CN102412348A - 制造半导体发光器件的方法 - Google Patents
制造半导体发光器件的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102412348A CN102412348A CN2010106224421A CN201010622442A CN102412348A CN 102412348 A CN102412348 A CN 102412348A CN 2010106224421 A CN2010106224421 A CN 2010106224421A CN 201010622442 A CN201010622442 A CN 201010622442A CN 102412348 A CN102412348 A CN 102412348A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- semiconductor layer
- etching
- projection
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 154
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 82
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 123
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims abstract description 17
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 16
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 32
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 15
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 7
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000001802 infusion Methods 0.000 claims description 3
- 239000011378 shotcrete Substances 0.000 claims description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 3
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 abstract description 54
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 16
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 95
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 14
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 4
- -1 InGaN Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- YEDFFHSKPYNLND-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[O--].[Ca++].[Sn+4] Chemical compound [O--].[O--].[O--].[Ca++].[Sn+4] YEDFFHSKPYNLND-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- ORILYTVJVMAKLC-UHFFFAOYSA-N adamantane Chemical compound C1C(C2)CC3CC1CC2C3 ORILYTVJVMAKLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001573 adamantine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001423 beryllium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N indium;tin;hydrate Chemical compound O.[In].[Sn] MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005596 ionic collisions Effects 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000010148 water-pollination Effects 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
- H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0091—Scattering means in or on the semiconductor body or semiconductor body package
