用于制造半导体发光元件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制造诸如发光二极管(LED)这样的半导体发光元件的方法。
【背景技术】
[0002]诸如发光二极管这样的半导体发光元件通常通过以下步骤来制造:在用于生长的基板上生长η型半导体层、发光层和P型半导体层，并且形成用于分别向η型半导体层和P型半导体层施加电压的η电极和P电极。
[0003]作为具有上述结构以增强散热性能的半导体发光元件，已经知道具有以下结构(即，接合结构)的半导体发光元件:Ρ电极形成在P型半导体层上，元件通过接合层(jointlayer)接合到支承基板，并且去除用于生长的基板。
[0004]作为提取从发光层向外部发出的大量的光的技术，专利文献I公开了以下技术:利用碱性溶液对去除用于生长的基板之后暴露的η型半导体层的表面进行湿蚀刻，以形成从半导体的晶体结构得到的多个突出部(protrus1n)。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2012-186335号公报
【发明内容】
[0008]本发明要解决的问题
[0009]基于GaN的半导体具有纤维锌矿(Wurtzite)晶体结构。当利用碱性溶液对由基于GaN的半导体形成的半导体层的C负面(C面)进行湿蚀刻时，形成包括从纤维锌矿晶体结构得到的六棱锥(hexagonal pyramid)突出部的不平坦结构。当该不平坦结构形成在作为光提取表面的η型半导体层的表面上时，从发光层发出的光通过该不平坦结构的可能性高。因此，能够在外部提取大量的光。注意到，从晶体结构得到的突出部被称为微锥体(micro-cone)。
[0010]专利文献I中描述的技术具有以下要点:在去除用于生长的基板之后暴露的η型半导体层的C面上形成沿着半导体材料的晶轴(crystal axis)排列的多个凹进部，然后利用碱性溶液对η型半导体层进行湿蚀刻。
[0011]在η型半导体层的表面上形成的凹进部在作为后处理的湿蚀刻中用作蚀刻控制点，在这些蚀刻控制点中，蚀刻速率比η型半导体层的其它表面部分的蚀刻速率低。为了使得凹进部能够用作蚀刻控制点(蚀刻速率确定点)，专利文献I描述了除C面以外的各种晶体平面优选地出现在凹进部中，例如，凹进部具有锥体形状、圆锥体形状或半球状形状。
[0012]然而，当形成具有出现很多C面的形状(例如，柱状形状)的凹进部时，对在所述凹进部中的蚀刻处理的抵抗程度与对在除所述凹进部以外的部分中的蚀刻处理的抵抗程度基本上相同。因此，所述凹进部不用作蚀刻控制点。当蚀刻部分地并且过度地进行时，存在电极材料扩散到元件中并且发生电流泄漏的问题。
[0013]另一方面，专利文献I描述了通过诸如反应离子蚀刻这样的干蚀刻来形成凹进部。本申请的发明人已关注以下情况:当使用干蚀刻时，难以控制作为控制点的凹进部的形状和深度。具体地，当使用干蚀刻时，形成具有诸如柱状形状和多角柱状形状这样的各种形状的凹进部。因此，难以形成一致且规则地排列并且具有相同大小的微锥体。
[0014]考虑到上述情况，已经做出本发明，并且本发明的目的在于提供一种制造具有规则地排列并且具有相同大小的一致的突出部的高度可靠的半导体发光元件的方法。
[0015]解决问题的手段
[0016]根据本发明的制造半导体发光元件的方法是制造包括六方晶体结构(hexagonalcrystal structure)的半导体结构层的半导体发光元件的方法，该方法包括以下步骤:在所述半导体结构层的表面上形成具有沿着所述半导体结构层的晶轴等间隔地排列的多个开口的掩模层；对从所述掩模层中的所述开口暴露的所述半导体结构层的所述表面执行等离子体处理；去除所述掩模层；以及对所述半导体结构层的所述表面进行湿蚀刻，以在所述半导体结构层的所述表面上形成多个突出部，所述多个突出部根据所述多个开口的排列形式而排列，并且从所述半导体结构层的晶体结构得到。
