DE102009020819A1 - Verfahren zum Ausbilden eines Musters auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat und Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung - Google Patents

Verfahren zum Ausbilden eines Musters auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat und Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ausbilden eines Musters auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat angegeben. Ein Verfahren zum Ausbilden eines Musters auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat gemäß einem Aspekt der Erfindung kann umfassen: Strahlen eines Laserstrahls auf wenigstens einen ersten Bereich zum Verhindern eines Ätzens in einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat; und Ätzen wenigstens eines zweiten Bereichs unter Ausschluss des ersten Bereichs, wobei der durch den Laserstrahl bestrahlte erste Bereich als Maske verwendet wird.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2008-0101586 mit Einreichungsdatum vom 16. Oktober 2008 am koreanischen Patentamt, deren Inhalt hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden eines Musters auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat und ein Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung sowie insbesondere ein Verfahren zum Ausbilden eines Musters auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat, mit dem sich ein Muster unter Verwendung eines vereinfachten Prozesses ausbilden lässt, und ein Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung.
  • Allgemein werden Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtungen verwendet, um Licht mit blauer oder grüner Wellenlänge zu erhalten. Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtungen werden einem Ätzprozess unterworfen, um ein vertieftes Muster auszubilden und die Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung in separate Chips zu unterteilen oder ein unregelmäßiges Muster zur Erhöhung der Lichtextraktionseffizienz zu bilden. Insbesondere kann ein Ätzprozess aus dem Stand der Technik wie folgt ausgeführt werden.
  • Zuerst wird eine Maskierungsschicht unter Verwendung eines Metallmaterials oder eines oxidierten Materials auf der Oberfläche einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung ausgebildet. Dann wird die Maskenschicht mit einem Photoresist beschichtet und wird ein Belichtungsprozess ausgeführt. In dem Belichtungsprozess kann eine Maske mit einem gewünschten Muster verwendet werden.
  • Dann wird der Photoresist entwickelt, um den Photoresist an dem belichteten Teil (oder an dem nicht belichteten Teil) zu entfernen. Die Oberfläche der Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung oder der Maskierungsschicht, die durch das Reduzieren des Photoresists freigelegt wird, wird geätzt, um ein Muster zu bilden. Nachdem das Muster vollständig ausgebildet wurde, können der verbleibende Photoresist und die Maskierungsschicht entfernt werden
  • Wie oben beschrieben, kann eine Vielzahl von Prozessen erforderlich sein, um ein Muster auf einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung auszubilden, wodurch der Kosten- und Zeitaufwand für die Herstellung erhöht werden. Insbesondere wenn eine Maske für das Ausbilden eines Musters verwendet wird, werden die Herstellungskosten wegen der Bereitstellung der Maske erhöht. Deshalb kann die Verwendung einer Maske die oben genannten Probleme verstärken.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren zum Ausbilden eines Musters auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat und ein Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung angegeben, die einen vereinfachten Prozess verwenden können, indem sie einen Ätzprozess unter Verwendung eines durch einen Laserstrahl bestrahlten Bereichs auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat ausführen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden eines Musters auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat angegeben, wobei das Verfahren umfasst: Strahlen eines Laserstrahls auf wenigstens einen ersten Bereich zum Verhindern eines Ätzens in einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat; und Ätzen wenigstens eines zweiten Bereichs unter Ausschluss des ersten Bereichs, wobei der durch den Laserstrahl bestrahlte erste Bereich als Maske verwendet wird.
  • Das Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat kann eine erste Fläche, die eine Stickstoffpolarität aufweist, und eine zweite Fläche, die eine Gruppe-III-Polarität aufweist und der ersten Fläche gegenüberliegt, umfassen.
  • Der wenigstens eine erste Bereich und der wenigstens eine zweite Bereich können auf der ersten Fläche des Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrats angeordnet sein, und die Polarität des ersten Bereichs kann durch die Laserbestrahlung zu einer Gruppe-III-Polarität gewandelt werden.
  • Das Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat kann einen Halbleiter mit einer Zusammensetzung umfassen, die durch AlxInyGa(1-x-y)N (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ x + y ≤ 1) wiedergegeben wird.