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
一种制造半导体发光器件的方法,该方法在干法蚀刻工艺之后进行湿法蚀刻工艺,以便在用于生长氮化物半导体材料的基板的表面形成突起。该方法包括:用光刻胶涂覆基板;通过有选择地去除光刻胶来在基板上形成掩模图案;通过使用蚀刻气体对具有掩模图案的基板进行干法蚀刻来在基板上形成突起;通过使用蚀刻溶液来对被干法蚀刻的基板进行湿法蚀刻;在包括突起的基板上形成第一半导体层;在第一半导体层上形成有源层;在有源层上形成第二半导体层;对有源层和第二半导体层的预定部分进行蚀刻,直至暴露出第一半导体层为止;以及在第一半导体层的没有形成有源层和第二半导体层的预定部分上形成第一电极,和在第二半导体层上形成第二电极。
Description
本申请要求2010年9月17日提交的韩国专利申请第10-2010-0091807号的优先权,通过参考将其并入本文,就如同在此全部阐述一样。
技术领域
本发明涉及一种半导体器件,更具体而言,涉及一种制造氮化物半导体发光器件的方法。
背景技术
氮化物半导体发光器件包括紫外发光区域、蓝色发光区域以及绿色发光区域。尤其是,GaN基氮化物半导体发光器件可应用于红色/绿色发光二极管(LED)的光学器件,以及应用于与MESFET(金属半导体场效应晶体管)或者HEMT(异质结场效应晶体管)的高速开关或高功率器件对应的电子器件。
图1为示出根据现有技术的氮化物半导体发光器件的横截面图。图2A示出了在根据现有技术的半导体发光器件中的全反射光。图2B示出了在根据现有技术的半导体发光器件中产生的位错。
如图1所示,根据现有技术的氮化物半导体发光器件100包括基板110、缓冲层120、非掺杂半导体层130、N-型氮化物半导体层140、有源层150、P-型氮化物半导体层160、透明电极层170、位于透明电极层170上的P-型电极180以及位于通过对有源层150以及P-型氮化物半导体层160的预定部分进行蚀刻所暴露出的N-型氮化物半导体层140上的N-型电极190。
当将电压施加于半导体发光器件100中的P-型电极180和N-型电极190时,正向偏压被施加在P-型氮化物半导体层160和N-型氮化物半导体层140之间,由此电子和空穴在有源层150中复合,从而发出光。
氮化物半导体发光器件所存在的重要问题是如何将在有源层150中产生的光有效地提取到外部。在根据现有技术的氮化物半导体发光器件的情形 中,如图2A所示,氮化物半导体发光器件的构成材料的折射率大于氮化物半导体发光器件附近的周围材料(例如,空气、树脂、基板等)的折射率。由此,在氮化物半导体发光器件内部产生的光子被全反射,然后在氮化物半导体发光器件的内部被再吸收,没有离开氮化物半导体发光器件,从而降低了光提取效率。
为了克服该问题,已经提出了在根据现有技术的半导体发光器件中形成具有预定角度的层叠结构壁的方法,从而提取一些在有源层150中产生的横向光。然而,该方法导致该半导体发光器件的制造工艺变得复杂,并且导致生产成本增加。
此外,根据现有技术的半导体发光器件的问题在于:由于在基板与在基板上生长的基于氮化物的半导体层之间的晶格常数的差异造成的应力的缘故,在基板上生长的基于氮化物的半导体层的位错密度提高。
发明内容
因此,本发明涉及一种制造半导体发光器件的方法,该方法基本上避免了由于现有技术的局限和缺点所导致的一个或多个问题。
本发明的优点在于提供一种制造半导体发光器件的方法,该方法在干法蚀刻工艺之后进行湿法蚀刻工艺,以便在上面生长氮化物半导体材料的基板的表面形成突起。
本发明的额外的优点、目的和特点中的一些将在随后的描述中进行阐述,而另一些将通过对下文的研究变得对于本领域技术人员来说是显而易见的或者可以通过实践本发明而获悉。本发明的目的和其他优点可以通过文字的说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构而实现和获得。
为了实现这些目的和其它优点以及根据本发明的目的,如在本文中所具体体现和广泛描述的,本发明提供了一种制造半导体发光器件的方法,包括:用光刻胶涂覆基板;通过有选择地去除光刻胶来在基板上形成掩模图案;通过使用蚀刻气体对具有掩模图案的基板进行干法蚀刻来在基板上形成突起;通过使用蚀刻溶液来对被干法蚀刻的基板进行湿法蚀刻;在包括突起的基板上形成第一半导体层;在第一半导体层上形成有源层;在有源层上形成第二半导体层;对有源层和第二半导体层的预定部分进行蚀刻,直至暴露 出第一半导体层为止;以及在第一半导体层的没有形成有源层和第二半导体层的预定部分上形成第一电极,和在第二半导体层上形成第二电极。
在本发明的另一方面中,提供了一种制造半导体发光器件的方法,包括:在基板上形成图案掩模,以便形成突起;通过使用蚀刻气体对具有掩模图案的基板进行干法蚀刻来在所述基板上形成所述突起;通过使用蚀刻溶液来对被干法蚀刻的基板进行湿法蚀刻;以及在被湿法蚀刻的基板上形成发光器件层。
应当理解,本发明以上一般描述以及以下详细描述均为示例性和解释性的,并且意欲提供对于所请求保护的发明的进一步解释。
附图说明
所包括的附图提供了对本发明的进一步的理解,附图合并到本申请中并构成本申请的一部分,用于图解说明本发明的(多个)实施例,并且连同文字描述一起用来解释本发明的原理。在附图中:
图1为示出根据现有技术的氮化物半导体发光器件的结构的横截面图;
图2A示出了在根据现有技术的半导体发光器件中的全反射光;
图2B示出了在根据现有技术的半导体发光器件中产生的位错;
