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CN102097561A - 半导体发光设备及其制造方法 - Google Patents

半导体发光设备及其制造方法 Download PDF

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CN102097561A
CN102097561A CN2010101851239A CN201010185123A CN102097561A CN 102097561 A CN102097561 A CN 102097561A CN 2010101851239 A CN2010101851239 A CN 2010101851239A CN 201010185123 A CN201010185123 A CN 201010185123A CN 102097561 A CN102097561 A CN 102097561A
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semiconductor light
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Abstract

本发明公开了一种半导体发光设备及其制造方法，其通过在基板上用于生长氮化物半导体材料的表面上形成多个凸部来提高光出射效率，该半导体发光设备包括：基板；位于所述基板上的一个或更多个第一凸部，各第一凸部具有凹部，所述基板的表面通过该凹部平坦地露出；位于包括所述第一凸部的基板上的第一半导体层；位于所述第一半导体层上的有源层；位于所述有源层上的第二半导体层；位于所述第一半导体层的预定部分上的第一电极，其中，所述有源层和第二半导体层未形成在所述第一半导体层的所述预定部分上；以及位于所述第二半导体层上的第二电极。

Description

半导体发光设备及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体设备，更具体地说，涉及氮化物半导体发光设备。
背景技术
本申请要求2009年12月11日提交的韩国专利申请No.10-2009-0122914的优先权，此处以引证的方式并入其内容，就像在此进行了完整阐述一样。
氮化物半导体发光设备包括紫外线、蓝色和绿色发光区域。特别是，基于GaN的氮化物半导体发光设备可以应用于红/绿发光二极管(LED)的光学设备以及与MESFET(金属半导体场效应晶体管)或者HEMT(异质结型场效应晶体管)的高速开关或高功率设备相对应的电子设备。
图1是例示了根据相关技术的氮化物半导体发光设备的截面图。
如图1所示，根据相关技术的氮化物半导体发光设备包括基板110、缓冲层120、未掺杂半导体层130、N型氮化物半导体层140、有源层150、P型氮化物半导体层160、透明电极层170、位于透明电极层170上的P型电极180、以及位于N型氮化物半导体层140上的通过蚀刻有源层150和P型氮化物半导体层160的预定部分而露出的N型电极190。
当向半导体发光设备100中的P型电极180和N型电极190施加电压时，会在P型氮化物半导体层160和N型氮化物半导体层140之间施加正向偏压，由此电子和空穴在有源层150中复合，从而发光。
氮化物半导体发光设备中的一个重要问题是如何有效地将有源层150中产生的光导出到外部。在根据相关技术的氮化物半导体发光设备的情况下，如图2A所示，氮化物半导体发光设备的构成材料的折射率大于氮化物半导体发光设备附近的周围材料(例如，空气、树脂、基板等)的折射率。因此，在氮化物半导体发光设备内部生成的光子发生全反射，然后被再次吸收到氮化物半导体发光设备的内部而没有从氮化物半导体发光设备射出，由此降低了光出射效率。
为了克服这个问题，提出了一种在根据相关技术的半导体发光设备中以预定角度形成层叠结构的方法，由此导出有源层150中生成的一部分横向光。然而，该方法造成复杂的半导体发光设备的制造工艺，并且增加了制造成本。
此外，根据相关技术的半导体发光设备的问题在于基板上生长的基于氮化物的半导体层的位错密度由于基板和基板上生长的基于氮化物的半导体层之间的晶格常数差所导致的应力而增加。
发明内容
因此，本发明涉及一种半导体发光设备和制造该发光设备的方法，其能够基本上克服因相关技术的局限和缺点带来的一个或更多个问题。