  • Das Ätzen des wenigstens einen Bereichs kann durch ein Nasssätzen unter Verwendung eines beliebigen Materials wie KOH, H2SO4 und H2PO4 durchgeführt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung angegeben, wobei das Verfahren umfasst: Züchten eines Lichtemissionsaufbaus mit einer ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht auf einem Nitrideinkristall-Züchtungssubstrat; Ausbilden eines Haltesubstrats zum Halten des Lichtemissionsaufbaus auf der zweiten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht; Entfernen des Nitrideinkristall-Züchtungssubstrats von dem Lichtemissionsaufbau; Strahlen eines Laserstrahls auf den wenigstens einen ersten Bereich zum Verhindern eines Ätzens in dem Lichtemissionsaufbau, der durch das Entfernen des Nitrideinkristall-Züchtungssubstrat freigelegt ist; und Ätzen wenigstens eines zweiten Bereichs unter Ausschluss des ersten Bereichs, wobei der durch den Laserstrahl bestrahlte erste Bereich als Maske verwendet wird.
  • Der Lichtemissionsaufbau kann eine erste Fläche, die einer Fläche der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht entspricht und eine Stickstoffpolarität aufweist, und eine zweite Fläche gegenüber der ersten Fläche, die eine Fläche der zweiten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht entspricht und eine Gruppe-III-Polarität aufweist, umfassen.
  • Der wenigstens eine erste Bereich und der wenigstens eine zweite Bereich können auf der ersten Fläche des Lichtemissionsaufbaus angeordnet sein, und die Polarität des ersten Bereichs kann durch die Laserbestrahlung zu einer Gruppe-III-Polarität gewandelt werden.
  • Das Ätzen des wenigstens einen zweiten Bereichs kann das Ausbilden eines unregelmäßigen Musters für die Lichtextraktion durch das Ätzen des zweiten Bereichs nach oben bis zu einem Teil der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht umfassen.
  • Das Ätzen des wenigstens einen zweiten Bereichs kann das Ausbilden eines vertieften Musters, das verwendet wird, um den Lichtemissionsaufbau in Bauelemente zu unterteilen, durch das Ätzen des zweiten Bereichs von der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht bis zu einer vorbestimmten Tiefe unter der zweiten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht umfassen.
  • Das Nitrideinkristall-Züchtungssubstrat kann aus einem Material ausgebildet werden, das aus der Gruppe gewählt ist, die Saphir, SiC, Si, ZnO, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 und LiGaOs umfasst.
  • Die erste Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht, die aktive Schicht und die zweite Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht können einen Halbleiter mit einem Aufbau umfassen, der durch AlxInyGa(1-x-y)N (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ x + y ≤ 1) wiedergegeben wird.
  • Das Ätzen des wenigstens einen zweiten Bereichs kann durch das Nassätzen unter Verwendung eines der folgenden Materialien ausgeführt werden: KOH, H2SO4 und H2PO4.
  • Das Verfahren kann weiterhin umfassen: Ausbilden einer ersten Elektrode auf dem durch den Laserstrahl bestrahlten ersten Bereich; und Ausbilden einer zweiten Elektrode auf dem Haltesubstrat.
  • Die oben genannten sowie andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
  • 1A bis 1C sind Ansichten, die ein Verfahren zum Ausbilden eines Musters auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 2A bis 2F sind Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 3A und 3B sind Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 4 ist ein Foto einer Oberfläche einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung, die durch ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
  • Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1A bis 1C sind Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen eines Musters auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigen. Zuerst wird wie in 1A gezeigt ein Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat 100 vorgesehen. Insbesondere kann das Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat 100 hergestellt werden, indem eine Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht auf einem Züchtungssubstrat (nicht gezeigt) gezüchtet wird und anschließend das Züchtungssubstrat entfernt wird. Dabei kann ein Saphirsubstrat oder ein SiC-Substrat als Züchtungssubstrat verwendet werden.
  • Das Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat 100 kann ein Einkristallsubstrat sein, das aus einem Halbleiter mit einer Zusammensetzung gebildet ist, die durch AlxInyGa(1-x-y)N (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ x + y ≤ 1) wiedergegeben wird.
  • Das Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat 100 umfasst eine zweite Fläche 120, die der ersten Fläche 110 gegenüberliegt. Dabei weist die erste Fläche 110 eine Stickstoffpolarität auf und weist die zweite Fläche 120 eine Gruppe-III-Polarität auf. Insbesondere weisen das Gruppe-III-Element und der Stickstoff des Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrats 100 eine Wurtzitkristallstruktur auf. Während die Stickstoffelemente auf der ersten Fläche 110 angeordnet sind, sind die Gruppe-III-Elemente auf der zweiten Fläche 120 angeordnet. Die Polarität des ersten Substrats 110 und des zweiten Substrats 120 wird also in Übereinstimmung mit den darauf angeordneten Elementen bestimmt.
