TW201034243A - III-nitride semiconductor light emitting device and method for fabricating the same - Google Patents

Description

201034243 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明概括而言係關於一種三族氮化物半導朵 置及其製造方法，尤指關於一種可改良外部量子效^ 、 少在三族氮化物半導體生長顧之晶體㈣的 半導體發光裝置及其製造方法。 物 【先前技術】 此段落係提供關於本發明之背景資訊，其並非必然 先前技術。 ^ 第1圖為習知三族氮化物半導體發光裝置之一實例的 圖式。此三族氮化物半導體發光裝置包含基板1〇〇，生長 在基板100上之緩衝層200，生長在緩衝層2〇〇上之n—型 氮化物半導體層300，生長在n_型氮化物半導體層3〇〇上 之活性層400,生長在活性層4〇〇上之卜型氮化物半導體 層500，形成在p-型氮化物半導體層5〇〇上之p_端電極 600 ’形成在p-端電極6〇〇上之p_端搭接襯墊7〇〇，藉由 平台触刻P-型氮化物半導體層5〇〇與活性層4〇〇所曝光之 形成在η-型氮化物半導體層3〇〇上之n—端電極8〇〇 ，以及 保護膜900。 第2圖為國際專利公開案第W002/75821及 W003/10831號所揭露之發光裝置之—實例的圖式。圖案係 形成在基板40上。這些圖案有效地散射光以改良外部量子 效率及減少在二族氡化物半導體層41生長㈣之晶體缺 陷。 94798 201034243 此處，三族氮化物半導體層41在圖案之間及圖案的表 層上開始生長在基板40上，然後使之彼此接觸。在接觸區 域中促進生長後，三族氮化物半導體層41具有平坦表面。 第3圖為國際專利公開案第W003/10831號及美國專利 公開案第2005-082546號所揭露之發光裝置之一實例的圖 式。由於半球狀之凸出部份51係形成在基板5〇，而避免 使三族氮化物半導體層52生長在凸出部份51上。三族氮 化物半導體層52比第2圖者更快地平面化。

第4圖為生長在其上具有凸出部份之習知基板上之二 族氮化物半導體的照片。雖然已知三族氮化物半導體报少 生長在第2圖之圖案化之基板4〇的侧面及第3圖之凸出部 份51的表面上’但三族氮化物半導體生長在某些部份上 (參見第4圖中的D)。經此生長之三族氮化物半導體在最 後的發光裝置中可能變成一個缺陷。 【發明内容】 (技術問題） 本發明所欲解決的問題將見述於本發 式的後述部份。 明之最佳實施方 ❹ (技術手段） 其所===明之-般概述而並非其整個領域或 發光=本Z之生=广:，半導體 子與電洞而產生光之活性層之_==以電 94798 4 201034243 -層；形成在基板上以散射活性層中所產生之光之散射表面 以及凹凸不平地形成在散射表面上之次散射部份。 半導態樣，係提供一種製造三族氮化物 + V體發衫置的方法，財法包含：形成驗在基板上 形成散=表面之第-光罩和用於在散射表面上形成次散射 4伤之第二光罩的光罩形成步驟；以及藉由 散射表面和次散射部份的蝕刻步驟。 广只 ❹ 優越功效 後述ΪΓ之優越功效將見述於本發明之最佳實施方式的 【實施方式】 後文將參照隨附的圖式詳述本發明。 一為依據本發明之三族氮化物半導體發光裝置之 ❹ 第6圖為依據本發明之其上具有散射表 科恭：：要。伤之基板之一實例的照片。三族氮化物半導 ^ (後文稱為「發光裝置」）係包含基板11 (例 三族氮化物半導體層14(後文稱為「半 導體:」）’形成在基板u上之散射表面12 ’以及形成在 散射表面12上之次散射部份13。 