本发明的一个优点是提供了一种半导体发光设备和制造该发光设备的方法，其通过在基板的用于在其上生长氮化物半导体材料的表面上形成多个凸部来提高光出射效率。
本发明的另一个优点是提供了一种半导体发光设备和制造该发光设备的方法，其通过在各凸部上形成凹部来提高基板上生长的半导体层的质量，其中，所述凹部能够使得平坦地露出基板的表面或者凸部的内表面。
本发明的附加优点和特征将在下面的描述中部分描述且将对于本领域普通技术人员在研究下文后变得明显，或可以通过本发明的实践来了解。通过书面的说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构可以实现和获得本发明的目的和其它优点。
为了实现这些和其它优点，按照本发明的目的，作为具体和广义的描述，提供了一种半导体发光设备，该半导体发光设备包括：基板；位于所述基板上的一个或更多个第一凸部，各第一凸部具有凹部，所述基板的表面通过该凹部平坦地露出；位于包括所述第一凸部的基板上的第一半导体层；位于所述第一半导体层上的有源层；位于所述有源层上的第二半导体层；位于所述第一半导体层的预定部分上的第一电极，其中，所述有源层和第二半导体层未形成在所述第一半导体层的所述预定部分上；以及位于所述第二半导体层上的第二电极。
在另一方面，提供了一种制造半导体发光设备的方法，该方法包括以下步骤：在基板上形成一个或更多个第一凸部，各第一凸部具有凹部，所述基板的表面通过该凹部平坦地露出；在包括所述第一凸部的基板上形成第一半导体层；在所述第一半导体层上形成有源层；在所述有源层上形成第二半导体层；对所述有源层的预定部分和第二半导体层的预定部分进行蚀刻直到所述第一半导体层被露出为止；以及在所述第一半导体层的预定部分上形成第一电极，其中，所述有源层和第二半导体层未形成在所述第一半导体层的所述预定部分上，并且在所述第二半导体层上形成第二电极。
应当理解，本发明的上述一般描述和下述详细描述是示例性和说明性的，且旨在提供所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
附图被包括在本申请中以提供对本发明的进一步理解，并结合到本申请中且构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施方式，且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：
图1是例示了根据相关技术的半导体发光设备的结构的截面图；
图2A例示了在根据相关技术的半导体发光设备中的全反射光；
图2B例示了根据相关技术的半导体发光设备中生成的位错；
图3A是例示了根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备的截面图；
图3B是例示了根据本发明的第一实施方式的其上形成有凸部的基板的立体图；
图4A到图4C是例示了各凸部中的各种深度的凹部的截面图；
图5A和图5B是例示了各种形状的凸部的截面图；
图6A到6E是例示了根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备的制造方法的截面图；
图7是通过将相关技术的半导体发光设备中的内量子效率(IQE)与根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备中的IQE进行比较，示出了根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备中的IQE的提高的图；
图8是通过将相关技术的半导体发光设备中的光出射效率与根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备中的光出射效率进行比较，示出了根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备中的光出射效率的提高的表；
图9是例示了根据本发明的第二实施方式的半导体发光设备的截面图；以及
图10A到10G是例示了根据本发明的第二实施方式的半导体发光设备的制造方法的截面图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的示例性实施方式，在附图中例示出了其示例。在可能的情况下，相同的标号在整个附图中代表相同或类似部件。
此后，将参照附图来描述根据本发明的半导体发光设备及其制造方法。
