。在本实施例中，嘉晶结构22依次包含第一掺杂层221、主动层222及第二掺杂层223，其中第一掺杂层221靠近基板21，第二掺杂层223远离基板21，且主动层222位于第一掺杂层221与第二掺杂层223之间。此外，第一掺杂层221的电性相反于第二掺杂层223的电性。例如，第一掺杂层221为η型掺杂，且第二掺杂层223为P型掺杂。主动层222可以是单一量子井(SQW)层或多重量子井(MQW)层，但不限定于此。本实施例的磊晶结构22的材质可为三族氮化物，例如氮化铟(InN)、氮化镓(GaN)、氮化招(AlN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟招镓(InAlGaN)等，但不限定于上述。
[0064]图2Β显示图2Α的另一变化态样。在本实施例中，形成多个磊晶结构于基板21上，例如依次形成磊晶结构22及磊晶结构22’，以形成堆栈磊晶结构于基板21上。其中，磊晶结构22’通过隧道结224而堆栈于磊晶结构22上。本实施例的磊晶结构22’依次包含第一掺杂层225、主动层226及第二掺杂层227，其中第一掺杂层225靠近隧道结224，第二掺杂层227远离隧道结224,且主动层226位于第一掺杂层225与第二掺杂层227之间。此外，第一掺杂层225的电性相反于第二掺杂层227的电性。例如，第一掺杂层225为η型掺杂，且第二掺杂层227为P型掺杂。主动层226可以是单一量子井(SQW)层或多重量子井(MQW)层，但不限定于此。本实施例的磊晶结构22’的材质可为三族氮化物，例如氮化铟(InN)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟铝镓(InAlGaN)等，但不限定于上述。
[0065]上述形成磊晶结构22于基板21之前，还可额外图形化(pattern)基板21的表面，如图2C所示。具图形化表面的基板21可加强光的散射，因而增加光的射出量。若本实施例以光伏电池作为例示，则图形化表面的基板21可使得光于磊晶结构22中来回通过，而增加光吸收量，有利于光电转换。
[0066]接下来，如图2D所示的剖面图或图2E所示的立体图，切割(cut)并剥离(liftoff)基板21的一部分，以曝露第一掺杂层221的部分表面，因而于基板21形成一空缺区211。本实施例使用雷射光剥离技术以进行基板21的切割与剥离，但不限定于此。上述雷射光剥离技术所使用的雷射光的光波长介于第一光波段中，由于基板21的材质可吸收第一光波段，因此基板21吸收雷射光而被加热部分剥离消除，因而形成空缺区211。
[0067]上述空缺区211的形状及位置不限定于图2D/2E所示。在一实施例中，于进行基板21的切割及剥离工艺之前，还可额外抛光研磨(polish)基板21，使其厚度变薄，使得供第二光波段穿透的光穿透率效果更佳，且有利于切割及剥离工艺的进行。接着，形成第一电极23于空缺区211中第一掺杂层221的曝露表面。第一电极23的材质为导体,例如金属。
[0068]如图2F所示，形成第二电极24于磊晶结构22相对于基板21的另一侧(例如图示中的第二掺杂层223)。第二电极24的材质为导体，例如金属。藉此，形成一种垂直式半导体装置，电流由第二电极24至第一电极23的流向为垂直流向。本实施例所形成的结构不会有传统水平式半导体装置(如图1所示)的电流拥挤现象。在一实施例中，第二电极24与磊晶结构22之间更形成透明导电层(或透明接触层)25，用以增强电流的分散(spreading)。透明导电层25的材质可为铺锡氧化物(Antimony Tin Oxide, ΑΤΟ)、铟锡氧化物(Indium TinOxide, ΙΤ0)、氧化锡(Tin Oxide, Sn02)、氧化锋惨杂招(aluminum doped zinc oxide, ΑΖ0)、氧化锋惨杂嫁(Gallium doped zinc oxide, GZ0)和氧化锋惨杂铟(Indium doped zincoxide, ΙΖ0)，但不以上述为限。
[0069]图3A至图3E显示本发明第二实施例的半导体装置300的工艺剖面或立体图。如图3A所示，形成磊晶结构22于基板21上，且形成第一电极23于空缺区211中第一掺杂层221的曝露表面。相关细节可参考第一实施例的图2A至图2E所示，不再赘述。
[0070]接着，如图3B所不，提供导电基板26并稱接于嘉晶结构22相对于基板21的另一侦仪例如图示中的第二掺杂层223)，用以作为电极之用。将图3B的结构上下翻转后得到一种覆晶式的半导体装置，如图3C所示的立体图。于本实施例中半导体装置以发光二极管作为例示，基板21系作为窗口(window)层，其不但具有保护作用，且可供由磊晶结构22出射介于400纳米至1600纳米的第二光波段，以增加侧面光线的射出量。若本实施例以光伏电池作为例示，则基板21可供介于200纳米至2000纳米的第二光波段入射至磊晶结构22，可增加侧面光线的入射量，以提高光伏电池的光电转换量。
