TW201236191A - Nitride based light emitting device using patterned lattice buffer layer and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

201236191 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於製造氮化物基發光器件之技術。 【先前技術】 發光讀係為-種基於n件巾的電子與電洞複合而出現的發 光現象之半導體器件。 例如’例如氮化鎵（GaN)發光器件的氮化物基發光器件被 廣泛應用。IUb絲發絲件由於其高帶雜量，可以實現多種 顏色此外，氮化物基發光器件展現出良好之熱穩定性。 可以根據其中η電極及p電極的佈置將氮化物基發光器件劃 分為橫向型及垂直型。橫向型結構通常具有η電極及ρ電極的頂_ 頂（top娜）佈置’而垂直型結構通常具有η電極及ρ電極的頂_ 底（top-bottom)佈置。 【發明内容】 因此繁於上述問題，本發明之—技術方㈣為提供一種氮 匕物基發光器件之製造方法，其中，形成圖案化的晶格緩衝層用 、最i化氮化物層生長時的位錯之產生，並形成空隙以提高發光 器件之亮度。 本發明之另—技術方㈣為提供-種氮化物基發光器件，其 W有圖案化的晶格緩衝層’以提聽化物之結晶度及發光器件 之亮度。 201236191 根據本發明之-倾術方案，—種氮化物基發紅件之製造 方法包3 .在基板上沉積具有纖鋅礦晶格結構之材料，以形成一 積層’在/儿積層的表面上形成一麵刻圖案，用以形成一圖案化 .的晶格緩衝層；以及在圖案化的晶格結構層上生長-氮化物層， 其中生長氮化物層包含絲職化的·緩衝層，以在氮化物層 的去除圖案化的晶格緩衝層之部份處形成空隙。 沉積層可以由氧化鋅（ZnO)形成。 圖案化的晶格緩衝層可以透過朗及_形成。 根據本發明之另一技術方案，一種氮化物基發光器件包含 有：了基板；一形成於基板上的緩衝層；以及-發光結構，其形 成於緩衝層上且具有多個氮化物層。這裏，在基板與緩衝層之間 形成空隙。 【實施方式】 現在參考酬以詳細描述本發明之示雕實施例。 應該理解，當提及例如層、膜、區或者基板的一個元件位於 另件之上時，其可以直接位於另一元件上或者還可存在有插 入兀件。相比而言，當提及—個元件直接位於另—元件上時， 則不存在插入元件。 第1圖」係為根據本發明一示例性實施例的利用圖案化的 晶格緩衝層的氮化絲發絲件之製造方法之流賴。η、 請參閱「第1圖」’纽物基發光器件之製造方法包含：在作 201236191 業S10中形成—沉積層；在作業S2〇中形成一圖案化的晶格緩衝 層；以及在作業S30中生長一氮化物層。 首先，如「第2圖」所示，在作業Sl〇之中，將能夠形成晶 格緩衝層之材料沉積於基板削上以形成—沉積層12〇。 在本實施例之巾，基板11G可為例如在氮化物基發光器件製 故中廣泛用作生長基板的藍寶石基板切基板之任意基板。 可以透過金屬有機化學氣相沉積（M〇cv〇)以形成沉積層 120。可選擇地，可以透過賤射以形成沉積層12〇。當沉積層透過 金屬有機化魏她積⑽CVD)形斜，能触善沉積層之品 質。另-方面，當沉積層透過濺射形斜，關提高沉積層之生 長速率。 用於晶格緩衝層之材料可以具有纖鋅礦晶格結構。 通常’用於發光器件的氮化物係為具有纖鋅礦晶格結構之氮 化鎵（GaN)。