CN105453279B - 半导体发光元件及其制造方法 - Google Patents

半导体发光元件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明包括以下步骤:在半导体结构层的表面上形成基于半导体结构层的表面的晶体方向布置的易蚀刻部分的步骤;以及对半导体结构层的表面进行湿蚀刻并且在半导体结构层的表面上形成包括由于半导体结构层的晶体结构导致的多个突起的凹凸结构面的步骤。

Description

半导体发光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及诸如发光二极管(LED)的半导体发光元件及其制造方法。
背景技术
诸如发光二极管的半导体发光元件通常通过在生长基板上生长n型半导体层、发光层和p型半导体层并且通过形成用于分别向n型半导体层和p型半导体层施加电压的n电极和p电极来制造。
本领域已知具有没有生长基板的结构(即,所谓的接合结构,其中p电极形成在p型半导体层上并且接着将元件经由接合层接合到支撑基板)的半导体发光元件,作为设计用于提高以上描述的结构中的散热性能的半导体发光元件。
作为用于将从发光层发射的光以更大量提取到外部的一种技术,专利文献1公开了以下技术:用碱溶液对在去除生长基板之后露出的n型半导体层的表面进行湿蚀刻,以基于半导体的晶体结构形成多个突起。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开2012-186335号公报
发明内容
发明要解决的问题
GaN基半导体具有纤锌矿型晶体结构。当由这种GaN基半导体制成的半导体层的C负面(C-面)经受用碱溶液的湿蚀刻时,形成由于纤锌矿型晶体结构导致的包括六角锥状突起的凹凸结构。当在作为光提取表面的n型半导体层的表面上形成这种凹凸结构时,从发射层发射的光更容易穿过凹凸结构。因而,更多的光能够提取到外部。请注意从此晶体结构导致的这种突起称为微椎体。
专利文献1中描述的技术的要点是在由于去除生长基板而露出的n型半导体层的C-面上形成沿着半导体材料的晶轴排列的多个凹部,然后使n型半导体层经受用碱溶液的湿蚀刻。
在n型半导体层的表面上提供的这种凹部在作为后处理步骤的湿蚀刻中用作比n型半导体层的其它表面部分具有低的蚀刻速率的蚀刻控制点。根据描述,优选的是除了C-面之外的各个晶体面(微细的小面)在凹部中露出,例如,凹部具有碗状、圆锥状或半球状形状以使得凹部用作蚀刻控制点(蚀刻速率限制点)。
以大面积露出C-面的凹部不能用作蚀刻控制点。例如当形成了圆柱形凹部时,这种凹部的底部也具有C-面,因而具有与其它表面部分相同的蚀刻速率。因此,这种凹部不能够用作蚀刻控制点(蚀刻速率限制点)。
专利文献1描述了通过诸如反应离子蚀刻的干蚀刻形成凹部。但是本申请的发明人关注当使用干蚀刻时难以控制作为以上描述的控制点的凹部的形状和深度的事实。换句话说,当使用干蚀刻时,形成诸如柱体形状和多边柱体形状的各种形状的凹部。因此,难以形成均匀且规则排列并且具有均一大小的微椎体。
另外,除了凹部之外的n型半导体层的大多数表面部分中的蚀刻速率保持随机,因而使蚀刻中形成微椎体的处理不稳定。
鉴于以上描述的情形做出本发明。本发明的目的是提供一种具有规则排列且均一大小的同质突起、因而实现高的光提取效率的高辉度且高度可靠的半导体发光元件,以及这种半导体发光元件的制造方法。
解决问题的手段
根据本发明的半导体发光元件的制造方法是包括半导体结构层的半导体发光元件的制造方法,该方法包括以下步骤:在所述半导体结构层的表面上形成基于所述半导体结构层的所述表面上的晶体方向配置的易蚀刻部分;以及使所述半导体结构层的所述表面经受湿蚀刻,以在所述半导体结构层的所述表面上形成包括由于所述半导体结构层的晶体结构导致的多个突起的凹凸结构面。