第一实施方式
图3A例示了根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备的结构。如图3A所示，根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备包括：其上形成有一个或更多个凸部的基板310，缓冲层320，未掺杂半导体层330，N型氮化物半导体层340，有源层350，P型氮化物半导体层360，透明电极层370，P型电极380和N型电极390。
由于在商业上不能获得如下这样的基板，该基板具有与其上生长的氮化物半导体材料的晶体相同的晶体结构同时呈现晶格匹配，因此考虑到晶格匹配，蓝宝石(sapphire)基板主要用作基板310。
蓝宝石基板是具有Hexa-Rhombo R3c对称的晶体，该晶体具有这样的特性：在c轴方向上晶格常数为13.001
Figure GSA00000123300600041
在a轴方向上晶格之间的距离为4.765
Figure GSA00000123300600051
以及在蓝宝石的定向平面的方向上有C(0001)平面、A(1120)平面和R(1102)平面。在蓝宝石基板的C平面上，氮化物半导体材料很容易生长并且在高温下也是稳定的。在这方面，蓝宝石基板主要用作蓝色或绿色发光设备的基板。
为了提高光出射效率和基板310上生长的氮化物半导体材料的质量，在根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备100的基板310上形成一个或更多个凸部312，如图3A所示。在这种情况下，可以通过蚀刻基板310来形成凸部312。
根据本发明的一个实施方式，在各凸部312中形成凹部314，使得基板310的表面能够通过凸部312的凹部314而露出。这是为了增大其上生长半导体材料的基板310的表面积。即，该半导体材料能够在凸部312的凹部314中基板310的表面上生长，由此来增加其上能够生长半导体材料的基板310的表面积。
如图4A所示，凹部314在凸部312中形成，其中，基板310的通过凹部314露出的表面是平坦的，并且具有c(0001)平面的方向性。即，凹部314的平坦底面使得半导体材料平坦地生长在凸部312中基板310的表面上。结果，可以提供基板310上生长的半导体层的质量，并且还能够降低半导体层的位错密度。
如图4A所示，凸部312内的凹部314的深度(a)可以与凸部312的高度(b)相同。然而，本发明的改进实施方式公开了凹部314的深度(a)大于凸部312的高度(b)，如图4B所示。如果凹部314的深度(a)大于凸部312的高度(b)(即，a＞b)，则凹部314的底面低于基板310的上表面，由此由于增大使光发生全反射的角度和面积而提高了光出射效率。
本发明的另一改进实施方式公开了凹部314的深度(a)小于凸部312的高度(b)(即，a＜b)，如图4C所示。在这种情况下，凸部312的内底表面会通过凹部314露出。优选地，凸部312的通过凹部314露出的内底表面是平坦的，并且具有c(0001)平面的方向性。
当形成根据本发明的前述实施方式的凸部312时，凸部312在水平截面图中的面积从其底部316到顶部317逐渐减小，其中，凸部312的底部与基板310接触。同时，以凹部314在水平截面图中的面积从其底部318到顶部317逐渐增大的方式来形成凸部312内的凹部314，其中，凹部314的底部位于基板310的上表面附近。
例如，可以以凸部312的一个垂直截面为半圆形的方式来形成凸部312，如图5A所示；或者，可以以凸部312的一个垂直截面为诸如三角形的多边形的方式来形成凸部312，如图5B所示。
图3B示出了位于基板310上的前述凸部312的一个示例。如图3B所示，已知凸部312设置有凹部314，该凹部314使得基板310的表面能够露出。此时，可以在基板310上规则地或者不规则地设置多个凸部312。
图3B例示了其中具有凹部314的环形凸部312。但是，凸部312的形状并不限于前述环状。例如，可以以诸如三角形环状或矩形环状的多边形环状来形成凸部312。
本发明的前述实施方式公开了蓝宝石基板用作基板310。作为选择，基板310可以由GaN、SiC、ZnO、GaP、GaAs或导电材料形成。
再次参照图3A，设置缓冲层320以减小基板310和N型氮化物半导体层340之间的晶格常数差。在包括凸部312的基板310上形成缓冲层320。缓冲层320可以选择性地以AlInN结构、InGaN/GaN超晶格结构、InGaN/GaN层叠结构或AlInGaN/InGaN/GaN层叠结构来形成。
