TWI322515B - Process for fabrication of nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

Description

1322515 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於裝置元件形狀之加工以改進氮化物半導 體發光裝置且特別是發光二極體的輸出，並關於可易於最 佳化加工條件及增加裝置的生產良率之一製造方法。 【先前技術】 • 第三族氮化物半導體具有對應從可見光範圍到紫外線 範圍之能量的直接帶隙且具有高發光效率之能力，並且因 此被使用於產品中，例如發光二極體（LED)及雷射二極 體（LD)。特定言之，與螢光材料結合之發白光二極體的 實現被預期成爲發光二極體應用之新領域。 發光二極體的輸出決定於內部量子化效率（取決於磊 晶層結構及結晶度）及光萃取效率（取決於在該裝置內再 吸收及該裝置的形狀）的相乘積。許多加工裝置形狀的方 • 法已知用於增加光萃取效率（日本新型申請說明書第 51142880號，及日本未檢視之專利說明書第56-50586號 )° 於氮化物半導體中藉由相同的原理輸出也可被增進， 並且可藉由裝置的形狀加工以相同的方式而達成增加裝置 的發光輸出（日本未檢視之專利說明書第2004-6662號及 第 2004-87930 號）。 高品質的氮化物半導體經常成長在作爲基板之藍寶石 (ai2o3 )或氮化矽（SiC )上，其係使用有機金屬化學氣 (2) (2)1322515 相磊晶法（MOCVD )爲成長方法。藍寶石及SiC被選擇 係因爲彼等在高溫爲穩定的物質，並且在以MOCVD使氮 化物半導體成長所使用的1〇〇〇 °C -1200 °C溫度下更爲穩定 〇 然而在裝置中的氮化物半導體及被用作爲基板的藍寶 石或SiC也已知爲難以加工之堅硬物質，並且裝置的加工 係藉由雷射加工、以電漿之乾式蝕刻或高溫溼式蝕刻來完 成。 雷射加工涉及局部地加熱加工位址至超高溫度並且藉 由磨損及蒸發完成加工。該加工方式是有利的，因爲高加 工速度及高通量。然而被考慮的一缺點爲鄰近加工位址的 加工樣品容易遭受到高溫。 而且經由磨損及蒸發所散佈的加工材料傾向於粘附回 該晶圓上，因此在雷射加工之後常需要一些蝕刻處理。 用於氮化物半導體之蝕刻的其他方法係使用惡劣的加 工條件，且例如具有數十電子伏特能量的粒子參與乾式鈾 刻中的反應，但是以溫度的觀點此相當於數十萬度的熱能 ，並因此取決於條件，該加工區段可能暴露於數百度攝氏 溫度。也因爲於乾式蝕刻中加工係在具有鹵素之大氣中（ 如激發態之氯）執行，其他區段也在所欲區段之元件加工 期間受影響。 當電極在元件上形成時，雷射加工及蝕刻之方法特別 有問題。在加工區段所產生的熱造成在鄰近的電極表面之 劣化，因此損害該裝置之特性。另外，用於蝕刻之鹵素造 -5- (3) 1322515 成主要由金屬組成之電極的大量腐蝕，並且如果該 以遮罩適當地保護時，則電極本身將被蝕刻。在電 後之裝置加工方法中，必需檢示所需之工作條件並 € 效應而選擇該條件，以便使問題可侷限於一狹窄之 圍。 【發明內容】 # 本發明的目的係藉由具有高通量之雷射加工及 方法來防止裝置之特性劣化並增加裝置的生產良率 射加工係作爲裝置形狀之加工措施’而該触刻係作 加工後之處理。 本發明係以在電極形成之前執行雷射加工及雷 後蝕刻處理的該發現爲基礎來完成，有可能避免在 驟中對電極特性的影響，並且在改進光萃取效率時 件生產良率。 ® 本發明尤其由下列發明所組成。 (η —種氮化物半導體發光裝置的製造方法 化物半導體發光裝置包含一基板、在該基板上的一 半導體層及在該氮化物半導體上的電極，該氮化物 發光裝置的製造方法之特徵在於：藉由雷射之裝置 隨之以蝕刻處理及接著形成電極。 (2) 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體 置的製造方法，其中藉由雷射之裝置加工完成至少 該氮化物半導體層之移除。 電極未 極形成 且依其 製程範 蝕刻之 ，該雷 爲雷射 射加工 加工步 增加元 ，該氮 氮化物 半導體 加工， 發光裝 一部份 -6- (4) 1322515 (3) 如申請專利範圍第1或2項之氮化物半導體發 光裝置的製造方法，其中藉由雷射之裝置加工完成在該發 光裝置之半導體層中的溝槽及/或在圍繞該裝置周圍之半 導體層中用於隔離成個別之發光裝置的分割溝槽之形成。 * ( 4 ) 如申請專利範圍第1至3項中任一項之氮化物 半導體發光裝置的製造方法，其中該雷射具有比至少一部 份該氮化物半導體層的帶隙能量更高的能量。 9 ( 5 ) 如申請專利範圍第1至4項中任一項之氮化物 半導體發光裝置的製造方法，其中該蝕刻處理係爲溼式蝕 刻。 (6) 如申請專利範圍第5項之氮化物半導體發光裝 置的製造方法’其中該溼式蝕刻爲使用正磷酸之溼式蝕刻 e (7 ) 如申請專利範圍第1至4項中任一項之氮化物 半導體發光裝置的製造方法，其中該蝕刻處理爲乾式蝕刻 (5) 1322515 份該氮化物半導體層的表面接受非鏡面表面處理。 (11) 如申請專利範圍第1至10項中任一項之氮化 物半導體發光裝置的製造方法，其中係藉由蝕刻而在該雷 射加工之位址上形成一傾斜表面β (12) 如申請專利範圍第11項之氮化物半導體發光 裝置的製造方法，其中在蝕刻處理之後，該氮化物半導體 上所形成之至少一部份的電極係與該傾斜表面接觸。 # 根據本發明，有可能藉由雷射及蝕刻來完成裝置加工 ’而不影響該電極，藉此增加裝置生產良率。該傾斜的蝕 刻表面也改進光萃取效率。 【實施方式】 執行本發明的最佳模式 用於本發明的第三族氮化物（也簡稱爲，氮化物〃） 半導體積層板之基板不以任何方式受到限制，並可爲眾所 Φ 周知的基板材料’例如，氧化物單晶體（如藍寶石單晶體 (Α12〇3; Α -表面、C -表面、Μ -表面、R -表面））或尖晶 石單晶體（MgAl204 )，或氮化矽（SiC )單晶體。在這些 當中，以藍寶石單晶體爲較佳。因爲藍寶石單晶體具有 1.7之折光率，其比氮化物半導體小，藉由氮化物半導體 層的加工來增加該光萃取效用。該基板之平面方向沒有任 何特別的限制。其可爲一恰當的基板或爲一偏角基板。該 藍寶石基板表面也可加工成不規則狀。 含有一第一導電層，一發光層及一第二導電層之氮化 -8- (6) (6)1322515 物半導體層在對每一層爲最佳條件下積層於基板上。 每個發光裝置係藉由將該層積之半導體晶圓隔離成個 別的裝置所製造。 本發明爲一完成分割裝置隔離用之半導體層的溝槽加 工或從表面至基板個別隔離之發光裝置的溝槽加工之方法 ，或組合分割溝槽與溝槽加工之方法。 在層積該氮化物半導體層之後，執行一眾所周知的光 微影法技術，以形成一裝置隔離區域及一 η-電極形成區域 。此步驟較佳地係於雷射加工之前執行，以便達成以雷射 加工的校準（對準），但是如果於雷射加工之後執行並沒 有任何問題。此步驟也可被省略。 爲了形成裝置隔離區域及η-極形成區域，故使以光微 影法圖案化之基板上的氮化物半導體層接受藉由乾式蝕刻 之蝕刻。用於該方法的氣體類型通常爲以氯爲基之氣體。 已知的氣體包括Cl2、SiCl4及BC13，與作爲添加氣體之 H2或Ar的混合物，並可選擇使用這些氣體之組合物。 