TWI719759B - 半導體發光元件的製作方法、半導體發光元件，及發光裝置 - Google Patents

半導體發光元件的製作方法、半導體發光元件，及發光裝置 Download PDF

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Abstract

一種半導體發光元件的製作方法，包括：形成第一、二導電類型半導體層、一發光層，及一第三半導體層；蝕刻該第一犧牲層以形成多個開口；形成多個於所述開口的歐姆接觸塊；在所述歐姆接觸塊上形成多個第二犧牲塊；蝕刻移除該第一犧牲層；形成一覆蓋該第二導電類型半導體層以及所述第二犧牲塊的氟化物絕緣層；及移除所述第二犧牲塊與其上方的該氟化物絕緣層，使得餘留的該氟化物絕緣層和所述歐姆接觸塊覆蓋在第二導電類型半導體層。利用該第一犧牲層與所述第二犧牲塊，有效控制上寬下窄的犧牲塊的尺寸，形成開口均勻且平整的氟化物絕緣層。

Description

半導體發光元件的製作方法、半導體發光元件，及 發光裝置
本發明是有關於一種半導體元件的製作方法，特別是指一種半導體發光元件的製作方法，及一種半導體發光元件、一種半導體多層結構，與一種發光裝置。
現有的發光二極體包括一種垂直類型的發光二極體，其通過半導體發光多層轉移到其它的基板如矽、碳化矽或金屬基板上，並移除原始磊晶生長基材的技術獲得，相較於水平類型，可以有效改善生長基材帶來的吸光、電流擁擠或散熱性差的技術問題。基材的轉移一般是鍵合技術，鍵合主要是金屬-金屬高溫高壓鍵合，在半導體發光多層一側與基板之間形成金屬鍵合層。半導體多層另一側提供出光側，出光側配置有一打線電極提供電流的注入或流出，半導體多層下方的基板提供電流的流出或流入以及散熱功能。
為了提高出光效率，所述的金屬鍵合層通常會設置一 金屬反射層，或該金屬反射層與一電流阻擋層組合形成的一ODR反射結構，用以將自該金屬鍵合層一側的出光反射至出光側，提高出光效率。該電流阻擋層通常為氮化矽、氧化矽、氟化鎂或氟化鈣，其中氟化物的折射率更低，能夠更加促進反射，已經被廣泛運用。
電絕緣層通常形成有多個開口，以作為該反射層一側的歐姆接觸區域。歐姆接觸區域通常是以金屬形成歐姆接觸，或透明導電層形成歐姆接觸。然而，目前一種做法是先做一具有多個開口的氟化物絕緣層，再通過金屬沉積以及剝離技術在該氟化物絕緣層開口內做一金屬歐姆接觸，但會容易造成該金屬歐姆接觸塊的邊緣與該氟化物絕緣層開口周圍的邊緣形成一定宽度的覆蓋區域，容易造成吸光，另外一方面，氟化物難以採用化學溶液蝕刻。
因此，本發明之其中一目的，即在提供一種至少能夠克服先前技術的缺點的半導體發光元件的製作方法。
於是，本發明半導體發光元件的製作方法，包含：形成一半導體多層結構，該半導體多層結構包括一第一導電類型半導體層、一發光層，及一第二導電類型半導體層；在該第二導電類型半導體層之遠離該第一電類型半導體層的一側形成多個歐姆接觸塊，以及分別位於所述歐姆接觸塊上的犧牲塊，其中，每一歐姆接 觸塊和每一犧牲塊水平延伸，且每一歐姆接觸塊在該第二導電類型半導體層的投影面積小於對應的所述犧牲塊在該第二導電類型半導體層的投影面積；形成一氟化物絕緣層，該氟化物絕緣層覆蓋所述歐姆接觸塊、所述歐姆接觸塊上的所述犧牲塊，及該第二導電類型半導體層之遠離該第一電類型半導體層的該側；及去除所述犧牲塊，使得所述氟化物絕緣層和所述歐姆接觸塊覆蓋在該第二導電類型半導體層的一侧。
因此，本發明之另一目的，即在提供一種至少能夠克服先前技術的缺點的另一種半導體發光元件的製作方法。
於是，本發明半導體發光元件的製作方法，包含：形成一半導體多層結構，該半導體多層結構包括一第一導電類型半導體層、一發光層、一第二導電類型半導體層，及一第三半導體層，該第三半導體層作為一第一犧牲層，並位于該第二導電類型半導體層之遠離該第一導電類型半導體層的一側；以蝕刻的方式，移除該第一犧牲層的部分區域，使得該第一犧牲層形成多個開口；形成多個歐姆接觸塊，分別位於所述開口內；分別在所述歐姆接觸塊的上方形成多個第二犧牲塊；以蝕刻的方式，移除該第一犧牲層；形成一氟化物絕緣層，該氟化物絕緣層覆蓋該第二導電類型半導體層以及所述第二犧牲塊；及移除所述第二犧牲塊與形成於所述第二犧牲塊上的該氟化物絕緣層，使得餘留的該氟化物絕緣層和所述歐姆接 觸塊覆蓋在第二導電類型半導體層之遠離該第一導電類型半導體層的該側。
因此，本發明之又一目的，即在提供一種至少能夠克服先前技術的缺點之用於製作半導體發光元件的半導體多層結構。
於是，本發明半導體多層結構，包含一N型半導體層、一發光層，及一第三半導體層。
該發光層形成於該N型半導體層上。
該P型半導體層形成於該發光層上。
該第三半導體層設置在該P型半導體層之遠離該N型半導體層的一側，該第三半導體層的材質選自鋁鎵砷及砷化鎵。
因此，本發明之又一目的，即在提供一種至少能夠克服先前技術的缺點之半導體發光元件。
該半導體發光元件包含一半導體多層結構、一氟化物絕緣層，及多個歐姆接觸塊。
該半導體多層結構包括一第一導電類型半導體層、一發光層，及一第二導電類型半導體層。
該氟化物絕緣層，形成於該半導體多層結構上，並具有多個開口，及多個分別界定所述開口之傾斜的側面。
每一歐姆接觸塊設置於各別的所述開口。
因此，本發明之又一目的，即在提供一種至少能夠克 服先前技術的缺點的發光裝置。