因此，當晶格緩衝層具有纖鋅礦晶格結構時，可以 緩解基板與氮化物層之間的晶格失配。 當基板與氮化物之間存在大的晶格常數差時，生長於基板上 的氮化物層中德錯_增高錄大的程度。由於位錯密度增 高，所氮化物層之結晶度降低，由此導致發光器件之亮度降低。 因此’當緩解晶格失配時’會降低氮化物層生長期間之位錯 密度。結果，所製造的發光器件具有提高之結晶度及亮度。 氧化鋅（ZnO)可以用作具有纖鋅礦晶格結構之材料。氧化鋅 201236191 (Zn〇)具有像氮化鎵（GaN)那樣的纖鋅礦晶格結構。此外，氡 化鋅（ZnO)具有a=3.249A及c=5.207人之晶格常數，其與氮化鎵 (GaN)之晶格常數（a=3.l89人及c=5.185人）相類似。 因此’當在氧化鋅（Zn〇)上生長氮化鎵（GaN)時，可以獲 付晶格匹配，由此最小化在氮化鎵（GaN)層生長期間的氮化鎵 (GaN)層中之位錯密度。 可以在氫氣氛下蝕刻氧化鋅（Zn0 )。因此，期望氧化辞（Zn〇 ) 之’儿積在例如氮氣、氬氣、氦氣等惰性氣體環境下進行，而取代 氮氣環境。此外’本領域中公知，與在任何其他氣體環境下相比 較’在氫氣環境下生長的氮化物層具有較好之結晶品質。然而， 田在1^%；^下生長時，由氧化鋅（ZnQ)形成之晶格緩衝層會被 風氣餘刻。 有利地’可以在惰性氣體環境下生長例如_層的第一氣化 物層’並且可以在氫氣環境下形細外的氮化物層。 …接著，在作業S2G之中，在沉積層之表面上形成_圖案， 以形成圖案化之晶格緩衝層。 圖案化之晶格緩觸可贿過光取⑽⑽成。「第3圖」 至第6圖」係為透過光刻及侧形成圖案化的晶格緩衝層之一 示例。 θ 首先，如「第3圖」所示，在沉積層m上形成—光致抗钱 Μ 3〇。絲’如「第4圖」所示，將光致抗_曝缝顯影，用 201236191 以形成一光致抗敍劑圖案13〇a。 然後，如「第5圖」所示，敍刻沉積層12〇之上，由光致抗 _圖案130a暴露的區域以形成圖案化的沉積層。圖案化的沉積 層成為本發明之圖案化的晶格緩衝層l2〇a。 接著’如第6圖」所示，除去剩餘的光致抗餘劑。光致抗 姓劑之去除可以姻_、曱醇細執行，紅可以包含利用去 離子水之DI漂洗工藝。 接著，在作業S30之中，在圖案化的晶格緩衝層 120a上生長 例如氮化鎵（GaN)層之氮化物層14〇 (「第6圖」）。可以透過具 有纖維礦晶格結_晶格緩衝層12Ga，以低位錯密度生長例如氮 化鎵（GaN)層之氮化物層。 此時，在氮化物層生長期間，去除圖案化的晶格緩衝層施 以形成空隙職，如「第7圖」所示。在該作業之中，晶格緩衝 層120a可以全部或部份地去除。空隙·用作不規則的反射層， 由此提高氮化物基發光器件之亮度。 為了形成空隙120b，氮化物層可以在氫氣環境下生長。例如， 乳化鋅（ZnO)容易透過氫氣钱刻。因此，當晶格緩衝層既由 氧化鋅（ZnO)形成且氮化物層在氫氣環境下生長時，由於氮化物 層生長期_氧化辞（Ζη⑴㈣，可以容祕形成空隙。 當然，當在生長氮化物層之初始階段利用氫氣時，由於晶格 緩衝層之侧，_減化物生長之減階段麟日a日格緩解效 201236191 應’以至於增高生長的氮化物層中之位錯密度。因此，有利地， 在氮化物生長之初始階段，利用氮氣生長氮化物層以確保晶格緩 解效應，然後使用氫氣以去除由氧化鋅（Zn〇)或其類似物組成的 晶格緩衝層。 透過「第2圖」至「第7圖」所示之過程製造的氣化物基發 光裔件包含有：-基板；多個空隙；以及_氮化物基發光結構。 氣化物基發光結構可以透過在基板上層疊多層氮化物層以开》成。 