TW201006014A - Semiconductor device having rough sidewall - Google Patents

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201006014 六、發明說明： 【明所屬技冬好領3 交互參照申請案 本專利申請案主張2008年5月21日提出申請的美國臨時專利 申請案第61/054842號案的優先權，其名稱為ZINC_〇xide BASED EPITAXIAL LAYERS AND DEVICES，及20G8年6月 11 日 提出申請的美國臨時專利申請案第61/〇6〇754號案的優先權，其名

稱為ZINC OXIDE ALLOYS AND DEVICES INCXUDIM3 THE SAME，其全部揭露在此以參照形式被併入本文。 發明領域 本發明大體有關於由具有一纖鋅礦晶體結構之半導體所形 成的裝置，且較特別地，本發明有關於具有一或多個粗糙側壁的 半導體裝置。 H 名舒】 發明背景 化學氣相沈積(CVD)是用以在諸如一晶圓之一基板上形成薄 膜之-沈積過程。在-CVD製程中，將—基板在—反應室中暴 露於-或多個前驅物下。典型地將該基板加熱至高於該前驅物之 分解溫㈣-溫度，使得在該雜物與雌板雛觸時，該前驅 物與該基板之表面反應或分解至該基板之表面之上，以產生該所 期望之薄膜。然而，-絲板賴晶結構可齡因為沿不同結晶 軸之不_長成率而可影響娜之長成，進而產生非平面、三維 的膜。例如’在六角形的纖辞礦材料，諸如氧化鋅(Zn〇)、氮化 鎵(GaN)A_漏巾，沿著該兩個主钱(該^軸及&軸)之長成 3 201006014 會因為該二軸之長成率之異向性而有所不同。一些技術已發展出 使C軸上具有單結晶及連續性的長成。參見例如申請案第 WO2008/073469號案(在2007年12月U日提出申請的pCT申請 案序列號第PCT/US2〇〇7/〇25432號案）其名稱為“zinc 〇xide