  • Der Prozess zum Ausbilden eines Musters auf dem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat 100 wird im Folgenden im Detail beschrieben.
  • Wie in 1B gezeigt, wird ein Laserstrahl auf die erste Fläche 110 mit einer Stickstoffpolarität in dem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat 100 gestrahlt. Insbesondere werden in Übereinstimmung mit der Musterform ein oder mehrere erste Bereiche A zum Verhindern eines Ätzens und ein oder mehrere zweite Bereiche B zum Ausführen eines Ätzprozesses auf der ersten Fläche 110 bestimmt. Der Laserstrahl wird auf die ersten Bereiche A gestrahlt, die verwendet werden, um ein Ätzen zu verhindern.
  • In dem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat 100 verursacht die Differenz in der Polarität zwischen der ersten und der zweiten Fläche 110 und 120 eine Differenz in den Ätzeigenschaften. Insbesondere kann die erste Fläche 110, die eine Stickstoffpolarität aufweist, geätzt werden, während die zweite Fläche 120, die eine Gruppe-III-Polarität aufweist, nicht geätzt werden kann. Deshalb wird die erste Fläche 110, die eine Stickstoffpolarität aufweist, vorzugsweise geätzt, um ein Muster unter Verwendung eines Ätzprozesses auszubilden. Wenn also die ersten und die zweiten Bereiche A und B auf der ersten Fläche 110 bestimmt werden und ein Laserstrahl auf die ersten Bereiche A gestrahlt wird, werden die ersten Bereiche A einer Oberflächenbehandlung unterworfen.
  • Bevor ein Laserstrahl auf den ersten Bereich A gestrahlt wird, werden Stickstofffreistellen in der Oberfläche des ersten Bereichs A durch eine Plasmabehandlung oder eine Ionenstrahlbestrahlung ausgebildet, sodass die Gruppe-III-Elemente und die Stickstoffelemente unregelmäßig angeordnet sind. Zum Beispiel kann die Oberfläche des ersten Bereichs A eine amorphe Struktur oder eine polykristalline Struktur aufweisen oder kann aufgrund der Plasmabehandlung oder der Ionenstrahlbestrahlung unter reichen Gruppe-III-Bedingungen stehen.
  • Dann kann der erste Bereich A durch das Strahlen eines Laserstrahls auf den ersten Bereich A einer Oberflächenbehandlung unterworfen werden, sodass die Polarität des ersten Bereichs A zu einer Gruppe-III-Polarität gewandelt wird. Insbesondere werden die Gruppe-III-Elemente und die Stickstoffelemente, die unregelmäßig in den ersten Bereichen A angeordnet wurden, erneut kristallisiert, sodass die Gruppe-III-Elemente durch die Laserbestrahlung in dem ersten Bereich A angeordnet werden. Dies ist der Fall, weil die Anordnung der Gruppe-III-Elemente auf der Oberfläche stabiler ist als die Anordnung der Stickstoffelemente auf der Oberfläche. Während die Gruppe-III-Elemente und die Stickstoffelemente unregelmäßig angeordnet sind, werden die Gruppe-III-Elemente, die eine relativ stabile Kristallstruktur aufweisen, bei der Bestrahlung mit einem Laserstrahl in den ersten Bereichen A angeordnet. Daraus resultiert, dass die erste Fläche 110 die ersten Bereiche A, deren Polarität zu einer Gruppe-III-Polarität gewandelt wurde, und die zweiten Bereiche B mit einer Stickstoffpolarität umfasst. Das heißt, es sind gleichzeitig zwei Polaritäten auf einer Oberfläche vorhanden.
  • Die für die Oberflächenbehandlung in dieser Ausführungsform verwendeten Laser können einen 193-nm-Excimerlaser, einen 248-nm-Excimerlaser, einen 308-nm-Excimerlaser, einen Nd:YAG-Laser, einen He-Ne-Laser und/oder einen Ar-Ionen-Laser umfassen. Außerdem kann zusätzlich zu der Laserbestrahlung ein Verfahren zum erneuten Anordnen der Gruppe-III-Elemente und der Stickstoffelemente, die unregelmäßig in dem ersten Bereich A angeordnet wurden, durch das Anwenden einer vorbestimmten Wärmeenergie verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Ionenstrahl oder ein Glühen verwendet werden.