根据本发明的半导体发光元件是包括具有六方晶体结构的半导体结构层的半导体发光元件,其中所述半导体结构层的表面是C-面,并且当通过第一直线组、第二直线组和第三直线组以包括等边三角形格子的网格形式细分所述表面时,所述半导体结构层的表面具有包括六角锥状突起的凹凸表面结构,各六角锥状突起具有正六角形的底边,所述正六角形具有在所述等边三角形格子的顶点处的中心,所述第一直线组包括与所述半导体结构层的所述表面上的所述晶体方向中的[11-20]方向平行且等间隔排列的多条直线,所述第二直线组包括与[2-1-10]方向平行且以与所述第一直线组相同的间隔排列的多条直线,所述第三直线组包括与[1-210]方向平行且以与所述第一直线组和所述第二直线组相同的间隔排列的多条直线,并且每个所述突起的侧边部分具有凹陷结构。
附图说明
[图1](a)~(d)是用于说明根据第一实施方式的半导体发光元件的制造方法的相应步骤的截面图。
[图2](a)和(b)是用于说明在第一实施方式中形成的掩模层的掩模部分的配置构造的图。
[图3](a)~(d)是用于说明在第一实施方式的湿蚀刻步骤中形成突起的处理的截面图。
[图4](a)~(c)是各自例示第一实施方式的湿蚀刻步骤中的n型半导体层的表面的图。
[图5]是例示根据第一实施方式的变形例的n型半导体层和掩模层的表面的图。
[图6](a)~(c)是各自例示第一实施方式的变形例中的湿蚀刻步骤中的n型半导体层的表面的图。
[图7](a)和(b)是用于说明在实施方式中形成的突起的细节的图。
[图8]是用于说明根据第二实施方式的形成易蚀刻部分的步骤的图。
具体实施方式
根据本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法具有的特征在于,在具有六方晶体结构的GaN的C-面、即N极性侧的表面(N极性表面)上形成具有相对小的蚀刻速率的难蚀刻部分和具有相对大的蚀刻速率的易蚀刻部分,然后使这些部分经受湿蚀刻。以下将描述其细节。
第一实施方式
图1(a)~1(d)是用于说明根据本发明的第一实施方式的半导体发光元件的制造方法的截面图。为了容易说明和理解,将给出包括半导体晶片中的两个相邻半导体发光元件10的部分的描述。
图1(a)是用于说明制造具有接合结构的GaN基半导体发光元件的步骤的截面图。首先,均具有AlxInyGazN(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1,x+y+z=1)的组成的n型半导体层(第一半导体层)11、有源层12和p型半导体层(第二半导体层)13在作为用于晶体生长的基板的生长基板(未示出)上顺序生长。n型半导体层11、有源层12和p型半导体层13统称为半导体结构层14。金属有机化学气相沉积(MOCVD)用于半导体结构层14的生长。
在此实施方式中,缓冲层(未示出)、n-GaN层11、由InGaN层/GaN层形成的量子阱有源层12、p-AlGaN熔覆层(未示出)和p-GaN层13顺序地生长在晶体生长表面为C负面(C-面)的蓝宝石基板上。
接着,在p型半导体层13上形成p电极15。可以使用例如溅射技术和电子束沉积技术来形成p电极15。在此实施方式中,在p型半导体层13上形成图案化的掩模(未示出),然后通过电子束沉积技术顺序地形成Ni层、Ag层和Ni层。然后,通过剥离技术去除掩模来形成p电极15。
随后,形成金属层16以覆盖整个p电极15。金属层16包括用于防止p电极15和用于与下面描述的支撑基板接合的接合层(未示出)的材料迁移的帽盖层(未示出)。诸如Ti、TiW、Pt、Ni、Au、AuSn或Cu的金属材料可以用作金属层16的材料。可以使用例如溅射技术和电子束沉积技术来形成金属层16。在此实施方式中,形成Ti层、Pt层和AuSn层以覆盖整个p电极15。
接着,半导体结构层14被划分成元件,然后在这样划分后的半导体结构层14的侧部形成保护膜17。使用溅射技术来形成保护膜17。可以使用诸如SiO2或SiN的绝缘材料作为保护膜17的材料。在此实施方式中,在半导体结构层14的侧部形成SiO2膜。