該發光裝置包括上述的半導體發光元件，及一電路結構。
該電路結構電連接該半導體發光元件，並用於驅動該半導體發光元件以獲得光輻射。
本發明之功效在於：(1)以所述歐姆接觸塊和其上方的所述犧牲塊形成上寬下窄的犧牲塊，可以獲得平整的氟化物絕緣層，所述犧牲塊優選為CVD絕緣層，工藝上容易獲得，成本低，且蝕刻過程不會對所述歐姆接觸塊形成破壞，且所述犧牲塊的尺寸較容易控制。(2)以該第三半導體層作為該第一犧牲層，可以有效控制所述歐姆接觸塊的寬度尺寸均勻性，結合CVD製作的絕緣層作為所述第二犧牲塊，可以有效控制上寬下窄的犧牲塊的尺寸在合理範圍內，從而獲得均勻開口的氟化物絕緣層以及平整的氟化物絕緣層，且所述遮罩層與遮蔽層可採用濕法蝕刻去除。
10:半導體多層結構
101:基板
102:鍵合層
103:反射鏡層
104:氟化物絕緣層
1040:開口
105:歐姆接觸塊
1050:歐姆接觸層
106:第二導電類型半導體層
107:發光層
108:第一導電類型半導體層
109:第一電極
1091:主焊盤電極
1092:延伸電極
100:第二電極
201:生長基材
203:光阻圖案層
204:犧牲塊
2040:遮罩層
303:光阻層
304:第二犧牲塊
3040:遮蔽層
305:光阻層
306:第三半導體層
3061:開口
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1為本發明半導體發光元件的製作方法的一第一實施例的流程圖； 圖2~11為該第一實施例的各步驟的結構示意圖；圖12為本發明半導體發光元件的製作方法的一第二實施例的之多個犧牲塊呈上寬下窄的示意圖；圖13為本發明半導體發光元件的製作方法的一第三實施例的流程圖；及圖15~24為該第三實施例的各步驟的結構示意圖。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
本發明半導體發光元件的製作方法，提供一種更簡單、成本低的製程，主要在一半導體多層結構的一側形成多個歐姆接觸塊以及一氟化物絕緣層。參閱圖1，本發明半導體發光元件的製作方法的一第一實施例提供如下一種表面粗化的LED晶片的製作方法，包括：S1，形成一半導體多層結構，該半導體多層結構包括一第一導電類型半導體層、一發光層，及一第二導電類型半導體層；S2，在該第二導電類型半導體層之遠離該第一電類型半導體層的一側形成多個歐姆接觸塊，以及分別位於所述歐姆接觸塊上的犧牲塊，其中，每一歐姆接觸塊和每一犧牲塊水平延伸，且 每一歐姆接觸塊在該第二導電類型半導體層的投影面積小於對應的所述犧牲塊在該第二導電類型半導體層的投影面積；S3，形成一氟化物絕緣層，該氟化物絕緣層覆蓋所述歐姆接觸塊、所述歐姆接觸塊上的所述犧牲塊，及該第二導電類型半導體層之遠離該第一電類型半導體層的該側；S4，去除犧牲塊，使得所述氟化物絕緣層和所述歐姆接觸塊覆蓋在第二導電類型半導體層。
下面結合圖式對本實施例進行詳細的描述，參閱圖2-圖11，為所示的各個步驟對應的結構示意圖。
需要說明的是，本實施例以四元系鋁鎵銦磷基發光二極體晶片作為該半導體多層結構進行說明，但需說明的是，在本發明的其他變化態樣中，該發光二極體晶片還可以為其他材料體系的晶片，如三元系LED晶片，例如：鋁鎵砷。
S1，形成一半導體多層結構，該半導體多層結構包括一第一導電類型半導體層、一發光層，及一第二導電類型半導體層。
該半導體多層結構10形成在一生長基材201上。如圖2所示，該生長基材201的材料可選自於藍寶石(Al2O3)、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP、Ge、Ga2O3，及此等之一組合，但是不限於此。該半導體多層結構10包括該第一導電類型半導體層108、形成於該第一導電類型半導體層108的發光層 107，及形成於該發光層107的第二導電類型半導體層106。為了保證該半導體多層結構10的磊晶晶質，通常會在該生長基材201上先製作一緩衝層(圖未示出)，或為了後續移除該生長基材201，可在該生長基材201上製作過渡層(圖未示出)、蝕刻截止層(圖未示出)等。於本實施例中，該生長基材201為砷化鎵基材，其中，每一該第一導電類型半導體層108、該發光層107，及該第二導電類型半導體層106為鋁銦磷、鋁鎵銦磷、鋁鎵砷，及或砷化鎵的多層材料，該發光層107的發光波長為紅光或紅外光。
本實施例利用金屬有機物化學氣相沉積(metal organic chemical-Vapor deposition，簡稱MOCVD)，形成該半導體多層結構10。該第一導電類型和該第二導電類型分別為n型及p型。
在本實施例中，該第一導電類型為常規的n型，該第二導電類型為常規的p型，但並不以此為限，該第一電類型與該第二導電類型也可互換而分別為p型與n型。
該第一導電類型半導體層108至少包括一用以提供電子的n型覆蓋層，並可進一步包括一n型窗口層，該n型窗口層的材料為n型砷化鎵，用以提供一電極(圖未示出)與該第一導電類型半導體層108間的歐姆接觸。該第二導電類型半導體層106至少包括一提供電洞的p型覆蓋層，並可進一步包括一p型窗口層，該 p型窗口層的材料為磷化鎵，並用以提供電流擴展和歐姆接觸。
具體地，各層的功能及參數可參照下表一。
Figure 108145834-A0305-02-0010-1
