CN103456848A

CN103456848A - 半导体装置及其制造方法

Info

Publication number: CN103456848A
Application number: CN2012101814987A
Authority: CN
Inventors: 张源孝
Original assignee: PHOSTEK Inc
Current assignee: PHOSTEK Inc
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2013-12-18

Abstract

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。

Description

半导体装置及其制造方法

技术领域

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

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11、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。

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

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。

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。

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。

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。

其中所述基板的材质为非导体。

其中所述磊晶结构的材质包含三族氮化物。

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。

其中，于形成所述磊晶结构之前，还包含：

图形化（pattern）所述基板面向所述磊晶结构的表面。

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。

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。

在一实施例中，提供一导电基板，且耦接导电基板于至少一磊晶结构相对于基板的另一侧，因而形成覆晶式半导体装置。

本发明提供一种半导体装置，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。

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。

其中所述基板的材质为非导体。

其中所述磊晶结构的材质包含三族氮化物。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

图1显示传统发光二极管的立体示意图。

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。

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。

附图标号

100 半导体装置

11 蓝宝石基板

12 n型掺杂层

13 主动层

14 p型掺杂层

15 透明接触层

16 负电极

17 正电极

200 半导体装置

300 半导体装置

21 基板

211 空缺区

22 磊晶结构

221 第一掺杂层

222 主动层

223 第二掺杂层

224 隧道结

22’ 磊晶结构

225 第一掺杂层

226 主动层

227 第二掺杂层

23 第一电极

24 第二电极

25 透明导电层

26 导电基板

28 阻隔层

具体实施方式

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（photovoltaiccell）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）。

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(semi-polar)基板或非极化(non-polar)基板。

接着，以磊晶工艺技术形成至少一磊晶结构22于基板21上。在本实施例中，磊晶结构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n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)、氮化铝(AlN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟铝镓(InAlGaN)等，但不限定于上述。

图2B显示图2A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n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。

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。

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（lift off）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。

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。

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的材质可为锑锡氧化物（Antimony Tin Oxide,ATO）、铟锡氧化物（Indium Tin Oxide,ITO）、氧化锡（Tin Oxide,SnO₂）、氧化锌掺杂铝（aluminum doped zinc oxide,AZO）、氧化锌掺杂镓（Gallium doped zinc oxide,GZO）和氧化锌掺杂铟（Indium doped zinc oxide,IZO），但不以上述为限。

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。

接着，如图3B所示，提供导电基板26并耦接于磊晶结构22相对于基板21的另一侧（例如图示中的第二掺杂层223），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。

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。

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，可于磊晶结构22的侧壁额外形成阻隔（passivation）层28。

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。

Claims

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；

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异。

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。