图3A和图3B为示出了利用根据本发明的方法制造的氮化物半导体发光器件的横截面图;
图4A至4F示出了根据本发明的制造半导体发光器件的方法;
图5为示出了被利用根据本发明的方法去除了副产物的基板的示例图;
图6为通过将在现有技术的半导体发光器件中的内量子效率(IQE)与在根据本发明的半导体发光器件中的IQE进行比较来显示在根据本发明的半导体发光器件中的IQE的提高的图表;以及
图7为通过将在现有技术的半导体发光器件中的光提取效率与在根据本发明的半导体发光器件中的光提取效率进行比较来显示在根据本发明的半导体发光器件中的光提取效率的提高的表格。
具体实施方式
现在详细描述本发明的具体实施例,这些具体实施例的一些例子在附图中示出。在任何可能的情况下,在全部附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。
以下将参照附图来描述根据本发明的制造半导体发光器件的方法。
图3A和3B为示出了利用根据本发明的方法制造的氮化物半导体发光器件的横截面图。
根据本发明的半导体发光器件的特征在于为了改善在基板上生长的半导体层的质量而在基板表面上形成多个突起(各个突起以凸透镜形状形成)。即根据本发明的半导体发光器件由于被用多个突起构图的基板而能够提高光提取效率。
尤其是,根据本发明,使用干法蚀刻工艺和湿法蚀刻工艺来在半导体发光器件的基板上形成突起,由此从基板完全去除了副产物。
如图3A和3B所示,利用根据本发明的方法制造的半导体发光器件300包括:上面形成有一个或多个突起312的基板310;缓冲层320;非掺杂半导体层330;N-型氮化物半导体层340;有源层350;P-型氮化物半导体层360;透明电极层370;P-型电极380;以及N-型电极390。此时,可将在基板310上层叠的缓冲层320、非掺杂半导体层330、N-型氮化物半导体层340、有源层350、P-型氮化物半导体层360、透明电极层370、P-型电极380以及N-型电极390统称为发光器件层。
由于没有市售基板在呈现晶格匹配的同时还具有与在其上面生长的氮化物半导体材料的晶体结构相同的晶体结构,考虑到晶格匹配,所以主要使用蓝宝石基板作为基板310。
蓝宝石基板为具有六斜方R3c对称性的晶体,具有如下特性,例如在c轴方向上的晶格常数为 在a轴方向上晶格之间的距离为 以及在蓝宝石定向平面方向上的C(0001)平面、A(1120)平面以及R(1102)平面。在蓝宝石基板的C平面上,很容易生长氮化物半导体材料,并且在高温下也可保持稳定。在这方面,蓝宝石基板主要用作蓝色或绿色发光器件的基板。本发明前述实施例公开了将蓝宝石基板用作基板310,但并非必须如此。作为选择,基板310可由GaN、SiC、ZnO、GaP、GaAs或者导电材料来形成。
为了改善在基板310上生长的氮化物半导体材料的光提取效率和质量,如图3A和图3B所示,在根据本发明的半导体发光器件300的基板310上生长一个或多个突起312。在这种情形下,可通过对基板310进行干法蚀刻或湿法蚀刻来形成突起312。
如图3A所示,突起312可在基板310的表面上形成为半球形;或者如图3B所示,突起312可在基板310的表面上形成为三角锥形。
如图3A所示,本发明的突起312可按照其一个垂直横截面为曲面形状的方式来形成;或者如图3B所示,突起312可按照其一个垂直横截面为诸如三角形的多边形的方式来形成。即突起312的形状可呈现出不同,例如半球、三角锥等。
而且,可将多个突起规则地或者不规则地排列在基板310上。
可使用干法蚀刻或者湿法蚀刻工艺来形成前述突起312。
即,可在干法蚀刻工艺之后另外进行湿法蚀刻工艺,从而完全去除即使在干法蚀刻工艺之后也会残留在基板310表面上的副产物。如果在干法蚀刻工艺之后另外进行湿法蚀刻工艺,则可去除在跟随干法蚀刻工艺的有机清洁工艺之后仍残留的副产物。
以下,将参照图4来说明前述干法蚀刻工艺和湿法蚀刻工艺。
再参看图3A和图3B,提供缓冲层320来减少基板310和N-型氮化物半导体层340之间的晶格常数差。缓冲层320形成在包括突起分312的基板310上。缓冲层320可选择地以AlInN结构、InGaN/GaN超晶格结构、InGaN/GaN层叠结构或者AlInGaN/InGaN/GaN层叠结构来形成。
在缓冲层320上形成非掺杂半导体层330,非掺杂半导体层330可由GaN基材料形成。例如,可通过在1500℃的温度下供给NH3和三金属镓(TMGa)来在缓冲层320上形成非掺杂半导体层330。
本发明的前述实施例既包括缓冲层320也包括非掺杂半导体层330。然而,本发明的修改实施例可包括缓冲层320和非掺杂半导体层330中的任何一个,或者既不包括缓冲层320也不包括非掺杂半导体层330。
在非掺杂半导体层330上形成N-型氮化物半导体层340。通常,N-型氮化物半导体层340由GaN、AlGaN、InGaN、AlN或者AlInGaN形成。在这 种情形下,形成N-型氮化物半导体层340所用的掺杂剂可为Si、Ge、Sn、Se或者Te。
可利用MOCVD(金属有机化学气相沉积)、MBE(分子束外延)或者HVPE(氢化物气相外延)通过在基板310上生长前述半导体材料来形成N-型氮化物半导体层340。
提供有源层350来发出光,在诸如阱是由InGaN层形成并且阻挡层是由(Al)GaN层形成的情况下通过形成多量子阱(MQW)来获得有源层350。蓝色发光二极管使用InGaN/GaN的多量子阱结构;紫外发光二极管使用GaN/AlGaN、InAlGaN/InAlGaN或者InGaN/AlGaN的多量子阱结构。
关于有源层350中效率的提高,可通过改变In或Al的组分来控制光波长;或者可通过改变有源层350中阱的深度、有源层350的数目以及有源层350的厚度来提高内量子效率。