  • Dann wird das in 1B gezeigte Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat 100 geätzt, um ein Muster zu bilden. Insbesondere wird ein Nassätzprozess mit einem der Materialien KOH, H2SO4 und H2PO4 auf der ersten Fläche 110 ausgeführt, die die ersten Bereiche A mit der Gruppe-III-Polarität und die zweiten Bereiche B mit der Stickstoffpolarität in dem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat 100 umfasst. Weil dabei der erste Bereich A mit der Gruppe-III-Polarität nicht auf Ätzmittel reagiert, wird er während des Ätzens als Maske verwendet. Die zweiten Bereiche B mit der Stickstoffpolarität reagieren dagegen auf Ätzmittel und werden also geätzt. Deshalb werden nur die zweiten Bereiche B geätzt, um ein Muster wie in 1C gezeigt zu bilden.
  • Wie oben beschrieben, werden in der Ausführungsform der Erfindung Muster nicht durch einen Belichtungsprozess unter Verwendung eines Photoresists und einen anschließenden Ätzprozess ausgebildet. Vielmehr werden Muster auf dem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat 100 einfach durch das Ausführen einer Laserbestrahlung und eines Ätzens ausgeführt. Im Vergleich zu dem Stand der Technik können Muster also unter Verwendung eines vereinfachten Prozesses ausgebildet werden, wodurch der Zeit- und Kostenaufwand für die Herstellung zu reduziert wird.
  • 2A bis 2F sind Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigen. Wie in 2A gezeigt, wird ein Lichtemissionsaufbau 230 mit einer ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 231, einer aktiven Schicht 232 und einer zweiten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 233 auf einem Nitrideinkristall-Züchtungssubstrat 210 ausgebildet. Dabei wird das Nitrideinkristall-Züchtungssubstrat 210 aus einem Material ausgebildet, das aus der Gruppe gewählt wird, die Saphir, SiC, Si, ZnO, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 und LiGaO2 umfasst. Weiterhin können die erste Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 231, die aktive Schicht 232 und die zweite Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 233 unter Verwendung eines MOCVD-, HVPE- oder MBE-Verfahens gezüchtet werden.
  • Die erste Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 231, die aktive Schicht 232 und die zweite Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 233 von 2A sind aus einem Halbleiter mit einer Zusammensetzung ausgebildet, die durch AlxInyGa(1-x-y)N (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ x + y ≤ 1) wiedergegeben wird, und weisen eine Kristallstruktur auf, in der Stickstoffelemente und eines oder mehrere der Gruppe-III-Elemente wie etwa Aluminium (Al), Indium (In) und Gallium (Ga) in einer vorbestimmten Anordnung miteinander verbunden sind.
  • Dann wird wie in 2B gezeigt ein Haltesubstrat auf dem Lichtemissionsaufbau ausgebildet. Dabei hält das Haltesubstrat 240 den Lichtemissionsaufbau 230. Es kann ein leitendes Substrat (ein Siliziumsubstrat oder ein Metallsubstrat) verwendet werden. Dann wird wie in 2C gezeigt das Nitrideinkristall-Züchtungssubstrat 210 durch eine Laserabhebung von dem Lichtemissionsaufbau 230 getrennt. Daraus resultiert, dass wie in 2D gezeigt das Haltesubstrat 240 den Lichtemissionsaufbau 230 hält.
  • In 2D umfasst der Lichtemissionsaufbau 230 eine erste Fläche 230a und eine zweite Fläche 230b. Dabei entspricht die erste Fläche 230a einer Fläche der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 231, die durch die Entfernung des Nitrideinkristall-Züchtungssubstrats 210 freigelegt ist, und weist eine Stickstoffpolarität auf. Weiterhin liegt die zweite Fläche 230b der ersten Fläche 230a gegenüber, entspricht einer Fläche der zweiten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 233, die einen Kontakt zu dem Haltesubstrat 240 herstellt, und weist eine Gruppe-III-Polarität auf. Es sind also Stickstoffelemente auf der ersten Fläche 230a angeordnet, während Gruppe-III-Elemente auf der zweiten Fläche 230b angeordnet sind.
