TWI423478B - 半導體發光晶片製造方法 - Google Patents

Description

半導體發光晶片製造方法

本發明涉及一種發光晶片製造方法，特別是指一種半導體發光晶片製造方法。

發光二極體作為一種新興的光源，目前已廣泛應用於多種場合之中，並大有取代傳統光源的趨勢。

發光二極體中最重要的元件為發光晶片，其決定了發光二極體的各種出光參數，如強度、顏色等。習知的發光晶片通常是由依次生長在基板的N型半導體層、發光層及P型半導體層所組成。通過外界電流的激發，發光晶片的N型半導體層的電子與P型半導體層的空穴在發光層複合而向外輻射出光線。

為提升發光晶片的出光效率，業界設計出各種方法對發光晶片的結構進行改進，其中應用較為廣泛的一種為晶片側邊傾斜化處理，即將發光晶片的側邊進行蝕刻，使其呈現出上寬下窄的錐形結構。通過此種處理後的發光晶片可通過其傾斜的側邊將更多的光線朝向出光方向反射，從而使出光效率得到提升。然而，習知的蝕刻方法所需耗費的時間較長，造成發光晶片的整個製造週期較長，不利於快速量產。

因此，有必要提供一種時間較短的半導體發光晶片的製造方法。

一種半導體發光晶片的製造方法，包括步驟：提供基板；在基板上形成第一蝕刻層；在第一蝕刻層上形成連接層；在連接層上形成第二蝕刻層；在第二蝕刻層上形成發光結構層；蝕刻第一蝕刻層、第二蝕刻層、連接層及發光結構層而使連接層及發光結構層均形成寬度從上至下漸減的形狀，其中第一蝕刻層及第二蝕刻層的蝕刻速率快於連接層及發光結構層的蝕刻速率。

由於在連接層與基板之間以及發光結構層與連接層之間均形成有蝕刻速率相對較快的蝕刻層，因此在對晶片進行蝕刻時該兩層蝕刻層將會首先被蝕刻而露出發光結構層及連接層的底面。發光結構層及連接層暴露出的底面可同時與其側面發生蝕刻，從而加速整個蝕刻過程，使整體的製造時間得到縮短。

10‧‧‧基板

20‧‧‧第一蝕刻層

30‧‧‧連接層

40‧‧‧第二蝕刻層

42‧‧‧氮化鎵層

44‧‧‧氮化鋁層

440‧‧‧空隙

50‧‧‧發光結構層

52‧‧‧第一半導體層

54‧‧‧發光層

56‧‧‧第二半導體層

60‧‧‧透明導電層

70‧‧‧第一電極

72‧‧‧第二電極

80‧‧‧缺陷

圖1為本發明的半導體發光晶片製造方法中使用的發光晶片在蝕刻之前的結構示意圖。

圖2為圖1中的發光晶片的第二蝕刻層的部分放大圖。

圖3為圖2中的第二蝕刻層在蝕刻一段時間之後的形態。

圖4為圖3中的第二蝕刻層在進一步蝕刻一段時間之後的形態。

圖5為圖1中的發光晶片蝕刻之後的結構示意圖，其中透明導電層 、第一電極及第二電極被製作在發光晶片上。

參見圖1-2，本發明公開了一種速率較快的半導體發光晶片的製造方法，其包括如下步驟：首先，提供一基板10。該基板10可由矽(Si)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、藍寶石(sapphire)等材料所製成，本實施例中優選為藍寶石。

然後，在基板10頂面通過有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy；MBE)或鹵化物化學氣相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy；HVPE)等方式形成一第一蝕刻層20。本實施例中該第一蝕刻層20為一厚度為20nm的低溫緩衝層(Low Temperature Buffer Layer)，其可由氮化鎵(GaN)或氮化鋁(AlN)所製成，以為後續半導體層的生長提供良好的環境。

隨後，在第一蝕刻層20的上方繼續生長一連接層30。本實施例中該連接層30優選為一非摻雜的氮化鎵層，其厚度為1μm。

之後，在連接層30頂面再生長一第二蝕刻層40。本實施例中該第二蝕刻層40為一由多層氮化鎵層42及氮化鋁層44交替形成的超晶格層。每一氮化鎵層42的厚度優選為40nm，每一氮化鋁層44的厚度優選為20nm。這些氮化鎵層42及氮化鋁層44的總層數優選為20層，因此第二蝕刻層40的總厚度達到0.6μm。

隨後，在第二蝕刻層40的頂面再生長一發光結構層50。該發光結構層50由一第一半導體層52、發光層54及第二半導體層56依次生 長而成。該第一半導體層52、發光層54及第二半導體層56分別優選採用N型摻雜的氮化鎵層、多重量子井氮化鎵層以及P型摻雜的氮化鎵層所製造。該第一半導體層52、發光層54以及第二半導體層56的厚度分別為3μm、145nm以及0.1μm。

請一併參閱圖3-4，然後，使用90攝氏度的氫氧化鉀溶液浸泡這些半導體層約5至10分鐘。由於第二蝕刻層40的氮化鋁層44的晶格排列較為散亂，其蝕刻速率要快於氮化鎵層42，因此第二蝕刻層40中的氮化鋁層44將率先被蝕刻掉左右兩端的部分而形成空隙440並暴露出氮化鎵層42的底面。由於氮化鎵的晶格以(000-1)方向的斜面的表面能最低，因此在暴露出底面之後，氮化鎵層42還將從該斜面開始腐蝕。最終氮化鎵層42的底面及側面一同被腐蝕而留下最穩定的(10-1-1)及(11-2-2)兩個晶格面，從而形成傾角介於57至62度之間的側面。另外，第一蝕刻層20的晶格排列也較為疏散，因此其蝕刻速率相對也較快。在蝕刻過程中第一蝕刻層20及第二蝕刻層40率先被蝕刻掉左右兩端部而在連接層30底面與基板10頂面之間以及連接層30頂面與發光結構層50底面之間分別形成空隙，以暴露出發光結構層50及連接層30的底部。與第二蝕刻層40中的氮化鎵層42的蝕刻過程類似，暴露出底面的發光結構層50及連接層30也將從(000-1)方向進行蝕刻，並最終在左右兩側形成57至62度之間的傾角。