可利用MOCVD(金属有机化学气相沉积)、MBE(分子束外延)或者HVPE(氢化物气相外延)来在N-型氮化物半导体层340上形成有源层350。
在有源层350上形成P-型氮化物半导体层360,P-型氮化物半导体层360可由诸如GaN、AlGaN、InGaN、AlN或者AlInGaN的典型的基于氮化物的半导体材料来形成。在这种情形下,形成P-型半导体层360所用的掺杂剂可为Mg、Zn或者Be。
可利用MOCVD(金属有机化学气相沉积)、MBE(分子束外延)或者HVPE(氢化物气相外延)通过在有源层350上生长前述基于氮化物的半导体材料来形成P-型氮化物半导体层360。
在P-型氮化物半导体层360上形成透明电极层370。优选用能够减少与具有相对高的能带隙的P-型氮化物半导体层360的接触电阻并且还具有良好的透光性能以便向上透射在有源层350中产生的光的材料来形成透明电极层370。
通常,透明电极层370以Ni/Au的双层结构形成。优选地,透明电极层370由诸如氧化铟锡(ITO)、氧化钙锡(CTO)或者氮化钛钨(TiWN)的预定材料形成。用于透明电极层370的前述预定材料可实现良好的透光性能,但其接触电阻相对较高。
透明电极层370可利用诸如CVD(化学气相沉积)的沉积法或者电子束蒸发器来形成,或者可利用溅射法来形成。此时,应用大约400℃至900℃的热处理来改善欧姆接触性能。
在透明电极层370上形成P-型电极380。P-型电极380通常可利用诸如CVD(化学气相沉积)的沉积法或者电子束蒸发器、或者可利用溅射法由金(Au)或者包含金(Au)的合金来形成。
在台面蚀刻的N-型氮化物半导体层340上形成N-型电极390,其中N-型电极390可使用选自Ti、Cr、Al、Cu以及Au的材料组中的材料以单层结构或者多层结构来形成。可利用诸如CVD(化学气相沉积)的沉积法或者电子束蒸发器,或者可利用溅射法来在N-型氮化物半导体层340上形成N-型电极390。
以下将参照图4A至4F来说明根据本发明的制造发光器件的方法。
图4A至4F示出了根据本发明的制造半导体发光器件的方法。图5为示出了利用根据本发明的方法从中去除了副产物的基板的示例图。在该情形下,图5中的(a)示出了在干法蚀刻工艺之后副产物500残留在基板或突起上的情形;图5中的(b)示出了利用湿法蚀刻工艺从基板去除了副产物500的情形。
参照图4A,在基板310上形成掩模图案610,掩模图案610是由光刻胶、聚合物、氧化物层(SiO2)、氮化物层(SiNx)、氧化铝(Al2O3)或者金属薄膜所形成。提供掩模图案610来形成突起312。
以下将简要说明通过使用光刻胶来形成掩模图案610的工艺。首先,在用光刻胶涂覆基板310之后,通过使用用于形成图案的掩模对光刻胶进行曝光、显影和烘焙,从而在基板310上形成所期望的图案。烘焙方法可为使用热的烘焙方法,或可为使用紫外线的烘焙方法。
在涂覆光刻胶之前,将蒸发工艺应用于基板表面,由此基板从疏水性改变至亲水性。这就解决了当在基板310上涂覆光刻胶时粘附性差的问题。
如图4B所示,在腔室700内对具有掩模图案610的基板310进行干法蚀刻,由此在基板310上形成一个或多个突起312。
干法蚀刻工艺相当于微制造,表示了使用蒸汽等离子体反应的蚀刻工艺。由于干法蚀刻是在腔室700内进行,因而可控制全部工艺条件,从而可实现精确的图案。
即,如图3A或3B所示,必须进行干法蚀刻以便获得其上下表面具有不同宽度的半球形或圆锥形的突起312。
干法蚀刻工艺的进行借助了对基板进行离子碰撞的物理反应、在等离子体中产生的反应材料的化学反应、或者同时发生的物理和化学反应。
物理干法蚀刻工艺是指表面磨蚀,该表面磨蚀是由在利用电场使离子朝向待蚀刻基板加速并且加速的离子与基板碰撞时的动量传递所产生的。此时,物理干法蚀刻工艺可为离子束蚀刻(即离子束研磨)、溅射蚀刻或射频(RF)蚀刻。
如果为化学干法蚀刻工艺,则将由等离子体产生的反应种子供应到待蚀刻的基板表面上,然后与基板表面中的原子反应,从而产生易挥发气体,并且使用产生的易挥发气体来继续进行该蚀刻工艺。
如果为物理和化学干法蚀刻工艺,则利用离子、电子或者光子在待蚀刻的基板310的表面上的碰撞来激活基板310的表面中的材料,然后基板310的表面中的被激活材料与保留在化学反应器中的物质反应,从而产生易挥发气体,并且使用产生的易挥发气体来继续进行该蚀刻工艺。
然而,前述干法蚀刻工艺在高温下(40℃或者更高)使用气体(例如,选自包括Cl2、BCl3、HCl以及CCl4的组中的基于Cl的气体,以及包括HBr的基于HBr的气体)。从而,即使在全部排放干法蚀刻工艺所用气体之后将基板310卸下移至外部,保留在基板310上的气体也会与空气反应,由此如图5中的(a)所示,副产物500残留在基板310上。
残留在基板310上的副产物可在基板310上层叠的半导体层中造成缺陷,从而使半导体发光器件的光提取效率变差。
为了去除在干法蚀刻工艺之后残留在基板310上的前述副产物,如图4C所示,通过使用湿法蚀刻设备来另外进行湿法蚀刻工艺。
即,湿法蚀刻工艺在潮湿环境下通过使用仅腐蚀和融化目标金属的化学制品(蚀刻剂)来蚀刻基板310,从而去除了在基板310的表面以及突起上的副产物。
湿法蚀刻工艺可使用浸渍法、喷射法或者旋涂法。浸渍法是将基板310浸渍到充满蚀刻剂的容器中。喷射法是通过喷嘴将蚀刻溶液喷射在基板310上。旋涂法是将蚀刻溶液涂敷在放置在旋转器上的基板310上。作为湿法蚀刻设备的一个示例,图4C示出了湿法蚀刻设备800,在通过使用传送滚筒810来传送基板310的同时,湿法蚀刻设备800通过将蚀刻溶液喷射在基板310上来蚀刻基板310,然后通过向基板310喷射清洁溶液来清洁基板。