  • Dann wird wie in 2E gezeigt ein Laserstrahl auf die erste Fläche 230a mit einer Stickstoffpolarität in dem Lichtemissionsaufbau 230 gestrahlt. Die erste Fläche 230a, die der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 231 entspricht, ist eine Licht emittierende Fläche, von der durch die aktive Schicht 232 erzeugtes Licht nach außen emittiert wird. Ein unregelmäßiges Muster wird auf der ersten Fläche 230a ausgebildet, um die Lichtextraktionseffizienz zu erhöhen. Dazu wird wie in 2E gezeigt ein Laserstrahl auf die erste Fläche 230a des Lichtemissionsaufbaus 230 gestrahlt. Insbesondere werden in Übereinstimmung mit der Form eines unregelmäßigen Musters ein oder mehrere erste Bereiche C zum Verhindern eines Ätzens und ein oder mehrere Bereiche D zum Ausführen eines Ätzens auf der ersten Fläche 230a bestimmt. Ein Laserstrahl wird auf die ersten Bereiche C gestrahlt, die ein Ätzen verhindern sollen.
  • Weil es schwierig ist, die zweiten Flächen 230b mit der Gruppe-III-Polarität in dem Lichtemissionsaufbau 230 zu ätzen, werden vorzugsweise die ersten Flächen 230a mit einer Stickstoffpolarität geätzt. Deshalb werden die ersten und die zweiten Bereiche C und D auf der ersten Fläche 230a bestimmt und wird ein Laserstrahl auf die ersten Bereiche C gestrahlt, die ein Ätzen verhindern sollen. Bevor ein Laserstrahl auf den ersten Bereich C gestrahlt wird, wird die Oberfläche des ersten Bereichs C einer Vorbehandlung unterworfen, um eine unregelmäßige Anordnung von Gruppe-III-Elementen und Stickstoffelementen vorzusehen, sodass der erste Bereich C eine amorphe Struktur oder eine polykristalline Struktur aufweisen kann oder aufgrund einer Plasmabehandlung oder einer Ionenstrahlbestrahlung unter reichen Gruppe-III-Bedingungen stehen kann.
  • Indem ein Laserstrahl auf den ersten Bereich C gestrahlt wird, weist der erste Bereich C eine Gruppe-III-Polarität auf. Während die Gruppe-III-Elemente und die Stickstoffelemente unregelmäßig in dem ersten Bereich C angeordnet sind, werden die Gruppe-III-Elemente, die eine relativ stabile Kristallstruktur aufweisen, bei der Bestrahlung mit einem Laserstrahl in den ersten Bereichen A angeordnet.
  • Dann wird die erste Fläche 230a des Lichtemissionsaufbaus 230, die einer Laserbestrahlung unterworfen wurde, geätzt, um ein Muster zu bilden. Insbesondere wird ein Nassätzprozess auf der ersten Fläche 230a ausgeführt, die die ersten Bereiche C mit der Gruppe-III-Polarität und die zweiten Bereiche D mit der Stickstoffpolarität in dem Lichtemissionsaufbau 230 aufweist. Dabei reagieren die ersten Bereiche C mit der Gruppe-III-Polarität nicht auf Ätzmittel, während die zweiten Bereiche D mit der Stickstoffpolarität auf Ätzmittel reagieren und also geätzt werden. Daraus resultiert, dass nur die zweiten Bereiche D geätzt werden, um ein unregelmäßiges Muster auf einer Lichtextraktionsfläche des Lichtemissionsaufbaus 230 bilden. Dazu wird vorzugsweise die erste Fläche 230a des Lichtemissionsaufbaus 230 bis zu einer vorbestimmten Tiefe auf der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 231, die die erste Fläche 230a vorsieht, geätzt.
  • Weil wie in 2F gezeigt das unregelmäßige Muster auf der Lichtextraktionsfläche des Lichtemissionsaufbaus 230 ausgebildet ist, bewegt sich das von der aktiven Schicht 232 erzeugte Licht in die erste Nitridhalbleiterschicht 231 und erreicht das unregelmäßige Muster. Dabei kann das Licht auch dann, wenn eine Totalreflexion des Lichts an der Licht emittierenden Fläche auftritt, erneut in dem unregelmäßigen Muster reflektiert und nach außen extrahiert werden.
  • Wie in 2A bis 2F gezeigt, kann das unregelmäßige Muster, das ausgebildet ist, um die Lichtextraktionseffizienz zu erhöhen, unter Verwendung eines einfachen Prozesses einfach durch eine Laserbestrahlung und ein Ätzen ausgebildet werden.
