TW200903844A - Semiconductor light-emitting device with low defect density and method of fabricating the same - Google Patents
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Description
200903844 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體發光元件(Semiconductor light-emitting device) ， 特別是關於一種具有低缺陷密度之半導體發光 元件。 【先前技術】 現今半導體發光元件(例如，發光二極體)的應用領域已甚為 廣泛，例如照明以及遙控領域等，皆見到半導體發光元件被廣泛 地應用。為了讓半導體發光元件儘可能地確保較高的功能可靠性 以及較低的能源消耗，因此對於半導體發光元件皆須要求其本身 的外部量子效率(external quantum efficiency)。 旦工ΐΐ上，—半導體發光元件的外部量子效率與其本身的内部 里 f 效率(internal quantum efficiency)有關。所謂的内 Γίΐί'ϊ及品⑽決定。料㈣發光元件_部缺陷(ί 光取出ϊί ’將斜辨導财光元件_部量子效率及 體菸& 於基板1G上進行私後，半導 1二1之内部缺陷120會向上延伸並影響半體發光元件 的材料品質，使得内部量子效率下降。 x 二氧前技術中利用氧化層(例如， 如圖—B所二U體t :件1之内部缺陷120的示意圖。 伸。由於/導體射崎免邮陶伽向上延 長，因此=:=¾不容易在氧化層14上成 200903844 然而，於沉積氧化層14並選擇性侧 =4易，在待沉積半導體材料層12 導= 之後，半導體材料層L之表半，材料層12 r這種情況將使得半導體:質==霧 除了氧化層14本身之外，裉士、与几战貝卜降。另外’ 亦會使餘衫㈣。層· _黃光微影製程 f' 因此:本發明之主要範脅在於提供一種具有低缺陷 發Atg# ’ U提高半導體發光元件的内部量子效率及=取出 【發明内容】 本發明之一範疇在於提供一種半導體發光元件及其製造方 法。根據本發明之-具體實施例，該半導體發光元件包含一基板 (substrate)、一多層結構(multi七yer structure)以及一歐姆電極結構 (ohmic electrode structure)。 口 該基板具有一第一上表面以及形成於該第一上表面上之複數 個凹陷(recess)。該多層結構係形成於該基板上並且包含一發光區 Oight-emitting region) 〇 該多層結構之一最底層(b〇tt〇m_m〇stXlayer) 係形成於該基板之該第一上表面上。該最底層具有一第二上表面 以及形成於a亥第一上表面上之複數個均勻分佈的孔洞。該歐姆電 極結構係形成於該多層結構上。 根據本發明之另一具體實施例為一種製造一半導體發光元件 的方法。該方法首先製備一基板。接著，該方法施加一選擇性蝕 刻製程(selective etching process)於該基板之一第一上表面上，致 使複數個凹陷形成於該第一上表面上。然後，該方法形成一多層 結構中之一最底層於該基板之該第一上表面上。 200903844 接者’該方法施加一不需择用—也罢丄 最底層之-第二上表面上，致使複數然侧製程於該 底層之該第二上表面上’其中該多屉纟士 該方法形成-歐姆電極結構發光區。之後， 开株。 心躲構切完成該半導體發光 該ί法形成心=層形= 元件 相較於先前技術，根據本發明之半導體 二，密度，藉此可以改善半導體發光=== r \ ’根據本發明之半導_光元件在製程上 不僅不會造纽染，亦不會在轉體材觸表面發生霧化。 式得點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖 【實施方式】 明參閱圖一，圖一係、纟會示根據本發明之一具體實施例之 體發光元件2之截面視圖。 如圖二所不，該半導體發光元件2包含一基板20、一多層結 構22以及一歐姆電極結構24。 於，際應用中，該基板20可以是玻璃(Si〇2)、矽(si)、鍺 (Ge)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、氮化鋁 (A1N)、藍寳石(saPphire)、尖晶石(spinnel)、三氧化二|呂(Al2〇3)、 碳化矽（SiC)、氧化鋅（ZnO)、氧化鎂（Mg0)、二氧化鋰鋁 (LiAl〇2)、二氧化鋰鎵(LiGa02)或四氧化鎂二鋁(MgAl204)。 該基板20具有一第一上表面200以及形成於該第一上表面 200上之複數個凹陷202。該多層結構22係形成於該基板20上 並且包含一發光區226。該多層結構22之一最底層220係形成於 200903844 該基板20之該第一上表面200上。該最底層220具有一第二上 表面2200以及形成於該第二上表面2200上之複數個均句分佈的 孔洞2202。該歐姆電極結構24係形成於該多層結構22上。 於實際應用中，該多層結構22之該最底層220可以由一半 導體材料形成。於一具體實施例中，該半導體材料可以是一 m_v 族化合物半導體材料。該III-V族化合物半導體材料内之一 ΠΙ族 化學元素可以是鋁(Α1)、鎵(Ga)或銦(In)等元素。該ιπ_ν族化合 物半導體材料内之一 V族化學元素可以是氮⑼）、磷(p)或石申(As) 等元素。於此實施例中，該半導體材料可以是一氮化錁。