对于前述湿法蚀刻工艺,使用选自包括HF、Hl、H2SO4、HNO3以及H3PO4的组的蚀刻溶液来对基板310进行湿蚀刻,从而在干法蚀刻工艺之后从基板和/或突起的表面去除副产物500。
基于使用各种类型蚀刻溶液的实验和模拟结果,湿法蚀刻工艺优选使用通过按照1∶1或者1∶2的比例混合硫酸和过氧化氢或者按照1∶1或者1∶2的比例混合硫酸和磷酸获得的蚀刻溶液。
基于使用各种温度的实验和模拟结果,湿法蚀刻工艺优选将温度保持在90℃至120℃的范围内,以便使从基板310去除副产物的效率最大化。
如上所述,由于湿法蚀刻工艺可去除诸如光刻胶(PR)的有机材料,因而不需要进行另外的有机清洁工艺。
即,在现有技术的干法蚀刻工艺之后,需要另外的有机清洁工艺来去除诸如光刻胶(PR)的有机材料。然而,本发明的湿法蚀刻工艺使用了可去除有机材料的蚀刻溶液,所以可省略有机清洁工艺。
同时,根据蚀刻溶液的组成和用量,湿法蚀刻工艺能够额外地蚀刻突起。即,突起的横截面可形成为如图3A所示的曲面形状,或者可形成为如图3B所示的包括三角形的多边形形状。
在通过上述工艺在基板310上形成突起312和从基板310和突起312去除副产物500之后,如图4D所示,在具有突起312的基板310上顺序地形成缓冲层320、非掺杂半导体层330、N-型氮化物半导体层340、有源层350、P-型氮化物半导体层360以及透明电极层370。可形成缓冲层320和非掺杂半导体层330中的至少任意一个;或者可既不形成缓冲层320也不形成非掺杂半导体层330。
如图4E所示,执行台面蚀刻直到用于形成N-型电极390的N-型氮化物半导体层340被暴露为止。
如图4F所示,在透明电极层370上形成P-型电极380,并且在N-型氮化物半导体层340上形成N-型电极390。
尽管未示出,但是为了改善半导体发光器件的可靠性,可在半导体发光器件的整个区域上形成使用诸如SiO2的氧化物的绝缘层;利用研磨和抛光工艺来使所形成的绝缘层变薄;然后使用采用激光或者金刚石的划线工艺来将半导体发光器件分成单独的芯片。
图6为通过将在现有技术的半导体发光器件中的内量子效率(IQE)与在根据本发明的半导体发光器件中的IQE进行比较来显示在根据本发明的半导体发光器件中的IQE的提高的图表。
如图6中的(a)所示,不具有突起的现有技术的半导体发光器件的IQE仅为21%。同时,如图6中的(b)所示,在基板310上具有突起312的根据本发明的半导体发光器件的IQE为32%。与现有技术的半导体发光器件相比,根据本发明的半导体发光器件能够将IQE提高10%。
图7为通过将在现有技术的半导体发光器件中的光提取效率与在根据本发明的半导体发光器件中的光提取效率进行比较来显示在根据本发明的半导体发光器件中的光提取效率的提高的表格。
如图7中的(a)所示,不具有突起的现有技术半导体发光器件的光提取效率仅为26%。同时,如图7中的(b)所示,在基板310上具有突起312的根据本发明的半导体发光器件的光提取效率为69%。与现有技术的半导体发光器件相比,根据本发明的半导体发光器件能够将光提取效率提高40%。
因此,在干法蚀刻工艺之后执行湿法蚀刻工艺,以便在用于生长氮化物半导体材料的基板310的表面上形成突起312,从而从基板310的表面去除副产物500。
由于在干法蚀刻工艺之后进行湿法蚀刻工艺,因此可在干法蚀刻工艺之后省略有机清洁工艺,从而简化了整个工艺。
如果在基板310上形成一个或多个突起312,则可提取一些横向光,所以可改善光提取效率。
根据本发明的氮化物半导体层的位错减少能够将IQE提高约10%。
本领域技术人员很清楚,在不背离本发明的精神或者范围的情况下可对本发明进行各种修改和变型。由此,如果这些修改和变型落入所附权利要求及其等价物的范围内时,则本发明意欲覆盖本发明的这些修改和变型。
Claims (12)
1.一种制造半导体发光器件的方法,包括:
用光刻胶涂覆基板;
通过有选择地去除光刻胶来在基板上形成掩模图案;
通过使用蚀刻气体对具有掩模图案的基板进行干法蚀刻来在基板上形成突起;
通过使用蚀刻溶液来对被干法蚀刻的基板进行湿法蚀刻;
在包括突起的基板上形成第一半导体层;
在第一半导体层上形成有源层;
在有源层上形成第二半导体层;
对有源层和第二半导体层的预定部分进行蚀刻,直至暴露出第一半导体层为止;以及
在第一半导体层的没有形成有源层和第二半导体层的预定部分上形成第一电极,和在第二半导体层上形成第二电极。
2.一种制造半导体发光器件的方法,包括:
在基板上形成图案掩模,以便形成突起;
通过使用蚀刻气体对具有所述掩模图案的基板进行干法蚀刻来在所述基板上形成所述突起;
通过使用蚀刻溶液来对被干法蚀刻的基板进行湿法蚀刻;以及
在被湿法蚀刻的基板上形成发光器件层。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中对基板进行干法蚀刻的工艺使用选自包括Cl2、BCl3、HCl以及CCl4的组中的基于Cl的气体,或者使用包括HBr的基于HBr的气体。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其中对基板进行湿法蚀刻的工艺是在潮湿环境下通过使用能够腐蚀和融化残留在被干法蚀刻的基板的表面和突起上的副产物的蚀刻溶液对基板的表面和突起进行蚀刻来执行的。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其中对基板进行湿法蚀刻的工艺是利用浸渍法、喷射法以及旋涂法中的任意一种来执行的。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其中对基板进行湿法蚀刻的工艺是通过使用选自HF、HI、H2SO4、NHO3以及H3PO4的组中的蚀刻溶液对基板进行湿法蚀刻来执行的。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其中突起的横截面以曲面形状或者多边形形状来形成。