随后,单独准备支撑基板18,并且经由金属层16将支撑基板18接合到半导体结构层14。诸如Si基板(该Si基板具有诸如AuSn或Au的金属层(未示出)的表面)或镀Cu合金的已知材料可以用作支撑基板18的材料。使用热压缩接合来将半导体结构层14和支撑基板18接合到一起。在此实施方式中,通过加热和压缩接合而将包括上面形成的AuSn层的Si基板18和在半导体结构层14侧形成的金属层16接合到一起。
随后,从半导体结构层14去除用于生长半导体结构层14的生长基板。使用激光剥离技术来去除生长基板。在此实施方式中,使用KrF准分子激光器来照射蓝宝石基板,从而使蓝宝石基板从n-GaN层11剥落。蓝宝石基板的去除使n-GaN层11的C-面(即GaN的N极性表面)露出。
接着,如图1(b)所示,在n型半导体层11的表面上形成易蚀刻部分。具体地,首先在n型半导体层11上形成掩模层19,该掩模层19包括基于n型半导体层11的表面上的晶体方向配置的多个掩模部分19A。例如可以使用光致抗蚀剂作为掩模层19的材料。在此实施方式中,在n-GaN层11的表面上形成包括均具有300nm直径的圆形掩模部分19A的掩模层19。具体地,首先在n-GaN层11的整个表面上涂布抗蚀层,然后用热板对其进行预烘烤。接着,光致抗蚀剂暴露于UV光以获得上述图案。随后,将晶片浸入显影溶液以将图案显影。
随后,从掩模层19露出的n型半导体层11的表面11A经受用惰性气体的等离子体照射。例如可以使用Ar气作为这种惰性气体的材料。例如可以采用溅射设备和干蚀刻设备用于等离子体照射。在此实施方式中,利用溅射设备的逆溅射功能,用Ar气等离子体照射n-GaN层11的露出部分11A达约5分钟。尽管在此实施方式中使用Ar气等离子体,但是当使用诸如He、Ne、Kr、Xe或Rn的不同惰性气体的等离子体时也可以获得类似效果。
已经用等离子体照射的部分(在下文称为等离子体照射部分)、即n-GaN层11的表面上的从掩模层19露出的部分11A具有相对小的蚀刻(作为下游步骤)速率。相反地,未用等离子体照射的部分(在下文称为非等离子体照射部分)、即n-GaN层11的表面上的与掩模层19的掩模部分19A的形成位置对应的部分具有相对大的蚀刻速率。换句话说,非等离子体照射部分是易蚀刻部分,而等离子体照射部分是难蚀刻部分。下面将参照图2描述n型半导体层11的表面和掩模层19的细节。
接着,如图1(c)所示,在用有机溶剂去除掩模层19之后,用碱溶液对n型半导体层11湿蚀刻。具体地,例如,将半导体晶片浸入诸如TMAH(四甲基铵溶液)和KOH(氢氧化钾溶液)的碱溶液。在此实施方式中,将晶片浸入约70℃的TMAH中。因此,在n型半导体层11的表面上形成多个六角锥状突起,即,根据掩模层19的掩模部分19A形成的部分(易蚀刻部分)的配置构造而配置并且从n型半导体层11的晶体结构导致的微锥体20。。按此方式,在n型半导体层11的表面上形成包括多个突起20的凹凸结构面21。
随后,如图1(d)所示,在n型半导体层11的表面上形成保护层22。例如可以使用诸如SiO2或SiN的绝缘材料作为保护层22的材料。使用溅射技术来形成保护层22。请注意在要形成以下描述的n电极23的部分处不需要形成保护层22。
接着,在n型半导体层11的表面上形成n电极23。可以使用例如溅射技术和电子束沉积技术来形成n电极23。在此实施方式中,在n型半导体层11的表面上首先设置将不形成保护层22的部分。然后在n型半导体层11上形成图案化的掩模(未示出)。在通过电子束沉积技术顺序地形成Ti层、Al层、Ti层、Pt层和Au层之后,通过剥离技术去除掩模来形成n电极23。之后,以元件为单位划分支撑基板18以获得半导体发光元件10。
将参照图2(a)和2(b)详细描述用于形成易蚀刻部分和难蚀刻部分的掩模层19。图2(a)和2(b)是n型半导体层11(半导体结构层14)的顶视图。图中的虚线指示与n型半导体层11的表面上的晶体方向平行的直线。