半導體層14為生長在基板11上且包含藉由重組電子' 與電洞而產生光之活性層14b之複數個半導體層i4a，· 及 14c。 此處’可在半導體層14與基板11之間進-步形成缓 衝層。 94798 5 201034243 可在基板11上規則地或不規則地形成散射表面12， 其係指形成在基板11上之凹凸不平表面。 散射表面12可散射活性層14b中所產生之光再入射在 基板11上以改良發光裝置10的外部量子效率及進一步減 少生長在基板11上之半導體層14的晶體缺陷。 次散射部份13凹凸不平地形成在散射表面12上。次 散射部份13可防止半導體層14在半導體層14生長期間提 早生長在散射表面12之一部份上。 因此，可能在散射表面12上均勻地生長半導體層η 0 且減少半導體層14的晶體缺陷。 此外，次散射部份13(其係形成在散射表面12上）在 結構上小於散射表面12。因此可能更有效地散射光且更加 改良發光裝置10的外部量子效率。 次散射部份13可作為形成在散射表面12上之不規貝ij 部份。 就位置及就規則地或不規則地形成在散射表面12上 之形狀或部份而言，不規則部份並不限於以均勻形狀不規 ◎ 則地形成在散射表面12上之凹陷及凸出部份，而是亦包含 以不均勻形狀（例如，球狀，波狀（corrugated shape)等） 所形成之部份。 第7圖為依據本發明之散射表面之一些實例的圖式。 散射表面12可藉由形成在基板U上之凸出部份12a所形 成。 凸出部份12a可以任何形狀予以形成，只要其可散射 94798 6 201034243 、 • 活性層14b中所產生少也 .周邊表面傾斜至其底部表二二凸出部份心之 角度為銳角時，就铸㈣14 面縣部表面之 具有優越性。 長而$，凸出部份12a 亦即，當凸出部份12a之周 泛 度為銳角時，凸出部份仏之周邊表表二其、底4表面之角 鈍角。因此’半導體層14可在 、土 11之角度為 ❹ 中有效地生長。 相鄰凸出部份12a間之空間 12a^^14b中所產生之光可輕易地_凸出部份 12a的周邊表面’就散射效㈣言此騎佳者。 具體而言，凸出部份12a可以 縮減之半球、圓錐及多角錐之=;= 積自底部表面至頂部表面逐漸地縮減之_體， 及多角圓柱體之形狀形成。 圓柱體 凸 山_表® 12並不限㈣—種形狀形成在基板U上之 出部伤12a’而且並包含以兩錄 凸出部份。 兩種或更多種形狀所形成之 凸出部份12a可藉由微影技術製程及關製程形成 之。凸出部份12a的各種形狀可藉由改變㈣製程條件形 成。 第8圖為依據本發明之散射表面之其他實例的圖式。 散射表面12可作為形成在基板η中之凸出部份。 如同上述凸出部份12a —樣，凸出部份22a可以任何 形狀加以形成，只要其可散射活性層14b中所產生之光即 94798 7 201034243 可。尤其，s凸出部份12a之周邊表面傾斜至凸出部份22a 之底部表面時，若凸出部份22a之底部表面對其周邊表面 之角度為鈍角時，就半導體層14之生長及散射效率而言， 此凸出部份22a為較佳者。 具體而言，凸出部份12a可以其中底部不是一個面而 是一個點且面積自入口至底部逐漸地縮減之半球、圓錐及 多角錐之形狀，以及其中面積自入口至底部表面逐漸地縮 減之圓柱體，橢圓柱體及多角圓柱體之形狀形成。 f 9 ®為域本發明之製造三族氮化物半導體發光裝 置之方法之-實施例的說明性圖式，其包含光罩形成步驟 及乾式蝕刻步驟。 光罩形成步驟係為了形成用於在基板n上形成散射 表面12之第—光罩35和用於在散射表面12上形成次散射 部份13之第二光罩37。 第一光罩35可藉由微影技術製程形成之。亦即，將光 阻劑⑽塗佈在基板n上再施加曝光和顯影，由而形成第 一光罩35。 