MultUrnieticm Photovoltaic Cells and 〇ptoelectronic Devices”，由該 受讓人所共同擁有且在此以參照形式被併入本文。然而，在具有 六角形結晶結構之基板上的ZnO及以ZnO為基的合金的平面沈 積仍然是一挑戰。 半導體裝置，諸如光電裝置、電子裝置及光子裝置，由於它 們的堅固性及效率，而使其被大量應用。例如LED之半導體發光 装置可作為有效的、堅固的及長效的光源。此半導體照明不久可 在即使不是所有也是多數的應用中替代白熾及螢光電源，進而提 供一有效的且環保的照明技術。 C 明内】 發明概要 根據本發明之另一實施例，一半導體裝置包括包含—纖鋅礦 半導體的一半導體部分。該半導體部分包括定向為與該纖鋅礦結 構之一c平面之間呈一非零度角的一活化層及一第一側壁，其中 該第一側壁之至少一部分是粗输的。 根據本發明之另一實施例，一半導體裝置包括由一纖鋅礦半 導體所形成的一半導體部分。該半導體部分包括定向為與該纖鋅 礦結構之一c平面之間呈一非零度角的一活化層、一第〜側壁及 不平行於或實質上不平行於該第一側壁的一第二側壁，其中該第 —側壁及該第二側壁都是被定向為平行或實質上平行於屬於一 201006014 相同晶體平面族之該纖鋅礦結構之晶體平面。 圖式簡單說明 從其以下之進一步描述並參照該等附加圖式’將更全面地理 解本發明之優點，其中： 第1圖示意性地顯示一強調出m平面的六角形晶體結構； 第2圖示意性地顯示一強調出&平面的六角形晶體結構； 第3圖示意性地顯示一強調出c平面的六角形晶體結構； 第4a-b圖顯示根據本發明之實施例，用於使用金屬有機化學 氣相沈積法沈積平面的以氧化鋅為基的外延層的製程； 第5圖示意性地顯示一晶柱； 第6圖不意性地顯示在一切除角為45下的一晶柱，為了根 據本發明之實施例自該晶柱產生—斜切基板； 第7圖示意性地顯示一強調出半極性平面的六角形晶體結 構； 第8圖是例如-發光裝置的—半導體裝置的一截面圖，其包 括由-纖㈣半導體形成的-❹個外延半導體層，且根據本發 明之實關，其是與職㈣半導體之平面之_成一非零 度角的； 第9圖是根據本發明之實施例具有一橫向電氣接觸幾何諸如 一發光裝置之一半導體裝置的—截面圖； 第H)圖是根據本發明之實施例具有—或多個祕側壁諸如 一發光裝置之一半導體裝置的—截面圖； 第11圖是根據本發明之實施例具有一或多個粗經側壁諸如 -發光裝置之-轉體褒置的—截面圖； 5 201006014 第12圖是根據本發明之實施例具有一或多個粗糙側壁及一 垂直電氣接觸幾何諸如—發光裝置之—半導體褒置的—截面圖； 第圖是根據本發明之實施例之具有—不同程度之表面 粗糙度的-第-側壁及第二觀之諸如發光較(例如= 導體裝置的俯視圖； 影像； 第圖是根據本發明之實施有—平滑触及一粗链 側壁之—魏化鋅為基的LED之俯視圖之掃描電子顯微（sem) 第.b圖是根據本發明之實施例有具有—不同程度之表面 粗糙度H麵及帛二纖之諸如發絲置⑽如LED)之半 導體裝置的俯視圖； 第16圖是娜本發明之實施财具有—她程度之表面粗 經度的—非平行趣之諸如發光裝置(例如LED)之—半導體裝置 的一俯視圖；及 第W及Hb圖是根據本發明之實施例具有定向為與該纖辞 礦半導體之-e平面之間呈—非零度^向的纖辞礦半導體層的 一雷射二極體的透視圖及俯視圖。 C實施方式J 較佳實施例之詳細說明 在此所提供之各種實施例描述了使用金屬有機物化學沈積 法(MOCVD)長成平面以氧化鋅為基的外延層之方法。如在此所使 用地’ -平面層是指連續的-層。—平面層可具有任何表面形 態’例如’該平面層可具有-平滑的或織紋化的表面。在此所描 述之外延層可是單結晶且可具有-低缺陷密度，諸如小於大約 201006014 107cnf2(例如小於大約i06cm·2,小於大約105cm_2)之錯位密度及 /或小於大約1〇4 cm-y例如小於大約103 cm-1，小於大約102 cm-1) 之堆疊缺陷密度。 MOCVD是使用金屬有機前驅物的一 CVD製程。在此所描 述的一些實施例提供基板組態及使用MOCVD允許平面的以氧 化鋅為基的外延層在該等基板上成長之長成製程。以下討論說明 性實施例之細節。不同於是一物理沈積過程的一分子束外延法 (MBE) ’ MOCVD是包括源氣體之高溫分解的一化學沈積過程。 因而’對於MOCVD，該長成製程之溫度既控制源氣體之高溫分 解也控制該沈積過程之表面動力。照這樣，使用MBE而能夠輕 易實現之材料的沈積’未必能夠輕易地用在M〇CVD上。在此所 描述之MOCVD製程使平面以氧化鋅為基的外延層能夠在各種 非c平面纖辞礙基板中沈積。 如第1、2及3圖所示，六角形纖鋅礦材料，諸如Zn〇及第 ΙΠ族氮化物(例如GaN、趟、碰），具有如心&、a3及c所 示之結晶方向的一六角形晶體結構。如在該技藝中具有通常知識 者所習知的’在該六角形結射—些該等結晶平面是第1圖中用 陰影所顯示的該m平面(1{MG)、第2圖中用陰影所顯示的該丑平 面(1120)及第3圖中用陰影所顯示的該把平面(_1)或<平面 (000-1)(其垂直於該C軸’例如該+C平面由該等數字1〇1218、 22及26所>^)。雜諸如以Zn()為紅半導體及帛Η〗族氮化 物為基之半導體的纖鋅礦晶體材料而言，m平面及a平面是無極 性平面且該等c平面是極性平面。 雖然特定醉面在第1及2 B幢，蚁在該技藝中 201006014 具有通常知識者將了解的是該 , m千面族可是該六角形結構之該 專之任何—個，而該a平面族可是垂直於該等三個&轴之一 姉的該等三辦面之任何 宝例如，該m平面可是由該等數 :U及2G歌義之該平面而不是由數字Κ)、12、14 ^陰影平面）所定義之該平面，如第i圖之所顯示。類似地， ，=面可是由該等數字12、16、26及28所絲之該平面而不 數字12、16、22及24(陰影平面）所定義之該平面，如第2 圖之所顯示。 參照第4a圖’根據本發明之實施例，描述使賴⑽d用 於沈積平砂氧化辞絲之外延層之—製程1製糊始於步驟 100，其中提供了 —或多個斜切基板。如在該技藝中具有通常知 識者所習知的，-斜切基板可透過使該基板之表面自諸如一纖辞 礦曰曰體之e平面、m平面或a平面的—主結晶平面偏置予以形 成。例如，第5圖示意性地顯示了具有諸如—六角形晶體之爪平 面的-表面3G的-晶柱。在此齡】中，軸上m平面基板接著透 過將該晶體切割成其兩表面分別平行於該表面3〇的薄片35而獲 製備。繼續此範例，如第6圖中之示意性顯示，m平面斜切基板 可透過自該軸上〇1平面表面3〇以一偏置角切割該等薄片而獲製 備，使得該等基板之表面40及該m平面表面3〇形成一切除角 45。如在該技藝中具有通常知識者所習知的，該切除角45可相 對於該指定平面形成於任何方位。例如參照第1圖，該斜切基板 表面可從該m平面朝該+c平面偏移(例如編號1〇、12所形成之該 平面之側邊可朝該六角形之中心移動）、或朝該-c平面偏移(例如 由編號14、16所形成之該平面之側邊可朝該六角形之中心移 201006014 動）、或朝一 a平面偏移(例如由編號12、16所形成之該平面之侧 面可朝該六角形之中心移動或朝由該等數字10、14、18及20所 定義之該a平面移動)等。在一些實施例中，該切除角45可在大 約2度至大約25度之範圍内。在一些實施例中，該切除角45可 在2度至大約Μ度之範圍内。在一些實施例中’該切除角45可 在約0.5度至約25度之範圍内。在其他實施例中，該切除角45 可在0.5度至大約15度之範圍内。在切割之後，該基板表面可經 由化學機械拋光法(CMP)予以拋光。 在一些實施例中，該基板可由一以ZnO為基的半導體(例如 ZnO、ZnMgO、ZnCdO或其中之組合)或相關材料組成。在一些 實施例中，該基板可是導電的。在其他實施例中，該基板可是絕 緣或半絕緣的。該基板之導電或半絕緣性質可藉由用適當的摻雜 原子以摻雜基板來實現。 參照第4a圖，在步驟11〇中該等一或多個斜切基板可在一反 應室中加熱。用於該長成製程之該斜切基板上的該溫度範圍可視 s亥基板表面之晶體方位而變化。例如，對於m平面或a平面斜切 基板，該基板之該溫度範圍可從大約4〇(rc至大約9〇〇t：，較佳 地從480 C至大約900 °C，更佳地從大約550至大約650 °C且 最佳地6GG t左右。在-些實關巾，該基板之該溫度可小於大 約500。(：且大於大約400。(：。在c平面斜切基板中，該基板之該 溫度範圍可從大約600 t至大約1_ t，較佳地從大約_。〇 至大約950 °C，且更較佳地在9〇〇。(：左右。 參照第4a圖，在步驟120中，一個以氧化辞為基的外延層 可使用MOCVD形狀織板之上。如魏聽巾具有通常知識 9 201006014 者所習知的，該以氧化鋅為基的外延層可透過自一基於辞的來源 提供包含辞的第一氣體及自一基於氧的來源提供包含氧的第二 軋體而予以形成。該基於鋅的來源及基於氧的來源典型地是為氣 相型態，儘管該來源可呈一固體、液體或半固體相。將該等第一 氣體及第二氣體傳輸給在該反應室中之該等一或多個基板。該製 程氣體成分的控制可使用如在該技藝中具有通常知識者所習知 之大/7IL量控制器、閥門等來完成。該長成環境之壓力可保持在從 大約20 Torr至大約76 Torr之範圍中。透過改變該等反應氣體及/ 或它們的流速’可將具有所期望之成分的一或多個半導體層(例如 參 單晶體半導體層)沈積於該基板之上。控制該反應可用以控制每一 半導體層之厚度。反應氣體可包括二乙基鋅或Zn之二乙基鋅， 及氧氣(〇2)、一氧化碳、一氧化氮或Ο之二氧化氮，儘管還可使 用其他。其他反應氣體可被包括，以將合金元素混入該以氧化鋅 為基的外延層’諸如Mg之環戊二烯基鎂、Cd之二乙基鎘、Se 之雙三丁基硒及對於在該技藝中具有通常知識者所習知之其他 反應氣體。可被包括之其他反應氣體可包括作為C1之一 n類型 摻雜氣體的乙基氯、作為一 η類型摻雜氣體之A1、Ga之及Ιη的 籲 三甲基色氨酸或三乙基、作為Ν之一 ρ類型摻雜氣體的氮氣的2) 或氨氣、作為Ρ之一 ρ類型摻雜氣體的二乙基亞磷酸鹽、作為 As之一 P類型換雜氣體的三氫坤化、作為Sb之一 ρ類型挣雜氣 體的三曱基色氨酸錄或任何其他適當的摻雜反應氣體。 在一些實施例中，掺雜劑可包括諸如金、銀及/或砷之p類型 摻雜劑，且該掺雜劑之來源可以一固體、液體、半固體或氣相予 以提供。在一些實施例中，至少兩個掺雜劑(例如ρ摻雜劑)可混 10 201006014 入该外延層中，例如來自金、銀及卸之該組組成的至少兩個P摻 雜劑可混入該外延層中。在該來源具有一凝體形式(例如固體、液 體或半固體相)時，可透過如在2009年4月9日提出申請的美國 專利申請案第12/421133號案中所描述之將該來源加熱至室溫之 上’以將該來源轉換為該氣相，該專利申請案之名稱為 “Metalorganic Chemical Vapor Deposition of Zinc Oxide” ’ 為該受讓 人所共同擁有且在此以參照形式被併入本文。該摻雜來源較佳地 可包括非鹵化或非甲烷矽基化之複合體，或可包括画化或甲院石夕 基化之複合體。 較佳地，在反應室中具有與諸如鋅之第Π族元素相比之下佔 較大百分率之諸如氧的第VI族元素，使得可長成一平面以Zn〇 為基的外延層。因而，在一些實施例中，諸如氧之第VJ族元素 與諸如辞之該等第II族元素在該反應室中的過飽和比可小於大約 8000’較佳地在大約50至8000之間，且更佳地在大約65〇至8〇〇〇 之間。如在該技藝中具有通常知識者所習知的，該過飽和比可由 s亥專氣體之莫耳濃度、蒸汽壓或流速推導出。該沈積過程可在該 等前驅物複合體於發生在該氣體混合物中，或在該氣體混合物與 該受熱基板表面相接觸時所發生的高溫分解而發生，且該以氧化 辞為基的外延層形成於該基板之上。 在一些實施例中，一或多個附加氣體還可與該等第一及第二 氣體一起使用，例如其他有機金屬前驅物、反應氣體'惰性載氣 等。例如，在該MOCVD長成過程期間可加入摻雜劑(例如在外 延層具有大約1015至大約lG21em_3(或更多)之濃度)使得該摻雜劑 /吧入該以ZnO為基的外延層中，進而允許n類型或p類型之以 11 201006014

ZnO為基的外延層形成。 參照第4b圖，根據其他實施例，描述了用於使用m〇cvd 沈積平面以氧化鋅為基的外延層的一製程。該製程開始於步驟 ’其中提供了-非極性或半極性纖鋅礦基板，例如一瓜平面 卯-10)基板、a平面⑴_20)基板或半極性基板。第7圖示意性地 5兒明了-些突顯出半極性晶體平面的—六角形纖鋅礦晶體結 構。半極性晶體平面之範例可包括(1(M1)、（1〇 M)、㈣_12)、 (HM-2)、（11-2-1)、（11_21)、（11_2_2)及⑴_22)平面。在一些實施 例中’可触-半錄基板可(例如透伽娜_等主晶辭面 _ 之一適當角切割一晶體且接著拋光該基板表面）。因而，一半極性 基板具有平行於或實f上平餘—半極性平面(諸如屬於該等 {11-22}或{10-12}平面族之一平面)的一沈積表面。類似地一非 極性基板可具有平行於或實質上平行於屬於該等m平面{1〇_1〇} 族或该專a平面{10-20}族之一平面的一沈積表面。 參照第4b圖，在步驟210中該非極性或半極性基板可在一 反應室中加熱。在此實例中，該基板可加熱至大約4〇〇 t至大約 900 °C之間，較佳地從大約480。(：至大約900。(：，更佳地從大約 鲁 550 °C至大約650 °C且尤佳地在6001左右。在一些實施例中， 該基板之溫度可小於大約500 °C且大於大約40〇 。相對於該c 平面製造小於大約45度之一角的半極性基板可從大約6〇〇 加 熱至大約1000 °C ’較佳地從大約800。(：至大約950 °C，且更佳 地在900 °C左右。 參照第4b圖，在步驟220中，一個以氧化鋅為基的外延層 可使用MOCVD形成於該基板之上。該等第VI族元素(例如氧） 12 201006014 與該等第π族元素(例如辞)之過飽和比可小於大約 8000，較佳地 在大約50 大約咖之間，且更佳地在大約至大約⑽〇〇 =間。如输之所财，為了制M〇CVD在絲板上形成該以 氧化鋅為基的外延層，一p類型換雜劑，諸如金、銀及/或卸，可 同该等第II族元素(例如鋅)及第VI族元細如氧)一起使用，進 而允許P類型以Zn〇為基的外延層的形成。在一些實施例中，至 少兩摻雜劑(例如p摻雜劑)可混人該外延層，例如來自金、銀及 鉀之該組組成的至少雜射混人該外延層。 各種MOCVD反應器架構可用以沈積在此所描述之該外延 層’儘官在此所制之該等製程參數可能與在該技藝巾具有通常 知識者所習知的其他反應器架構有所不同。目前所揭露之製程參 數適用於一垂直CVD反應器。 在一些實施例中，該等以氧化鋅為基的外延層可能是包含鋅 的氧化物。特定範例可是氧化辞、第ΠΑ族元素與鋅的氧化物、 第ΠΒ族元素與鋅的氧化物或第IIA族元素及第ΠΒ族元素與鋅 的氧化物。在一些實施例中，該以氧化鋅為基的外延層可包括一 第VIA族元素，諸如S、Se及/或Te。在一些實施例中，該以氧 化鋅為基的外延層可包括ZnO、ZnMgO、ZnCaO、ZnBeO、ZnSiO、