在此实施方式中,如图2(a)中所示,掩模层19的掩模部分19A以点配置构造形成。更具体地,当n型半导体层11的表面由第一组细分线(第一直线组)L1、第二组细分线(第二直线组)L2和第三组细分线(第三直线组)L3细分为包括等边三角形单位格子(单位网格或单位单元,在下文简称为格子)GD的网格形式时,在这种等边三角形格子GD的中心处形成各掩模部分19A,第一组细分线(第一直线组)L1包括与n型半导体层11的表面上的晶体方向中的[11-20]方向平行且等间隔排列的多条直线,第二组细分线(第二直线组)L2包括与[2-1-10]方向平行且以与第一组细分线L1相同的间隔排列的多条直线,第三组细分线(第三直线组)L3与[1-210]方向平行且以与第一组细分线L1和第二组细分线L2相同的间隔排列。
具体地,在n型半导体层11的表面上首先确定与n型半导体层11的表面上的晶体方向中的[11-20]方向平行且等间隔排列的多条直线。这些直线统称为第一直线组L1。类似地,确定与[2-1-10]方向以及[1-210]方向平行且以与第一直线组L1相同的间隔排列的多条直线,并且这些多条直线分别统称为第二直线组L2和第三直线组L3。在此,确定(限定)直线的排列使得均从每个直线组选择的三条直线交于一点(交点IS)。这导致通过多个等边三角形格子GD将n型半导体层11的表面以网格形式细分,各个等边三角形格子GD具有在直线组的交点IS处的顶点。n型半导体层11的表面由具有相同形状的等边三角形单位格子GD以网格形式细分。
掩模部分19A形成在多个等边三角形格子GD的每个的中心处。易蚀刻部分是n型半导体层11的表面上的与形成了掩模部分19A的位置对应的非等离子体照射部分。在此实施方式中,将各直线组中的直线之间的间隔设置成约0.7到约1.5μm的范围,并且相应地确定在哪里配置掩模部分19A。
换句话说,当通过第一直线组L1、第二直线组L2和第三直线组L3将n型半导体层11的表面以包括等边三角形格子GD的网格形式细分时,形成掩模层19的掩模部分19A以构成正六角形的顶点部分,正六角形的中心位于这种格子GD的顶点(即,直线组的交点IS)处。
如图2(b)所示,掩模层19的掩模部分19A可以另选地形成在通过用第一直线组L1A、第二直线组L2A和第三直线组L3A以网格形式细分n型半导体层11的表面而提供的每个单位格子GD的中心处,第一直线组L1A包括与n型半导体层11的表面上的晶体方向中的[1-100]方向平行且等间隔排列的多条直线,第二直线组L2A包括与[10-10]方向平行且以与第一直线组L1A相同的间隔排列的多条直线,第三直线组L3A包括与[0-110]方向平行且以与第一直线组L1A和第二直线组L2A相同的间隔排列的多条直线。
请注意例如基于通常设置在生长基板上并且指示晶体方向的称为定向平面(OF)的切口,可以了解半导体结构层14(n型半导体层11)的表面上的晶体方向。图2(b)中所示的掩模部分的配置构造对应于通过将图2(a)中所示的掩模部分的配置构造旋转90度而获得的配置构造。
图3(a)~(d)和图4(a)~(c)是用于说明通过在图1(c)的湿蚀刻步骤中形成突起20来形成凹凸结构面21的处理的图。图3(a)~图3(d)是沿着图2(a)中的线V-V截取的并且例示形成突起20的处理的截面图。图4(a)~(c)是示意地例示在形成微椎体的处理期间n型半导体层11的表面的顶视图。图4(a)~(c)中的线V-V对应于图2(a)中的线V-V。在下文,n型半导体层11的表面上的等离子体照射部分(难蚀刻部分)称为等离子体照射部分20A。n型半导体层11的表面上的非等离子体照射部分(对应于掩模部分19A下面的部分并且是易蚀刻部分)称为非等离子体照射部分20B。