  • Obwohl nicht in den Zeichnungen gezeigt, kann in der Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung von 2F eine erste Elektrode in einem Bereich der ersten Nitridhalbleiterschicht 231, der einer Oberflächenbehandlung unterworfen wurde, d. h. in dem ersten Bereich C ausgebildet werden, während eine zweite Elektrode auf der unteren Seite des Haltesubstrats 240 ausgebildet werden kann.
  • Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Messung der elektrischen Eigenschaften der Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtungen, die gemäß Beispielen der vorliegenden Erfindung und gemäß Vergleichsbeispielen hergestellt wurden. Insbesondere werden die Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtungen gemäß den Beispielen der Erfindung unter Verwendung des in 2A bis 2F gezeigten Verfahrens hergestellt. In jeder der Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtungen ist eine Elektrode (nicht gezeigt) in dem ersten Bereich C mit einer Gruppe-III-Polarität auf dem unregelmäßigen Muster der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 231 ausgebildet.
  • Die Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtungen gemäß den Vergleichsbeispielen weisen die gleiche Konfiguration auf wie die Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung von 2F. Das unregelmäßige Muster wird jedoch nicht durch eine Oberflächenbehandlung, sondern durch das Ausbilden einer Maskierungsschicht, das Auftragen eines Photoresists, das Ausführen einer Belichtung, das Ausführen einer Entwicklung und das Ausführen eines Ätzens ausgebildet. Die vorstehenden Teile und die vertieften Teile des unregelmäßigen Musters weisen dieselbe Stickstoffpolarität auf. Dabei sind in den Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtungen gemäß den Vergleichsbeispielen auch auf den vorstehenden Teilen des unregelmäßigen Musters Elektroden ausgebildet. [Tabelle 1]
    Klassifikation Vergleichsbeispiele Beispiele der Erfindung
    Spannung bei 350 mA [V] Maximalwert 4,09 3,49
    Durchschnittswert 3,84 3,42
    Minimalwert 3,73 3,36
    Standardabweichung 0,101 0,032
  • Es wurden einhundert Proben von Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtungen gemäß den Beispielen der Erfindung hergestellt und es wurden einhundert Proben von Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtungen gemäß Vergleichsbeispielen vorbereitet, wobei die Spannungseigenschaften der Proben miteinander verglichen wurden. Der Einfachheit halber sind in der Tabelle 1 nur der Maximalwert, der Durchschnittswert, der Minimalwert und die Standardabweichung der Proben gemäß den Beispielen der Erfindung und gemäß den Vergleichsbeispielen angegeben.
  • Wie in der Tabelle 1 angegeben, unterscheiden sich die Beispiele der Erfindung, in denen Elektroden auf den ersten Bereichen C, deren Polarität durch eine Laserbestrahlung zu einer Gruppe-III-Polarität gewandelt wurde, der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 231 ausgebildet sind, von den Vergleichsbeispielen, in denen Elektroden auf den Bereichen mit einer Stickstoffpolarität ausgebildet sind, hinsichtlich der Spannungen. Das heißt, die Proben der Lichtemissionseinrichtung gemäß den Vergleichsbeispielen erzeugten eine durchschnittliche Spannung von 3,84 V, eine maximale Spannung von 4,09 V und eine minimale Spannung von 3,73 V bei einem Strom von 350 mA. Die Standardabweichung dieser Proben betrug ungefähr 0,101 V bei einem Strom von 350 mA.
  • Dagegen erzeugten die Proben der Lichtemissionseinrichtung gemäß den Beispielen der Erfindung eine durchschnittliche Spannung von 3,42 V, eine maximale Spannung von 3,49 V und eine minimale Spannung von 3,36 V bei einem Strom von 350 mA. Die Standardabweichung dieser Proben betrug ungefähr 0,032 V. Im Vergleich zu den Proben der Lichtemissionseinrichtung gemäß den Vergleichsbeispielen erzeugten die Proben der Lichtemissionseinrichtung gemäß den Beispielen der Erfindung also reduzierte Spannungen.
  • Wen also die Elektroden auf den Bereichen mit einer Gruppe-III-Polarität wie in den Beispielen der Erfindung ausgebildet werden, sind die elektrischen Eigenschaften der Lichtemissionseinrichtung verbessert.