ZnBaO、ZnCdO、ZnSeO、ZnTeO、ZnSO、ZnMgCdO、ZnCdSeO、

ZnCdTeO或其中之組合，其中可以任何所期望之比例(例如上至 溶解度的限制)混入合金元素。包括一或多個此等外延層之外延層 結構可經由在此所描述之長成技術予以形成。外延結構可包括諸 如雙重異質結構之異質結構，該異質結構可包括一或多個量子 井0 13 201006014 如以下之詳細描述，各種實施例可包括由一或多個該等以氧 化鋅為基的外延層所組成的半導體裝置，諸如光電子裝置、電子 裝置或光子裝置。在一些實施例中，一半導體裝置可包括沿著該 以氧化鋅為基的外延層之一非極性或半極性平面定向的一或多 個以氧化鋅為基的外延層。在一些實施例中，一半導體裝置可包 括沿著一 m平面或一斜切m平面定向的一或多個以氧化鋅為基 的外延層。在一些實施例中，一半導體裝置可包括沿著_a平面 或一斜切a平面定向的一或多個以氧化鋅為基的外延層。在一此 實施例中，一半導體裝置可包括沿著自該以氧化鋅為基的外延層 ❹ 之一主平面切除(例如具有從大約2度至大約15度的一切除角） 之一斜切平面定向的一或多個以氧化辞為基的外延層。 在些實施例中，一光電裝置可包括諸如一發光二極體(LED) 或一雷射二極體之一發光裝置。這樣一發光裝置可包括沿著一非 極性平面(例如m平面或a平面)或其中之斜切平面，或沿著一半 極性平面或其中之斜切平面定向的一或多個以氧化鋅為基的外 延層。這樣一發光裝置可呈現低效率驟降操作，其中該插座 (wall-plug)效率隨著電流密度增加實質上保持恆定。例如，在一 參 非極性基板(或其中的斜切基板)上長成之一以氧化鋅為基的led 的效率可在大約0.5A/mm2且至少在大約丨例如至少大約 2A/mm2，至少大约4A/mm2)時實質上相似。 第8圖是包括一或多個外延半導體層之諸如一發光裝置的一 半導體裝置的-截面圖。雖然下面是根據一發光裝置來描述，但 是應理解的是這樣一結構或相似結構還可用於其他半導體裝置 中，諸如其他光電子、光子或電子裝置(例如光電二極體、光電的、 14 201006014 激子裝置、激子積體電路、激子光開關、電晶體）。該裝置之該等 或多個外延半導體層可由諸如一或多個以ZnO為基的半導體 之一纖鋅礦半導體組成。該等一或多個外延半導體層可定向平行 於與忒纖鋅礦半導體之一 c平面形成一非零度角(例如大於大約2 度)的一晶體平面，例如平行於或實質上平行於一非極性平面、一 半極性平面或一斜切主平面，如以上所描述。 該半導體裝置可包括包含多個半導體層及配置於該等多個 半導體層之間的一活化層308的一結構。活化層308可被定向為 平行於與該纖鋅礦半導體之一 c平面形成一非零度角的一晶體平 面，例如平行於或實質上平行於一非極性平面或一半極性平面， 如先前之描述。該等多個半導體層可包含一第一傳導類型半導體 層306(例如n類型或p類型），及與導電層3〇6相比具有一相反導 電類型的一第二導電類型半導體層310(例如p類型或n類型)，且 該活化層3〇8可配置於半導體層3〇6及半導體層31〇之間。在一 二實施例中’半導體層3〇6可包含一第一傳導類型(例如η類型或 ❹ Ρ類型）包覆層322及一第-傳導類型接觸層324。接觸層324與 該包覆層322相比可具有一不同(例如較高的)的摻雜濃度，且可 由該等相_或柯辭導歸料所形成。半導體層3ig可包含 第一傳(例如P類型或n類型）包覆層32〇及一第二傳導 類型接觸層318。接觸層318與該包覆層32〇相比可具有一不同 (例如較同的)的摻雜濃度，且可由鱗綱的或不同的半導 料所形成。 一或多個半導體層3G6、半導體層31〇及活化層308可由以 n〇為基的材料組成，諸如一或多個以齡為基的外延層。此等 15 201006014 材料可包括ZnO及/或包括Mg、Ca、Be、Sr、Ba、Cd、Se、Te 及/或S的以ZnO為基的合金。此等合金描述於在2007年12月 11曰提出申請的PCT申請案W02008/073469號案中，該申請案 名稱為 “Zinc Oxide Multi-Junction Photovoltaic Cells and

Optoelectronic Devices”，由該受讓人所共同擁有且在此以參照形 式併入本文。 活化層308可包括與該鄰近半導體層相比具有一不同能隙的 一或多個層，進而形成一雙異質結構。半導體層3〇6及半導體層 310能夠因為不同於該活化層之能隙而可提供載子限制。例如， _ 形成半導體層306及310之至少一些層(例如包覆及/或接觸層)的 能隙可大於該活化層308中一或多個層(例如量子井及/或阻擋層） 的能隙。這一組態可確保層306及310不會實質上吸收由活化層 308所發射的光。在一些實施例中，活化層3〇8包括由諸如Zn〇、