第8圖」係為根據本發明之一示例性實施例的利用圖案化 的晶格緩衝層之氮化物基發光器件之剖視圖。 請參閱「第8圖」，氮化物基發光器件包含有：一基板81〇; 一緩衝層820，一未摻雜的氮化物層請；一 η型氮化物層⑽； 一發光活性層860以及一 ρ型氮化物層87〇。 在「第8圖」之實施例中，多個空隙83〇形成於基板81〇與 缓衝層820之間。如上所述，空隙83〇可以透過去除圖案化的晶 格緩衝層以形成。 在「第8圖」之實施例中，緩衝層820可以由例如氮化鋁 (Α1Ν)、氮化鍅（ZrN)、氮化鎵（GaN)等的氮化物形成。 接著’在緩衝層820上形成未摻雜的氮化物層840以促進晶 格匹配。根據需要，可以省去未換雜的氮化物層840。如果基板 810係為未摻雜的矽基板或藍寶石基板，則可以使用未摻雜的氮化 物層。 201236191 接著’在未掺雜的氮化物層840上形成η型氮化物層850。如 果沒有形成未掺雜的氮化物層840’則在緩衝層820上形成η型氮 化物層850。η型氮化物層850透過摻入例如矽（Si)的η型雜質 以形成’由此展現出η型氮化物層之電特性。 接著，在η型氮化物層850上形成發光活性層860。發光活性 層860可以具有多量子阱（MQW)結構。例如，發光活性層86〇 具有包含相互交替層疊的InxGal-xN(〇.l<x<〇.3)及氮化鎵（GaN) 之結構。 然後，P型氮化物層870形成於發光活性層860上，並展現出 與η型氮化物層850之電特性相反之電特性。為此，p型氮化物層 870 (氮化叙（GaN)層）可以透過將例如鎮（Mg)之類的p型雜 質摻入氮化鎵（GaN)層中以形成。 在「第8圖」之實施例中，可以採用n型石夕基板作為基板81〇。 當採用η财基_，可轉―半導體層軸為發光活性層_ 下方之各層。此外，當採用η型矽基板時，矽基板可以用作η電 極。因此，即使在垂直型發光器件的製造巾，也可以省其用於去 除生長基板的剝離過程及形成η電極之過程。 "因此’虽採用η型石夕基板時’不僅能夠容易地製造橫向型發 光器件，戦夠容易地製造具有相馳寬的發光面積之垂直型發 光器件。 卜田使用η型石夕基板作為基板_時，基板在高溫下的 201236191 氮化物生錢_受輕微之〗曲，由此能夠使得氮化物層在高溫 下均勻地生長。 緩衝層820也可為n型氮化物層。用於緩衝層82〇的氮化物 通常具有咼電阻。然而，如果緩衝層82〇係為n型緩衝層，則緩 衝層具有低電阻。 此外’如果使用n型矽基板作為基板81〇且緩衝層82〇為η 型緩衝層，則注入於η型矽基板中的電子可以容易地到達發光活 性層860 ’而不受勢壘之影響。因此，能夠進一步提高發光器件之 工作效率。 「第9圖」係為根據本發明之另一示例性實施例的利用圖案 化的晶格緩衝層之氮化物基發光器件之剖視圖。 請參閱「第9圖」，氮化物基發光器件包含有：一基板91〇 ; 一緩衝層920 ; — ρ型氮化物層940 ; —發光活性層950 ;以及一 η型氧化鋅（ΖηΟ)層960。 在「第9圖」之實施例中’多個空隙930形成於基板910與 緩衝層920之間。如上所述，空隙93〇可透過去除圖案化的晶格 緩衝層以形成。 在「第9圖」之實施例中，基板91〇、缓衝層920 '空隙930 以及發光結構之各層與上述實施例相同，因此在這裏省去其詳細 說明。 請參閱「第9圖」’首先將ρ型氮化物層940形成於基板910 201236191 上，且然後將發光活性層950形成於p型氮化物層940之上。 