TW201108462A - III-nitride semiconductor light emitting device and method for fabricating the same - Google Patents

Description

201108462 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體發光裝 置及其製造方法，尤指係關於一種可改良外部量子效率及 減少三族氮化物半導體之晶體缺陷的三族氮化物半導體發 光裝置及其製造方法。 【先前技術】 此段落係提供關於本發明之背景資訊，其並非必然地 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100，生長 在基板100上之緩衝層200，生長在缓衝層200上之η-型 氮化物半導體層300，生長在η-型氮化物半導體層300上 之活性層400，生長在活性層400上之ρ-型氮化物半導體 層500，形成在ρ-型氮化物半導體層500上之ρ-端電極 600，形成在ρ-端電極600上之ρ-端搭接襯墊700，藉由 平台姓刻ρ-型氮化物半導體層500與活性層400所曝光之 形成在η-型氮化物半導體層300上之η-端電極800，以及 保護膜900 〇 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一實例的圖式，其顯示一種在圖案 化基板40上生長三族氮化物半導體層41之製程。 三族氮化物半導體層41係生長在圖案化基板40之凹 陷及凸出部份上，然後使之彼此接觸。在接觸區域中促進 94799 201108462 生長後，三族氮化物半導體層41具有平坦表面。使用圖案 化基板40使其可能散射光以改良外部量子效率及減少晶 體缺陷以改善三族氮化物半導體層41的品質。 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’其係建議一種在基板50上形成圓形凸出部份51再於 其上生長三族氮化物半導體層52的技術。因為由於圓形凸 出部份51之故，生長並非發生在基板5〇的頂部表面上， 由而提早形成平坦之三族氮化物半導體層52。除此之外， 三族氮化物半導體層52具有與第2圖所示之三族氮化物半 導體層41相同的效果。 【發明内容】 技術問題 本發明所欲解決的問題將見述於本發明之最佳實施方 式的後述部份。 ' 技術手段‘ 整個領域或 此段落係提供本發明之一般概述而並非其 其所有特點的全面揭露。 依據本發明之-紐，鍵供―種三魏化物半導體 發光裝置’包含：基板；生長在基板上且包含籍由重缸電 子與電洞而產生先之活性層之複數個三族氮化物半 層；以及形成在其上欲生長半導體層之基板的表面上之凸 出部份’平行於半導體層生長方向之凸出部份的剖面係以 94799 4 201108462 依據本發明之另—態樣，係提供-種製造三族氮化物 半導體發光裝置的方法，此方法包含：㈣祕在基板上 形成凸出相之第-韻刻光罩和用於在凸出部份的表面上 形成不規則部份之第二㈣光罩的光罩形成步驟；以及藉 由乾式_形成凸ώ部份和不規卿份的侧步驟。 優越功效 本發明之優越功效將見述於本發明之最佳實施方式的 後述部份。 【實施方式】 後文將參照隨附的圖式詳述本發明。 第4圖為依據本發明之三族氮化物丰導體發光裝置之 一實施例的圖式。三族氮化物半導體發光裝置1〇(後文， 稱為「發光裝置」）係包含基板U，三族氮化物半導體層 12(後文’稱為「半導體層」），及形成在基板u.上之凸出 部份13。 半導體層12為包含藉由重組電子與電洞而產生光之 活性層12b之複數個半導體層12a，12b及12c。 半導體層12可生長在.形成在基板11上之缓衝層上或 者直接生長在沒有緩衝層的基板丨丨上。 凸出部份13係形成在其上設置有半導體層12之基板 11的表面上，且以三角形形成平行於半導體層12生長方 向（亦即’發光裝置1 〇的垂直剖面）之凸出部份的剖面。 不像第2圖所示之凸出部份，凸出部份13的上方部份 不是一個面而是一個點或線。因此，其具備了可快速平面 5 94799 201108462 化半導體層12的優點。 此外’不像第3圖所示之半球狀凸出部份，凸出部份 13之外表面對基板11之水平表面的角度A為鈍角。因此， 半導體層12可輕易地生長在凸出部份13之外表面與基板 11之水平表面的相交區域中。結果，其具備了可減少在半 導體層12生長期間所產生之晶體缺陷的優點。 又，凸出部份13係用於散射活性層12b中所產生之光 以使光發射至發光裝置1 〇的外面。 第5圖為依據本發明之基板之一實例的照片。凸出部 份13係以圓錐之形狀形成在基板u上。 在此情形下，由於凸出部份13的上方部份是一個點， 半導體層12係以凸出部份13之間所界定之溝槽的底部表 面’凸出部份13之周邊表面，及凸出部份13之頂點的順 序生長之。 不像第2圖之凸出部份，半導體層12不是生長在凸出 部份13的頂部表面上。因此，其具備了可快速平面化半導 體層12的優點。 