ZnMgO、ZnCdO、ZnSeO、ZnTeO及/或其組合之以Zn〇為基的 材料所組成的一或多個井層。對於雙異質結構裝置，部分或所有

的半導體層306及/或310可由諸如ZnO、ZnMg〇、2：nC：dO、ZiiSeO 及/或ZnTeO之以ZnO為基的半導體組成，具有相較於活化層3〇8 φ 之該(等)井層之一較大的能隙。 活化層308可是一塊狀層、一單量子井結構或可包括在該等 量子井之間之阻檔層的一多重量子井結構。在一些實施例中，活 化層308之厚度可在從大約1膽至大約5〇〇⑽之範圍内且較 佳地在大約5 rnn至大約50 nm之間，且更佳地大於大約1〇聰 且小於大約30 nm(例如大約15 nm)。 在一些實施例中，該裝置之該半導體部分形成一雙異質結構 16 201006014 且活化層308是具有大於大約3 nm(例如大於大約5邮，大於大 約10 nm，大於大約15 nm)之一厚度的一井層。對於具有平行於 或實質上平行於一非極性或半極性晶體平面之井層的一發光裝 置，諸如一 LED ’此一厚井層使其能夠達到高效率及相對於電流 德、度升尚之最低程度的效率降低(即“低效率驟降”），其可能是由 於低的内建極化電場及/或歐傑再結合(Auger rec〇mbinati〇n)。另 外，因為在此所描述之該等裝置之活化層3〇8可能具有低缺陷密 度(例如錯位密度小於大約1〇6 cm-2，小於大約1〇5 cm·2，小於大 約104 cm·2，小於大約1〇3 cm_2)，所以可進一步增強發光裝置效 率，其可能是由於一低缺陷所引發之無幅射再結合率。 活化層308可至少部分地是本質的、n摻雜的及摻雜的。 例如，活化層308可包含一或多個量子井及配置於每一量子井之 任-側之上的阻麟。-些或所有此等層可是本質層。例如該等 I子井及/或§玄4阻檔層可是本質層。可選擇地，該等阻擋層及/ 或該等量子井可被掺雜(例如η摻雜及/或ρ摻雜）。 半導體層306可是一 η類型層且半導體層31〇可是一 ρ類型 層。在這一裝置中，基板302可是一 η類型基板。可選擇地。半 導體層306可是一 ρ類型層且半導體層31〇可是一 η類型層。在 這一裝置中，基板302可是一 ρ類型基板。半導體層3〇6及/或半 導體層310之厚度可在從大約〇1|Llm至大約3哗之範圍内，然 而還可使用任何其他適當的厚度。 半導體層3〇6及/或半導體層⑽之摻雜可用各種適用於該半 導體材料的掺雜元素予以實現。例如，對独Ζη〇為基的半導 體，用-或多個適當的第I族元素(例如认及/或ro)及/或第V族 17 201006014 元素，諸如Κ、Αιι、Ag、N、P、As、Sb及/或其他適當元素來摻 雜可用以實現P類型的傳導。用一或多個適當的第m族元素(例 如B、A卜Ga及/或In)及/或第VII族元素(例如ρ、c卜Br、j)來 摻雜可用以實現η類型的傳導。部分或所有的半導體層3〇6及/ 或半導體層310的該摻雜濃度可在從大約10”⑽-3至大約1〇2, cm-3之間的範圍内，較佳地從大約1〇17 cw_3至大約1〇2。(例如 大約1019 c/n_3)，然而還可使用任何其他適當的摻雜濃度。 該等多個半導體層(例如層306及310)及/或該活化層308可 具有一六角形晶體結構(例如一纖鋅礦晶體結構），其範例可包括 ❹ 以ZnO為基的半導體。該等多個半導體層(例如層306及310)及 該活化層308可外延地配置於也可具有一六角形晶體結構(例如 一纖辞礦晶體結構)的一基板302之上。在一些裝置中，基板302 也可具有一六角形晶體結構(例如一纖鋅礦晶體結構）。可形成此 等結構之沈積過程在以上已予以描述。在一些實施例中，該等多 個半導體層(例如層306及310)及活化層308形成多數介面，且該 等介面是定向為平行於或實質上平行於形成該活化層之該半導 體的一非極性平面(例如m平面或a平面)或一半極性平面。 © 基板302可是一以ZnO為基的基板(例如ZnO、ZnMgO、

ZnCdO或其組合)或任何其他適當的基板。在一些實施例中，該 基板可疋一早晶體基板。該基板可是導電的(例如η類型或p類型） 及/或透明的(例如對於由該活化層所發射之光的波長）。 在一些實施例中，活化層308、該η類型半導體層及/或該半 導體ρ類型層(例如半導體層306及310)可是例如使用蝕刻斑密度 方法所量測具有小於大約1〇6 cm·2(例如小於大約1〇5 cnT2，小於 18 201006014 大約104 cm·2，小於大約l〇3 cm·2，小於大約102 cm·2)之一錯位密 度的單晶體層。這一低錯位密度可藉由具有實質上可與該基板晶 格匹配之一成分之外延層的沈積來實現。該等外延層與該基板沈 積表面可具有小於大約2.5%(例如小於大約2%，小於大約1%， 小於大約0.5%，小於大約0.25%)的一晶格失配。例如，以Zn0 為基的外延層，諸如ZnO及/或包括具有一適當原子比例之Mg、 Ca、Be、Sr、Ba、Cd、Se、Te及/或S的以ZnO為基的合金，可 沈積於一以ZnO為基的基板(例如ZnO、ZnMgO、ZnCdO或其組 合)之上，以便實現與該基板之一低的晶格失配。單晶體以Zn〇 為基的基板可具有小於大約1〇2 cm_2的一錯位密度，例如，如使 用蝕刻斑密度方法之所量測，進而提供一低錯位密度基線。 在一些實施例中，一透明傳導層312可配置於半導體層31〇 之上。透明傳導層312可遍佈半導體層310之該整個表面或遍佈 一部分(例如大部分)的半導體層310。電極314可配置於透明傳導 層312之上。透明傳導層312可配置鄰近於半導體層31〇(例如該 η類型半導體或p類型半導體)且因而可提供從電極Η*擴展至半 導體層310的電流。電極314可由可提供與透明傳導層312之電 氣接觸之任何適當的金屬組成。電極314可作為至該鄰近半導體 的-歐姆電氣接觸。電極金屬或金麟疊的範例可包細以形成 - η 類型接觸的 Ti/Au、Ti/Al、Ti/Al/Au、Ti/A1/Pt/Au、&/Au、 C·、Cr/Al/Au、Al/Au、A卜 Al/Pt、In、Ru 等及用以形成一 p 類型接觸的n_Au、Ni/Ti/Au i部分或所有的電極3i4可作 為-電氣接觸焊盤(例如接合焊盤），—導線接合或—封裝金屬跡 線可(例如經由焊料或凸點接合）附接於該電氣接觸焊盤以提供 19 201006014 一外部電氣連接。 透明傳導層可由具有大於該活化層之該能隙或大於該活 化層中井之該能隙的-能隙的-或多個材料(例如以Zn〇為基的 材料)所形成’進而最小化所產生之光的吸收。在—些實施例中， 透明傳導層312可由-透明傳導氧化物所形成。透明傳導氧化物 之範例可包括以ZnO為基的材料、氧化銦、氧化銦錫(ιτ〇)或其 任何組合。在-實施例中’透明傳導層312包括一以Ζη〇為基的 材料，該以ΖηΟ為基的材料包括In、Ga及/或八丨。透明傳導層 312可具有任何適當的厚度，其令一典型的厚度在大於〇ι叫與 ❹ 大約3μηι之間的範圍内，且一較佳的厚度為大約α5μιη。 在些實施例中，該裝置之一頂面3〇9(例如透明傳導層312 之頂面)具有一織紋化的表面以便促進光擷取。該織紋化的表面具 有大於大約30 nm(例如大於大約5〇胞，大於大約1〇〇聰)之一 均方根(RMS)粗糙度。在一些實施例中，該織紋化表面可具有大 於大約30 nm(例如大於大約5〇腿，大於大約1〇〇舰)且小於大 約2 μιη(例如小於大约1 ，小於大約5〇〇⑽彡之一 粗糙 度。-織紋化頂面可在沈積該層綱或沈積該層之後予以形$ , φ 如2008年9月18曰提出申請的美國專利申請案第61/〇98〇97號 案之所描述’其名稱為“Textured Semiconductor Light-emitting Devices” ’由該受讓人所共同擁有且在此以參照形式併入本文。 在沈積期間對一層的織紋化處理，可包括諸如溫度之適當沈 積條件的使用，以便在沈積過程期間產生一有織紋層。對於非極 性(例如m平面、a平面或其斜切平面)或半極性以Zn〇為基的半 導體’該已沈積層之一織紋表面形態可在基板溫度在從大約4〇〇 20 201006014 。(：至大約600 °C之範圍内的情況下予以實現。一 CVD過程(例如 MOCVD)可用以沈積該織紋層。在該反應室中第VI族與第η族 元素的過飽和比，諸如在ΖηΟ沈積的情況下氧與鋅(〇/Ζη)，可在 從大約50至大約5000之範圍内。化學反應物在決定一已沈積層 之表面形態中發揮重要的作用。例如，當、规)2或#2〇氧源氣 體與在從大約200至大約400之範圍内的VI/II過飽和比一同使 用時，該已沈積以ΖηΟ為基的層呈現一非常織紋化的表面形態。 在沈積之後對一層的織紋化處理可包括粗糙化(例如經由一 或多個濕式及/或乾式姓刻)及/或圖案化(例如經由一微影製程)該 已沈積層。對於以ΖηΟ為基的半導體，一織紋化蝕刻可包括HC卜 HC1及H3P〇4之一混合物、乙酸或其混合物。在一些實施例中， 稀HC1(例如在去離子水中濃度在大約〇. 1 %與大約丨％之間的HC1) 可用作一織紋化餘刻。當使用稀HC1時，錄刻時間可在大約5秒 至大約2分鐘的一範圍内。較佳地，對於具有大約〇 5%之一 HC1 濃度的一稀HC卜餘刻時間可在從大約20秒至大約60秒之範圍 内。該蝕刻溶液附加的HsPCU可提供表面織紋化的增加(例如峰谷 深度之增加、RMS粗糙度之增加）。該已織紋化表面形態可包括 諸如角錐形及/或圓錐形的特徵(例如六角形特徵），其中該等特徵 可具有至少部分由該材料之該晶體結構(例如六角形晶體)所決定 的形狀。 一第一電極314可配置於透明傳導層312之上《—第二電極 3Μ可形成於基板302之後壁之上，對於基板是導電的(例如η類 型或Ρ類型)實施例而言，可作為至半導體層306之一傳導路徑。 電極316可由一或多個金屬組成且可提供至基板302的一電氣接 21 201006014 觸。此外，電極316還可作為可反射由活化層3〇8所發射之照射 於該電極306上之光的一反射層。在一些實施例中，基板3〇2之 該後壁可在電極316形成於該基板後壁之前予以織紋化(例如粗 糙化及/或圖案化），從而允許一有織紋之反射層的形成。 電極316可作為與該鄰近半導體的一歐姆電氣接觸。電極316 可包括諸如一 Ag及/或A1層的一或多個反射金屬層，該等一或 多個反射金屬層可直接與該基板後壁及可配置於該反射金屬層 之上的一或多個電氣接觸金屬層相接觸。該(等)電氣接觸金屬層 可由任何適當的金屬組成，諸如對於n類型以Zn〇為基的基板之 ❹