於一具體實施例中，該等凹陷202可以藉由一乾钱刻製程或 一溼蝕刻製程形成。舉例而言，乾蝕刻製程可以是一感應偶合電 漿(inductive coupling plasma，ICP)蝕刻製程。 “ 口 圖二，該等凹陷202的形成可以使半導體發光元件 2的内部缺陷(例如，差排)26因為氣流的變化而改變其延伸的方 向’避免内部缺陷26向上延伸。由於羞晶需要在足夠的平坦表 行’故該基板20之該第-上表自綱上仍需留有足夠的 『’該等凹陷2G2亦可以提高該半導體發 伽具體實施例中’ _複數個孔洞2202可以藉由施加一 = 層220之該第二上表面2200上。較佳地，該 /製私可以疋不必使用光罩之一自然蝕刻製程。由於該 此26 構較紐並且活錄較高，因 數存在缺陷26之處會被侵似形成複 線中於、:該第二上表面2200可以曝露於-光 200903844 之間。 舉例而言，該光線可以是一紫外光(ultravi〇let)。由於光電半 導體材料的表面在照光後除了產生光電流外，其表面亦發生會導 致該表面遭受到侵蝕的氧化反應。上述的製程亦可以稱作光辅助 電化學座式钕刻(photochemical wet etching)。因此，藉由紫外光 的照射可以加速完成該自然蝕刻製程。除了照射紫外光外，於該 自然蝕刻製程中加熱亦可以達到紫外光的照射所產生之效果。/ 於該多層結構22之該最底層220形成於該基板2〇之該第一 〇 上表面200上後，該多層結構22中之一次底層(b〇tt〇m_next layer)222可⑽成於該最底層22G上。於實際應財，該次底層 222可以是氮化鎵半導體材料。 由於該半導體發光元件2的内部缺陷26大致上藉由該等凹 $ 202及該複數個均勻分佈的孔洞2搬的形成而避免向上延 此該次底層222具有低缺陷密度的特質。藉此，於該低缺 又，次底層222上為可以形成低缺陷密度的半導體發光元 件2，並且其内部量子效率及光取出效率均能夠有效地提昇。 =-具體實施射，錄板2G可以是玻师Q2)、石夕⑽、 PP )、碳化石夕(SiC)、氧化鋅(Zn0)、氧化鎂 紹她(LlAI〇2)、二氧化鐘鎵_〇2)或四氧化鎮二 在上叙錄板2〇上成辨導體發光元件2 極分別位於上T表蚊轉體發絲件2 發光元件2。換言之，根據本發 ^ 不限於形成於同-表面。^2的電極並 請配合參閱圖二及圖三Α至圖三jp。 圖三A至 不 200903844 用以描述根據本發明之另—具體實施例之-種製造_半導體發 元件2之方法之戴面視圖。 首先，如圖三A所示，該方法製備一基板20並施加一選摆 性姓刻製程於該基板20之—第一上表面2〇〇上。 如圖二B所不，藉由該選擇性蝕刻製程，複數個凹陷2〇2 形成於該第一上表面2〇〇上。 ”
然後’如圖三c所示，該方法形成一多層結構22中之 &層220於該基板20之該第-上表面200上並施加-蝕刻製程 i =該最底層22〇之-第二上表面22〇〇上。較佳地，該射H 可以是不必使用光罩之-自然姓刻製程。 錄 、、円^圖三D所示，藉由該自然钱刻製程，複數個均勻分佈的孔 /同2202係形成於該第二上表面22〇〇上。 層於it底該方法形成該多層結構22中之其他 包含二m第二上表面2200上，其中該多層結構u 夕如圖二F所示，該方法形成—歐姆電極結構24於該 夕層…構22上以完成該半導體發光元件2。 ' μ 請參閱圖四Α及圖四Β。圖四Α及 發光元件及根據本伽之半導體發光
It^四ΐ及圖四B皆為以光學顯微鏡拍攝氮化鎵材料 表面所传，並賴四Α及_巾之伽卩代麵陷上 如圖四B所示，根據本發明之半導體 密度的雜-般之半導體發光元件降|#·=件2=内部缺陷 202 妙佈的孔洞 22() 改善根據本發明之半導體發光元件2之_缺陷密度成確實月匕夠 200903844 相較於先前技術’根據本發明之半導體發 度’藉此可以改善半導體發光元部ΐ子:ΐί =t。相反地，其目的是希 此於奎本發明所欲申請之專利範圍的範鳴内。因 廣的解i，以:二的範疇應，艮據上述的說明作最寬 1、私财可能的改變以及具辦性的安排。 200903844 【圖式簡單說明】 圖-A躲鮮導體發光元件之内部缺⑽分佈示意圖。 内部先前謝细氧化層改善彻發光元件之 载面^雜報據本發日狀—具體實施例之半導體發光元件之 發明般度，半導體發光元件及根據本 【主要元件符號說明】 1 .半導體發光元件 U:半導體材料層 120 :内部缺陷 20 :基板 202 :凹陷 220 :最底層 2202 :孔洞 226 :發光區 10 .基板 14 .氧化層 2:半導體發光元件 200 :第一上表面 22 :多層結構 2200 :第二上表面 222 :次底層 24 .歐姆電極結構 26 :内部缺陷 12
Claims (1)