第二光罩37係藉由形成材料層施之步驟及施加熱至 材料層37a之步驟形成， 材料層37a可形成在其上具有第一光罩35之基板^ 上。 材料層37a(其可由金屬材料如Ag或形成之）較佳 塗佈以0.1至5奈米（nm)之厚度以有效地形成第二光罩 37。 8 94798 201034243 施加熱至材料層37a之步驟係為了重新排列構成材料 層37a之材料顆粒。 當施熱於材料層37a時，材料顆粒重新排列成塊狀（例 如，球狀）以使表面能（surfaceenergy)達到最小，由而形 成第二光罩37。 除了上述之如Ag&Mg外，含有藉由熱重新排列以具 有形成次散射部份13之解析度之材料顆粒的任何材料皆 可使用作為形成第二光罩37之材料。 ❹1乞式1«步驟係為了藉由乾式_製程形成散射表面 12及次散射部份13。 乾式儀刻製程可為電感偶合電漿钱刻、反應性離子钱 刻、電容偶合電漿（CCP)⑽、及電子迴旋共振⑽）之任 種0 弟ΐυ圖為依據本發明之形成光罩之方法之另 的說明性圖式。第二光罩37可形成在基板11上，然後 ❹在其上形成第一光罩35。 又，第U圖為依據本發明之形成光罩之方法之又一 例的說明性圖式。第一光罩35可形成在基板^上，散^ 表面12可藉由钱刻製程予以形成，且可在散射& '形成第二光罩37。 =處’ _製程顧並不限於乾核刻4亦包的 式蚀刻。 後文一，將要㈣本發明之各種示舰實施例。 ⑴-種三絲化物半㈣發綠置，齡次散射部份 94798 9 201034243 係作為形成在散射表面上之不規則部份。 (2) —種三族氮化物半導體發光裝置，其中次散射部份 係作為形成在散射表面上之波狀部份。 次散射部份係意欲改良散射效率及防止半導體層提早 生長在散射表面之一部份上以減少半導體層的晶體缺陷。 (3) —種三族氮化物半導體發光裝置，其中散射表面係 藉由形成在基板上之凸出部份所形成，且凸出部份之周邊 表面對其底部表面之角度為銳角。 (4) 一種三族氮化物半導體發光裝置，其中散射表面係 藉由形成在基板上之凹陷部份所形成，且凹陷部份之周邊 表面對其底部表面之角度為鈍角。 因此，半導體層可在相鄰凸出部份間之空間或由凹陷 部份所界定之空間中有效地生長。此外，活性層中所產生 之光可輕易地到達凸出部份或凹陷部份的周邊表面，就散 射效率而言此為較佳者。 (5) —種製造三族氮化物半導體發光裝置的方法，其中 形成用於形成散射表面之第一光罩或用於形成次散射部份 之第二光罩，且在其上形成其他者，其中第二光罩係藉由 形成材料層之步驟及施加熱至材料層以重新排列構成材料 層之材料顆粒之步驟形成之。 因此，可藉由具有比第一光罩更大之解析度之第二光 罩製造具有其上具備精細尺寸之不規則部份之散射表面的 基板。因此可能改良發光裝置的外部量子效率及減少半導 體層的晶體缺陷。 10 94798 201034243 ' 依據本發明之三族氮化物半導體發光裝置，由於活性 層中所產生之光係藉由次散射部份以及散射表面予以散 射，而具有可改良外部量子效率的優點，且由於藉由次散 射部份均勻地生長半導體層，而具有可在生長期間減少半 導體層之晶體缺陷的優點。 依據本發明之製造三族氮化物半導體發光裝置的方 法，可藉由具有比由一般微影技術所形成之光罩更大解析 度之光罩輕易地形成次散射部份。此改良了發光裝置的外 部量子效率及減少半導體層的晶體缺陷。 【圖式簡單說明】 第1圖為習知三族氮化物半導體發光裝置之一實例的 圖式。 第2圖為國際專利公開案第w〇〇2/75821及 —W003/1+0831號所揭露之發光裝置之一實例的圖式。 第3圖為國際專利公開案第W003/10831號及美國專利 ❹公開案第2005-082546號所揭露之發光裝置之一實例的圖 . 