Ti/Au 等。 在一發光裝置操作期間，電流可經由電極314及316注入活 化層308。電子及電洞可在活化層3〇8放射地再組合進而產生光。 在活化層308中所產生的光可經由該裝置之該半導體部分的頂面 309及/或側壁予以擷取。可形成電極316之部分的該後壁反射層 可反射照射於其的光。 第8圖之該裝置可透過將半導體層3〇6、3〇8、31〇及可取捨 地將層312沈積於基板302之上予以製造。該沈積過程可包括如 籲 先前所描述之MOCVD過程。在一較佳實施例中，層3〇6、3〇8、 310及可取捨地層312在一單一沈積過程中予以沈積。可選擇地， 透明傳導層312在存在時可在沈積半導體層3〇6、3〇8及31〇之 後分離地沈積於另一沈積系統中。在一些實施例中，用於在基板 302上形成半導體層3〇6、3〇8、31〇及可取捨地層312的該等沈 積過程可是先前所描述之用於非c平面(例如非極性平面、半極性 平面)之長成的外延層。 22 201006014 形成該裝置之以ZnO為基的外延層可如以上之先前描述予 以沈積且可以是p摻雜、n摻雜或非摻雜以分別形成p類型、η 類型或非摻雜半導體層。2006年1〇月19日提出申請的美國專利

申請案第11/551058號案，其名稱為“zinc Oxide Based II-VI

Compound Semiconductor Layers with Shallow Acceptor

Conductivities and Methods of Forming Same”，其在此以參照形式 被併入本文，揭露了使ZnO化合物能夠使用於各種應用中的化學 氣相沈積製造技術。該等製造技術克服了相關於製造具有相對於 作為P類型摻雜劑操作之淺的接收器雜質之充分高濃度的p類型 ZnO材料的穩定性的困難。 在一些實施例中，一凝體源可利用習知的金屬有機傳送溫度 及裝置來作為一些摻雜元素(例如Ag、Au、κ)及/或合金元素，以 避開一些揮發物種的受限可利用性。在使用這一凝體源時，該來 源可在傳送之前轉換為一氣體，如2〇〇9年4月9日提出申請的 美國專利申請案第12/421，133號案之所描繪，其名稱為 “Metalorganic Chemical Vapor Deposition 〇f Zinc 〇xide” ’ 由該受讓 人所共同擁有且在此以參照形式被併入本文。 -旦該裝置之鱗半導體層已扣沈積，就可繼續該半導體 裝置之製造。可形成電極316的金屬層可沈積(例如蒸發及/或喷 濺)於該基板302之該後壁之上。可形成電極314的金屬層可沈積 (例如蒸發及/或喷濺)於配置於透明傳導層312之上且曝露出該裝 置表面之-部分的-受圖案化的遮罩之上。—掀離製程可用=透 過選擇性邮除該鮮來形賴極。例如，綱遮罩之一選 擇性的蝕刻可用以移除該遮罩且形成覆蓋該透明傳導層Μ]之二 23 201006014 所，望之部分的電極314。電極314可覆蓋大約5〇卿2至大約· μηΐ2之一區域，—較佳的區域為大約100x100 nm2。包括多個晶 粒區域的—晶圓可被切割以便形成第8圖之截面圖所顯示之晶 粒可選擇任何所期望之晶粒尺寸，例如晶粒(頂面)大小可在從 大約1〇〇Xl00 一至大約2x2 mm2之範圍内，然而其他大小也是 可能的。 了對以上製程及裝置結構進行各種修改。例如，基板So〗可 例如透過使用晶圓後侧研磨予以變薄且可取捨地例如經由 予以拋光，以便在該電極沈積於該基板後壁上之前減少該基板之 參 厚度(例如至小於大約⑼μιη之一最終厚度，較佳地大約1〇〇 μηι)。一已減少之基板厚度可在使用—導電基板時最小化串聯電 阻及/或基板自由載子的光吸收。 . 諸如對該接觸幾何之任何修改之其他變化也是可能的，例如 在使用一電性半絕緣或絕緣基板時對該接觸幾何的修改。例如， 除了可使用一垂直電氣接觸幾何，諸如第8圖之該裝置中之所顯 不之外，也可利用一橫向電氣接觸幾何。相較於一垂直電氣接觸 幾何’其中-η電極及一ρ電極可配置於該裝置活化層相反側之 參 上’―橫向電氣接觸幾何可包括配置於該裝置活化層上的一第一 電極(例如η電極或ρ電極)及配置於該活化層不存在之一區域之 上之具相反極性的一第二電極(例如ρ電極或η電極）。 第9圖是具有一橫向電氣接觸幾何之諸如一發光裝置的—半 導體裝置之一截面圖。該裝置除了該後壁基板電極不存在且至第 —傳導類型接觸層325的電氣接觸經由可直接與接觸層325相接 觸的電極315予以實現之外，是類似於第8圖之裝置。對於這一 24 201006014 電氣接觸4何’基板3〇2可是半絕緣或絕緣的。這一配置可是隹】 裝晶片接合於一封裝基座之上且至電極314及315的電氣接觸可 經由凸點接合或任何其他適當的方法予以實現。對於倒裝晶片接 合的-配置’基板3〇2之後壁可作為—光發射表面且因而可予 以織紋化以增強光擁取。 第9圖之該半導體褒置可使用外延層沈積製程(例如mocw) 及微製造技舒鄉成。·，在料職置層沈觀基板3〇2 上之後’如先狀所描述，第9圖之該裝置可透過執行該半導體 表面之-鱗侧⑽如乾該刻及/或默侧）料製造以便 曝露出在該基板上每_晶粒(例如晶片）之—部分中的接觸層 325。所利用之紐刻遮罩是一光阻遮罩。電極315可使用金屬 /尤積及-掀離製程予以形成，類似於可用以形成電極叫之製 程’如以上之所描述。諸如一金屬層(例如Ag、Ai)之一反射層317 可形成於基板302之該後壁之上，然而因為該基板可是電氣絕緣 的’所以此層不必作為_電極層。可選擇地或附加地，可由多個 以氧化物躲的層⑽如諸如以Zn〇為基的層的金魏化層)組成 的刀佈布拉袼反射器（dlstnbuted細辟㈣⑽沉，DBR)可設置 於活化層3〇8與該基板3〇2之間嘴於规晶片配置，反射層抓 可不存在且基板302之該後壁可作為發射表面。 第10圖是具有-或多個粗輪侧壁之諸如一發光裝置的一半 導體裝置的-截面圖。該半導體裝置可包括包含一纖辞鑛半導體 的半導體^刀其中該半導體部分可具有從該纖辞礦半導體之 - C平面.非零角定向的—活化層、—第—側壁及一第二侧 壁’其中4第-側壁或第二側鶴至少_個是粗链的。第川圖 25 201006014 之該半導體裝置類似於第9圖之該裝置，除了該裝置之諸如侧壁 33〇及332的-或多個側壁是粗縫的之外。在諸如—[印之一發 光裝置的情況下’已祕化之嫩可增強自雜置之該等側壁之 光擷取效率。 具有第10圖所顯示之該橫向接觸幾何的該半導體裝置可使 用所描述之用以製造第9圖雌示之該裝置的製程予以製造。該 裝置之活化層308可定向為平行於任何平面而不是形成該裝置之 該半導體部分之職_轉_該e平面。在較佳實施例中， 活化層3〇8平行於或實質上平行於該纖鋅礦半導體的一非極性平 φ 面(例如m平φ或a平面）。如先前之所描述’該裝置之該半導體 部分可形成包括配置於一n類型半導體包覆層與一p類型半導體 包覆層之間之-活化層的一雙異質結構。該半導體部分可包括可 - 使用先前叙辦長成技術(諸如MC)CVD触)舒歧積 於基板3〇2之上的外延層。基板3〇2可由一纖鋅礦半導體(例如以