8.根据权利要求1或2所述的方法,其中基板是由蓝宝石基板、SiC基板以及GaN基板中的任意一种来形成。
9.根据权利要求1所述的方法,其中形成发光器件层的工艺包括:
在包括突起的基板上形成第一半导体层;
在第一半导体层上形成有源层;
在有源层上形成第二半导体层;
对有源层以及第二半导体层的预定部分进行蚀刻,直至暴露出第一半导体层为止;以及
在第一半导体层的没有形成有源层和第二半导体层的预定部分上形成第一电极,和在第二半导体层上形成第二电极。
10.根据权利要求1或2所述的方法,其中对基板进行湿法蚀刻的工艺使用通过按照1∶1或1∶2的比例混合硫酸和过氧化氢获得的蚀刻溶液。
11.根据权利要求1或2所述的方法,其中对基板进行湿法蚀刻的工艺使用通过按照1∶1或1∶2的比例混合硫酸和磷酸获得的蚀刻溶液。
12.根据权利要求1或2所述的方法,其中对基板进行湿法蚀刻的工艺在范围为90℃至120℃内的温度下执行。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2010-0091807 | 2010-09-17 | ||
KR1020100091807A KR20120029767A (ko) | 2010-09-17 | 2010-09-17 | 반도체 발광소자 제조 방법 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102412348A true CN102412348A (zh) | 2012-04-11 |
Family
ID=45818102
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2010106224421A Pending CN102412348A (zh) | 2010-09-17 | 2010-12-23 | 制造半导体发光器件的方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8298842B2 (zh) |
KR (1) | KR20120029767A (zh) |
CN (1) | CN102412348A (zh) |
TW (1) | TWI438926B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103390707A (zh) * | 2012-05-08 | 2013-11-13 | 华夏光股份有限公司 | 半导体发光装置及其制造方法 |
CN103426982A (zh) * | 2012-05-25 | 2013-12-04 | 三星电子株式会社 | 制造半导体发光装置的方法 |
CN104300048A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-01-21 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种GaN基发光二极管芯片的制备方法 |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101803569B1 (ko) * | 2011-05-24 | 2017-12-28 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 |
KR102019058B1 (ko) | 2012-08-21 | 2019-09-06 | 오지 홀딩스 가부시키가이샤 | 반도체 발광 소자용 기판, 반도체 발광 소자 및 이들의 제조 방법 |
JP6592894B2 (ja) * | 2012-11-02 | 2019-10-23 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 紫外発光ダイオードおよびその製造方法 |
JP6091909B2 (ja) * | 2013-01-25 | 2017-03-08 | 旭化成株式会社 | 半導体発光素子用基材の製造方法、半導体発光素子の製造方法、及び、GaN系半導体発光素子 |
CN104603959B (zh) * | 2013-08-21 | 2017-07-04 | 夏普株式会社 | 氮化物半导体发光元件 |
JP6579038B2 (ja) * | 2016-05-30 | 2019-09-25 | 豊田合成株式会社 | 半導体発光素子の製造方法 |
TWI780167B (zh) * | 2018-06-26 | 2022-10-11 | 晶元光電股份有限公司 | 半導體基底以及半導體元件 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050179130A1 (en) * | 2003-08-19 | 2005-08-18 | Hisanori Tanaka | Semiconductor device |
US20060180180A1 (en) * | 2000-08-11 | 2006-08-17 | Samantha Tan | System and method for cleaning semiconductor fabrication equipment parts |
