专利名称：Ⅲ族氮化物半导体发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及III族氮化物半导体发光器件，更具体而言，涉及不仅能 够克服突起的侧向约束，而且能够提高结晶度的III族氮化物半导体发光 器件。
所述III族氮化物半导体发光器件是指包含由Al(x)Ga(y)In(1_x.y)N ((^Wl, (KySl, (Kx+y《l)构成的化合物半导体层的诸如发光二极管等发 光器件，所述in族氮化物半导体发光器件可进一步包含由其他族的元素 构成的材料，诸如SiC、 SiN、 SiCN和CN，以及由这些材料制成的半导 体层。
背景技术：
图1是描述传统III族氮化物半导体发光器件的视图。所述III族氮 化物半导体器件包括衬底100、在所述衬底100上外延生长而成的缓冲层 200、在所述缓冲层200上外延生长而成的n型氮化物半导体层300、在 所述n型氮化物半导体层300上外延生长而成的有源层400、在所述有源 层400上外延生长而成的p型氮化物半导体层500、在所述p型氮化物半 导体层500上形成的p侧电极600、在所述p侧电极600上形成的p面焊 盘700、在通过台面刻蚀所述p型氮化物半导体层500和所述有源层400 而暴露的所述n型氮化物半导体层上形成的n侧电极800和保护膜900。
图2是描述在国际申请公开号WO02/75821和WO03/10831中公开 的发光器件的视图，具体而言，这些国际申请显示了在图案化的衬底400 上生长氮化物半导体层410的方法。所述氮化物半导体层410分别在所 述图案化的衬底400的下部表面和上部表面上开始生长，并相互接触。 所述氮化物半导体层410的生长在所述接触部分得到促进从而形成平整
表面。由于使用所述图案化的衬底400，光被散射以提高外量子效率，并 且晶体缺陷得以减少从而可提高所述氮化物半导体层410的质量。
图3是描述在WO03/10831中公开的突起的一个实例的视图，具体 而言，该实例为在衬底上具有六边形横截面的突起的实例。同时，根据 W003/10831，在所述突起的面处于与氮化物半导体的稳定生长面(例如 衬底的平坦区域401;参考图4)相平行的位置的情况下，所述氮化物半 导体生长缓慢，这导致了晶体缺陷的增加。为减少所述晶体缺陷，与所 述稳定生长面相交叉而形成所述突起的整个面。该突起的这种侧向约束 使得难以在所述衬底上形成突起和/或凹陷以提高结晶度。
图4是描述氮化物半导体的稳定生长面的示意图，具体而言，所述 稳定生长面为在C表面蓝宝石衬底400上的具有60。的角度差的三个稳定 生长面402、 403和40
发明内容
技术问题
因此，完成本发明以解决在现有技术中出现的上述缺点，本发明的 一个目的是提供能解决前述问题的III族氮化物半导体发光器件。
本发明的另一个目的是提供不仅能够克服突起的横向约束，而且能 够提高结晶度的III族氮化物半导体发光器件。
本发明的又一个目的是提供能通过调节划线与具有突起的衬底之间 的角度从而提高外量子效率的III族氮化物半导体发光器件。
本发明的再一个目的是提供能确保足以供氮化物半导体在衬底生长 的空间的III族氮化物半导体发光器件。
技术方案
至此，根据本发明的一个方面，提供了 m族氮化物半导体发光器件， 其包括多个iii族氮化物半导体层，所述多个in族氮化物半导体层具 有通过电子和空穴的复合而发光的有源层；和用于生长所述多个in族氮 化物半导体层的衬底，所述衬底包括具有两个相对的圆边的突起。
根据本发明的另一个方面，所述突起具有用于连接所述两个相对的
圆边的两个连接边。优选的是，所述两个连接边由直线构成，但可以根 据其掩模图案而略微向外或向内弯曲。
根据本发明的又一个方面，所述衬底被至少一个切割面分开，并且 所述两个连接边的延长线与所述至少一个切割面相交。此处，所述至少 一个切割面界定了所述发光器件的轮廓，并且可通过金刚石切割或划线/ 断裂法而形成。
根据本发明的再一个方面，所述衬底包括形成在该衬底上的有多个 突起的第一阵列，和形成在该衬底上的有多个突起的第二阵列，并且所 述第一阵列的多个突起与所述第二阵列的多个突起以交错位置排列。
有益效果
根据本发明，所述m族氮化物半导体发光器件不仅能够克服突起的
侧向约束，而且能够提高结晶度。
根据本发明，所述III族氮化物半导体发光器件能通过调节划线与具 有突起的衬底之间的角度从而提高外量子效率。
根据本发明，所述III族氮化物半导体发光器件能通过确保足以供氮 化物半导体在衬底生长的空间从而提高氮化物半导体层的结晶度。
图i是描述传统ni族氮化物半导体发光器件的例子的视图。
图2是描述在国际申请公报WO02A75821和WO03/10831中公开的 发光器件的视图。
图3是描述在WO03/10831中公开的突起的例子的视图 图4是描述氮化物半导体的稳定生长面的示意图。