【附图说明】
[0017]图1是例示了实施方式的制造半导体发光元件的方法的原理的图。
[0018]图2的(a)至⑷是例示了实施方式的制造半导体发光元件的方法中的步骤的横截面图。
[0019]图3的(a)和(b)是例示了掩模层的开口的排列的图。
[0020]图4的(a)至(d)是例示了实施方式的湿蚀刻步骤的横截面图。
[0021]图5的(a)至(d)是示出了实施方式的湿蚀刻步骤中的η型半导体层的表面的图。
[0022]图6是示出了针对比较示例的湿蚀刻步骤中的η型半导体层的表面的图。
【具体实施方式】
[0023]根据本发明的制造半导体发光元件的方法的特征在于:对六方晶体结构的GaN的C面(S卩，N极性侧部上的表面(N极性面))执行等离子体处理，然后利用碱性溶液进行湿蚀刻。首先，将简要地描述该等离子体处理。
[0024]本申请的发明人已发现，通过利用惰性气体对GaN的C面进行等离子体处理来减小利用碱性溶液进行湿蚀刻的蚀刻速率。为了证明这个发现，在一段时间后，将在没有等离子体处理的湿蚀刻之后的GaN的表面与在等离子体处理后接着的湿蚀刻之后的GaN的表面彼此进行比较。图1中示出了用于比较的实验的结果的电子显微镜观察图像(SEM(扫描电子显微镜)图像)。在这些实验中，Ar气体的等离子体被用于等离子体处理。
[0025]图1的左侧的四个图像示出了在没有等离子体处理的湿蚀刻之后的GaN的表面。图1的右侧的四个图像示出了在等离子体处理后接着的湿蚀刻之后的GaN的表面。为了比较，图1的右侧示出的GaN的整个表面遭受了等离子体处理。在附图中，这两个表面的微锥体的大小大致相同的图像(在四个阶段)并排地排列。附图中的各个时间(I分钟、2.5分钟等)示出了使GaN浸入到保持在约83°C至84°C的三甲基氨溶液(TMAH)中之后的经过时间(蚀刻经过时间)。
[0026]如图1所示，当没有执行等离子体处理时，在湿蚀刻开始之后大约I分钟开始形成微锥体，并且在大约5分钟时，微锥体形成在整个表面上。另一方面，当执行等离子体处理时，在湿蚀刻开始之后大约5分钟开始形成微锥体，并且在大约10分钟时，微锥体形成在整个表面上。在图1的下部中，在没有执行等离子体处理的情况下和在执行等离子体处理的情况下，形成在GaN层下面的金属层分别在约7分钟之后和约20分钟之后部分地出现。如能够从这个比较看到的，在等离子体处理之后进行湿蚀刻能够推迟微锥体的形成。
[0027]通过利用Ar等离子体辐射难以使湿蚀刻进行的原因被认为是:GaN表面中的晶体的排列被扰乱，并且表面中的结合状态(binding state)改变以抑制氧化作用在微锥体形成期间的进展。在这个实验中，使用了 Ar气体的等离子体。然而，即使使用诸如He、Ne、Kr、Xe和Rn气体这样的另一种惰性气体的等离子体，也应当能获得相同的效果。
[0028]在下面的实施方式中，上述原理被应用于制造半导体发光元件的方法。
[0029]第一实施方式
[0030]图2的(a)至⑷是例示了根据本发明的第一实施方式的制造半导体发光元件的方法的横截面图。为了容易描述和理解，将描述彼此相邻的两个半导体发光元件10的半导体晶圆的部分。
[0031]图2的(a)是例示了制造具有接合结构的半导体发光元件的步骤的横截面图。在晶体生长中使用的用于生长的基板(未示出)上，顺序地生长具有AlxInyGazN(0彡X彡1，O彡y ^ I, O ^ z ^ I, x+y+z = I)的组合物的η型半导体层(第一半导体层)11、有源层12、ρ型半导体层(第二半导体层)13。η型半导体层11、有源层12和P型