CN101140968A (zh) * | 2006-09-08 | 2008-03-12 | 晶元光电股份有限公司 | 一种具有经图案化的基底的发光元件及其制造方法 |
US20080070413A1 (en) * | 2006-09-18 | 2008-03-20 | National Central University | Fabrication methods of a patterned sapphire substrate and a light-emitting diode |
CN101783378A (zh) * | 2009-01-20 | 2010-07-21 | 晶元光电股份有限公司 | 具有图形化表面的发光元件 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997018582A1 (fr) * | 1995-11-15 | 1997-05-22 | Daikin Industries, Ltd. | Solution de nettoyage de plaquettes et son procede de production |
JP4055503B2 (ja) * | 2001-07-24 | 2008-03-05 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体発光素子 |
JP3749498B2 (ja) * | 2002-03-26 | 2006-03-01 | スタンレー電気株式会社 | 結晶成長用基板およびZnO系化合物半導体デバイス |
JP2006066442A (ja) * | 2004-08-24 | 2006-03-09 | Kyocera Corp | 半導体素子用単結晶サファイア基板とその製造方法及び半導体発光素子 |
TWI288491B (en) * | 2006-03-02 | 2007-10-11 | Nat Univ Chung Hsing | High extraction efficiency of solid-state light emitting device |
TWI309481B (en) * | 2006-07-28 | 2009-05-01 | Epistar Corp | A light emitting device having a patterned substrate and the method thereof |
TW200826322A (en) * | 2006-12-15 | 2008-06-16 | Kinik Co | LED and manufacture method thereof |
JP4908381B2 (ja) * | 2006-12-22 | 2012-04-04 | 昭和電工株式会社 | Iii族窒化物半導体層の製造方法、及びiii族窒化物半導体発光素子、並びにランプ |
JP4308865B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2009-08-05 | Okiセミコンダクタ株式会社 | 半導体素子の製造方法、及び半導体素子の製造装置 |
KR100882240B1 (ko) * | 2008-09-11 | 2009-02-25 | (주)플러스텍 | 질화물 반도체 발광소자 및 제조방법 |
US8476658B2 (en) * | 2009-11-25 | 2013-07-02 | Jing Jie Dai | Semiconductor light-emitting devices |
-
2010
- 2010-09-17 KR KR1020100091807A patent/KR20120029767A/ko not_active Application Discontinuation
- 2010-12-22 US US12/976,492 patent/US8298842B2/en active Active
- 2010-12-23 CN CN2010106224421A patent/CN102412348A/zh active Pending
- 2010-12-23 TW TW099145556A patent/TWI438926B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060180180A1 (en) * | 2000-08-11 | 2006-08-17 | Samantha Tan | System and method for cleaning semiconductor fabrication equipment parts |
US20050179130A1 (en) * | 2003-08-19 | 2005-08-18 | Hisanori Tanaka | Semiconductor device |
CN101140968A (zh) * | 2006-09-08 | 2008-03-12 | 晶元光电股份有限公司 | 一种具有经图案化的基底的发光元件及其制造方法 |
US20080070413A1 (en) * | 2006-09-18 | 2008-03-20 | National Central University | Fabrication methods of a patterned sapphire substrate and a light-emitting diode |