ZnO為基的、帛ΠΙ_Ν族)喊且可具有無纖_半導體之一 ^ 平面形成-非零角的—沈積表面。該基板沈積表面的該晶體方位 可因而與沈積於其上的外延層(諸如該半導體裝置之該活化層)具 ❿ 有一相似的方位。 在長成轉外延層之後，具有—或多個她継的該半導體 裂置可透過執行該半導體表面之_遮罩侧予以製造以便曝露 出在每一晶片之一部分中的接觸層325。該遮罩蝕刻可形成具有 頂面309及側壁330及332之—臺面。用以實現該等粗糙側壁之 忒蝕刻可疋一適當的乾式蝕刻，例如一反應性離子蝕刻(例如感應 式耦合電漿反應性離子蝕刻’ ΙαΜυΕ)。對於由以Zn〇為基的或 26 201006014 以GaN為基的半導體層所組成之一裝置，乾式蝕刻可使用可包括 5C/;、士·、％、％及/或开α之適當的蝕刻氣體予以執行。蝕刻 氣體流速可在從大約1 sccm至大約100 sccmi範圍内，較佳地 大約35沉(^1。1〇？線圈功率可在從大約1〇〇貨至1_|之範圍 内，較佳地大約500 W。直流(DC)偏壓在大約25 V至200 V之範 圍内，較佳地大約100 V。該乾式蝕刻加工壓力可在從大約〇」 mTorr至大約20 mTorr之範圍内，較佳地大約1〇 mT〇rr。在完成 該半導體蝕刻之後，電極可使用與第9圖之該裝置所描述之相同 ® 製程予以形成。 雖然第10圖說明了具有一或多個粗糖側壁之該半導體裝置 的一截面圖，但是具有該纖鋅礦半導體之不同晶體平面之各種方 •位的該等側壁是可能的。該等側壁之該等各種方位如在以下之進 一步詳細描述可產生不同程度的粗糙度。而且，第1〇圖僅說明 了-個可能的半導體裝置(例如LED)配置，然而各種其他配置也 是可能的’例如，如第11及12圖所說明的。 第11圖是具有一或多個粗糙侧壁之諸如一發光裝置之一半 導體裝置的-截面圖。該半導體裝置包括一基座333，其中該裝 置之該半導體部分被配置於該基座333之上。基座333可由一種 材料(例如半導體、金屬或絕緣體)或材料之-組合組成。例如， 基座333可包括配置於一支撐基板334之上的一或多個金屬層 336，該支撐基板可是電性絕緣的或導電的。例如，支撐基板刃4 可是一陶竟(例如氮化_幻、一半導體(例如Si)或一金屬(例如 Al、Cu)。金屬層336可由可形成一歐姆電極之適當的金屬組成 且還可作為-反射層，如在第8圖所顯示之該裝置中對於層316 27 201006014 之描述。 為了形成第11圖所顯示之該裝置，用於供該等裝置外延半 導體層沈積於其上之該長成基板是可被移除的。對於—發光裝置 而吕這可能是有益的，因為若該長成基板會吸收由該裂置所產生 之光，即可能會降低該裝置效率。此等發光裝置及其製造是描述 於2008年9月19日提出申請的美國專利申請案第61/192548號 案中，該申請案之名稱為‘‘Thin Light-emitting Devices and Fabrication Methods” ’由該受讓人所共同擁有且在此以參照形式 被併入本文。具有諸如第11圖之裝置截面圖中所顯示之側壁33〇 φ 及332之一或多個粗糙側壁之該裝置可使用用以形成該等粗糙側 壁之一適當的蝕刻過程(例如乾式蝕刻）予以形成，如對於第1〇圖 所說明之該裝置之製造的描述。 - 而且，如第11圖之所顯示，該裝置之該頂面還可予以織紋 化進而形成一有織紋的光發射表面。例如，如果該裝置包括一透 明傳導層312，此層之該頂面可予以織紋化。該頂面的織紋化可 經由蝕刻(例如乾式及/或濕式蝕刻）、長成及/或微影(如在2〇〇8年 9月19日提出申請的美國專利申請案第61/192548號案中之所描 Θ 述，该申请案之名稱為“Thin Light-emitting Devices and Fabrication Methods”，由該受讓人所共同擁有且在此以參照形式被併入本文） 予以執行。 第12圖是具有一垂直電氣接觸幾何之諸如一發光裝置之一 半導體裝置之一截面圖。該裝置類似於第8圖之裝置，除了該裝 置之一或多個側壁可是粗糙的之外。在一發光裝置的情況下，粗 糙側壁(例如側壁330及332)可增強自該裝置之光擷取。 28 201006014 第12圖之該裝置可以與第8圖之方式相似之一方式予以製 造，除了在完成晶圓級加工時且在切割該晶圓以形成被支撐於一 切割帶之上的多個個體晶粒之後，透過切割所形成的該等晶粒之 已曝露出的側壁可被粗縫化。在切割之前，該已加工晶圓之表面 可由一光阻劑層來保護以防止在切割及後續加工期間損害該等 晶粒之表面。切割可使用切割鋸或雷射切割予以執行。較佳地， 支撐該晶圓之該切割帶在切割之後被完整保留以便使所有晶粒 _ 之處理能夠—致。這可透過選擇鱗切聽參數來實現，以便切 割貫穿該整個基板厚度而不是貫穿該整個切割帶厚度，如在該技 藝中所習知的。該等晶粒側壁之粗糙化可使用任何適當的蝕刻， 例如對於以ZnO為基的及以GaN為基的半導體之先前描述之一 適當的乾式蝕刻(例如ICP-RIE)予以實現。在粗糙化該等晶粒側壁 之後，保護該等晶粒表面的任何光阻劑可予以移除且該等晶粒自 5亥切割帶分離。 雖然第8-12圖之§亥等裝置截面圖說明了垂直於或實質上垂 φ 直於該裝置之該頂面的裝置側壁，但是應理解的是在一些實施例 中，該等裝置侧壁可配置為相對於該頂面之除了 9〇度之外的角 度。在一些實施例中，在一或多個侧壁與該裝置之該頂面之間的 角度大於90度。在一些實施例中，在一或多個側壁與該裝置之 該頂面之間的角度小於90度。 第13a及13b圖說明了諸如發光裝置之半導體裝置的俯視 圖，其有具有不同程度表面粗糙度的一第一側壁及一第二侧壁。 如第13a、13b、15a、15b、16及17b圖之所顯示，在俯視圖中之 側壁在在此所提供之該等圖式中以虛線來說明，且側壁粗糙度未 29 201006014 按比例繪製且為了觀察之簡易性予以放大。該半導體裴置可具有 諸如先前所說明之一截面圖，例如第8_12圖所顯示之任何該等裝 置截面圖。第13b圖說明了一實施例，其中該裝置之粗糙側壁長 於該裝置之平滑側壁，這可形成與具有相等或實質上相等長度側 壁的這樣一 LED相較之下，較大的光擷取效率。 如先前之所描述，該裝置可包含由一纖鋅礦半導體所組成之 -半導體部分’諸如-或多似Zn(3為基的半導體或_或多個第 III族氮化物半導體。該裝置之該半導體部分可形成該第一側壁 (例如側壁340或342)及該第二側壁(例如側壁33〇或332)。如先 前之所描述’該裝置之活化層3〇8可定向為與形成該活化層之該 纖辞礦半導體之平面之間呈—非零肖。在—些實施例巾帛 一側壁340及第二側壁33〇相互垂直或實質上相互垂直，如第13 圖之該等俯視圖之所說明(例如該等虛線相互垂直或實質上相互 垂直）。在-些實施财，至少—部分或實質上所有的該第一側壁 340是平滑的且至少一部分或實質上所有的該第二側壁330是粗 機的。 第-側壁340及第二側壁33〇可被定向為平行於或實質上平 ❹ 行於形成活化層3〇8之該纖辞礦半導體之任何所期望的晶體平 面。在第及13b圖中’活化層3〇8可平行於或實質上平行於 具有作為-法向向量之軸i的一晶體平面，第一側壁可平行 於或實質上平行於具有作為一法向向量之軸2的-晶體平面，且 第二側壁330可平行於或實質上平行於具有作為—法向向量之軸 3的-晶體平面。在-些實施例中，軸丨可是與形成活化層_ 之該纖辞礦半導體之該c軸形成一非零角的任何轴。接著可選擇 30 201006014 軸2及轴3以提供所期望之側壁粗糙度。 例如，轴1可是形成活化層308之該纖鋅礦半導體的該111軸 (或a軸），軸2可是該a軸(或m轴)且軸3可是該c轴。在這一 實施例中，活化層308可定向為平行於或實質上平行於該纖鋅礦 半導體之一第一非極性平面(例如m平面或a平面)。第一侧壁34〇 可定向為平行於或實質上平行於該纖鋅礦半導體的一第二非極 性平面(例如分別為a平面或m平面），且第二側壁可定向平行於 或實質上平行於該纖辞礦半導體之一 c平面。這樣一方位可提供 給可使用在此所提供之該等蝕刻過程予以形成的一平滑第一側 壁34〇及一粗糙第二側壁330。 在一些實施例中，鄰近的側壁可垂直或實質上垂直，如第13a 及13b圖之該等俯視圖之所說明。然而在其他實施例中，至少一 些鄰近側壁不是實質上垂直的，如可能是具有諸如一三角形之一 非矩形形狀的一裝置晶粒的實例。 第14a圖是具有一平滑側壁34〇及一粗糙側壁33〇之一以 ZnO為基的LED之一俯視圖的一掃描電子顯微鏡(SEM)影像。該 LED透過在一 ZnO m平面基板上成長以Zn〇為基的外延層予以 製造。