在缓冲层320上形成未掺杂半导体层330，其中，未掺杂半导体层330可以由基于GaN的材料形成。例如，可以通过在1500℃的温度下提供NH3和三金属镓(tri-metal gallium，TMGa)来在缓冲层320上形成未掺杂半导体层。
本发明的前述实施方式既包括缓冲层320又包括未掺杂半导体层330。然而，本发明的改进实施方式可以包括缓冲层320和未掺杂半导体层330中的任何一个，或者可以不包括缓冲层320也不包括未掺杂半导体层330。
在未掺杂半导体层330上形成N型氮化物半导体层340。通常，N型氮化物半导体层340由GaN、AlGaN、InGaN、AlN或AlInGaN形成。在这种情况下，用于形成N型氮化物半导体层340的掺杂剂可以是Si、Ge、Sn、Se或Te。
可以通过MOCVD(金属有机化学气相沉积)、MBE(分子束外延)或HVPE(氢化物气相外延)在基板310上生长前述半导体材料来形成N型氮化物半导体层340。
设置有源层350来进行发光，光是在由InGaN层形成阱而由(Al)GaN层形成势垒层(barrier layer)的条件下通过形成多重量子阱(MQW)而获得的。蓝色发光二极管使用InGaN/GaN的多重量子阱结构，而紫外发光二极管使用GaN/AlGaN、InAlGaN/InAlGaN或InGaN/AlGaN的多重量子阱结构。对于提高有源层350中的效率，可以通过改变In或Al的成分来控制光波长；或者可以通过改变有源层350中阱的深度、有源层350的数量和有源层350的厚度来提高内量子效率。
可以通过MOCVD(金属有机气相沉积)、MBE(分子束外延)或HVPE(氢化物气相外延)在N型氮化物半导体层340上形成有源层350。
在有源层350上形成P型氮化物半导体层360，其中，P型氮化物半导体层360可以由诸如GaN、AlGaN、InGaN、AlN或AlInGaN的典型的基于氮化物的半导体材料形成。在这种情况下，用于形成P型半导体层360的掺杂剂可以是Mg、Zn或Be。
可以通过MOCVD(金属有机气相沉积)、MBE(分子束外延)或HVPE(氢化物气相外延)在有源层350上生长前述基于氮化物的半导体材料，来形成P型氮化物半导体层360。
在P型氮化物半导体层360上形成透明电极层370。优选地，透明电极层370由能够减小对于具有相对高能量带隙并且具有较好的透光属性的P型氮化物半导体层360的接触电阻的材料形成，以便由此向上透射有源层350中产生的光。
通常，在Ni/Au的双层结构中形成透明电极层370。优选地，透明电极层370由诸如氧化铟锡(ITO)、氧化镉锡(CTO)或钛钨氮化物(TiWN)的预定材料形成。用于透明电极层370的前述预定材料可以实现良好的透光属性，但其接触电阻相对较高。
可以通过诸如MOCVD(金属有机气相沉积)或MBE(分子束外延)的沉积方法来形成透明电极层370；或者可以通过溅射来形成透明电极层370。此时，进行大约400℃到900℃的热处理以改善欧姆接触属性。
在透明电极层370上形成P型电极380。P型电极380通常可以通过诸如MOCVD(金属有机气相沉积)或MBE(分子束外延)的沉积方法或者通过溅射来由金(Au)或者含金(Au)的合金形成。
在被台面蚀刻的N型氮化物半导体层340上形成N型电极390，其中，可以使用从Ti、Cr、Al、Cu和Au的材料组中选择的材料以单层结构或多层结构形成N型电极390。N型电极390可以通过诸如MOCVD(金属有机化学气相沉积)或MBE(分子束外延)的沉积方法或者通过溅射来在N型氮化物半导体层340上形成。
参照图6，现在来描述根据本发明的第一实施方式的发光设备的制造方法。图6A到6E是例示了根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备的制造方法的截面图。
参照图6A，在基板310上形成掩模图案610，其中，掩模图案610由光刻胶、聚合物、氧化物层(SiO2)、氮化物层(SiNx)或金属薄膜形成。设置掩模图案610以形成其中具有凹部314的凸部312。
将简要说明通过使用光刻胶来形成掩模图案610的过程。首先，在用光刻胶对基板310进行涂敷之后，通过使用用于形成图案的掩模对光刻胶进行曝光和显影，由此在基板310上形成期望的掩模图案。