图3(a)是以放大比例例示在跟随着等离子照射步骤的去除掩模层19之后的n型半导体层11的表面的截面图。与其它表面部分、即非等离子体照射部分20B相比,等离子体照射部分20A更多地凹陷。这种凹部的底部具有平行于其它表面部分的平坦表面,其为C-面。另外,这种凹部极其浅,具有小于例如50nm、优选地在30到40nm的范围内的深度。请注意等离子体照射部分不需要凹陷,只要它形成为难蚀刻部分即可。
一旦湿蚀刻开始,如图3(b)所示,在非等离子体照射部分20B的表面上开始形成小的小面。在此点,在等离子体照射部分20A中不进行蚀刻。在图4(a)中示出了例示从元件的顶表面观察的处于此状态下的n型半导体层11的表面的示意图。
随着蚀刻进一步进行,如图3(c)所示,非等离子体照射部分20B继续被蚀刻掉。附加地,蚀刻剂从非等离子体照射部分20B进入等离子体照射部分20下方,并且因而进行蚀刻(也称为侧蚀刻)以到达等离子体照射部分20A下方。在图4(b)中示出了例示从元件的顶表面观察的处于此状态下的n型半导体层11的表面的示意图。
随着蚀刻进一步进行,如图3(d)所示,形成六角锥状突起20,六角锥状突起20具有在直线组的交点IS处的顶点20C,即,距等离子体照射部分20A最远的点。另外,如此形成的突起20的底面具有正六角形形状,该正六角形形状具有在对应于非等离子体照射部分20B的部分处的顶点20D。突起20具有均一形状并且以最密集充填排列形成在n型半导体层11的表面上。在图4(b)中示出了例示从元件的顶表面观察的处于此状态下的n型半导体层11的表面、即凹凸结构面21的示意图。按此方式,包括六角锥状突起20的凹凸结构面21形成在半导体结构层14的表面上。请注意最密集充填排列是指均具有正六角形底面的多个微椎体20之间没有任何间隙地排列在平坦表面上的排列,即,是指如图4(c)所示的所谓的蜂窝排列。
在此实施方式中,在n型半导体层11的表面上以点状形式形成易蚀刻部分20B,并且在n型半导体层11的其它表面部分上方形成蚀刻相对难以进行的难蚀刻部分20A。之后,进行蚀刻。这允许突起20在蚀刻中以稳定方式形成在n型半导体层11的C-面上。因此,包括具有均一形状并且以最密集充填排列设置的突起20的凹凸结构面21能够以高度可靠的方式形成。这允许以更大量从n型半导体层11的表面、即光提取表面21提取光。因而,能够提供具有高辉度、高可靠性和高光提取效率的半导体发光元件。
图5是用于说明在根据此实施方式的变形例的半导体发光元件的制造方法中形成易蚀刻部分的步骤的图。图5示出在此变形例中具有用于形成易蚀刻部分的掩模层的n型半导体层11的顶视图。为了便于理解,对掩模层19的掩模部分19B加阴影。
根据此变形例的半导体发光元件的制造方法除了形成易蚀刻部分的步骤之外具有与根据第一实施方式的半导体发光元件的制造方法类似的步骤。此变形例在形成易蚀刻部分的步骤中掩模层19的掩模部分19B的形状、以及从掩模部分19B露出的n型半导体层11的表面部分11B和要形成的易蚀刻部分的图案上不同。
如图5所示,在此变形例中的掩模层19的掩模部分19B具有蜂窝图案。具体地,当通过第一直线组L1、第二直线组L2、第三直线组L3以包括等边三角形格子GD的网格形式细分表面时,掩模部分19B形成为每个掩模部分构成中心在这种格子GD的顶点处的正六角形的边,因而获得蜂窝图案,第一直线组L1包括与半导体结构层14的表面上的晶体方向中的[11-20]方向平行且等间隔排列的多条直线,第二直线组L2包括与[2-1-10]方向平行且以与第一直线组L1相同的间隔排列的多条直线,第三直线组L3包括与[1-210]方向平行且以与第一直线组L1和第二直线组L2相同的间隔排列的多条直线。
此变形例的掩模部分19B对应于通过用直线连接第一实施方式的一个掩模部分19A和其相邻(距离最近)的三个掩模部分19A而得到的构造。换句话说,此变形例的掩模部分19B(即,要成为易蚀刻部分的部分)具有通过用直线连接第一实施方式的一个掩模部分19A和其最相邻的掩模部分19A而获得的蜂窝图案。