S2，形成所述歐姆接觸塊以及位於所述歐姆接觸塊上 的多個犧牲塊。
所述歐姆接觸塊105可選自於金鋅、金鍺、金鍺鎳、金鈹，及此等之一組合，用於提供與該第二導電類型半導體層106之遠離該第一導電類型半導體層108之一側的歐姆接觸。在本實施例中，是先形成一層金鋅層，以作為一歐姆接觸層1050，該金鋅層利用已知的蒸鍍技術形成。該金鋅層的厚度為50~500nm，更具體地，該金鋅層的厚度為50~150nm，本實施例的金鋅層的厚度為100nm。所述歐姆接觸層1050包括至少兩種金屬。
如圖4所示，在該歐姆接觸層1050上形成一後續用於製作所述犧牲塊204的遮罩層2040。對該遮罩層2040進一步以蝕刻的方式移除部分區域，即可形成所述犧牲塊204(如圖5所示)，所述遮罩層2040的材質能夠利用不同於歐姆接觸塊的蝕刻技術去除。更具體地，該遮罩層2040的材料能夠耐受後續氟化鎂等氟化物的蒸鍍的溫度。
該遮罩層2040的材料可為氮化物或氧化物。該遮罩層2040可以是利用化學氣相沈積(chemical vapor deposition，簡稱CVD)的技術，形成一層氮化矽、氧化矽層，或者氮化矽與氧化矽的組合。較佳地，該遮罩層2040的形成可以先形成一層氧化矽層，再於該氧化矽層上形成一層氮化矽層。該遮罩層2040的厚度為100~500nm。較佳地，該遮罩層2040的厚度為該歐姆接觸層 1050的厚度的2~4倍。
如圖5所示，然後，在該遮罩層2040表面製作一光阻圖案層203。以該光阻圖案層203為遮罩，對以氮化矽或氧化矽製成的該遮罩層2040，利用一緩衝氧化蝕刻液(buffered oxide etchant，簡稱BOE)，以蝕刻的技術移除該遮罩層2040的部分區域，形成所述犧牲塊204。較佳地，該遮罩層2040為氮化矽，或者該遮罩層2040包括一層氧化矽層，及層疊於該氧化矽層上的一層氮化矽層。其中，該遮罩層2040的水平寬度至少大於歐姆接觸層1050的水平寬度2μm。
如圖6所示，所述犧牲塊204與該光阻圖案層203共同作為一遮罩，並利用一金蝕刻液(主要成分是碘化鉀)，以蝕刻的方式移除該歐姆接觸層1050的部分區域，以製得所述歐姆接觸塊105，所述歐姆接觸塊105可分佈在多處。每一歐姆接觸塊105的水平寬度尺寸為1~10μm，較佳地，為2~7μm；更佳地，每一歐姆接觸塊105的平均寬度尺寸為5μm。每一歐姆接觸塊105的厚度為80~200μm。每一歐姆接觸塊105在該第二導電類型半導體層106的投影面積小於對應的所述犧牲塊204在該第二導電類型半導體層106的投影面積；也就是每一歐姆接觸塊105的水平面積小於對應的所述犧牲塊204的水平面積。
去除該光阻圖案層203，使所述犧牲塊204裸露。
為了在所述歐姆接觸塊105與該第二導電類型半導體層間形成歐姆接觸，故對所述歐姆接觸塊105進行高溫熔合處理，也就是以退火技術形成歐姆接觸熔合。對所述歐姆接觸塊105的加熱溫度為400~520℃，較佳地，對所述歐姆接觸塊105的加熱溫度為460~500℃，加熱時間為1min~60min，較佳地，加熱時間為10~20min。
S3，形成該氟化物絕緣層，該氟化物絕緣層覆蓋所述歐姆接觸塊、所述歐姆接觸塊上的所述犧牲塊，及該第二導電類型半導體層之遠離該第一導電類型半導體層的該側。
如圖7所示，該氟化物絕緣層104利用蒸鍍技術形成，蒸鍍溫度不小於120℃；較佳地，蒸鍍溫度不小於200℃；更佳地，蒸鍍溫度不小於300℃。當形成該氟化物絕緣層104的蒸鍍溫度越高，該氟化物絕緣層104的膜層緻密性越好。該氟化物絕緣層104的材料為氟化鎂或氟化鈣，較佳地，該氟化物絕緣層104的厚度為50~500nm；更佳地，該氟化物絕緣層104的厚度為100~200nm。
S4，去除所述犧牲塊，使得所述氟化物絕緣層及所述歐姆接觸塊覆蓋在該第二導電類型半導體層。
如圖8所示，利用蝕刻液為BOE的蝕刻技術，移除所述犧牲塊204，使得位於所述犧牲塊204表面的該氟化物絕緣層104一併被移除，留下覆蓋在第二導電類型半導體層106之遠離該 第一導電類型半導體層108的該側的所述歐姆接觸塊105與圍繞所述歐姆接觸塊105的氟化物絕緣層104。該氟化物絕緣層104形成有多個開口1040，每一開口1040內設置各別的歐姆接觸塊105。所述歐姆接觸塊105與所述氟化物絕緣層104分別將該第二導電類型半導體層106的表面區分成一歐姆接觸區及一電絕緣區。所述犧牲塊204的製成材質不同於所述歐姆接觸塊105的製成材質，使得去除所述犧牲塊204的蝕刻製程不同於去除所述歐姆接觸塊105的製成材質的蝕刻製程。
在本實施例中，由於所述歐姆接觸塊105與所述犧牲塊204形成了上寬下窄的形狀，再配合形成該氟化物絕緣層104的蒸鍍製程，供該氟化物絕緣層104在所述犧牲塊204的側緣自動斷裂，以製得平整地覆蓋在該第二導電類型半導體層106表面的該氟化物絕緣層104，並且該氟化物絕緣層104在所述歐姆接觸塊105的周圍形成表面平整的所述開口1040。
如圖9~圖11所示，為了供該半導體多層結構10形成外部電連接，本實施例還包括製作分別在該半導體多層結構10的第一導電類型半導體層108和第二導電類型半導體層106上形成一與該第一導電類型半導體層108連接的第一電極109，及一與該第二導電類型半導體層106連接的第二電極100，該第一電極109與該第一導電類型半導體層108電連接，該第二電極100與該第 二導電類型半導體層106電連接，具體的地，可採用後續的步驟製作獲得所述第一電極109與第二電極100：