常規地，在氮化物基發光器件之製造方法中，在形成發光活 性層之後的最後階段形成p型氮化物層。這裏，在較低的生長溫 度下生長p型氮化物層，以抑制p型雜質在p型氮化物層形成期 間對發光活性層之影響。結果P型氮化物層之結晶品質被降低， 導致發光效率的降低。 然而，在本發明之本實施例之中，在發光活性層950之前形 成P型氮化物層940，由此確保p型氮化物層之高結晶品質。 η型氧化鋅（ZnO)層960形成於發光活性層95〇上且展現出 與P型氮化物層940相反之電特性，即，n型電特性。n型氧化鋅 (ZnO)層960可以透過將例如矽（si)的n型雜質摻入氧化辞 (ZnO)層以形成。 如上所述，氧化鋅（ZnO)具有與氮化鎵（GaN)基本相同的 纖鋅礦晶格結構。另外，由於氧化鋅（Zn〇)甚至可以在大約 __〇C的溫度下生長’所以能夠透過最小化氧化鋅生 長期間對發光活性層950之影響，用以提高結晶品f。因此，適 用於本發明的η型氧化鋅（Zn())層_可鱗代在大約i2〇〇〇c 的咼溫下生長的η型氮化鎵（GaN)層。 此外’在「第9圖」之實施例中，可以採用p型石夕基板作為 生長基板910。當採用p型雜板時，可以將p型層形成為發光活 性層950 T方之各層。此外，當採用p型石夕基板作為基板9料， 201236191 矽基板可用作P電極。這裏，緩衝層920也可由p型層形成。 另一方面，當緩衝層920係為p型緩衝層時，緩衝層92〇中 的例如鎂（Mg)之雜質擴散至生長基板91〇中。此種情況下，基 板910展現出p型層之電特性。因此，與常規垂直型發光器件的 製造不相同’即使將具有絕緣特性的藍寶石基板用作基板91〇，也 不需要去除藍寶石基板。 如上所述，在根據實施例的氮化物基發光器件之製造方法 中，使用具有纖鋅礦晶格結構的圖案化的晶格緩衝層。結果，能 夠降低在氮化物層生長_由於晶格常數差所導朗位錯密度。 此外，在該方法中，在氮化物層生長期間形成空隙。因此，根據 貫施例之方法，可以提高由此製造的氮化物基發光器件之亮度。 同樣地，根據本發明之實施例，在氮化物基發光器件之製造 方法中使用具有纖鋅礦晶格結構及表面圖案的晶格緩衝層。結 果，該方法可以在氮化物層生長期間降低位錯密度並形成空隙。 因此，透過該方法製造的氮化物基發光器件可以具有優良之 結晶度並透過空隙展現出提高之亮度。 雖然本文中已經描述了一些實施例，但是，本領域技術人員 應該理解，這些實施例僅以示例的方式給出，並且在不脫離本發 明的精神和範圍的情況下，可以進行各種改進、變型和修改。因 此，本發明的範圍應當僅由所附的專利申請範圍及其等同物來限 定。 12 201236191 【圖式簡單說明】 — 第1圖係為根據本發明一示例性實施例的利用圖案化的晶格 緩衝層的氮化物基發光器件之製造方法之流程圖； 第2圖係為在根據本發明實施例之方法中，具有形成於基板 上的纖鋅礦晶格結構的沉積層之一示例之剖視圖； 第圖係為在根據本發明實施例之方法中，沉積於沉積層上 的光致抗蝕劑之一示例之剖視圖； 第4圖係為在根據本發明實施例之方法中的光致抗蝕劑圖案 之一示例之剖視圖； 第5圖係為在根據本發明實施例之方法中經受蝕刻的沉積層 之一示例之剖視圖； 第6圖係為在根據本發明實施例之方法中，透過除去光致抗 背J圖案而形成的圖案化之晶格緩衝層之一示例之剖視圖； 。