該ZnOn類型、活化層及p類型半導體層之長成在大約55〇 c之一長成溫度下使用以上所描述之該MOCVD過程在一 m平 面ZnO單晶體基板之上予以執行。使用Bey以35 sccm之一流 速、大約500W之RF功率、100WiDCM^壓功率及大約1〇mT〇n> 之蝕刻加工壓力）與沈積於該半導體裝置之該表面之上之一光阻 劑遮罩的ICP_RIE乾絲職著㈣形成—臺面，進從而在該已 蝕刻區域中曝露出該以Zn〇為基的半導體n類型接觸層325。該 31 201006014 臺面是定向為使得側壁340平行於或實質上平行於該以Zn〇為基 的半導體之一 a平面’且側壁330平行於或實質上平行於該以Zn〇 為基的半導體之一 c平面。使用該前述的蝕刻化學，在蝕刻之後， 側壁340具有一平滑之表面且側壁330具有一粗糙之表面。 第14b圖是第14a圖之該以Zn〇為基的LED之側壁340之 一部分之一俯視圖的一高解析度掃描電子顯微鏡(SEM)影像，例 如方框341内之側壁340之該部分。該高解析度sev[影像說明 了定向為平行於或實質上平行於該以ZnO為基的半導體之該&平 面的該平滑側壁。如在此之所使用，一平滑側壁可具有小於大約 〇 10 nm(例如小於5 nm)之一平均峰谷高度。 第14c圖是第14a圖之該以ZnO為基的LED之側壁330之 一部分之一俯視圖的一高解析度SEM影像，例如方框331内之 側壁330之該部分。該高解析度SEM影像說明了定向平行於或 實質上平行於該以ZnO為基的半導體之該c平面的該粗糙侧壁。 如在此之所使用，一粗糙側壁可具有大於大約1()nm(例如大於大 約50 nm，大於大約100 nm)且小於大約1〇〇 μίη(例如小於大約1〇 μπι，小於大約5 μίη)之一平均峰谷高度。在一些實施例中，一粗 胃 縫側壁可具有在大約100 nm與大約3 μηι之間，較佳地在大約200 nm與大約2 μίη之間的一平均峰谷高度。在其他實施例中，一粗 縫側壁可具有在大約100 nm與大約700 nm之間的一平均峰谷高 度。此等粗糙側壁可增強自該LED的光擷取。 第15a及15b說明諸如發光裝置(例如LED)之半導體裝置的 俯視圖，該半導體裝置之至少一部分或實質上所有的一第一側壁 及至少一部分或實質上所有的一第二側壁的具有一不同程度之 32 201006014 表面粗糙度(例如至少50%不同）。在所說明之該等實施例中，第 一側壁340與第二側壁330都是粗糙的。對於—矩形半導體裝置 (例如’如由第15a及15b圖中之側壁之間該90度角符號所說明）， 四個側壁上之粗糙度可透過將該等側壁定向為使得側壁33〇與該 a轴之間的一角350實質上大於〇度(例如大於大約1〇度)且實質 上小於90度(例如小於大約80度)來予以實現。該等四個侧壁上 的相似粗糙度可透過將該等側壁定向為使得在側壁33〇與該3轴 之間的該角350為大約45度來予以實現。具有不同程度表面粗 糙度之粗糙側壁可透過將該等侧壁定向為使得在側壁33〇與該a 軸之間的該角350實質上大於〇度且實質上小於45度或實質上 大於45度且實質上小於90度來予以實現。 第16圖說明了諸如發光裝置(例如LED)之半導體裝置之一 俯視圖，其中第一側壁340不平行於或實質上不平行於第二側壁 330，且其中至少一部分或實質上所有的該一側壁34〇及至少一 部分或實質上所有的該二側壁330都是粗糙的且具有一相似程度 的表面粗糖度(例如小於50%不同）。該裝置可包含由一纖鋅礦半 導體所組成之一半導體部分’諸如一或多個以Zn〇為基的半導體 或一或多個第III族氮化物半導體。該裝置之該半導體部分可形 成該第一側壁340及該第二側壁330。該裝置之活化層3〇8可定 向為與形成該活化層308之該纖辞礦半導體之一 c平面之間呈一 非零度角。在-些實施例中，第一側壁34〇及第二側壁33〇相互 垂直或實質上相互垂直。 在一些實施例中，活化層308定向為平行於或實質上平行於 該纖辞礦半導體之一非極性平面，例如一 m平面或a平面。第一 33 201006014 側壁340可定向為平行於或實質上平行於該纖辞礦半導體之—第 :半極性平面。另外，第一側壁33G可定向為平行於或實質上平 行於該纖辞礦半導體之—第二半極性平面。為了使用在此所提供 之該等過程在第-側壁及第二側壁33〇上都形成一相似程度 的表面粗縫度’可對該第一半極性平面及該第二半極性平面予以 選擇以便使其屬於該纖鋅礦半導體之一相同晶體平面族。在—些 裝置中，該半導體部分之至少四個側壁(例如一矩形裝置之所有側 壁)屬於該_晶體平聽，義確鑛有_具有相同程度 糙度。 例如，對於第l6a圖所說明之該晶體方位，側壁33〇平行於 或實質上平行於相對於該&軸形成一 4S度角35〇的半極性平面。 對於形成於m平面_板之上之矩雜置，裝置麵可平行 於或實質上平行於屬於該纖鋅礦半導體之該{1 i _2施}平面族 的晶體平面。對於形成於a平面纖辞礦基板之上之矩形裝置，裝 置側壁可平行於或實f上平行於胁該纖鋅礦铸體之該（I 〇 _1 2cA/3a}平面族的晶體平面。 第17a及17b圖是具有從形成活化層3〇8之—纖辞礦半導體 之-c平面以-非零角定向之一活化層3〇8的一雷射二極體的透 視圖及俯視圖。例如，活化層3〇8可平行於或實質上平行於形成 活化層308之該纖鋅礦半導體之非極性或半極性平面。該雷射二 極體可包卿《赫二歸之—共紐之—觀或部分鏡像 的-第-側壁(例如340及/或342)。至少一部分或實質上所有的 第一側壁340及/或342可是平滑的且至少一部分或實質上所有的 第二側壁330及/或332可是粗糙的。該雷射二極體可沿著第丨几 201006014 圖所顯不之03體平面予以定向。在該詩二極體操細間，來自 β亥田射:減的相干光36〇可經由第一側壁挪予以發射。 °亥田射一極體可使用先前所描述之外延長成技術予以形成 且可包括附加的裝置層，諸如在活化層观之任—側上的光波層 362及364。在外延長成該等雷射二極體半導體層之後，裝置製 造可使用在此所描述之諸如乾式_及電極形成過程之製造過 程進行。 如在該技藝巾所習知的，料具有某些形狀(例如矩形形狀) 之各種裝置在辭以綱，然而，其絲置幾何也可？以利用。 例如’裝置晶粒或臺面具有—卿或麵形形狀，其也可具有 如在此所描述之粗糙側壁。 雖然該以上之討論揭露了本發明之各種示範實施例，但是顯 而易見的疋在該技藝巾具有通常知識者可做出將實現本發明之 一些優點之各種修改而不背離本發明之範圍。 【圖式《簡單_說^明】 第1圖示意性地顯示-_出m平面的六角形晶體結構； 第2圖示意性地顯示i調出&平_六角形晶體結構； 第3圖示意性地顯示—_出e平面的六㈣晶體結構； 第4a-b圖顯示根據本發日月之實施例，用於使用金屬有機化學 氣相沈積法沈積平面的以氧化辞為基的外延層的製程； 第5圖示意性地顯示一晶柱； 第6圖不意性地顯示在一切除角為45下的一晶柱，為了根 據本發明之實施例自該晶柱產生—斜切基板； 第7圖不意性地顯示一強調出半極性平面的六角形晶體結 35 201006014 構； 第8圖是例如—發光裝置的—半導體裝置的—截面圖，其包 括由-麟解導_成的—❹斜延半導體層，且根據本發 明之實施例，其是與該纖鋅礦半導體之一。平面之間形成一非零 度角的； 第9圖是根據本發明之實施例具有一橫向電氣接觸幾何諸如 一發光裝置之一半導體裝置的—截面圖； 第10圖疋根據本發明之實施例具有一或多個粗縫側壁諸如 一發光裝置之一半導體裝置的—截面圖； Φ 第11圖是根據本發明之實施例具有一或多個粗糙側壁諸如 一發光裝置之一半導體裝置的一截面圖； 第12圖是根據本發明之實施例具有一或多個粗糙侧壁及一 垂直電氣接職何諸如-發光裝置之—半導體裝置的—截面圖； 第13a-b圖是根據本發明之實施例之具有一不同程度之表面 粗糙度的一第一側壁及第二側壁之諸如發光裝置(例如LED)之半 導體裝置的俯視圖； 第14a-c圖是根據本發明之實施例具有一平滑側壁及一粗糙 參 側壁之一以氧化鋅為基的led之俯視圖之掃描電子顯微（SEM) 影像； 第15a-b圖是根據本發明之實施例有具有一不同程度之表面 粗糙度的一第一側壁及第二側壁之諸如發光装置(例如LED)之半 導體裝置的俯視圖； 第16圖是根據本發明之實施例有具有一相似程度之表面粗 糙度的一非平行側壁之諸如發光裝置(例如LED)之一半導體裝置 36 201006014 的一俯視圖；及 第17a及17b圖是根據本發日月之實施例具有定向為與該纖辞 礦半導體之-^平面之間呈，零度角定向的纖鋅礦半導體層的 一雷射二極體的透視圖及俯視圖。 【主要元件符號說明】

