CN101364628A

CN101364628A - 半导体发光装置及其制造方法

Info

Publication number: CN101364628A
Application number: CNA2007101437877A
Authority: CN
Inventors: 徐大正; 李亚儒; 杨雅兰; 苏英阳; 吕琪玮
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2007-08-06
Filing date: 2007-08-06
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2027-08-06
Also published as: CN101364628B

Abstract

本发明揭露一种半导体发光装置，其包含具有外凸部的蓝宝石基板以及形成于蓝宝石基板上方的半导体发光迭层结构，其中，外凸部至少一外表面为晶面(facet)、非极性面(non－polar plane)或半极性面(semi－polar plane)，并且半导体发光迭层结构大体上与外凸部的轮廓相符合。于一实施例中，晶面可为非极性面或半极性面。

Description

半导体发光装置及其制造方法

技术领域

本发明关于一种半导体发光装置及其制造方法，尤其关于具有突出晶面蓝宝石基板的一半导体发光装置及其制造方法。

背景技术

氮化物半导体发光装置的外延层通常形成于蓝宝石基板上，蓝宝石基板的成长面一般为{0001}晶面(亦称为“c”面)。成长于此晶面上的氮化物半导体迭层一般为纤锌矿(wurtzite)结构，在此种结构的特定晶向上，晶体中的非零偶极矩(nonzero volume dipole moment)会形成自发性极化(spontaneous polarization)。此外，各个氮化物层间的晶格常数不匹配所产生的应力则会引起压电极化(piezoelectric polarization)。

自发性极化与压电极化会并合产生静电场。当量子阱结构中存在电场时，随着电场增加，量子阱层中的能带(energy band)会巨幅倾斜或弯曲。因此，电子与空穴的波函数将彼此分离，导致二者波函数的重迭积分(overlapintegral)减少。由于发光层的发光效率决定于此重迭积分，因此，当电场增加时，氮化物半导体发光装置的效率将随的降低。

发明内容

本发明的半导体发光装置包含具有外凸部的蓝宝石基板以及形成于蓝宝石基板上方的半导体发光迭层结构。该外凸部的至少一外表面或部分外表面为晶面(facet)、非极性面(non-polar plane)及/或半极性面(semi-polarplane)。晶面优选为非{0001}面。此外，半导体发光迭层结构大体上与外凸部的轮廓大致相符。

本发明的一实施例中，外凸部的晶面为{11-20}、{10-10}、{11-23}、或{10-11}。本发明的另一实施例中，外凸部外型为角锥、平截头体(frustum)、或脊形(ridge)。

附图说明

图1是显示依据本发明一实施例的半导体装置的剖面图；

图2～6是显示依据本发明一实施例的半导体发光装置的制造流程图；

图7是显示依据本发明另一实施例的半导体发光装置的剖面图；及

图8是显示蚀刻后蓝宝石基板的俯视图。

元件代表符号简单说明

100～半导体发光装置；110～蓝宝石基板；111～外凸部；120～缓冲层；130～n型半导体层；131～台面；140～发光层；150～p型半导体层；160～透明导电层；170～n型电极；180～p型电极。

具体实施方式

以下配合图式说明本发明的实施例。

参考图1。本发明的一实施例的半导体发光装置100包含蓝宝石基板110以及形成于蓝宝石基板110上的半导体发光迭层结构。蓝宝石基板110上形成一外凸部111，外凸部111外表面的至少一部分或全部形成为非{0001}的晶面(facet)。晶面若为{11-20}、{10-10}、{11-23}、{1122}、或{10-11}，可以有效降低形成其上的半导体发光迭层结构中的压电场效应。其中，{11-20}面又称为“a”面；{10-10}面又称为“m”面，此二者皆为非极性(non-polar)面。{1122}为半极性(semi-polar)面。

本发明的外凸部并不限于包含上述晶面，包含其他可以降低半导体发光迭层结构中压电场效应的非极性面(non-polar plane)或半极性面(semi-polarplane)亦可。在此，所谓非极性面是指于晶体的特定晶向上，在不施加外力或外加电场的情况下，不存在或几乎不存在偶极矩者；所谓半极性面是指其极化程度介于非极性面与例如“c”面等极性面之间者。

半导体发光迭层结构依序为缓冲层120、n型半导体层130、发光层140、p型半导体层150、与透明导电层160。上述各层依序形成于基板110上，且与外凸部111的轮廓大致相符，换言之，各层大体上平行于外凸部111的外表面。此外，n型半导体层130与p型半导体层150的形成顺序亦可以与上述顺序相反。

缓冲层120的材料例如为GaN、AlN、或AlGaN。p型半导体层150、n型半导体层130与发光层140的材料为Al_xGa_yIn_zN(其中x+y+z＝1)，例如：AlN、AlGaN、InGaN、InN、或GaN。发光层130可以为单异质结构(singleheterostructure；SH)、双异质结构(double heterostructure；DH)、双侧双异质结构(double-side double heterostructure；DDH)、或多层量子阱(multi-quantum well；MQW)。透明导电层160例如包含ITO、IZO、ZnO、CTO、In₂O₃、SnO₂、MgO、CdO、或薄金属层等透明导电物质。薄金属层的厚度取决于通过光线的波长，一般而言，其厚度小于1000