第6至8圖為利用模擬裝置之光行進至藍寶石基板的 照片及發光量對時間的作圖。第6圖係顯示沒有形成凸出 部份的實例，f 7圖係顯示以半球狀形成凸出部份的實 例’及第8圖係顯示以圓錐之形狀形成凸出部份的實例。 在第6至8圖之作圖中，縱軸係表示發光量，橫軸係 表示發光所耗費的時間。 在第6圖中，大部份的光係以接近17〇飛秒（fs)發射。 94799 6 201108462 之後，光藉由散射在發光裝置中循環再予以發射。 在第7圖中，光係以接近110 fs發射，其比第6圖者 早（光愈早發射，效果愈大）。發光量比第6圖者大25倍。 然而，有大量的光在發光裝置中循環再予以發射。 在第8圖中，大部份的光係以類似於第7圖者之時間 區帶發射。然而，發光量比第7圖者大1 〇倍。此外，小量 的光在發光裝置中循環再予以發射。 因此，可察覺就發光而言，圓錐狀凸出部份比半球狀 凸出部份或沒有凸出部份者更具優勢。 第9圖為依據本發明之基板之另一實例的圖式。凸出 部份23可位在垂直於半導體層12生長方向之基板21上且 以三角柱（亦即，具有三角形剖面之條帶（triangular pi 1 lar))之形狀形成。 在此情形下，由於凸出部份23的上方部份是一條線， 半導體層12不是生長在凸出部份23的頂部表面上。因此， 具備可快速平面化半導體層12的優點。 就外部量子效率而言，較佳以圓錐之形狀形成凸出部 份23，因為其可在各種方向得到散射表面。 第10圖為依據本發明之基板之又一實例的圖式。在形 成在基板31上之凸出部份33的表面上形成不規則部份35。 由於不規則部份35係形成在凸出部份33的表面上， 故其相對上小於凸出部份33。. 此外，不規則部份35可形成在凸出部份33間之基板 31的表面上以及凸出部份33的表面上。 7 94799 201108462 結果，其具備了可減少在半導體層12生長期間 之晶體缺陷的優點。 a 產生 具體而言，當在第2及3圖之基板上生長半導體層曰 其係生長在凸出部份之周邊表面的部份上以及凸出呷彳八$ ’ 底部或頂部表’面上。由於部份地生長之半導體 々之 體缺陷。 玍日日 然而，當在凸出部份33的周邊表面上形成不規則苦、 35時，半導體層12可均勻地生長在凸出部份扣的周=伤 面上。因此，可減少半導體層12的晶體缺陷。 。表 第11圖為依據本發明之製造三族氮化物半導體笋“ 裝置之方法之一實施例的說明性圖式。其包含光罩形^光 驟及乾式蝕刻步驟。 '成*步 光罩形成步驟係為了形成用於在基板31 工仏成凸出 部份33之第一钮刻光罩45和用於在凸出部份扣的表 形成不規則部份35之第二蝕刻光罩47。 面上 第一蝕刻光罩45可藉由槪影技術製程形成之。亦艮 將光阻劑（PR)塗佈在基板31上再施加曝光和顯學士、 _ 〜宙而形 成第一钱刻光罩45。 第二蝕刻光罩47係藉由形成材料層47a之步驟及施力 熱至材料層47a之步驟形成之。 材料層47a可形成在其上具有第一蝕刻光罩45 31上 材料層47a可由金屬材料如Ag或Mg形成之且以〇 至5奈米（nm)之厚度予塗佈之。 * 1 94799 201108462 施加熱至材料層47a之步驟係為了重新排列構成材料 層47a之材料顆粒。 當施熱於材料層47a時，材料顆粒重新排列成塊狀（例 如’球狀）以使表面能（surface energy)達到最小，由而形 成第二蝕刻光罩47。 除了上述之如Ag及Mg外，含有藉由熱重新排列以具 有形成不規則部份35之解析度之材料顆粒的任何材料皆 可使用作為形成第二蝕刻光罩47之材料。 乾式姓刻步驟係為了藉由乾式飾刻製程形成凸出部份 33及不規則部份35。 乾式侧製財為_偶合錢關、反紐離子银 ^電容偶合魏（明_、及f子迴旋共振⑽）之任 —第、12圖為依據本發明之形成侧光罩之方法之另 貫例的說明性圖式。第二#刻光罩Ο # 然後可在其上形成第-钱刻光軍45。 土板上 又’第13圖為依據本發明之形成 々士 一實例的說明性4 4罩之方法之: 上，凸出部份33可藉_彳製 可形成在基板3 份33上形成第二韻刻光罩〇。 场成，且可夜凸出名 此處，蝕刻製程顯然並不 弘』 式蝕刻。 於1L式蝕刻’且亦包含消 後文將要料本糾之各種性 (1 ) 一種r:炊备& & , J (生只施例 包含其上具有 —無氮化物半導體發光裝置 94799 201108462 圆錐狀之凸出部份或條帶狀之凸出部份的基板，以及生長 在基板上且包含活性層之半導體層。 因此，由於半導體層係輕易地生長在凸出部份與基板 的相交區域中，故可能減少在生長期間所產生的晶體缺 陷，而且由於活性層中所產生的光係由凸出部份予以散 射，故可能改良外部量子效率。 (2) 第（1)例之三族氮化物半導體發光裝置，其中在凸 出部份的表面上形成不規則部份。 (3) 第（1)或（2)例之三族氮化物半導體發光裝置，其 中不規則部份係以球狀或波狀形成之。 第（2)及（3)例使其可能減少在半導體層生長期間在半 導體層中所產生的晶體缺陷。 (4) 一種製造三族氮化物半導體發光裝置的方法，其 中形成用於形成凸出部份之第一蝕刻光罩或用於形成不規 則部份之第二蝕刻光罩，且在其上形成其他者，其中第二 蝕刻光罩係藉由形成材料層之步驟及施加熱至材料層之步 驟形成。 