10.12.14.16.18.20.22.24.26.28.. . 數字編號 30.. .表面 35…薄片 40…表面 45…切除角 100，110，120 …步驟 200,210,220…步驟 302.. .基板 306…半導體層 308…活化層 309.. .頂面 310…半導體層 312…透明傳導層 314.. .第一電極 315…電極 316…第二電極；電極 317…反射層 318.. .第二傳導類型接觸層 320···第二傳導類型包覆層 322…第一傳導類型包覆層 324…第一傳導類型接觸層 325…第一傳導類型接觸層/接 觸層 330…側壁；第二侧壁 331…方框 332…側壁 333…基座 334··.支撐基板 336…金屬層 340.·.第一側壁 341.. .方框 342.··第一側壁 350…角 360.. .相干光 362,364…光波層 al, a2, a3，c...轴 37

Claims (1)

1. 201006014 七、申請專利範圍： 1. -種半導體裝置，其包含： 包含有一纖辞礦半導體之一半導體部分，該半導體部八 包含 θ 一活化層，其被定向為與該纖鋅礦半導體之一 C平面之間 呈一非零度角，及 一第一側壁，其中，該第一侧壁之至少一部分是粗糙的。 2·如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中，該半導體 部分包含一 n類型半導體包覆層及一 p類型半導體包覆層， 且該活化層配置於該η類型半導體包覆層與該p類型半導體 包覆層之間，並形成一雙異質結構。 3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中，該半導體 裝置包含具有一橫向電接觸幾何之多數電接觸。 4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中，該半導體 裝置包含具有一垂直電氣接觸幾何之多數電氣接觸。 5. 如申請專利範圍第丨項所述之半導體裝置，其中，該半導體 裝置包含一基座且該半導體部分是配置於該基座上。 6. 如申請專利範圍第丨項所述之半導體裝置，更包含一第二側 壁’其中該第一側壁之該至少一部分及該第二側壁之至少一 部分具有一不同程度之表面粗糙度。 7. 如申請專利範圍第6項所述之半導體裝置，其中，該第一側 壁及該第一側壁是相互垂直或實質上相互垂直。 8. 如申請專利範圍第6項所述之半導體裝置，其中，該活化層 是被定向為平行於或實質上平行於該纖鋅礦半導體之一第一 38 201006014 非極性平面。 9·如申請專利範圍帛8賴述之半導體裝置，其中，該第二侧 壁是被定向為平行於或實質上平行於該纖鋅礦半導體之一第 -非極性平面。 10. 如申請專利範圍帛9項所述之铸體裝置，其中，該第—侧 壁疋被疋向為平行於或實質上平行於該纖鋅礦半導體之_ e 平面。 11. 如申請專利範圍第6項所述之半導體裝置，其中，該第二側 壁之該至少一部分是平滑的。 12. 如申請專利範圍第u項所述之半導體裝置，其中，該發光裝 置疋一雷射二極體，且該第二側壁之該至少一部分形成了該 雷射二極體之一共振腔之一鏡像或部分鏡像。 13. 如申請專利範圍第6項所述之半導體裝置，其中，該半導體 裝置包含至少部分地被織紋化的一頂面。 14·如申請專利範圍第6項所述之半導體裝置，其中，該半導體 裝置是一發光裝置。 15. 如申請專利範圍第6項所述之半導體裝置，其中，該纖鋅礦 半導體包含一或多個以氧化鋅為基的半導體。 16. 如申請專利範圍第6項所述之半導體裝置，其中，該纖鋅確 半導體包含一或多個第ΙΠ族氮化物半導體。 17·如申請專利範圍第丨項所述之半導體裝置，更包含一第二側 土其中，έ亥第一側壁不平行於或實質上不平行於該第一側 壁，且其中該第一側壁之該至少一部分及該第二側壁之該至 少—部分都是粗糙的，並具有一相似程度之表面粗糙度。 39 201006014 18. 如申請專利範圍第17項所述之半導體裝置，其中，該第一側 壁及該第二側壁是相互垂直或實質上相互垂直。 19. 如申請專利範圍第17項所述之半導體裝置，其中，該活化層 是被定向為平行於或實質上平行於該纖辞礦半導體之一第一 非極性平面。 20. 如申請專利範圍第17項所述之半導體裝置，其中，該第一側 壁是被定向為平行於或實質上平行於該纖鋅礦半導體之一第 一半極性平面。 21. 如申請專利範圍第20項所述之半導體裝置，其中，該第二側 壁是被定向為平行於或實質上平行於該纖辞礦半導體之一第 二半極性平面。 22. 如申請專利範圍第17項所述之半導體裝置，其中，該半導體 裝置包含至少部分地被織紋化的一頂面。 23. 如申請專利範圍第17項所述之半導體裝置，其中，該半導體 裝置是一發光裝置。 24. 如申請專利範圍第17項所述之半導體裝置，其中，該纖辞礦 半導體包含一或多個以氧化鋅為基的半導體。 25. 如申請專利範圍第17項所述之半導體裝置，其中，該纖鋅礦 半導體包含一或多個第III族氮化物半導體。 26. —種半導體裝置，其包含： 由一纖辞礦半導體所形成之一半導體部分，該半導體部 分包含 一活化層，其被定向為與該纖鋅礦半導體之一c平面之間 呈一非零度角， 201006014 一第一側壁，及 不平行於或實質上科行於鄉—缝之—第二側壁， 其中該第-側壁及該第二側壁都是被定向為平行於或實 質上平行於屬於-相同晶體平面族之該纖辞礦半導體 平面。 27.如申4專利細第26項所述之半導體裝置，其中，該半導體 部分包含—n _半導晚制及—P _半導體包覆層， 且其中，該活化層配置於該n類型半導體包覆層與該p類型 半導體包覆層之間，且形成一雙異質結構。 28·如申請專利第26項所述之半導體裝置，其中，該第一側 壁及該第二罐是相互垂直或實質上彳目互垂直。 29.如申請專利範圍第26項所述之半導體裝置，其中，該半導體 部分之至少四個侧壁屬於相同的晶體平面族。 3〇.如申請專利範圍第26項所述之半導體裝置，其中，該相同的 晶體平面族是一半極性晶體平面族。 3L如申請專利範圍第26項所述之半導體襄置，其中，該第一側 壁之至少—部分及該第二側壁之至少—部分具有—相似程度 的表面粗縫度。 32. 如申請專利範圍第26項所述之半導體裝置，其中，該活化層 是被定向為平行於·f上平行__料導體之一非極 性平面。 33. 如申請專利範圍第26項所述之半導體裝置，其中，該半導體 裝置包含至少部分地被織紋化的—頂面。 34. 如申請專利範圍第26項所述之半導體裝置，其中，該半導體 201006014 裝置是一發光裝置。 35. 如申請專利範圍第26項所述之半導體裝置，其中，該纖鋅礦 半導體包含一或多個以氧化鋅為基的半導體。 36. 如申請專利範圍第26項所述之半導體裝置，其中，該纖鋅礦 半導體包含一或多個第III族氮化物半導體。

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