S5，在該第二導電類型半導體層108之裸露的表面與所述歐姆接觸塊105和該氟化物絕緣層104的表面依次生長一反射鏡層103，及一金屬製的鍵合層102。
該反射鏡層103選自於Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf，及此等之一組合的金屬或者合金形成。該反射鏡層103覆蓋在該氟化物絕緣層104以及所述歐姆接觸塊105之遠離該第一導電類型半導體層108的同側，其作用是將半導體多層結構10之自該發光層107往該反射鏡層103的光反射回該半導體多層結構10中，並從該半導體多層結構10的側面或該第一導電類型半導體層108之遠離該第二導電類型半導體層106的一側出光。該鍵合層102的材料可選自金、錫、鈦、鎳、鉑等金屬，及該等金屬之一組合，該鍵合層102可為多層結構10。又，該反射鏡層103與鍵合層102之間還可以包括該金屬阻擋層(圖中未示出)，該金屬阻擋層是用於防止該反射鏡層103的金屬，如銀，擴散至該鍵合層102，而影響反射效果，該金屬阻擋層的材料可選自鈦、鉑、鉻等阻擋金屬材料。利用蒸鍍技術，即可依次形成該反射鏡層103、該金屬阻擋層，及該鍵合層102。
S6，鍵合一基板和去除該生長基材。
如圖10所示，形成一導電支撐用的基板101的方式，主要是使用該鍵合層102作為一黏接層，將該導電支撐用的基板101黏附到該半導體多層結構10的表面。在實施例中，是使用高溫鍵合技術，利用該鍵合層102耦合至該導電支撐用的基板101；於本實施例的其他變化態樣中，也可使用鍍，或其他沉積技術形成該導電支撐用的基板101。
之後，再移除該生長基材201。該生長基材201的移除，可根據該生長基材201的材質，選擇採用研磨、雷射剝離，及/或濕式蝕刻法去除。本實施例以砷化鎵製成的生長基材201，是利用濕式蝕刻去除，以裸露出該第一導電類型半導體層108之遠離該第二導電類型半導體層106的表面。
S7，製作該第一電極與該第二電極。
如圖11所示，製作該第一電極109和該第二電極100。在該第一導電類型半導體層108之遠離該第二導電類型半導體層106的表面形成包括一主焊盤電極1091及一延伸電極1092的第一電極109。其中，該主焊盤電極1091為呈塊狀，並具有預定面積，該延伸電極1092在該第一導電類型半導體層108的表面並自該主焊盤電極1091周圍與該主焊盤電極1091間隔地水平往外延伸，並且延伸至靠近該第一導電類型半導體層108邊緣。為了使該主焊盤電極1091及該延伸電極1092能與與第一導電類型半 導體層106的表面形成良好的歐姆接觸，所述第一導電類型半導體層108可以包括一經摻雜的磊晶歐姆接觸層(例如：砷化鎵層或磷化鎵層)，所述磊晶歐姆接觸層可以被選擇性保留在該延伸電極1092下方的部分，其餘不被該延伸電極1092覆蓋的部分被蝕刻去除，以防止該歐姆接觸層的吸光效應。
該第二電極100位於該基板101的之遠離該半導體多層結構10的背面，可以金、鉑等元素利用蒸鍍方式形成。具體地，該第二電極100位於該氟化物絕緣層104與該所述歐姆接觸塊105之遠離該第一導電類型半體層106的同側。
S8.分離形成單一的半導體發光元件。
裸露出的該第一導電類型半導體層108的表面被粗化或圖案化處理，以利於出光。
通過晶片分離技術，將該半導體多層結構分離成多個獨立的晶片區域，並且可在該半導體多層結構的側壁以及出光側形成一鈍化層(圖未示出)，然後，經過後續的切割技術，而分離形成獨立的多個晶片。
本實施例先製作金鋅，以金鋅製成的每一歐姆接觸塊105和CVD製作之絕緣的對應的所述犧牲塊204作為上寬下窄的形狀，工藝簡單，CVD製作的掩膜層相較於蒸鍍金屬的工藝簡單，耗時較短，有成本優勢，無需額外剝離歐姆接觸塊的工藝。
第二實施例
參閱圖12，該第二實施例是作為該第一實施的一種替代性的實施方式，該遮罩層2040包括一氧化矽層，及一層疊於該氧化矽層上的氮化矽層，其中，由於該氮化矽層的蝕刻速率小於該氧化化矽層，因此，所形成的所述犧牲塊204本身上寬下窄。通過該設計，可更加容易實現由氟化鎂製成的該氟化物絕緣層104在所述犧牲塊105的側緣自動斷裂，促進位於該第二導電類型半導體層106上之氟化物絕緣層104的平整性。此外，該氮化矽層與該氧化矽層可以在同一腔體中連續的兩個生長步驟製得，製程相對簡單，且可行性高。
第三實施例
如第一實施例所述(如圖2至圖11所示)，以化學氣相沈積的技術(CVD)製作該遮罩層2040，然後以該光阻圖案層203作為遮罩，利用蝕刻技術移除該遮罩層2040的部分區域，以形成所述犧牲塊204的技術，可以有效控制所述犧牲塊204的尺寸，並以所述犧牲塊204作為遮罩，對該歐姆接觸層1050進行水平蝕刻及側向蝕刻，以獲得位在所述犧牲塊204下方的歐姆接觸塊105。然而，由於所述歐姆接觸塊105是利用濕式蝕刻技術獲得，且由於所述歐姆接觸塊105通常較薄，例如100nm，所以所述歐姆接觸塊105的側向蝕刻情況難以精確控制，導致蝕刻後的歐姆接 觸塊105大小尺寸不均勻，造成後續製得的半導體發光元件的光電參數不均勻。