图5是描述本发明的m族氮化物半导体发光器件的例子的视图。
图6是描述本发明的突起的形状和排列的示意图。
图7和图8是描述本发明的形成突起的方法的例子的示意图。
图9是描述本发明的突起的例子的视图。
图10是显示本发明在准备的衬底上生长而成的GaN外延层的光学 显微镜照片。
图11是描述发光器件和划线之间关系的示意图。
图12是显示采用底部为4.5 pmx3 pm的四边金字塔形突起时，分析 光提取效率随角度y的变化量的模拟结果的图。
图13是描述根据本发明的突起的排列的另一个例子的视图。
具体实施例方式
下文中，参考所述附图详细描述本发明。
图5是描述本发明的III族氮化物半导体发光器件的例子的视图。所 述m族氮化物半导体发光器件包括其上形成有突起90的蓝宝石衬底10、 在所述蓝宝石衬底10上生长而成的缓冲层20、在所述缓冲层20上生长 而成的n型氮化物半导体层30、在所述n型氮化物半导体层30生长而成 的有源层40、在所述有源层40上生长而成的p型氮化物半导体层50、 在所述p型氮化物半导体层50形成的透光性电极60、在所述透光性电极 60上形成的p侧电极70，和在通过台面刻蚀所述p型氮化物半导体层50 和所述有源层40而暴露的所述n型氮化物半导体层31上形成的n侧电 极80。
图6是描述本发明的突起的形状和排列的示意图。所述突起90形成 在所述蓝宝石衬底10上。每个突起90具有两个圆边91，和连接所述两 个圆边91的两个连接边92。所述圆边91面向所述蓝宝石衬底10的平坦 区域401，即氮化物半导体的稳定生长面。然而，所述的边91是圆形的， 并不与所述稳定生长面相平行，因此防止了氮化物半导体层的生长延迟， 随后也减少了晶体缺陷。同时，可将阵列A的突起的圆边与阵列B的突 起的圆边对齐。此处，必要的是保证阵列A和B之间具有足以供所述氮 化物半导体生长的间隔。因此，当所述阵列A的突起的圆边和阵列B的 突起的圆边以交错位置排列时，阵列A和B之间的间隔可以减小。此外， 与具有直线边的矩形突起相比，本发明的具有圆边91的突起确保了它们 之间具有区域93。因此，尽管阵列A和B之间的间隔减小，仍可确保供 所述氮化物半导体层生长的空间。
图7和图8是描述本发明的形成突起的方法的例子的示意图。首先，
将光刻胶11涂覆在衬底10上，并在其上进行图案化工序。通过光刻法 进行所述图案化工序。此处，光刻胶11的涂覆厚度可随所述衬底10上
所要形成的突起的高度而变化。g卩，根据所述突起的目标高度来调整所
述光刻胶的厚度。图8显示了所述图案的形状。例如，所述图案可以是 高度H为4.2iim，宽度W为2.4^im，突起间隔Dl为1.6 pim，且阵列间 隔D2为0.8 pm，并且在边缘部分被切割。图9显示了通过上述方法形成 的突起的一个例子。必要时，所述突起的上表面可以是平的。在此情况 下，氮化物半导体也在所述突起的上表面生长。
其后，利用反应离子刻蚀(RIE)正常地刻蚀所述衬底10。同时，对 掩模图案的边缘进行主动刻蚀。即使所述掩模图案不是圆的，也可以形 成本发明的突起90。可以使用具有圆边的图形或用于圆形化的焙烧法。 此处，通过所述刻蚀以直线形形成连接边。在进行所述焙烧法的情况下， 所述连接边可以略微弯曲。
图10是显示本发明在准备的衬底上生长而成的GaN外延层的光学 显微镜照片。在左侧，聚焦在所述蓝宝石衬底和所述外延层之间的界面， 并且已加工的突起在所述蓝宝石衬底上突出。在右侧，聚焦在所述外延 层的表面，并且得到没有任何凹陷或针孔的具有光滑表面的良好外延结 晶层。利用如下所述的MOCVD生长具有约4 pm厚度的GaN层。在 MOCVD反应器中将准备的衬底放置在由石墨制成的基座上。在氢气氛 围中将温度升高至110(TC以从所述衬底的表面移除杂质。通过使用每分 钟4.5 pmol的DTBSi和每分钟17 (amol的CBr4作为源材料生长SiC。生 长温度为95(TC，生长时间为60秒，从而使得所形成的层的预计厚度为 IOA。此后，对于表面润湿层，通过使用每分钟IO pmol的TMIn、每分 钟400 (imol的TMGa和每分钟12 1的NH3作为源材料生长InGaN。生长 温度为50(TC，生长时间为35秒，从而使得所述层生长至厚度为500A。 然后，通过使用每分钟870 pmol的TMGa和每分钟18升的NH3作为源 材料形成未惨杂的GaN。生长温度为1050°C，生长时间为7200秒，从 而使得所述层生长至厚度为4 !tim。所生长的外延层的结晶度可通过XRD 摇摆曲线测量结果得到确认。XRD(002)的半宽为约250角秒，XRD( 102)
的半宽为约300角秒。S卩，所述外延层显示出很高的结晶度。
图11是描述发光器件和划线之间关系的示意图。平行于衬底10的