此外,与此实施方式同样,在此变形例中,可以通过第一直线组L1A、第二直线组L2A、第三直线组L3A以包括等边三角形格子GD的网格形式细分半导体结构层14的表面,第一直线组L1A包括与半导体结构层14的表面上的晶体方向中的[1-100]方向平行且等间隔排列的多条直线,第二直线组L2A包括与[10-10]方向平行且以与第一直线组L1A相同的间隔排列的多条直线,第三直线组L3A包括与[0-110]方向平行且以与第一直线组L1A和第二直线组L2A相同的间隔排列的多条直线,并且掩模部分19B可以相应地形成。
图6(a)~(c)是说明在此变形例的蚀刻步骤中形成微椎体的处理的图。图6(a)~(c)是以时间顺序示意地例示在蚀刻步骤中的n型半导体层11的表面的顶视图。
在此变形例中,如图6(a)所示,一旦开始蚀刻,蚀刻进行以从对应于掩模部分19B的非等离子体照射部分(易蚀刻部分)20E进入到难蚀刻部分、即等离子体照射部分20F下方。由于非等离子体照射部分20E以蜂窝形状形成,所以蚀刻从非等离子体照射部分20E的弯曲部分(即,与其相邻非等离子体照射部分20E的交点)径向地进行,并且蚀刻从非等离子体照射部分20E的直线部分线性地进行。因而,蚀刻进行以从非等离子体照射部分20E形成总体上圆形形状。
随着蚀刻进行,如图6(b)所示,微椎体的侧表面部分20G、即除了C-面之外的晶体面(小面)开始形成。一旦通过蚀刻消除了C-面,蚀刻变得极端难以进行。因而,一旦由于蚀刻的进展而形成了侧表面部分20G,就不进一步进行蚀刻。
最终,如图6(c)所示,形成具有正六角形形状的底面的六角锥状突起20,其以非等离子体照射部分20E为边,并且顶部顶点20H在直线组的交点(等离子体照射部分20F的中心)上方。按此方式,包括六角锥状突起20的凹凸结构面21形成在半导体结构层14的表面上。
在此变形例中,易蚀刻部分20E以蜂窝形状形成。此变形例中的易蚀刻部分20E具有比第一实施方式中的点状易蚀刻部分20B大的面积。这允许在短蚀刻时段中形成突起20,即,凹凸结构面21。
图7(a)和图7(b)是用于说明在此实施方式中根据半导体发光元件的制造方法制造的半导体发光元件10的光提取表面(即半导体结构层14的C-面)21上形成的突起20的详细形状的图。图7(a)是从上方观看的突起20的放大图。图7(b)是沿着图7的线W-W所取的截面图。
如上所述,半导体结构层14的表面具有包括六角锥状突起20的凹凸表面结构。另外,当通过直线组L1到L3将半导体结构层14的表面以包括等边三角形单位格子GD的网格形式细分时,突起20具有六角锥状形状,六角锥状形状具有中心在这种单位格子GD的顶点处的正六角形的底边。具体地,这种六角锥状突起20的顶部顶点20C的位置对应于从上方观看的直线组的交点的位置,即,如图7(a)所示的单位格子GD的顶点的位置。另外,突起20的底面具有正六角形形状,该正六角形形状具有在对应于易蚀刻部分20B的部分处的顶点20D。
如图7(a)和图7(b)所示,突起20的侧边部分(侧棱部分)20K具有凹陷结构(谷结构)。突起20的六个侧表面(即,六角锥的角锥表面)20J各具有等腰三角形形状,并且它们的顶点部分一起形成突起20的顶点20C。突起20的侧表面20J的等边部分经由具有凹陷结构的侧边部分20K与其相邻侧表面20J的等边部分接触。另外,如图7(b)所示,突起20的侧边部分20K具有以下结构:谷部分(凹部)20L插入在峰部分(突起)20M和20N之间。
第二实施方式
图8是用于说明在根据第二实施方式的半导体发光元件的制造方法中形成易蚀刻部分的步骤的图。根据第二实施方式的半导体发光元件的制造方法除了形成易蚀刻部分的步骤之外具有与根据第一实施方式的半导体发光元件的制造方法类似的步骤。图8是例示对应于图3(a)的、在此实施方式中在形成易蚀刻部分的步骤之后n型半导体层11的表面的截面图,图3(a)为示出在第一实施方式中形成易蚀刻部分的步骤之后的状态的图。