[0071]上述导电基板26与磊晶结构22之间还可额外形成透明导电层25，用以增强电流的分散，如图3D所示。导电基板26为金属等可导电且具有良好反射的材质，因此可增强光线的射出，或反射回收利用。
[0072]图3E显示于导电基板26耦接有多个覆晶式半导体装置(图式以两个为例)。该些覆晶式半导体装置可使用前述图3A至图3D所示工艺，先形成一整体结构，再以蚀刻工艺除去部分基板21与磊晶结构22，直到曝露出导电基板26，因而形成互为并联的多个覆晶式半导体装置，其形成一半导体装置阵列。在另一实施例中，也可使用图3A所示工艺，先形成多个覆晶式半导体装置，再将其耦接至同一个导电基板26，因而形成互为并联或串联的多个覆晶式半导体装置，其形成一半导体装置阵列。为了避免相邻覆晶式半导体装置之间光线的干扰，可于嘉晶结构22的侧壁额外形成阻隔(passivation)层28。
[0073]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明的权利要求范围内。
【权利要求】
1.一种半导体装置的制造方法，包含:提供一基板；形成至少一磊晶结构于该基板上；切割并剥离所述基板的一部分，以曝露该磊晶结构的一部分表面 '及形成一第一电极于所述部份表面。
2.根据权利要求1所述半导体装置的制造方法，其中所述基板的切割与剥离系使用一雷射光剥离技术，其中该雷射光的光波长介于一第一光波段。
3.根据权利要求2所述半导体装置的制造方法，其中所述基板的材质可吸收所述第一光波段，并供一第二光波段穿透，且所述第一光波段与该第二光波段相异。
4.根据权利要求1 所述半导体装置的制造方法，其中所述基板的材质为非导体。
5.根据权利要求所述半导体装置的制造方法，其中所述磊晶结构的材质包含三族氮化物。
6.根据权利要求1所述半导体装置的制造方法，其中所述至少一磊晶结构包含多个磊晶结构，相邻的所述些磊晶结构通过一隧道结而形成一堆栈磊晶结构。
7.根据权利要求1所述半导体装置的制造方法，于形成所述磊晶结构之前，还包含:图形化所述基板面向所述磊晶结构的表面。
8.根据权利要求1所述半导体装置的制造方法，于切割及剥离所述基板之前，还包含抛光研磨所述基板使其厚度变薄。
9.根据权利要求1所述半导体装置的制造方法，还包含形成一第二电极于所述磊晶结构相对于所述基板的另一侧。
10.根据权利要求1所述半导体装置的制造方法，还包含:提供一导电基板；及耦接该导电基板于所述至少一磊晶结构相对于所述基板的另一侧。
11.一种半导体装置，包含:一基板，该基板具有一空缺区；至少一磊晶结构，形成于所述基板上，所述空缺区曝露所述磊晶结构的一部分表面 '及一第一电极，形成于所述部分表面。
12.根据权利要求11所述半导体装置，其中所述基板的材质可吸收一第一光波段而被部分剥离，形成所述空缺区，并供一第二光波段穿透，且该第一光波段与该第二光波段相巳
13.根据权利要求11所述半导体装置，其中所述基板的材质为非导体。
14.根据权利要求11所述半导体装置，其中所述磊晶结构的材质包含三族氮化物。
15.根据权利要求11所述半导体装置，其中所述磊晶结构包含一第一掺杂层、一主动层及一第二掺杂层，该第一掺杂层靠近所述基板，所述空缺区曝露所述第一掺杂层的所述部分表面，该第二掺杂层远离所述基板，该主动层位于所述第一掺杂层与所述第二掺杂层之间，且所述第一掺杂层的电性相反于所述第二掺杂层的电性。
16.根据权利要求12所述半导体装置包括一发光装置，其中所述第二光波段系介于400纳米至1600纳米。
17.根据权利要求12所述半导体装置包括一光伏电池，其中所述第二光波段系介于200纳米至2000纳米。
18.根据权利要求11所述半导体装置，其中所述至少一磊晶结构包含多个磊晶结构，相邻的所述些磊晶结构通过一隧道结而形成一堆栈磊晶结构。
19.根据权利要求11所述半导体装置，其中所述基板具有一图形化表面，所述图形化表面朝向所述磊晶结构。
20.根据权利要求11所述半导体装置，还包含一第二电极，形成于所述磊晶结构相对于所述基板的另一侧。
21.根据权利要求11所述半导体装置，还包含一导电基板，该导电基板耦接于所述至少一磊晶结构相对于所述基板的另一侧。
22.根据权利要求21所述半导体装置，其中耦接于所述导电基板的所述至少一磊晶结构包含多个磊晶结构，所述多 个磊晶结构互为并联或串联以形成一半导体装置阵列。
【文档编号】H01L33/00GK103456848SQ201210181498
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年6月4日 优先权日:2012年6月4日
【发明者】张源孝 申请人:华夏光股份有限公司