第7圖係為在根據本發明實施例之方法中，在圖案化的晶格 、、Λ衝層上生長氮化物層期間形成的空隙之—示例之剖視圖； 第8圖係為根據本發明之一示例性實施例的利用圖案化的晶 格緩衝層之氮化物基發光器件之剖視圖；以及 曰第9圖係為根據本發明之另一示例性實施例的利用圖案化的 曰曰格緩衝層之氮化物基發光ϋ件之剖視圖。 【主要元件符號說明】 110 基板 13 201236191 120 沉積層 120a 晶格緩衝層 120b 空隙 130 光致抗ϋ劑 130a 光致抗蝕劑圖案 140 氮化物層 810 、 910 基板 820 、 920 緩衝層 830 、 930 空隙 840 氮化物層 850 η型氮化物層 860 、 950 發光活性層 870 、 940 Ρ型氮化物層 960 η型氧化鋅（ΖηΟ)層

Claims (1)

1. 201236191 七、申請專利範圍： 1. 一種氮化物基發光器件，係包含有： 一基板， 一緩衝層，係形成於該基板上；以及 一發光結構，係形成於該緩衝層上且具有多層氮化物層， 其中，空隙形成於該基板與該緩衝層之間。 2. 如請求項第1項所述之氮化物基發光器件，其中該發光結構係 包含有： —形成於該緩衝層上的η型氮化物層； 一形成於該η型氮化物層上的發光活性層，以及 一形成於該發光活性層上的ρ型氮化物層。 3. 如請求項第2項所述之氮化物基發光器件，其中該基板係為一 η型矽基板。 4. 如請求項第3項所述之氮化物基發光器件，其中該緩衝層係為 一η型緩衝層。 5. 如請求項第1項所述之氮化物基發光器件，其中該發光結構包 含有： 一形成於該緩衝層上的ρ型氮化物層； 一形成於該Ρ型氮化物層上的發光活性層；以及 一形成於該發光活性層上的η型氧化鋅（ΖηΟ)層。 6. 如請求項第5項所述之氮化物基發光器件，其中該基板係為〜 15 201236191 P型梦基板。 7. 如請求項第6項所述之氮化物基發光器件，其中該緩衝層係為 一P型緩衝層。 8. —種氮化物基發光器件之製造方法，係包含： 在基板上沉積具有纖鋅礦晶格結構之材料，以形成一沉積 層； 在該沉積层之表面上形成蚀刻图案，以形成一图案化的晶 格缓冲层；以及 在該圖案化的晶格緩衝層上生長多層氮化物層，以形成一 緩衝層及一發光結構， 其中，生長該多層氮化物層包含去除該圖案化的晶格缓衝 層用以以在該多層氮化物層的已去除該圖案化的晶格缓衝層 之部份處形成空隙。 9.如請求項第8項所述之氮化物基發光器件之製造方法，其中該 沉積層係由氧化辞（ZnO)形成。 瓜如請求項第9項所述之氮化物基發光器件之製造方法，其中該 》儿積層透過金屬有機化學氣相沉積（MOCVD)形成。 η·如請求項第9項所述之氮化物基發光器件之製造方法，其中該 沉積層透過濺射形成。 12.如請求項第9項所述之氮化物基發光器件之製造方法，其中生 長該多層氮化物層首先在氮氣環境下執行’然後在氮氣環境下 201236191 執行。 ' 13.如請求項第8項所述之氮化物基發光器件之製造方法，其中該 • 基板係為矽基板或藍寶石基板。 H.如請求項第8項所述之氮化物基發光器件之製造方法，其中該 圖案化的晶格緩衝層透過光刻及蝕刻形成。 15· —種氮化物基發光器件，係透過下述方法製成：在基板上沉積 具有纖鋅礦晶格結構的材料，以形成一沉積層；在該沉積層的 表面上形成一蝕刻圖案以形成一圖案化的晶格緩衝層；以及在 該圖案化的晶格緩衝層上生長多層氮化物層，以形成一緩衝層 及一發光結構，當生長該多層氮化物層時，去除該圖案化的晶 格緩衝層，用以在該氮化物層的已去除該圖案化的晶格緩衝層 之部份處形成空隙。