此实施方式特征在于,在形成易蚀刻部分的步骤中在n型半导体层11的表面(C-面)上形成具有包括多个开口30B的开口图案的金属膜30。在此实施方式中,使用Ag作为金属膜30的材料。使用溅射技术来形成金属膜30。金属膜30的开口30B通过例如光刻按照类似于第一实施方式中的非等离子体照射部分20B的配置构造来形成。
在此实施方式中,难蚀刻部分是金属膜30的形成了金属材料的部分30A,并且易蚀刻部分是从金属膜30中的开口30B露出的n型半导体层11的部分。另外,易蚀刻部分以点的图案形成。
在此实施方式中,使用金属材料来形成难蚀刻部分。在此情况下,在难蚀刻部分中几乎不进行蚀刻。因而,在此实施方式中在蚀刻步骤中蚀刻仅从易蚀刻部分(n型半导体层的露出部分)进行。这要求比第一实施方式长的蚀刻时间,但是仍能如第一实施方式一样解决突起的稳定形成的问题。
此外,尽管此实施方式描述了采用Ag作为金属膜30的材料的情况,金属膜30的材料不限于Ag。例如,可以使用诸如Pt、Ti或Au的材料代替Ag作为金属膜的材料。另外,虽然描述了采用溅射技术来形成金属膜的情况,但可以使用诸如电子束沉积技术的形成方法来形成金属膜。
另外,虽然此实施方式描述了使用金属材料来形成难蚀刻部分的情况,但是这种形成不限于采用金属材料。例如,可以形成由诸如SiO2或SiN的绝缘材料或诸如聚酰亚胺的树脂膜制成的绝缘膜代替金属膜30以形成难蚀刻部分。
另外,虽然此实施方式描述了形成具有点状开口30B(即,要成为易蚀刻部分的部分)的金属膜30的情况,但是如第一实施方式的变形例一样,可以形成具有蜂窝图案的金属膜。
虽然以上描述的实施方式描述了以点的图案形成圆形易蚀刻部分的情况,但是点状易蚀刻部分的形状不限于圆形。例如,易蚀刻部分可以具有多边形形状或椭圆形状。
另外,虽然描述了点状易蚀刻部分20B的直径是300nm的情况,易蚀刻部分20B的直径不限于300nm。鉴于微椎体的形状和大小的可控制性,易蚀刻部分20B优选地具有在50~1000nm范围内的直径。这是因为如果易蚀刻部分20B的直径小于例如50nm则蚀刻速率明显减慢,并且如果易蚀刻部分20B的直径大于1000nm则会不稳定地形成微椎体。
另外,虽然以上描述的实施方式描述了关于具有六方晶体结构的GaN基半导体发光元件的情况,本发明可以类似地应用于基于其它晶体的半导体发光元件的制造方法。
如上所述,根据此实施方式的半导体发光元件的制造方法包括:在半导体结构层的表面上形成基于半导体结构层的表面上的晶体方向配置的易蚀刻部分的步骤;使半导体结构层的表面经受湿蚀刻以在半导体结构层的表面上形成包括由于半导体结构层的晶体结构导致的多个突起的凹凸结构面的步骤。
因而,能够均一且稳定地形成规则排列且均一大小的突起,因而使得能够提供具有高光提取效率的高辉度半导体发光元件。另外,通过防止由于例如蚀刻的过度进行或漏电流的出现导致的可靠性劣化,能够提供高度可靠的半导体发光元件。
附图标记说明
10 半导体发光元件
14 半导体结构层
20B、30B 易蚀刻部分
20 突起
21 凹凸结构面
L1、L1A 第一直线组
L2、L2A 第二直线组
L3、L3A 第三直线组
GD 单位格子

Claims (9)

1.一种包括具有六方晶系的晶体结构的半导体结构层的半导体发光元件的制造方法,该制造方法包括以下步骤:
在所述半导体结构层的C-面上形成基于所述半导体结构层的所述C-面的晶体方向配置的易蚀刻部分;以及
对所述半导体结构层的所述C-面进行湿蚀刻,在所述半导体结构层的所述C-面上形成包括由于所述半导体结构层的晶体结构导致的多个突起的凹凸结构面,
其中,每个所述易蚀刻部分具有比所述C-面的其余部分的湿蚀刻速率大的湿蚀刻速率,以及