- 200903844 十、申請專利範圍： 1、 一種半導體發光元件(semiconductor light-emitting device)，包 含： 一基板(substrate)，該基板具有一第一上表面以及形成於該第 一上表面上之複數個凹陷(recess); 一多層結構(multi-layer structure)，該多層結構係形成於該基 板上並且包含一發光區(light-emitting region)，該多層結構 之一最底層(bottom-most layer)係形成於該基板之該第一上 f 表面上’該最底層具有一第二上表面以及形成於該第二上 表面上之複數個均勻分佈的孔洞；以及 ^姆電極結構(ohmic electrode structure)，該歐姆電極結構 係形成於該多層結構上。 2、 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中該等複數個 孔洞係藉由施加一蝕刻製程於該第二上表面上。 3、 如申請專利範圍第2項所述之半導體發光元件，其中該蝕刻製程 係一不需使用光罩之自然蝕刻製程。 4、 如申請專利範圍第3項所述之半導體發光元件，其中該第二上表 面於該自然蝕刻製程中係曝露於一光線中。 5、 ί申請專利範圍第4項所述之半導體發光元件，其中該光線係-糸外光(ultraviolet)。 6、 如:Ϊ專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中該多層結構 =了次底層(bottom-next layer)及該最底層係由一半導體材料形 7、 如申請專利範圍第6項所述之半導體發光元件，其中該半導體材 13 200903844 料係一ΙΙΙ-V族化合物半導體材料’其中於該πΐ-ν族化合物半導 體材料内之一III族化學元素係選自由鋁(Α1)、鎵(Ga)以及銦(In) 所組成之一群組中之一元素，於該ΠΙ-ν族化合物半導體材料内 之一V族化學元素係選自由氮(Ν)、磷(ρ)以及砷(As)所組成之一 群組中之一元素。 8、 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中該基板係由 選自由玻璃（Si〇2)、矽(Si)、鍺(Ge)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵 (GaAs)、磷化鎵(GaP)、氮化鋁(A1N)、藍寶石(sapphire)、尖晶 石(spinnel)、三氧化二鋁(Al2〇3)、碳化矽(si〇、氧化鋅(ZnO)、 氧化鎂(MgO)、二氧化鐘鋁(LiA102)、二氧化經鎵(LiGa02)以及 四氧化鎮二銘(Mg Al2〇4)所組成之一群組中之其一所形成。 9、 —種製造一半導體發光元件(semiconductor light-emitting deviee；) 的方法，該方法包含下列步驟： 製備一基板(substrate); 轭加一選擇性蝕刻製程(seiective etching pr〇cess)於該基板之一 第一上表面上’致使複數個凹陷(recess)形成於該第一上表 面上； 形成一多層結構(multi_layer structure)中之一最底層(b〇tt〇m_ most layer)於該基板之該第一上表面上； 知加一钮刻製程於該最底層之一第二上表面上，致使複數個 均勻分佈的孔洞形成於該第二上表面上； 形成該多層結構中之其他層於該最底層之該第二上表面上， 其中該多層結構包含一發光區(light-emitting region);以及 开ν成一歐姆電極結構(〇hmic electr〇de structure)於該多層結構 上以完成該半導體發光元件。 1〇、如申睛專利範圍第9項所述之方法，其中該钱刻製程係-不需使 14 200903844 用光罩之自然蝕刻製程。 11、 如申請專利範圍第 自舰職程中|^!_^方中法，其中該第二上表面並且於該 12、 二I:範圍第11項所述之方法，其中該光線係-紫外光 13 明專利範圍第9項所述之方法，其中該多層結構之一次底層 〇 〇m_next layer)及該最底層係由一半導體材料形成。 ί 14、如利範圍第13項所述之方法，其中該半導體材料係-ΠΙ· I紅化/物半導體材料，其中於該III-V族化合物半導體材料内之 二1/1族化學元素係選自由鋁(A1)、鎵(Ga)以及銦(In)所組成之一 ^組^之一元素，於該III-V族化合物半導體材料内之一v族化學 兀素係選自由氮(N)、磷(p)以及砷(As)所組成之一群組中之一元 素0 15、如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該基板係由選自由玻璃 (Si02)、矽(Si)、鍺(Ge)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵 (GaP)、氮化鋁(A1N)、藍寶石(sapphire)、尖晶石(spiimel)、三氧 化二鋁(Al2〇3)、碳化矽(SiC)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、二 氧化裡銘(LiA102)、二氧化裡錄(LiGa〇2)以及四氧化鎂二銘 (MgAl204)所組成之一群組中之其一所形成。 15
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