本實施例進一步使所述歐姆接觸塊105的尺寸可被均勻地控制，從而控制所述歐姆接觸塊105與所述犧牲塊204形成均勻尺寸的上寬下窄的遮罩圖形，有利於後續獲得均勻開口1040且表面平整的該氟化物絕緣層104，提高該半導體發光元件的光電性能。
本實施例的製作方法的流程，如圖13所示。
S1，獲得一半導體多層結構，包括該第一導電類型半導體層、設置於該第一導電類型半導體層上的該發光層、設置於該發光層上的該第二導電類型半導體層，及一設置於該第二導電類型半導體層上的第三半導體層。該第三半導體層是作為一第一犧牲層，並形成在該第二導電類型半導體層之遠離該第一導電類型半導體層的該側。
如圖14所示，該生長基材201為砷化鎵基材，其中，該第一導電類型半導體層108、該發光層107和該第二導電類型半導體層106的分佈、參數和功能參見表一。在形成該第二導電類型半導體層106後，繼續形成該第三半導體層306。
較佳地，該第三半導體層306的材料為砷化鎵或鋁鎵砷，鋁鎵砷和砷化鎵可以採用常規的磊晶製作方法獲得；例如：砷 化鎵的製作技術與參數可與該第一導電類型半導體層108的n型歐姆接觸層類似或相同，製成該第三半導體層306的砷化鎵與鋁鎵砷可以無需摻雜。在本實施例中，該第二導電類型半導體層為p型半導體層，由於該第三半導體層306是為了後續作為遮罩和犧牲層體，因此，移除該第三半導體層306的蝕刻技術需要至少不會破壞該第二導電性半導體層106。該第三半導體層306的厚度不小於80nm，在本本實施中，該第三半導體層306的厚度為150nm，且移除該第三半導體層306的方式可使用濕式蝕刻技術。
S2，以蝕刻的方式，移除該第一犧牲層的部分區域，使得該第一犧牲層形成多個開口。
如圖15所示，在該第三半導體層306的表面形成一光阻層305。以該光阻層305為遮罩，利用濕式蝕刻技術，移除該第三半導體層306的部分區域，使得作為該第一犧牲層的該第三半導體層306形成所述開口3061。濕式蝕刻所使用的蝕刻液可為H3PO4和H2O2混合的稀釋液。
S3，形成所述歐姆接觸塊，所述歐姆接觸塊分別位在所述開口內。
如圖16所示，製作該歐姆接觸層1050，該歐姆接層1050的材料和厚度與第一實施例相同。
如圖17所示，去除該光阻層305，形成填充在該第三 半導體層306的開口3061內的所述歐姆接觸塊105。配合參閱圖7，由於該第一實施例的所述歐姆接觸塊105是以氮化矽或氧化矽犧牲塊204作為遮罩，並利用濕式蝕刻該歐姆接觸層1050形成，因此，在該第一實施例中，該歐姆接觸層1050在進行濕式蝕刻的過程中，會由於側向蝕刻的不均勻性，造成難以控制位於所述犧牲塊204下方之歐姆接觸層1050之側向蝕刻速率能均勻一致，會造成所述犧牲塊204和歐姆接觸塊105上下不對稱，導致該氟化物絕緣層104不平整。反觀本實施例，是利用在該第一犧牲層的開口3061內填充並填滿所述歐姆接觸塊105，並配合光阻剝離的技術，可以避免所述歐姆接觸塊105側向蝕刻速率不均勻的問題。所述歐姆接觸塊105的厚度不小於80nm，在本實施例中，所述歐姆接觸塊105的厚度為150nm；較佳地，所述歐姆接觸塊105與該第三半導體層306的厚度一致，或最多相差±10%之所述歐姆接觸塊105的厚度。
S4，分別在所述歐姆接觸塊的上方形成多個第二犧牲塊。
如圖18所示，在所述歐姆接觸塊105和所述第三半導體層306之共同形成的表面以CVD技術形成一層以氮化矽或氧化矽層製成的遮蔽層3040，該遮蔽層3040的厚度為100~500nm，且較佳地，該遮蔽層3040的厚度是該第三半導體層306的厚度的 2~4倍，更佳地，該遮蔽層3040的厚度實質為400nm。其中，雖然該遮蔽層3040可利用CVD技術形成氮化矽或氧化矽，但是由於氧化矽的蝕刻速率大於氮化矽的蝕刻速率，造成較難控制氧化矽的蝕刻時間，因此，較佳地，該遮蔽層3040的材料是氮化矽材料。
然後，於所述歐姆接觸塊105上形成一光阻層303。該光阻層303左右對稱地形成於所述歐姆接觸塊105上。
如圖19所示，利用該光阻層303作為遮罩，利用BOE作為蝕刻液的蝕刻技術，去除該遮蔽層3040的部分區域，以在所述歐姆接觸塊105上形成多個第二犧牲塊304。由於該光阻層303易於與所述歐姆接觸塊105在垂直方向重疊度高的對準。因此，在完成所述遮蔽層3040的蝕刻之後，所述第二犧牲塊304在垂直方向上與所述歐姆接觸塊105重疊、對稱的對準，且在所述第二犧牲塊304的邊緣與所述歐姆接觸塊105的邊緣在垂直方向上齊平。於本實施例的其他變化態樣中，每一第二犧牲塊304在水平方向上的寬度尺寸或面積大於各別的所述歐姆接觸塊105。每一歐姆接觸塊105的水平寬度尺寸為2~10μm。
較佳地，每一第二犧牲塊304在水平方向的寬度尺寸大於對應的所述歐姆接觸塊105的寬度尺寸2μm，更佳地，每一第二犧牲塊304在水平方向的寬度尺寸大於對應的所述歐姆接觸塊105的寬度尺寸2~3μm，當每一第二犧牲塊304在水平方向的 寬度尺寸小於對應的所述歐姆接觸塊105的寬度尺寸時，會導致傾斜坡度減小，使得覆蓋在該第二犧牲塊304的側壁部分的該氟化物絕緣層104不容易自動斷列而形成斷裂面，且去除所述第二犧牲塊304後，也容易導致該氟化物絕緣層104的開口1040邊緣形成毛刺。較佳地，所述第二犧牲塊304的厚度大於所述歐姆接觸塊105的厚度；更佳地，所述第二犧牲塊304的厚度大於所述歐姆接觸塊105的厚度的2~4倍。另，較佳地，所述歐姆接觸塊105的厚度不小於該氟化物絕緣層104的厚度，且所述歐姆接觸塊105與該氟化物絕緣層104間的該高度差有利於該氟化物絕緣層104在該第二犧牲塊304的側緣自動斷裂，可有效避免形成該氟化物絕緣層104的開口1040邊緣產生翹角，同時，也可以供形成所述開口1040之氟化物絕緣層104的側面夾設傾斜的角度，有利於製得得該氟化物絕緣層104的平整表面，以及後續蒸鍍之一鏡面層的平整表面。