其中,当通过第一直线组、第二直线组和第三直线组将所述C-面细分为包括等边三角形格子的网格状时,所述易蚀刻部分形成在所述等边三角形格子的各个中心处,所述第一直线组包括与所述半导体结构层的所述C-面的晶体方向中的[11-20]方向平行且等间隔排列的多条直线,所述第二直线组包括与[2-1-10]方向平行且以与所述第一直线组相同的间隔排列的多条直线,所述第三直线组包括与[1-210]方向平行且以与所述第一直线组和所述第二直线组相同的间隔排列的多条直线。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件的制造方法,其中,所述易蚀刻部分形成为具有通过用直线连接每个所述易蚀刻部分和与其相邻的所述易蚀刻部分而得到的蜂窝形状的图案。
3.根据权利要求1所述的半导体发光元件的制造方法,其中,形成所述易蚀刻部分的步骤包括以下步骤:
在所述半导体结构层的所述C-面上形成具有与所述易蚀刻部分的形成位置对应的掩模部分的掩模层;
对从所述掩模层露出的所述半导体结构层的所述C-面进行惰性气体的等离子体照射;以及
去除所述掩模层。
4.根据权利要求1所述的半导体发光元件的制造方法,其中,形成所述易蚀刻部分的步骤包括以下步骤:
在所述半导体结构层的所述C-面上形成具有与所述易蚀刻部分的形成位置对应的开口部的金属膜、绝缘膜或树脂膜。
5.一种包括具有六方晶系的晶体结构的半导体结构层的半导体发光元件的制造方法,该制造方法包括以下步骤:
在所述半导体结构层的C-面上形成基于所述半导体结构层的所述C-面的晶体方向配置的易蚀刻部分;以及
对所述半导体结构层的所述C-面进行湿蚀刻,在所述半导体结构层的所述C-面上形成包括由于所述半导体结构层的晶体结构导致的多个突起的凹凸结构面,
其中,每个所述易蚀刻部分具有比所述C-面的其余部分的湿蚀刻速率大的湿蚀刻速率,以及
其中,当通过第一直线组、第二直线组和第三直线组将所述C-面细分为包括等边三角形格子的网格状时,所述易蚀刻部分形成在所述等边三角形格子的各个中心处,所述第一直线组包括与所述半导体结构层的所述C-面的所述晶体方向中的[1-100]方向平行且等间隔排列的多条直线,所述第二直线组包括与[10-10]方向平行且以与所述第一直线组相同的间隔排列的多条直线,所述第三直线组包括与[0-110]方向平行且以与所述第一直线组和所述第二直线组相同的间隔排列的多条直线。
6.根据权利要求5所述的半导体发光元件的制造方法,其中,
所述易蚀刻部分形成为具有通过用直线连接每个所述易蚀刻部分和与其相邻的所述易蚀刻部分而得到的蜂窝形状的图案。
7.根据权利要求5所述的半导体发光元件的制造方法,其中,形成所述易蚀刻部分的步骤包括以下步骤:
在所述半导体结构层的所述C-面上形成具有与所述易蚀刻部分的形成位置对应的掩模部分的掩模层;
对从所述掩模层露出的所述半导体结构层的所述C-面进行惰性气体的等离子体照射;以及
去除所述掩模层。
8.根据权利要求5所述的半导体发光元件的制造方法,其中,形成所述易蚀刻部分的步骤包括以下步骤:
在所述半导体结构层的所述C-面上形成具有与所述易蚀刻部分的形成位置对应的开口部的金属膜、绝缘膜或树脂膜。
9.一种半导体发光元件,所述半导体发光元件包括具有六方晶系的晶体结构的半导体结构层,其中
所述半导体结构层的表面是C-面,
当通过第一直线组、第二直线组和第三直线组将所述表面细分为包括等边三角形格子的网格状时,所述半导体结构层的所述表面具有包括六角锥状突起的凹凸表面结构,各六角锥状突起具有正六角形的底边,所述正六角形以所述等边三角形格子中的相应的一个等边三角形格子的各个顶点为中心,所述第一直线组包括与所述半导体结构层的所述表面的晶体方向中的[11-20]方向平行且等间隔排列的多条直线,所述第二直线组包括与[2-1-10]方向平行且以与所述第一直线组相同的间隔排列的多条直线,所述第三直线组包括与[1-210]方向平行且以与所述第一直线组和所述第二直线组相同的间隔排列的多条直线,并且
每个所述六角锥状突起的侧边部分从其顶部顶点延伸到其底边的相应顶点并且具有凹陷结构。
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