接著一部份的氮化物半導體層被移除，以形成裝置隔 離分割溝槽及/或個別的裝置溝槽。分割溝槽及溝槽之形 成最初係藉由雷射來完成，較佳地該雷射波長爲比該氮化 物半導體吸收邊緣更短的波長。因爲氮化物半導體的高吸 收係數，故該加工位置限於雷射照射位置。藉由適當地選 擇雷射之光學系統，有可能達成比10微米更窄的寬度加 工及達成改進的裝置生產良率。 如果裝置隔離加工也在以雷射移除一部份氮化物層的 -9- (7) (7)1322515 步驟中藉由雷射執行時，雷射加工深度較佳地達到基板。 如果裝置隔離雷射加工達到基板時，則裝置形狀的生產良 率係在裝置隔離步驟中藉由分斷來改進。 在隔離區域中的基板加工深度（分割溝槽深度）可在 1微米或更大的範圍內自由地選擇，但如果加工深度太小 ，則在隨後之分割處理中傾向發生形狀缺陷。1 〇微米或更 大的深度會避免缺陷，但是20微米或更大的深度甚至更 佳。然而深度沒有必要達到基板。 藉由雷射移除除了裝置隔離部分之外的部分氮化物半 導體來形成溝槽的步驟可在與移除周圍區段的步驟相同的 條件下或在不同的條件下執行。然而，因爲如果加工深度 太大時，則在隨後之分割處理中傾向發生形狀缺陷，所以 該步驟較佳地藉由在周圍區段加工來減少加工體積而執行 。如果於基板中的加工體積爲此等不大於10微米之較佳 深度及約5微米之更佳深度時，則會抑制形狀缺陷的產生 。深度沒有必要達到基板。 根據本發明，蝕刻係在雷射加工之後實行。在雷射加 工時局部加熱至超高溫度之氮化物半導體層遭受可影響裝 置特性之損害。蝕刻係可爲於氣相中的乾式蝕刻或是液相 中的濕式蝕刻。另一選擇係可組合該兩種鈾刻法。 乾式蝕刻常藉由使用以氯爲基之氣體的RIE來執行。 蝕刻條件係可爲與用於製造前述裝置隔離區域及η-極形成 區域相同或不同的條件。裝置隔離區域及η-極形成區域也 可於雷射加工之後藉由蝕刻形成。 (8) 1322515 根據本發明，在蝕刻之後的氮化物半導體層表面可接 受非鏡面表面處理。 已知加工表面可取決於加工條件而以乾式蝕刻形成一 非鏡面表面。在加工表面上形成一可鬆開遮罩及使用在鈾 * 刻期間沉積之物質爲遮罩的已知方法用於在加工表面上形 成一非鏡面表面，並可利用任何此類方法。光萃取量可藉 由使加工表面形成一非鏡面表面來增加。 • 用於濕式蝕刻之蝕刻溶液可具有任何已知的組合物及 條件。已知正磷酸或焦磷酸、磷酸與硫酸的混合型組成物 ，以及氨和磷酸的混合型組成物。 在蝕刻之後，雷射加工區段側面傾向於相對氮化物半 導體層表面非垂直的方式傾斜。於雷射加工時，在晶體表 面之入射區段具有高的光密度，並因此也具大的加工體積 ，但是光線在晶體內部減弱及加工體積縮減。雖然一傾斜 表面係由雷射加工自然地形成，但是蝕刻造成更多具有顯 ® 著損害的區域量移除，並因此形成一更傾斜的表面。 在與主要的光萃取方向上的晶體表面相反的方向上傾 斜之表面具有藉由在該表面上的反射來強化在主要的光萃 取方向上的光照射的功用，因此主要的光萃取方向較佳地 根據傾斜表面的方位來改變。 蝕刻處理之後爲電極形成步驟。電極形成圖案係由眾 所周知的光微影技術所產生，並且電極係由如蒸氣沈積、 濺射或電鍍的技術所形成。η-電極與p-電極可同時或個別 形成。 -11 - (9) (9)1322515 已知用於η-電極的各種類型的組成物及結構，並可使 用任何此類已知的η -電極’而無任何什麼樣的限制。用於 η-電極與η-接觸電極接觸的接觸材料可爲Al、Ti、Ni、 Au及類似物，或另一選擇爲Cr、W或V。無需提及地， 整個η-電極可被賦與一結合特性，以形成一多層結構。最 佳地最外層係以Au覆蓋，以幫助結合。 