每一第二犧牲塊304的在水平方向的寬度尺寸至少大於對應的所述歐姆接觸塊105的寬度尺寸的2μm；或每一第二犧牲塊304的在水平方向的面積大於對應的所述歐姆接觸塊105的面積，其中，所述第二犧牲塊304的厚度為400nm。每一第二犧牲塊304的厚度為對應的所述歐姆接觸塊105的厚度的2~4倍。
如圖20所示，先利用濕式蝕刻技術移除該第三半導體 層306，再去除所述光阻層303，使所述第二犧牲塊304與該第二導電半導體層106裸露。由GaAs製得的該第三半導體層306的厚度不小於100nm；較佳地，該第三半導體層306的厚度是150nm。具體地，所述第三半導體層304的厚度不小於800埃(Å)。當該第三半導體層306太薄，會造成橫截面積太小，蝕刻溶液無法浸入，導致由GaAs製成的該第三半導體層306側蝕不乾淨，並使該第三半導體層306會殘留在該第二導電類型半導體層106之遠離該第一導電類型半導體層106的該側。當GaAs製成的該第三半導體層306太厚時，會造成蝕刻時間過長，浪費蝕刻液與時間成本。
S5，形成該氟化物絕緣層，該氟化物絕緣層覆蓋所述第二犧牲塊及該第二導電類型半導體層之遠離該第一導電類型半導層之該側。
如圖21所示，在該第二導電類型半導體層106之遠離該第一導電類型半導體層108之該側與所述第二犧牲塊304的表面形成該氟化物絕緣層104，該第三實施例的氟化物絕緣層104的生長條件和厚度與第一實施例的氟化物絕緣層104相同。
以BOE為蝕刻液，利用蝕刻技術移除該第二犧牲塊304，使位於所述第二犧牲塊304表面的氟化物絕緣層104也一併被去除。如圖22所示，餘留下的所述歐姆接觸塊105與圍繞所述歐姆接觸塊105的氟化物絕緣層104覆蓋在該第二導電類型半導 體層106之遠離該第二導電類型半導體層108的該側。所述歐姆接觸塊105和該氟化物絕緣層104將該第二導電類型半導體層106的表面區分成一歐姆接觸區和一電絕緣區。所述第一犧牲層(即第三半導體層306)、所述第二犧牲塊304與所述歐姆接觸塊105的在不同的蝕刻步驟去除。每一第二犧牲塊304包括至少一層體，且製成材料不同於該第一犧牲層。所述第二犧牲塊304為能夠耐受製作該氟化物絕緣層的溫度的材料，使得所述第二犧牲塊304不產生晶格變化。每一第二犧牲塊304選自於一氮化物、一氧化物，及此等的組合。具體地，所述第二犧牲塊304的材料為氮化物和氧化物的組合。
為了供該半導體多層結構與外界形成電連接，該第三實施例還包括形成分別與該半導體多層結構的第一導電類型半導體層和第二導電類型半導體層形成電連接的該第一電極與該第二電極；具體地，該第一電極與該第二電極的形成方式可利用與該第一實施例之S5-S8相同的製程。具體地，所述歐姆接觸塊105選自於金鍺合金、金鈹合金、金鍺鎳合金，或金鋅合金。在所述氟化物絕緣層104形成之前，先對所述歐姆接觸塊105進行高溫熔合處理。
本實施例通過以該第三半導體層306作為該第一犧牲層，優選地，該第三半導體層306的材料為砷化鎵，並在該第一犧 牲層上設置所述開口3061，及在所述開口3061內填充所述歐姆接觸塊105，能夠更加準確地控制所述第二犧牲塊304的尺寸均勻性，可以進一步改善第一實施例之歐姆接觸塊的尺寸不均勻所造成後續所製成之半導體發光元件的光電特性不均勻的技術問題，有效提高光電均勻性。此外，所述第一犧牲層和所述第二犧牲塊304由不同材料製成，故所述第一犧牲層與所述第二犧牲塊304所使用的蝕刻液不同，以確保在後續蝕刻製作所述第二犧牲塊304時，不會蝕刻到該第一犧牲層，且移除該第一犧牲層時，不會對該遮蔽層3040進行蝕刻。所述掩膜層3040利用CVD技術形成，成本低，製程時間短。
圖23所示的是圖22所述的結構自該氟化物電絕緣層104一側的俯視圖，圖24為圖23的局部放大示意圖。通過所述歐姆接觸塊105位於該氟化物絕緣層104的開口1040內，並且控制所述第二犧牲塊304與所述歐姆接觸塊105在水平方向上對稱的設計，使得所述歐姆接觸塊105對稱地位於該氟化物絕緣層104的開口1040；此外，還通過所述歐姆接觸塊105與所述第二犧牲塊104之上寬下窄的設計，如圖22所示，使得該氟化物絕緣層104的側面是傾斜的，有利於後續獲得平整的該反射層。優選的，每一側面的傾斜角度介於110°~170°之間。
其中，所述歐姆接觸塊105的水平寬度可以通過該第 一犧牲層的開口進行均勻地控制；具體地，每一歐姆接觸塊105的水平寬度尺寸D1為1~10μm；較佳地，每一歐姆接觸塊105的水平寬度為2~7μm，本實施例的每一歐姆接觸塊105的水平寬度為5μm。通過每一第二犧牲塊304的水平寬度控制在大於對應的所述歐姆接觸塊105的水平寬度2μm，可以使得該氟化物絕緣層104的每一開口1040的水平寬度尺寸D2大於對應的所述歐姆接觸塊105的水平寬度尺寸D10.5μm以上，在本實施例，該氟化物絕緣層104的每一開口1040的水平寬度尺寸D2實質大於對應的所述歐姆接觸塊105的水平寬度尺寸D12μm，每一開口1040中填充的歐姆接觸塊105與鄰近的一個歐姆接觸塊105的寬度尺寸差異不超過前者的寬度尺寸的±10%。