然后，如图6B所示，在对其上形成有掩模图案610的基板310进行蚀刻之后，从基板310移除掩模图案610，由此形成一个或更多个凸部312，其中，各凸部312中设置有凹部314。根据本发明的一个实施方式，可以通过湿蚀刻或等离子体蚀刻来对基板310进行蚀刻。如果应用湿蚀刻，则可以通过使用从包括Cl2、BCl3、HCl和CCl4的组中选择的基于Cl的气体或者通过使用从包括HBr、HF、Hl、H2SO4、NHO3和H3PO4的组中选择的酸来对基板310进行蚀刻。
根据本发明，其中设置有凹部314的凸部312形成在基板310上，以增加基板310的用于生长半导体层的表面面积。在这种情况下，该半导体材料能够在凸部312内的底表面上生长，由此来增加基板310上生长半导体层的表面面积。
当通过蚀刻在基板310上形成凸部312时，如图4A所示，在凸部312中形成凹部314，其中，基板310的通过凹部314露出的表面是平坦的并且具有C平面的方向属性。即，凸部312内的平坦底面使得半导体材料平坦地生长在凸部312中基板310的表面上。结果，可以提高表面310上生长的半导体层的质量。
在这种情况下，凸部312内部的凹部314的深度(a)可以与凸部312的高度(b)相同，如图4A所示。如图4B所示，凹部314的深度(a)可以大于凸部312的高度(b)。
如图4C所示，凹部314的深度(a)小于凸部312的高度(b)。在这种情况下，凸部312的内底表面将通过凹部314露出。优选地，凸部312的通过凹部314露出的内底表面是平坦的，并且具有C平面的方向属性。
当形成根据本发明的前述实施方式的凸部312时，凸部312在水平截面图中的面积从其底部316到顶部317逐渐减小，其中，凸部312的底部与基板310接触。同时，以凹部314在水平截面图中的面积从其底部318到顶部317逐渐增大的方式来形成凸部312的凹部314，其中，凹部314的底部位于基板310的上表面附近。
例如，可以以凸部312的一个垂直截面为半圆形的方式形成凸部312，如图5A所示；或者，可以以凸部312的一个垂直截面为诸如三角形的多边形的方式形成凸部312，如图5B所示。
如图6C所示，在具有凸部312的基板310上顺序形成缓冲层320、未掺杂半导体层330、N型氮化物半导体层340、有源层350、P型氮化物半导体层360和透明电极层370。至少可以形成缓冲层320和未掺杂半导体层330中的任何一个；或者可以既不形成缓冲层320也不形成未掺杂半导体层330。
如图6D所示，为了形成N型电极390，到N型氮化物半导体层340为止，应用台面蚀刻。
如图6E所示，在透明电极层370上形成P型电极380，而在N型氮化物半导体层340上形成N型电极390。
为了提高半导体发光设备的可靠性，尽管未示出，但是在半导体发光设备的整个区域上形成使用了诸如SiO2的氧化物的绝缘层；通过研磨和抛光工艺使所形成的绝缘层变薄；然后，通过使用激光或金刚石(diamond)的划线工艺将半导体发光设备分成单个的芯片。
图7是通过将相关技术的半导体发光设备中的内量子效率(IQE)与根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备中的IQE进行比较，示出了根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备中的IQE的提高的图。
没有设置凸部的相关技术的半导体发光设备仅呈现出21％的IQE，如图7A所示。同时，根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备在基板310上设置有凸部312，并呈现出32％的IQE，如图7B所示。与相关技术的半导体发光设备相比，根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备在IQE上能够提高10％。
图8是通过将相关技术的半导体发光设备中的光出射效率与根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备中的光出射效率进行比较，示出了根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备中的光出射效率的提高的表。