。

如图1所示，n型半导体层130上形成n型电极170，透明导电层160上形成p型电极180，来自于p型电极180的电流藉由透明导电层160向四周分散。n型电极170与p型电极180的配置方式并不限于本实施例，任何可以使其分别电性连接至n型半导体层130与p型半导体层150的位置或结构皆可以采用。n型电极170与p型电极180的材料系如Au、Cu、Al、Cr、Pt、Ti、Ni、In或上述材料的合金或迭层。

以下参考图2～6说明本发明的半导体发光装置的制造流程。

如图2所示，于蓝宝石基板110上使用如SiO₂等硬掩模(hard mask)或其他掩模以湿蚀刻(wet etching)方式形成外凸部111，外凸部111的至少一面或一面的一部分为特定的晶面。此晶面不包含{0001}。较佳地，形成{11-20}、{10-10}、{11-23}、{1122}、或{10-11}等面。晶面的方向以及轮廓会受蚀刻条件的影响而改变。例如，外凸部111的外型可以形成为锥形、平截头体、脊形等。其中锥形如三角锥，且三角锥的三个斜面优选为{1-102}；脊形如三角脊，且三角脊的二个斜面优选为{1-102}，其中三角脊的顶部不仅可为一尖顶，亦可为一平顶。

接着，如图3所示，于蓝宝石基板110上形成缓冲层120以提供一具有适当晶格常数的成长基底。缓冲层120可以于200℃～900℃的温度下成长，其厚度可以介于0.001μm～1μm。再于缓冲层120上形成n型半导体层130。

如图4所示，于n型半导体层130上形成发光层140与p型半导体层150。发光层140可为多重量子阱结构，成长于具有上述晶面的外凸部111上的多重量子阱结构可为非极性(non-polar)或半极性(semi-polar)的发光层。

如图5与图6所示，于p型半导体层150上形成透明导电层160，并自透明导电层160蚀刻至n型半导体层130以形成台面131。再于台面131上形成n型电极170，并于透明导电层160上形成p型电极180。本实施例中，p型电极180形成至与n型电极170大约相同的高度，然而，不同高度的n型电极170与p型电极180亦可以接受。

如图7所示，本发明另一实施例的半导体发光装置包含二个以上的外凸部111。如图8所示，于蓝宝石基板110上蚀刻出多个外凸部111。于外凸部111上形成半导体发光迭层结构的方式可参照上述步骤。

虽然本发明已说明如上，然其并非用以限制本发明的范围或实施顺序。对于本发明所作的各种修饰与变更，皆不脱本发明的精神与范围。

Claims

1.一种半导体发光装置，包含：

蓝宝石基板，具有外凸部，该外凸部的至少一外表面的部分包含晶面、非极性面、或半极性面；以及

半导体发光迭层结构，形成于该基板上方，并大体上与该外凸部的轮廓相符合。

2.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该晶面非{0001}。

3.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该晶面择自{11-20}、{10-10}、{11-23}、{1122}、及{10-11}所构成的群组。

4.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该外凸部的轮廓择自角锥、脊形、及平截头体所构成的群组。

5.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该外凸部的轮廓是三角锥，且该外凸部的至少一外表面为{1-102}。

6.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该外凸部形成为一脊形，且该外凸部的至少一外表面为{1-102}。

7.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该半导体发光迭层结构中的各层大体上平行于该外凸部的该外表面。

8.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该半导体发光迭层结构包含：

n型半导体层；

p型半导体层；及

发光层，位于该n型半导体层与该p型半导体层之间。

9.如权利要求7所述的半导体发光装置，其中该半导体发光迭层结构还包含：

缓冲层，位于该基板与该半导体发光迭层结构之间。

10.如权利要求7所述的半导体发光装置，还包含：

n型电极，与该n型半导体层电性连接；及

p型电极，与该p型半导体层电性连接。

11.如权利要求9所述的半导体发光装置，其中该n型电极与该p型电极达到大体上相同的高度。

12.一种半导体发光装置的制造方法，包含：

提供蓝宝石基板；

蚀刻该蓝宝石基板并形成具有非{0001}晶面的外凸部；

形成发光层于该外凸部上方；

形成p型半导体层于该发光层的一侧；及

形成n型半导体层于该发光层的另一侧。

13.如权利要求12所述的半导体发光装置的制造方法，其中该外凸部形成为一轮廓，其择自角锥、三角锥、脊形、三角脊、及平截头体所构成的群组。

14.如权利要求12所述的半导体发光装置的制造方法，还包含：

形成缓冲层于该蓝宝石基板上。

15.如权利要求14所述的半导体发光装置的制造方法，其中该缓冲层形成于200℃～900℃。

16.如权利要求12所述的半导体发光装置的制造方法，还包含：

形成透明导电层于该发光层远离该蓝宝石基板的一侧。

17.如权利要求12所述的半导体发光装置的制造方法，还包含：

形成电性连接至该n型半导体层的n型电极；及

形成电性连接至该p型半导体层的p型电极。

18.如权利要求17所述的半导体发光装置的制造方法，其中该n型电极与该p型电极形成至大体上相同的高度。

19.如权利要求12所述的半导体发光装置的制造方法，其中该外凸部形成为两个以上。

20.如权利要求12所述的半导体发光装置的制造方法，其中该发光层形成为多重量子阱结构。