  • 3A und 3B sind Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigen. In 3A und 3B wird ein Verfahren zum Ausbilden eines vertieften Musters gezeigt, um eine Lichtemissionseinrichtung in separate Chips zu unterteilen. Dabei kann eine in 3A gezeigte Lichtemissionseinrichtung unter Verwendung des Verfahrens von 2A bis 2F hergestellt werden. Insbesondere wird ein Lichtemissionsaufbau 330 auf einem Nitrideinkristall-Züchtungssubstrat ausgebildet. Der Lichtemissionsaufbau 330 umfasst eine erste Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 331, eine aktive Schicht 332 und eine zweite Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 333. Dann wird ein Haltesubstrat 340 in dem Lichtemissionsaufbau 330 ausgebildet, um die in 3A gezeigte Lichtemissionseinrichtung herzustellen.
  • Der Lichtemissionsaufbau 330 der Lichtemissionseinrichtung von 3A umfasst eine erste Fläche 330a, die einer Fläche der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 331 entspricht, und eine zweite Fläche 330b, die einer Fläche der zweiten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 333 entspricht. Die erste Fläche 330a kann eine Stickstoffpolarität aufweisen, und die zweite Fläche 330b kann eine Gruppe-III-Polarität aufweisen.
  • Um ein vertieftes Muster zu bilden, wird dann ein Laserstrahl auf die erste Fläche 330a mit einer Stickstoffpolarität in dem Lichtemissionsaufbau 330 gestrahlt. Insbesondere werden erste Bereiche E zum Verhindern eines Ätzens und zweite Bereiche F zum Durchführen eines Ätzens auf der ersten Fläche 330a bestimmt, wobei dann ein Laserstrahl auf die ersten Bereiche E gestrahlt wird. Daraus resultiert, dass die Polarität der ersten Bereiche E auf der ersten Fläche 330a mit einer Stickstoffpolarität zu einer Gruppe-III-Polarität gewandelt wird.
  • Dann wird wie in 3B gezeigt die erste Fläche 330a des Lichtemissionsaufbaus 330 unter Verwendung von Ätzmitteln geätzt. In diesem Prozess reagieren die ersten Bereiche E mit einer Gruppe-III-Polarität nicht auf die Ätzmittel, sodass nur die zweiten Bereiche F geätzt werden. Dementsprechend wird wie in 3B gezeigt ein vertieftes Muster ausgebildet, um die Lichtemissionseinrichtungen in Chips zu unterteilen. Dazu werden die zweiten Bereiche F auf der ersten Fläche 330a von der Oberfläche der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 331 bis zu einer bestimmten Tiefe unter der zweiten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 333 durch die aktive Schicht 332 geätzt. Dabei kann der Ätzgrad (die Tiefe) des zweiten Bereichs F in Übereinstimmung mit der Ätzzeit gesteuert werden.
  • Obwohl nicht direkt in der Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung von 3B gezeigt, können erste Elektroden auf den ersten Bereichen E, die einer Oberflächenbehandlung unterworfen wurden, auf der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht 331 gebildet werden und können zweite Elektroden auf dem Haltesubstrat 340 gebildet werden.
  • 4 ist ein Foto der Oberfläche einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung, die durch ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde. Das Foto von 4 zeigt die Oberfläche einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung 400, die durch Verfahren von 2A bis 2F hergestellt wurde.
  • Ein unregelmäßiges Muster wird auf der Oberfläche der Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung 400 ausgebildet. Das unregelmäßige Muster kann durch eine Laserbestrahlung und ein Ätzen ausgebildet werden. Wie insbesondere in einer vergrößerten Ansicht eines Teils der Oberfläche der Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung 400 gezeigt, werden die Teile, die nicht durch einen Laserstrahl bestrahlt wurden, zu einem vertieften Teil 420 geätzt, während die anderen Teile, die durch einen Laserstrahl bestrahlt wurden, nicht geätzt werden und einen vorstehenden Teil 410 bilden. Das unregelmäßige Muster kann also durch eine Laserbestrahlung und ein Ätzen ausgebildet werden, wodurch der Prozess zum Ausbilden eines Musters auf einer Lichtemissionseinrichtung vereinfacht wird, Wie weiter oben erläutert, wird gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ein Laserstrahl auf einen ersten Bereich gestrahlt, um ein Ätzen auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat zu verhindern, wobei der erste Bereich als Maske während des Ätzens verwendet wird. Es kann also ein Muster auf dem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat einfach durch eine Laserbestrahlung und ein Ätzen ausgebildet werden, wodurch der Prozess zum Ausbilden eines Musters vereinfacht werden kann. Dementsprechend können der Zeit- und Kostenaufwand reduziert werden, wenn ein vertieftes Muster ausgebildet wird, das verwendet wird, um eine Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung in separate Chips zu unterteilen, oder wenn ein unregelmäßiges Muster ausgebildet wird, um die Lichtextraktionseffizienz zu verbessern.