最後，如圖5所示在蝕刻完成的發光結構層50的第二半導體層56頂面形成一透明導電層60，再蝕刻發光結構層50的右側部分而暴露出第一半導體層52，然後在透明導電層60及暴露出的第一半導體層52上分別製作一第二電極72及一第一電極70。該透明導電層 60可採用氧化銦錫(ITO)或鎳金合金(Ni/Au)等導電性較佳的材料製成，以將電流均勻地分佈在第二半導體層56表面。

由於採用在連接層30與基板10之間以及發光結構層50與連接層30之間分別形成有第一蝕刻層20及第二蝕刻層40，因此可在第一蝕刻層20及第二蝕刻層40蝕刻掉部分區域而形成空隙之後同時對連接層30及發光結構層50的底面進行蝕刻。相比於習知技術中僅從連接層30的底部蝕刻形成倒錐形的發光晶片而言，本發明的方法在連接層30以及發光結構層50的底部同時進行蝕刻，可有效地節省蝕刻時間。舉例而言，假如僅僅是從連接層30的底部進行蝕刻，形成具有特定傾角的側面需要時間t2；而如果是同時從連接層30及發光結構層50的底部進行蝕刻，則形成相同傾角的側面僅需要時間t1。顯然，t1<t2，因此本方法所需時間更短，有利於縮短發光晶片的製造週期。可以理解地，通過調節第二蝕刻層40的位置，可達到控制發光晶片的蝕刻時間的效果，具體而言，第二蝕刻層40越靠近發光層54，整個發光晶片所需的蝕刻時間就越短。因此，可通過此種方式來靈活地控制整個發光晶片的製造週期，以適應各種生產制程的需求。

此外，由於第二蝕刻層40為一超晶格層，其可有效地阻擋連接層30的缺陷80向發光層54延伸，從而提升發光晶片的發光效率。具體而言，由於晶格常數的不匹配，氮化鎵製成的連接層30在生長時會在內部形成貫穿的缺陷80，如若不加以阻止，這些缺陷80將會直接延伸至發光層54內部而影響電子與空穴的複合，從而造成發光效率的降低。然而，在發光結構層50與連接層30之間加入一層超晶格層之後，可通過超晶格層所產生的應力作用改變這種貫 穿的缺陷80的延伸路徑，使這些缺陷80經由滑移而發生彎曲以致彼此相互作用而形成封閉的路徑，不會繼續向上延伸至發光結構層50內。因此，通過使用超晶格層可有效降低延伸至發光結構層50內的缺陷80，從而提升整體的發光效率。

另外，由於通過蝕刻在發光結構層50及連接層30的兩側形成有寬度自上至下逐漸減小的側面，其可將自發光層54向下發射的光線朝向上方反射，從而增加該部分光線向外輻射的幾率，進而提升發光晶片的出光效率。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

10‧‧‧基板

20‧‧‧第一蝕刻層

30‧‧‧連接層

40‧‧‧第二蝕刻層

52‧‧‧第一半導體層

54‧‧‧發光層

56‧‧‧第二半導體層

60‧‧‧透明導電層

70‧‧‧第一電極

72‧‧‧第二電極

80‧‧‧缺陷

Claims (10)

1. 一種半導體發光晶片製造方法，其包括步驟：提供基板；在基板上形成第一蝕刻層；在第一蝕刻層上形成連接層；在連接層上形成第二蝕刻層；在第二蝕刻層上形成發光結構層；蝕刻第一蝕刻層、連接層、第二蝕刻層及發光結構層，第一蝕刻層及第二蝕刻層的蝕刻速率大於連接層及發光結構層的蝕刻速率而使連接層及發光結構層形成寬度自上而下漸減的形狀。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光晶片製造方法，其中第一蝕刻層為緩衝層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光晶片製造方法，其中第二蝕刻層為超晶格層。
4. 如申請專利範圍第3項所述之半導體發光晶片製造方法，其中第二蝕刻層包括多層交替形成的氮化鎵層及氮化鋁層。
5. 如申請專利範圍第4項所述之半導體發光晶片製造方法，其中氮化鎵層的厚度大於氮化鋁層的厚度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光晶片製造方法，其中連接層由非摻雜的氮化鎵製成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光晶片製造方法，其中發光結構層包括依次生長的第一半導體層、發光層及第二半導體層。
8. 如申請專利範圍第7項所述之半導體發光晶片製造方法，其中蝕刻完第一 蝕刻層、第二蝕刻層、發光結構層及連接層之後還包括在第二半導體層頂面形成透明導電層及蝕刻發光結構層以暴露出第一半導體層，並分別在透明導電層上及暴露出的第一半導體層上製作第二電極及第一電極的步驟。
9. 如申請專利範圍第1至8任一項所述之半導體發光晶片製造方法，其中蝕刻第一蝕刻層及第二蝕刻層時第一蝕刻層及第二蝕刻層的兩端先被蝕刻掉而分別在基板與連接層之間以及發光結構層與連接層之間形成空隙，發光結構層及連接層的底面暴露在空隙中。
10. 如申請專利範圍第1至8任一項所述之半導體發光晶片製造方法，其中蝕刻之後的連接層及發光結構層的側面的傾角介於57至62度之間。