没有设置凸部的相关技术的半导体发光设备仅呈现出26％的光出射效率，如图8A所示。同时，根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备在基板310上设置有凸部312，并呈现出约69％的光出射效率，如图8B所示。与相关技术的半导体发光设备相比，根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备在光出射效率上能够提高40％。
第二实施方式
根据本发明的第一实施方式的前述半导体发光设备公开了仅在基板上设置有凸部。然而，根据本发明的第二实施方式的半导体发光设备公开了除了在基板上还可以在P型氮化物半导体层上形成凸部，以提高透光效率。以下，参照图9来描述根据本发明的第二实施方式的半导体发光设备。
如图9所示，根据本发明的第二实施方式的半导体发光设备包括：其上形成有一个或更多个第一凸部912的基板910，缓冲层920，未掺杂半导体层930，N型氮化物半导体层940，有源层950，其上形成有一个或更多个第二凸部962的P型氮化物半导体层960，透明电极层970，P型电极980和N型电极990。
以与根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备相同的方式，根据本发明的第二实施方式的半导体发光设备公开了在具有一个或更多个第一凸部912的基板910上顺序形成缓冲层920、未掺杂半导体层930、N型氮化物半导体层940、以及有源层950，其中，各第一凸部912中设置有凹部914。即，根据本发明的第二实施方式的半导体发光设备中设置的第一凸部912、基板910、缓冲层920、未掺杂半导体层930、N型氮化物半导体层940以及有源层950与根据本发明的第一实施方式的半导体发光设备中的相同，由此将省略对根据本发明的第二实施方式的半导体发光设备中设置的第一凸部912、基板910、缓冲层920、未掺杂半导体层930、N型氮化物半导体层940以及有源层950的详细说明。
如图9所示，为了实现更好的光出射效率，在P型氮化物半导体层960上形成一个或更多个第二凸部962。此时，可以通过蚀刻P型氮化物半导体层960来形成第二凸部962。
根据本发明的一个实施方式，在P型氮化物半导体层960上形成第二凸部962。以第二凸部962的一个垂直截面为半圆形的方式形成第二凸部962，如图9所示。这种半圆形的第二凸部962能够增加光散射，由此提高光出射效率。
根据本发明的另一个实施方式，第二凸部962可以在一个垂直截面的形状上与第一凸部912相同。即，可以在第二凸部962中形成凹部(未示出)，使得P型氮化物半导体层960的表面或者第二凸部962的内表面能够通过第二凸部962的凹部露出。
更详细地，第二凸部962内的凹部深度可以等于或大于第二凸部962的高度，由此P型氮化物半导体层960的表面能够通过第二凸部962的凹部露出。另外，第二凸部962内的凹部深度可以小于第二凸部962的高度，由此第二凸部962的内表面能够通过第二凸部962的凹部露出。
在这种情况下，优选地，P型氮化物半导体层960的通过凹部露出的表面或者第二凸部的通过凹部露出的内表面是平坦的。
当形成第二凸部962时，第二凸部962在水平截面图中的面积从其底部到顶部逐渐减小，其中，第二凸部的底部与P型氮化物半导体层960接触。同时，以凹部在水平截面图中的面积从其底部到顶部逐渐增大的方式形成第二凸部962内的凹部，其中，凹部的底部位于P型氮化物半导体层960的上表面附近。
以与第一凸部912相同的方式，可以以第二凸部962的一个垂直截面为半圆形或诸如三角形的多边形的方式形成第二凸部962。
如前述附图中所示，第二凸部962在高度和图案上与第一凸部912相同。然而，本发明的改进实施方式可以公开第二凸部962在高度和图案上与第一凸部912不同。
同时，透明电极层970、P型电极980和N型电极990分别与图3中的透明电极层370、P型电极380和N型电极390相同。因此，将省略对透明电极层970、P型电极980和N型电极990的详细说明。
以下，参照图10来描述根据本发明的第二实施方式的半导体发光设备的制造方法。图10A到10G是例示了根据本发明的第二实施方式的半导体发光设备的制造方法的截面图。
图10A和10B例示了在基板910上形成具有凹部914的一个或更多个凸部912的步骤，其与图6A和6B相同，因此将省略对图10A和10B的详细说明。
如图10C所示，在包括第一凸部912的基板910上顺序形成缓冲层920、未掺杂半导体层930、N型氮化物半导体层940、有源层950和P型氮化物半导体层960。至少可以形成缓冲层920和未掺杂半导体层930中的任何一个；或者可以既不形成缓冲层920也不形成未掺杂半导体层930。