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen gezeigt und beschrieben, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass Modifikationen und Variationen an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - KR 2008-0101586 [0001]

Claims (14)

  1. Verfahren zum Ausbilden eines Musters auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat, wobei das Verfahren umfasst: Strahlen eines Laserstrahls auf wenigstens einen ersten Bereich zum Verhindern eines Ätzens in einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat, und Ätzen wenigstens eines zweiten Bereichs unter Ausschluss des ersten Bereichs, wobei der durch den Laserstrahl bestrahlte erste Bereich als Maske verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat eine erste Fläche mit einer Stickstoffpolarität und eine zweite Fläche mit einer Gruppe-III-Polarität gegenüber der ersten Fläche umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Bereich und der wenigstens eine zweite Bereich auf der ersten Fläche des Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrats angeordnet sind, wobei die Polarität des ersten Bereichs durch die Laserbestrahlung zu einer Gruppe-III-Polarität gewandelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat einen Halbleiter mit einer Zusammensetzung umfasst, die durch AlxInyGa(1-x-y)N (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ x + y ≤ 1) wiedergegeben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen des wenigstens einen zweiten Bereichs durch ein Nassätzen unter Verwendung eines der folgenden Materialien ausgeführt wird: KOH, H2SO4 und H2PO4.
  6. Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Züchten eines Lichtemissionsaufbaus mit einer ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht auf einem Nitrideinkristall-Züchtungssubstrat, Ausbilden eines Haltesubstrats zum Halten des Lichtemissionsaufbaus auf der zweiten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht, Entfernen des Nitrideinkristall-Züchtungssubstrats von dem Lichtemissionsaufbau, Strahlen eines Laserstrahls auf wenigstens einen ersten Bereich zum Verhindern eines Ätzens in dem Lichtemissionsaufbau, der durch das Entfernen des Nitrideinkristall-Züchtungssubstrats freigelegt wurde, und Ätzen des wenigstens einen zweiten Bereichs unter Ausschluss des ersten Bereichs, wobei der durch den Laserstrahl bestrahlte erste Bereich als Maske verwendet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtemissionsaufbau eine erste Fläche, die einer Fläche der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht entspricht und eine Stickstoffpolarität aufweist, und eine zweite Fläche gegenüber der ersten Fläche, die einer Fläche der zweiten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht entspricht und eine Gruppe-III-Polarität aufweist, umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Bereich und der wenigstens eine zweite Bereich auf der ersten Fläche des Lichtemissionsaufbaus angeordnet sind, wobei die Polarität des ersten Bereichs durch die Laserbestrahlung zu einer Gruppe-III-Polarität gewandelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen des wenigstens einen zweiten Bereichs das Ausbilden eines unregelmäßigen Musters für die Lichtextraktion durch das Ätzen des zweiten Bereichs zu einer vorbestimmten Tiefe auf der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen des wenigstens einen zweiten Bereichs das Ausbilden eines vertieften Musters umfasst, das verwendet wird, um den Lichtemissionsaufbau zu unterteilen, indem der zweite Bereich von der ersten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht zu einer bestimmten Tiefe unter der zweiten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht geätzt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nitrideinkristall-Züchtungssubstrat aus einem Material ausgebildet ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die Saphir, SiC, Si, ZnO, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 und LiGaO2 umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht, die aktive Schicht und die zweite Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht einen Halbleiter umfassen, der eine Zusammensetzung aufweist, die durch AlxInyGa(1-x-y)N (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ x + y ≤ 1) wiedergegeben wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen des wenigstens einen zweiten Bereichs durch das Nassätzen unter Verwendung eines der folgenden Materialien ausgeführt wird: KOH, H2SO4 und H2PO4.
  14. Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin gekennzeichnet durch: Ausbilden einer ersten Elektrode auf dem durch den Laserstrahl bestrahlten ersten Bereich, und Ausbilden einer zweiten Elektrode auf dem Haltesubstrat.
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