式。 第4圖為生長在其上具有凸出部份之習知基板上之三 族氮化物半導體的照片。 第5圖為依據本發明之三族氮化物半導體發光裝置之 一實施例的圖式。 第6圖為依據本發明之其上具有散射表面及次散射部 份之基板之一實例的照片。 第7圖為依據本發明之散射表面之一些實例的圖式。 11 94798 201034243 第8圖為依據本發明之散射表面之其他實例的圖式。 第9圖為依據本發明之製造三族氮化物半導體發光裝 置之方法之一實施例的說明性圖式。 第10圖為依據本發明之形成光罩之方法之另一實例 的說明性圖式。 第11圖為依據本發明之形成光罩之方法之又一實例 的說明性圖式。 【主要元件符號說明】 10 三族氮化物半導體發光裝置 1卜 40、50、100 基板 12 散射表面 12a 凸出部份 13 次散射部份 14 > 41、52 三族氮化物半導體層 14a 、14b、14c 半導體層 14b 半導體層之活性層 22a 凸出部份 35 第一光罩 37 第二光罩 37a 材料層 51 半球狀之凸出部份 200 缓衝層 300 η-型氮化物半導體層 400 活性層 500 ρ-型氮化物半導體層 600 ρ_端電極 700 P-端搭接襯墊 800 η-端電極 900 保護膜 12 94798

Claims (1)

1. 201034243 - 七、申請專利範圍： 1. 一種三族氮化物半導體發光裝置，包括： 基板， 複數個三族氮化物半導體層，其係生長在基板上且 包含藉由重組電子與電洞而產生光之活性層； 散射表面，其係形成在該基板上以散射該活性層中 所產生之光；以及 次散射部份，其係凹凸不平地形成在該散射表面 © 上。 2. 如申請專利範圍第1項之三族氮化物半導體發光裝置， 其中該次散射部份減少該複數個三族氮化物半導體層 的晶體缺陷。 3. 如申請專利範圍第1項之三族氮化物半導體發光裝置， 其中該次散射部份係作為形成在散射表面上之不規則 部份。 & 4.如申請專利範圍第1項之三族氮化物半導體發光裝置， 其中該次散射部份係作為形成在散射表面上之波狀部 份。 5. 如申請專利範圍第1項之三族氮化物半導體發光裝置， 其中該散射表面係藉由形成在該基板上之凸出部份所 形成，且該凸出部份之周邊表面對該凸出部份之底部表 面之角度為銳角。 6. 如申請專利範圍第1項之三族氮化物半導體發光裝置， 其中該散射表面係藉由形成在該基板上之凹陷部份所 1 13 94798 201034243 形:二::份之周逢表，㈣部一表 7.如申請專利範圍第〗 其中該基板係由藍寶b 氮化物半導體發光裝置， 該基板上/中之凸出部份或H，該散射表面係由形成在 部份係作為形成在該散^部份所形成，該次散射 部份，且該次散射 上之不規則部份或波狀 層的晶體缺陷。…該複數個三族氮化物半導體 8. 一種製造如申譜直糾竹 導體發光裝置的方法，1項所述之三族氮化物半 之第二光罩^肆’係形成用於在基板上形成散射表面 二光罩；以及用於在散射表面上形成次散射部份之第 餘刻步驟，係益山缸a 散射部份。、藉由乾式則形成該散射表面和該次 9.如申請專利範筮 為了形成竽第 、之方法，其中該光罩形成步驟係 者。成該第一光罩或該第二光罩及形成其上之其他 在該散射表面上刻形成该散射表面及 11.如申請專利範圄 在該基板上形成箱項之方法’其中該第二光罩係藉由 料層之步驟形ΐ材料層之步驟及施加熱至該材 94798 14 201034243 12.如申請專利範圍第8項之方法，其中形成該第一光罩或 該第二光罩及形成在其上之其他者， 其中該第二光罩係藉由在該基板上形成預設之材 料層之步驟及施加熱至該材料層之步驟形成。 15 94798