形成每一開口1040的側面底緣至對應的所述歐姆接觸塊105的底緣界定為一距離D3，且該第二導電類型半導體層106的部分區域自所述開口1040而裸露於外；該距離D3是0~1um，也就是該半導體多層結構10的部分表面自該氟化物絕緣層104的開口1040裸露，自每一開口1040所裸露出的半導體多層結構10(亦即不被所述氟化物絕緣層104與所述歐姆接觸塊105覆蓋)之表面的寬度為0~1μm。由於該第二導電類型半導體層106的裸露區域小，且還與該反射層直接接觸，故對半導體發光元件的光電性能不會產生明顯的負面影響。
每一開口1040的橫向截面形狀通常根據對應的所述歐姆接觸塊105的形狀而決定。每一歐姆接觸塊105可以是圓形、橢圓形、方形，或多邊形。
通過本發明製得的半導體發光元件可以通過封裝，如陶瓷或EMC支架，製得得一封裝體，或直接安裝在例如一電路基板上，以製得一發光裝置，該半導體發光元件可廣泛運用於照明裝置、顯示器，或識別器等領域。
第四實施例
該第四實施例與該第三實施例的不同處在於，所述第三半導體層306為鋁鎵砷(AlxGa1-xAs)，0<x<1。優選地，其中x的不大於0.45，且不小於0.25。較佳地，該第三半導體層306的厚度不小於為100nm；更佳地，該第三半導體層306的厚度是150nm，也可根據該第三半導體層306所需要的蝕刻速率，調整該第三半導體層306的鋁含量以及厚度，蝕刻該第三半導體層306的蝕刻液包括H3PO4和H2O2。
第五實施例
該第五實施例與該第三實施例的差異處在於，所述第二犧牲塊304的形成方式是先形成一層氧化矽層，再於該氧化矽層上疊置一層氮化矽層以作為該遮蔽層3040，再利用BOE作為蝕刻液的濕式蝕刻技術以移除部分區域後製得。其中，由於氮化矽層的 濕式蝕刻速率小於氧化矽層的蝕刻速率，所以所述第二犧牲塊304本身上寬下窄。該氮化矽層的厚度為400nm，由二氧化矽製成的該氧化矽層的厚度為200nm。所述歐姆接觸塊105的厚度為150nm，該氟化物絕緣層104的厚度為100nm。在本實施例中，由氟化鎂製成的該氟化物絕緣層104在所述犧牲塊304的側緣更容易斷裂，能改善該氟化物絕緣層104的平整性，並且該氮化矽與該氧化矽層可在在同一腔體中連續的兩個生長步驟製得，製程簡單且易於施行。
本發明前述的半導體發光元件，能應用於一發光裝置，該發光裝置包括前述的半導體發光元件，及一電路結構。該電路結構電連接該半導體發光元件，並用於驅動該半導體發光元件以獲得光輻射。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (35)

  1. 一種半導體發光元件的製作方法，包含：形成一半導體多層結構，該半導體多層結構包括一第一導電類型半導體層、一發光層，及一第二導電類型半導體層；在該第二導電類型半導體層之遠離該第一電類型半導體層的一側形成多個歐姆接觸塊，以及分別位於所述歐姆接觸塊上的犧牲塊，其中，每一歐姆接觸塊和每一犧牲塊水平延伸，且每一歐姆接觸塊在該第二導電類型半導體層的投影面積小於對應的所述犧牲塊在該第二導電類型半導體層的投影面積；形成一氟化物絕緣層，該氟化物絕緣層覆蓋所述歐姆接觸塊、所述歐姆接觸塊上的所述犧牲塊，及該第二導電類型半導體層之遠離該第一電類型半導體層的該側；及去除所述犧牲塊，使得所述氟化物絕緣層和所述歐姆接觸塊覆蓋在該第二導電類型半導體層。
  2. 如請求項1所述的半導體發光元件的製作方法，其中，所述歐姆接觸塊以及所述歐姆接觸塊上的所述犧牲塊的形成步驟是先製作一歐姆接觸層，然後在該歐姆接觸層上形成所述犧牲塊，再蝕刻該歐姆接觸層的部分區域，以形成所述歐姆接觸塊。
  3. 如請求項2所述的半導體發光元件的製作方法，其中，所述犧牲塊的製成材質不同於所述歐姆接觸塊的製成材質，使得去除所述犧牲塊的的蝕刻製程不同於去除所述歐 姆接觸塊的製成材質的蝕刻製程。
  4. 如請求項2所述的半導體發光元件的製作方法，其中，所述歐姆接觸層包括至少兩種金屬。
  5. 如請求項1所述的半導體發光元件的製作方法，其中，所述去除犧牲塊的蝕刻方法為使用一緩衝氧化蝕刻液(buffered oxide etchant，簡稱BOE)。
  6. 如請求項1所述的半導體發光元件的製作方法，其中，每一犧牲塊為單層或多層。
  7. 如請求項1所述的半導體發光元件的製作方法，其中，每一犧牲塊為氧化物和或氮化物。
  8. 如請求項1所述的半導體發光元件的製作方法，其中，所述氟化物絕緣層以圍繞所述歐姆接觸塊的形式在該第二導電類型半導體層之遠離該第一電類型半導體層的該側。
  9. 如請求項1所述的半導體發光元件的製作方法，其中，在形成該氟化物絕緣層之前，先對所述歐姆接觸塊進行高溫熔合處理。
  10. 如請求項1所述的半導體發光元件的製作方法，還包含形成一與該第一導電類型半導體層連接的第一電極，及形成一與該第二導電類型半導體層連接的第二電極。
  11. 如請求項10所述的半導體發光元件的製作方法，其中，該第二電極位於該氟化物絕緣層以及所述歐姆接觸塊之遠離該第一導電類型半導體層的同側。