也已知用於P-電極的各種類型的組成物及結構，並可 使用任何此類已知的p -電極，而無任何什麼樣的限制。 可透光之p-電極材料可包括Pt、Pd、Au、Cr、Ni、 Cu、Co及類似物。也已知部分氧化的結構可改進半透明 性。 可透光之P-電極材料可爲代替前述金屬的導電氧化物 。可使用眾所周知的導電氧化物，如Ιη203、ITO、ZnO、 Sn〇2及類似物。半透明電極也可包含前述金屬與前述氧化 物的組合。 也可使用一可反射之P-電極代替一半透明P-電極。除 了上述材料之外，可使用Rh、Ag、A1及類似物作爲反射 P-電極材料。 如果高反射膜係於傾斜表面上形成時，則在與主要的 光萃取方向相反的方向上傾斜的表面反射甚至更有效。因 此在電極形成步驟中，最好電極係於傾斜表面上形成。例 如，電極可於一部分的傾斜表面上形成，並使電極與一焊 墊電極連接》 -12-

Claims (1)

1322515 十、申請專利範圍 第95 1 3 5 5 73號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國98年10月26日修正 1·一種氮化物半導體發光裝置的製造方法，該氮化物 半導體發光裝置包含一基板、在該基板上的一氮化物半導 Φ 體層及在該氮化物半導體上的電極，該氮化物半導體發光 裝置的製造方法之特徵在於：藉由雷射之裝置加工，之後 藉由蝕刻處理而在該雷射加工之位址上形成一傾斜表面， 以及接著形成電極。 2. 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體發光裝置的 製造方法，其中藉由雷射之裝置加工完成至少一部份該氮 化物半導體層之移除。 3. 如申請專利範圍第1或2項之氮化物半導體發光裝 φ 置的製造方法，其中藉由雷射之裝置加工完成在該發光裝 置之半導體層中的溝槽及/或在圍繞該裝置周圍之半導體 層中用於隔離成個別之發光裝置的分割溝槽之形成。 4. 如申請專利範圍第1或2項之氮化物半導體發光裝 置的製造方法，其中該雷射具有比至少一部份該氮化物半 導體層的帶隙能量更高的能量。 5. 如申請專利範圍第1或2項之氮化物半導體發光裝 置的製造方法，其中該飩刻處理係爲溼式鈾刻。 6. 如申請專利範圍第5項之氮化物半導體發光裝置的 1322515 g $ $ & ’其中該溼式蝕刻爲使用正磷酸之溼式蝕刻。 7·$α$請專利範圍第1或2項之氮化物半導體發光裝 it方法，其中該蝕刻處理爲乾式蝕刻。 請專利範圍第7項之氮化物半導體發光裝置的 g 51¾¾ ’其中該乾式蝕刻爲使用以氯爲基之氣體的乾式 蝕刻。 9· &串請專利範圍第1或2項之氮化物半導體發光裝 方法，其中在該雷射裝置加工之前係執行藉由乾 式鈾刻之雷射裝置加工的校準。 1 〇 .如申請專利範圍第1或2項之氮化物半導體發光 裝置的製造方法，其中在蝕刻之後至少一部份該氮化物半 導體層的表面接受非鏡面表面處理。 11.如申請專利範圍第1項之氮化物半導體發光裝置 的製造方法’其中在蝕刻處理之後，該氮化物半導體上所 形成之至少一部份的電極係與該傾斜表面接觸。 1322515 第95135573號專利申請案 民國98年5月22曰修正 中文說明書修正頁 七、指定代表圖： (一） 、本案指定代表圖為：第（1 )圖 (二） 、本代表圓之元件代表符號簡單說明： 1 〇 1 : P -側結合墊 102:可透光之p_電極 1 〇 3 : η -側結合墊 1 〇4 :個別元件邊界區段（分割溝槽形成區段） 105 :溝槽

八If若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學