此使得可製造具有其上具備精細尺寸之不規則部份之 凸出部份的基板。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。 依據本發明之一種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凸出部份予以散射，而具有可 改良外部量子效率的優點。此外，由於半導體層係輕易地 生長在凸出部份與基板的相交區域中，而具有可減少在生 10 94799 201108462 長期間所產生之晶體缺陷的優點。又，由於凸出部份具有 .二角形剖面’此半導體層不是生長在凸出部份的頂部表面 上。因此’具備可快速平面化半導體層的優點。 依據本發明之另一種三族氮化物半導體發光裝置，因 為由於形成在凸出部份之表面上的不規則部份之故，而避 免使半導體層生長在凸出部份之周邊表面的部份上，而具 備可減少此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’藉由具有比利用微影技術所形成之蝕刻光罩更大解析 度之第二钱刻光罩而具備可改良外部量子效率及可有效地 減少三族氮化物半導體層之晶體缺陷的優點。 【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卯〇2/75821及？〇〇3/1〇831 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奶〇3/1〇831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。 第4圖為依據本發明之二族氮化物半導體發光裝置之 一實施例的圖式。. 第5圖為依據本發明之基被之一實例的照片.。 第6至δ圖為利用模擬裝置之光行進至藍寳石基板的 照片及發光量對時間的作圖。 ^ 94799 11 201108462 第9圖為依據本發明之基板之另一實例的圖式。 第10圖為依據本發明之基板之又一實例的圖式。 第11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12圖為依據本發明之形成蝕刻光罩之方法之另一 實例的說明性圖式。 第13圖為依據本發明之形成蝕刻光罩之方法之又一 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 11 基板 12 三族氮化物半導體層 13 凸出部份 12a、 12b、12c半導體層 12b 半導體層之活性層 21 基板 23 凸出部份 31 基板 33 凸出部份 35 不規則部份 40 圖案化基板 41 三族氮化物半導體層 45 第一钱刻光罩 47 第二#刻光罩 47a .材料層 50 .基板. 51 圓形凸出部份 52 三族氮化物半導體層 100 基板 200 緩衝層 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 ρ-端搭接襯墊 800 η-端電極 900 保護膜 12 94799

Claims (1)

1. 201108462 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；以及 凸出部份，其係形成在將生長該等半導體層之該基 板的表面上，平行於該等半導體層之生長方向之該凸出 部份的剖面係以三角形形成。 2. 如申請專利範圍第1項之三族氮化物半導體發光裝 置，其中該凸出部份係以圓錐之形狀形成。 3. 如申請專利範圍第1項之三族氮化物半導體發光裝 置，進一步包括形成在該凸出部份之表面上的不規則部 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，其中基板係由藍寶石所形成，該凸出部份係以圓錐 之形狀形成，且不規則部份係形成在該凸出部份的表面 • - . · 上。 5. —種製造如申請專利範圍第3 _項所述之三族氮化物半 導體發光裝置的方法，包括： 光罩形成步驟，係形成用於在-基板上形成凸出部份 之第一蝕刻光罩和用於在凸出部份的表面上形成不規 則部份之第二蝕刻光罩；以及 蝕刻步驟，係藉由乾式蝕刻形成該凸出部份和該不 規則部份。 13 94799 201108462 6·如申請專利範圍帛5項之方法，其中該光罩形成步 為了形成第一蝕刻光罩或第二蝕刻光罩及形 = 之其他者。 具上 7. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該光罩形成步驟传 為了在第一钕刻光罩形成後藉由银刻形成該凸出 及在該凸出部份的表面上形成第二關光罩。 77 8. 範圍第5項之方法，其中形成第二钮刻光罩 之步驟包括： 早 在該基板上形成材料層之步驟；以及 施加熱至該材料層之步驟。 9. 如申請專利範圍 ，刻二==第，光罩 -加=材第;=步光形成材料層之步驟及 94799 14