  12. 如請求項10所述的半導體發光元件的製作方法，還包含形成一反射鏡層，該反射鏡層覆蓋在該氟化物絕緣層以及 所述歐姆接觸塊之遠離該第一導電類型半導體層的同側。
  13. 如請求項1所述的半導體發光元件的製作方法，其中，每一犧牲塊的厚度為對應的所述歐姆接觸塊的厚度的2~4倍。
  14. 一種半導體發光元件的製作方法，包含：形成一半導體多層結構，該半導體多層結構包括一第一導電類型半導體層、一發光層、一第二導電類型半導體層，及一第三半導體層，該第三半導體層作為一第一犧牲層，並位在該第二導電類型半導體層之遠離該第一導電類型半導體層的一側；以蝕刻的方式，移除該第一犧牲層的部分區域，使得該第一犧牲層形成多個開口；形成多個歐姆接觸塊，分別位於所述開口內；分別在所述歐姆接觸塊的上方形成多個第二犧牲塊；以蝕刻的方式，移除該第一犧牲層；形成一氟化物絕緣層，該氟化物絕緣層覆蓋該第二導電類型半導體層以及所述第二犧牲塊；及移除所述第二犧牲塊與形成於所述第二犧牲塊上的該氟化物絕緣層，使得餘留的該氟化物絕緣層和所述歐姆接觸塊覆蓋在第二導電類型半導體層之遠離該第一導電類型半導體層的該側。
  15. 如請求項14所述的半導體發光元件的製作方法，其中，所述第二犧牲塊的形成方式是先形成一覆蓋該第一犧牲層及所述歐姆接觸塊的遮蔽層；再蝕刻該遮蔽層的部分區 域，以在每一歐姆接觸塊的上方形成所述第二犧牲塊。
  16. 如請求項14所述的半導體發光元件的製作方法，其中，每一第二犧牲塊的水平寬度尺寸或面積大於對應的所述歐姆接觸塊的水平寬度尺寸或面積。
  17. 如請求項15所述的半導體發光元件的製作方法，其中，所述第一犧牲層、所述第二犧牲塊與所述歐姆接觸塊的製成材料需分別在不同的蝕刻步驟去除。
  18. 如請求項14所述的半導體發光元件的製作方法，其中，每一第二犧牲塊的厚度為對應的所述歐姆接觸塊的厚度的2~4倍。
  19. 如請求項14所述的半導體發光元件的製作方法，其中，每一第二犧牲塊包括至少一層體，且製成材料不同於該第一犧牲層。
  20. 如請求項14所述的半導體發光元件的製作方法，其中，所述第二犧牲塊為能夠耐受製作該氟化物絕緣層的溫度的材料。
  21. 如請求項19所述的半導體發光元件的製作方法，其中，每一第二犧牲塊選自於一氮化物、一氧化物，及此等的組合。
  22. 如請求項14所述的半導體發光元件的製作方法，其中，所述半導體多層結構以金屬有機物化學氣相沉積(metal organic chemical-vapor deposition，簡稱MOCVD)法製得。
  23. 如請求項14所述的半導體發光元件的製作方法，其中， 所述第一犧牲層由鋁鎵砷或砷化鎵製成。
  24. 如請求項14所述的半導體發光元件的製作方法，其中，所述歐姆接觸塊選自於金鍺合金、金鈹合金、金鍺鎳合金，或金鋅合金。
  25. 如請求項14所述的半導體發光元件的製作方法，其中，在所述氟化物絕緣層形成之前，先對所述歐姆接觸塊進行高溫熔合處理。
  26. 如請求項14所述的半導體發光元件的製作方法，其中，該第二導電類型半導體層為一P型半導體層，且所述第三半導體層生長在該P型半導體層上。
  27. 如請求項14所述的半導體發光元件的製作方法，其中，所述第二犧牲塊的材料為氮化物和氧化物的組合。
  28. 如請求項14所述的半導體發光元件的製作方法，其中，所述第三半導體層的厚度不小於800埃(Å)。
  29. 如請求項14所述的半導體發光元件的製作方法，還包含形成一與該第一導電類型半導體層連接的第一電極，一與該第二導電類型半導體層連接的第二電極，及一位於該第二電極與該第二導電類型半導體層之間的反射鏡層，該反射鏡層覆蓋在該氟化物絕緣層以及所述歐姆接觸塊之遠離該第一導電類型半導體層的同側。
  30. 一種半導體發光元件，包含：一半導體多層結構，包括一第一導電類型半導體層、一發光層，及一第二導電類型半導體層；一氟化物絕緣層，形成於該半導體多層結構上，並具 有多個開口，及多個分別界定所述開口之傾斜的側面；及多個歐姆接觸塊，每一歐姆接觸塊設置於各別的所述開口，其中，該氟化物絕緣層還具有一與該半導體多層結構間隔的頂面，界定該對應的開口的每一側面與該頂面間夾設一110°~170°的傾斜角度。
  31. 如請求項30所述的半導體發光元件，其中，每一歐姆接觸塊的水平寬度尺寸為2~10μm。
  32. 如請求項31所述的半導體發光元件，其中，每一開口中填充的歐姆接觸塊與相鄰的其中一個所述歐姆接觸塊的水平寬度尺寸的差異不大於±0.5μm，或每一開口中填充的歐姆接觸塊與相鄰的其中一個所述歐姆接觸塊的水平寬度尺寸差異不超過前者的±10%。
  33. 如請求項30所述的半導體發光元件，其中，該第二導電類型半導體層為一P型半導體層，所述氟化物電絕緣層形成在該第二導電類型半導體層之遠離該第一電類型半導體層的該側。
  34. 如請求項30所述的半導體發光元件，其中，該半導體多層結構的部分表面自該氟化物絕緣層的開口裸露，自每一開口所裸露出的半導體多層結構之表面的寬度為0~1μm。
  35. 一種發光裝置，包含：一如請求項30~34的任一項所述的半導體發光元件；及一電路結構，電連接該半導體發光元件，並用於驅動 該半導體發光元件以獲得光輻射。
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