如图10D所示，在P型氮化物半导体层960上形成用于形成第二凸部962的掩模图案1020，其中，掩模图案1020通过使用光刻胶、聚合物、氧化物层(SiO2)、氮化物层(SiNx)或金属薄膜形成。将简要说明通过使用光刻胶形成掩模图案1020的过程。在用光刻胶对P型氮化物半导体层960进行涂敷之后，通过使用用于形成图案的掩模对光刻胶进行曝光和显影，由此在P型氮化物半导体层960上形成期望的掩模图案1020。
如图10E所示，在对其上形成有掩模图案1020的P型氮化物半导体层960进行蚀刻之后，从P型氮化物半导体层960移除掩模图案1020，由此在P型氮化物半导体层960上形成一个或更多个第二凸部962。在这种情况下，可以以第二凸部962的一个垂直截面为半圆形的方式形成第二凸部962，如图9所示；或者可以以第二凸部962的一个垂直截面与第一凸部912的相同的方式形成第二凸部962。
根据本发明的一个实施方式，可以通过湿蚀刻或等离子体蚀刻来对P型氮化物半导体层960进行蚀刻。如果应用湿蚀刻，则可以通过使用从包括Cl2、BCl3、HCl和CCl4的组中选择的基于的Cl的气体或者通过使用从包括HBr、HF、Hl、H2SO4、NHO3和H3PO4的组中选择的酸来对P型氮化物半导体层960进行蚀刻。
为了实现更好的光出射效率，在P型氮化物半导体层960上形成第二凸部962。
如图10F所示，在包括第二凸部962的P型氮化物半导体层上形成透明电极层970，然后，为了形成N型电极990，到N型氮化物半导体层940为止，应用台面蚀刻。
如图10G所示，在透明电极层970上形成P型电极980，而在N型氮化物半导体层940上形成N型电极990。
尽管未示出，但是为了提高半导体发光设备的可靠性，在半导体发光设备的整个区域上形成使用了诸如SiO2的氧化物的绝缘层；通过研磨和抛光工艺使所形成的绝缘层变薄；然后，通过使用激光或金刚石的划线工艺将半导体发光设备分成单个的芯片。
根据本发明，基板上的一个或更多个凸部使得能够出射一些横向光，由此提高了根据本发明的半导体发光设备中的光出射效率。
而且，凸部内部形成的凹部使得能够由此平坦地露出基板的表面或凸部的内表面，使得能够提高基板上生长的半导体层的质量，而且降低半导体层的位错密度。
此外，可以通过减小半导体层中的位错密度来提高IQE。
而且，质量得到提高的半导体发光设备能够减小正向电压并增大电流分散。
对于本领域技术人员明显的是，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下对本发明做出各种修改和变型。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的本发明的修改和变型。

Claims (20)

1.一种半导体发光设备，该半导体发光设备包括：
基板；
位于所述基板上的一个或更多个第一凸部，各第一凸部具有凹部，所述基板的表面通过该凹部平坦地露出；
位于包括所述第一凸部的基板上的第一半导体层；
位于所述第一半导体层上的有源层；
位于所述有源层上的第二半导体层；
位于所述第一半导体层的预定部分上的第一电极，其中，所述有源层和第二半导体层未形成在所述第一半导体层的所述预定部分上；以及
位于所述第二半导体层上的第二电极。
2.根据权利要求1所述的半导体发光设备，其中，所述凹部形成于所述第一凸部内部，其中，所述基板的通过所述凹部露出的表面具有c(0001)平面的方向属性。
3.根据权利要求1所述的半导体发光设备，其中，所述凹部的深度等于或大于所述第一凸部的高度。
4.根据权利要求1所述的半导体发光设备，其中，所述基板为蓝宝石基板、SiC基板或GaN基板。
5.根据权利要求1所述的半导体发光设备，其中，所述第一半导体层和第二半导体层由包括GaN、AlN或InN的Ⅱ/Ⅲ族化合物当中的至少一种材料形成。
6.根据权利要求1所述的半导体发光设备，其中，所述第一凸部以如下方式形成：所述第一凸部在水平截面图中的面积从其底部到顶部逐渐减小，其中，所述第一凸部的底部与所述基板接触。
7.根据权利要求1所述的半导体发光设备，其中，所述凹部以如下方式形成在所述第一凸部内部：所述凹部在水平截面图中的面积从其底部到顶部逐渐增大，其中，所述凹部的底部位于所述基板的上表面附近。