CN101783378A (zh) * | 2009-01-20 | 2010-07-21 | 晶元光电股份有限公司 | 具有图形化表面的发光元件 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103390707A (zh) * | 2012-05-08 | 2013-11-13 | 华夏光股份有限公司 | 半导体发光装置及其制造方法 |
CN103426982A (zh) * | 2012-05-25 | 2013-12-04 | 三星电子株式会社 | 制造半导体发光装置的方法 |
CN104300048A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-01-21 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种GaN基发光二极管芯片的制备方法 |
CN104300048B (zh) * | 2014-10-29 | 2017-02-15 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种GaN基发光二极管芯片的制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TWI438926B (zh) | 2014-05-21 |
KR20120029767A (ko) | 2012-03-27 |
US8298842B2 (en) | 2012-10-30 |
TW201214762A (en) | 2012-04-01 |
US20120070924A1 (en) | 2012-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102412348A (zh) | 制造半导体发光器件的方法 | |
US7977695B2 (en) | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same | |
CN104993023B (zh) | 一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法 | |
US9070839B2 (en) | Method of manufacturing a light emitting diode | |
CN101740698B (zh) | 半导体发光器件 | |
CN102097561B (zh) | 半导体发光设备及其制造方法 | |
EP2316139B1 (en) | Light emitting device and method of manufacturing the same | |
JP5232968B2 (ja) | 発光素子及びその製造方法、並びにランプ | |
WO2015067183A1 (zh) | 一种ⅲ-ⅴ族氮化物半导体外延片、包含该外延片的器件及其制备方法 | |
JP2007220972A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ | |
US20110147704A1 (en) | Semiconductor light-emitting device with passivation layer | |
US8236583B2 (en) | Method of separating light-emitting diode from a growth substrate | |
CN103180972A (zh) | 具有提高的提取效率的发光装置 | |
CN101681959A (zh) | 半导体发光器件及其制造方法 | |
CN101764185A (zh) | 半导体器件以及半导体器件制造方法 | |
CN102487111A (zh) | 半导体发光芯片制造方法 | |
TW201234421A (en) | Method for fabricating a semiconductor layer sequence, radiation-emitting semiconductor chip and optoelectronic component | |
CN1964090A (zh) | 氮化物基半导体器件及其制造方法 | |
US20110133159A1 (en) | Semiconductor light-emitting device with passivation in p-type layer | |
US20140093991A1 (en) | Method for manufacturing high efficiency light-emitting diodes | |
JP6321013B2 (ja) | 成形された基板を含む発光デバイス | |
CN102544249A (zh) | 发光二极管晶粒及其制作方法 | |
KR101968637B1 (ko) | 유연성 반도체소자 및 그 제조방법 | |
US9887322B2 (en) | Light-emitting device | |
KR100604562B1 (ko) | 발광 다이오드 및 그 제조방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120411 |