平坦区域401而形成四边形突起90。每个发光器件的切割面10a和10b (即划线)由虚线表示。通过调整所述划线与所述四边形突起90的边的
角度y，可以控制所提取的光量。
图12是显示采用底部为4.5 pmx3 pm的四边金字塔形突起时，分析
光提取效率随角度y的变化的模拟结果的图。当所述角度y为大约45°
时，光提取效率较高。该结果同样可应用于具有圆边的突起。在所述模
拟中使用了 Optical Research Associates的光工具5,1程序(Light Tools 5,1
program)。
图13是描述本发明的突起的排列的另一个例子的视图。在蓝宝石衬 底10上相对平坦区域401旋转的位置形成突起90。在该构造中，当图 12的结果应用于发光器件时，并未根据所述突起90的方向调整划线，而 是根据所述划线来调整所述突起90的方向。
权利要求
1.一种III族氮化物半导体发光器件，包括多个III族氮化物半导体层，所述多个III族氮化物半导体层包括通过电子和空穴的复合而发光的有源层；和用于生长所述多个III族氮化物半导体层的衬底，所述衬底包括具有两个相对的圆边的突起。
2. 如权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述突起具有用于连接所述两个相对的圆边的两个连接边。
3. 如权利要求2所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述衬 底被至少一个切割面分开，并且所述两个连接边的延长线与所述至少一 个切割面相交。
4. 如权利要求3所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述衬 底是蓝宝石衬底。
5. 如权利要求2所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述两 个连接边的延长线与所述多个氮化物半导体层的稳定生长面相交。
6. 如权利要求2所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述两 个连接边是直线。
7. 如权利要求i所述的m族氮化物半导体发光器件，其中，所述两个相对的圆边面向所述多个氮化物半导体层的稳定生长面。
8. 如权利要求1所述的III族氮化物半导体发光器件，其中，所述衬 底包括具有形成在该衬底上的多个突起的第一阵列，和具有形成在该衬 底上的多个突起的第二阵列，并且所述第一阵列的多个突起与所述第二 阵列的多个突起以交错位置排列。
9. 如权利要求i所述的m族氮化物半导体发光器件，其中，所述衬底被至少一个切割面所分开，所述突起包括用于连接所述两个相对的圆 边的两个连接直线边，所述两个连接直线边的延长线与所述至少一个切 割面相交，也与所述多个氮化物半导体层的稳定生长面相交，所述两个 相对的圆边面向所述多个氮化物半导体层的稳定生长面，所述衬底包括 具有形成在该衬底上的多个突起的第一阵列，和具有形成在该衬底上的 多个突起的第二阵列，并且所述第一阵列的多个突起与所述第二阵列的 多个突起以交错位置排列。
10. 如权利要求9所述的m族氮化物半导体发光器件，其中，所述 衬底是蓝宝石衬底。
11. 一种m族氮化物半导体发光器件，包括多个in族氮化物半导体层，所述多个in族氮化物半导体层包括通过电子和空穴的复合而发光的有源层；和用于生长所述多个III族氮化物半导体层的衬底，所述衬底包括具有 至少两个边的突起，所述至少两个边包括面向所述氮化物半导体层的稳 定生长面的圆边。
12. 如权利要求ii所述的m族氮化物半导体发光器件，其中，所述是蓝宝石衬底。
13. 如权利要求ii所述的m族氮化物半导体发光器件，其中，所述 衬底被至少一个切割面所分开，所述至少两个边中的另一边的延长线与 所述至少一个切割面相交。
14. 如权利要求i3所述的m族氮化物半导体发光器件，其中，所述 至少两个边中的另一边与所述多个氮化物半导体层的稳定生长面相交。
15. 如权利要求ii所述的in族氮化物半导体发光器件，其中，所述 衬底包括具有形成在该衬底上的多个突起的第一阵列，和具有形成在该 衬底上的多个突起的第二阵列，并且所述第一阵列的突起的圆边与所述 第二阵列的突起的圆边以交错位置排列。
全文摘要
本发明提供了III族氮化物半导体发光器件，其包括多个III族氮化物半导体层，所述多个III族氮化物半导体层包括通过电子和空穴的复合而发光的有源层；和用于生长所述多个III族氮化物半导体层的衬底，所述衬底包括具有两个相对的圆边的突起。
文档编号H01L33/00GK101359712SQ200810214739
公开日2009年2月4日 申请日期2008年7月31日 优先权日2007年7月31日
发明者朴仲绪 申请人:艾比维利股份有限公司