8.根据权利要求1所述的半导体发光设备，其中，所述第一凸部以如下方式形成：所述第一凸部的一个垂直截面为半圆形或多边形。
9.一种半导体发光设备，该半导体发光设备包括：
基板；
位于所述基板上的第一凸部，所述第一凸部中具有凹部；
位于包括所述第一凸部的基板上的第一半导体层；
位于所述第一半导体层上的有源层；
位于所述有源层上的第二半导体层；
位于所述第一半导体层的预定部分上的第一电极，其中，所述有源层和第二半导体层未形成在所述第一半导体层的所述预定部分上；以及
位于所述第二半导体层上的第二电极，
其中，所述凹部的深度小于所述第一凸部的高度，以通过所述凹部平坦地露出所述第一凸部的内表面。
10.根据权利要求9所述的半导体发光设备，该半导体发光设备还包括位于所述第二半导体层上的第二凸部。
11.根据权利要求10所述的半导体发光设备，其中，所述第二凸部在形状上与所述第一凸部相同，或者所述第二凸部的一侧为半圆形截面。
12.一种制造半导体发光设备的方法，该方法包括以下步骤：
在基板上形成一个或更多个第一凸部，各第一凸部具有凹部，所述基板的表面通过该凹部平坦地露出；
在包括所述第一凸部的基板上形成第一半导体层；
在所述第一半导体层上形成有源层；
在所述有源层上形成第二半导体层；
对所述有源层的预定部分和第二半导体层的预定部分进行蚀刻直到所述第一半导体层被露出为止；以及
在所述第一半导体层的预定部分上形成第一电极，其中，所述有源层和第二半导体层未形成在所述第一半导体层的所述预定部分上，并且在所述第二半导体层上形成第二电极。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述第一凸部的步骤包括以下步骤：
通过使用光刻胶、聚合物、氧化物层、氮化物层或金属薄膜在所述基板上形成用于形成所述第一凸部的掩模图案；以及
对其上形成有所述掩模图案的所述基板进行蚀刻。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，对所述基板进行蚀刻的步骤包括以下步骤：
应用湿蚀刻工艺或等离子体蚀刻工艺以对所述基板进行蚀刻。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，对所述基板进行蚀刻的步骤包括以下步骤：
通过使用从包括Cl2、BCl3、HCl和CCl4的组中选择的基于Cl的气体或者通过使用从包括HBr、HF、Hl、H2SO4、NHO3和H3PO4的组中选择的酸来应用所述湿蚀刻工艺。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述第一凸部的步骤包括以下步骤：
以所述凹部的深度等于或大于所述第一凸部的高度的方式来形成所述凹部。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述第一凸部的步骤包括以下步骤：
以所述第一凸部的一个垂直截面为半圆形或多边形的方式来形成所述第一凸部。
18.一种制造半导体发光设备的方法，该方法包括以下步骤：
在基板上形成一个或更多个第一凸部，各第一凸部具有凹部；
在包括所述第一凸部的所述基板上形成第一半导体层；
在所述第一半导体层上形成有源层；
在所述有源层上形成第二半导体层；
对所述有源层的预定部分和第二半导体层的预定部分进行蚀刻直到所述第一半导体层被露出为止；以及
在所述第一半导体层的预定部分上形成第一电极，其中，所述有源层和第二半导体层未形成在所述第一半导体层的所述预定部分上，并且在所述第二半导体层上形成第二电极，
其中，通过形成具有如下凹部的所述第一凸部来使所述第一凸部的内表面通过该凹部而露出：该凹部的深度小于所述第一凸部的高度。
19.根据权利要求12所述的方法，该方法在形成所述第二半导体层的步骤和对所述有源层的预定部分和第二半导体层的预定部分进行蚀刻的步骤之间还包括在所述第二半导体层上形成第二凸部的步骤，
其中，所述第二凸部在形状上与所述第一凸部相同，或者所述第二凸部的一侧为半圆形截面。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，形成所述第二凸部的步骤包括以下步骤：
通过使用光刻胶、聚合物、氧化物层、氮化物层或金属薄膜在所述第二半导体层上形成用于形成所述第二凸部的掩模图案；以及
对其上形成有所述掩模图案的所述第二半导体层进行蚀刻。
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