CN1357928A

CN1357928A - 具有非矩形基板的半导体光电器件及其制造方法

Info

Publication number: CN1357928A
Application number: CN00134487A
Authority: CN
Inventors: 綦振瀛; 蔡长达; 林明德
Original assignee: Opto Tech Corp
Current assignee: Opto Tech Corp
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2002-07-10

Abstract

一种半导体光电器件,包括:一基板,具有一主表面与环绕该主表面的多个侧壁,该主表面是一多边形表面,其所有内角都选自由60度与120度所组成的群族中的一角度,并且该多个侧壁表面中的每一个位于相同的晶面族;以及一层状半导体结构,形成于该基板的该主表面上。本发明还涉及这种半导体光电器件的制造方法。

Description

具有非矩形基板的半导体光电器件及其制造方法

本发明涉及一种半导体光电器件，具有切割成非矩形形状的基板。本发明尤其涉及一种半导体器件，具有侧壁表面位于同一晶面族的平行四边形或三角形基板。本发明还涉及这种光电器件的制造方法

半导体光电器件，例如发光二极管、激光管以及光探测器，经常有生长于单晶基板上的若干外延晶体化合物半导体层组成。单晶基板的选择主要取决于结晶学的考虑，例如外延晶体化合物半导体层与单晶基板的晶体结构与晶格常数。一般而言，与外延化合物半导体层同属于相同结晶系的单晶基板可使外延化合物半导体层容易且迅速成长于其上。再者，单晶半导体基板的晶格常数必须尽可能接近外延化合物半导体层的晶格常数，藉以防止在外延晶体化合物半导体层中发生伸张或压缩应力。

近年来，氮化镓(GaN)型化合物半导体材料已经吸引了许多研究的兴趣，因为其具有产生蓝色、绿色、或蓝绿色光的能力。在GaN型化合物半导体材料的所有应用可能中，发出蓝光的GaN型发光二极管已经是现在商业上可获得的产品。基于前述结晶学的考虑，GaN型发光二极管经常形成在蓝宝石(Al₂O₃)基板上或碳化硅(SiC)基板上，该两种基板都属于六方晶系。

图1先生作为GaN型发光二极管的基板使用的蓝宝石或碳化硅晶片10的顶视图。经过适当的半导体工业，众多的GaN型发光二极管(未图示)一起制作在晶片10上。在现有技术中，这种GaN型发光二极管排列成为被称为“晶粒”的矩形元件11阵列，二其便于尺寸为毫米级或更小。为了获得封装用的独立的GaN型发光二极管，故藉由使用例如装配有钻石刀的刮片器(scribe)的切割工具，沿着晶粒边缘12切割或割裂六方晶系晶片10。

不幸的是，晶系晶粒切割工艺，即切割晶片成为矩形晶粒的工艺，无法在晶片10上产生平顺且干净的切口，因为由蓝宝石或碳化硅所形成的晶片10并非立方晶系的晶体。另一方面，切割工具上的磨损与损坏因矩形晶粒切割工艺而加速。结果，矩形晶粒切割工艺至少有三个缺点。首先，既然切割工具的消耗大，所以工艺制造成本变高。其次，制造程序必须中断，以便用新的切割工具替换旧的切割工具，导致制造工艺时间增加。最后，矩形晶粒切割工艺的成品率因晶粒碎裂而受到抑制。

本发明的目的是提供一种半导体光电器件，具有沿着一晶片的相同晶面族切割出的非矩形基板以提高工艺效率和成品率。

本发明的另一目的是提供一种半导体光电器件的制造方法，其制造成本低，工艺效率提高。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种半导体光电器件，包括：一基板，具有一主表面与环绕该主表面的多个侧壁，该主表面是一多边形表面，其所有内角都选自由60度与120度所组成的群族中的一角度，并且该多个侧壁表面中的每一个位于相同的晶面族；以及一层状半导体结构，形成于该基板的该主表面上。

本发明还提供一种半导体光电器件的制造方法，包括下列步骤：准备一具有一主表面的晶片；在该主表面上形成一层状半导体结构；以及沿着相同的晶面族切割该晶片，成为至少一多边形基板，使得该至少一多边形基板中的每一个的内角都选自由60度与120度所组成的族群中的一角度。

晶片例如为蓝宝石、碳化硅或磷化镓，发光器件例如为发光二极管。

既然所有晶粒边缘都沿着晶片的结晶平面延伸，故切割工具平顺且干净地经晶片分隔成晶粒。

因而，在根据本发明的晶粒切割工艺中，切割工具可轻易地产生平顺且干净的切口。切割工具的磨损与损坏也降低。既然晶片的碎裂被有效地避免，故根据本发明的晶粒切割工艺的成品率增加。

下面结合附图来描述本发明的优选实施例。附图中：

图1是显示现有技术中的半导体光电器件在晶片上的排列的顶视图；

图2A-2C分别显示六方晶系的(0001)、(11 20)、与(10 10)；

图3A-3C依次显示发光二极管的制造步骤的剖面图；

图4显示本发明的平行四边形晶粒在晶片上的排列与方位顶视图；及

图5显示根据本发明的三角形晶粒在晶片上的排列与方位的顶视图。10 晶片 11 晶粒12 晶粒边缘 30 六方晶系晶片31 N型GaN型化合物半导体层 32 有源层33 P型GaN型化合物半导体层 34 P型电极35 N型电极 40 六方晶系晶片41 平行四边形晶粒 410 边缘50 六方晶系晶片 51 三角形晶粒510 边缘

典型地，六方晶系晶片，例如蓝宝石或氮化硅晶片用作GaN型半导体光电器件的基板，如前所述。图2A-2C显示六方晶系的结晶轴与结晶平面的示意图。如图2A-2C所示，六方晶系定义于由三个共平面轴a₁、a₂与a₃以及一垂直于a₁、a₂与a₃的c轴所架构成的坐标系中。a₁、a₂与a₃轴中的任一二轴所夹的角度为120度。简而言之，图2A-2C分别显示六方晶系的(0001)、(11 20)与(10 10)平面。

作为GaN型半导体光电器件所用的基板，蓝宝石与碳化硅晶片通常从沿着<0001>方向生长的晶体上切割出来，其被称为(0001)晶片。

根据本发明，为了在(0001)晶片的主表面上制造GaN型半导体光电器件，既然{10 10}平面因连结键的排列而为容易切开的平面，故每一晶粒设计成所有边缘都沿着{10 10}平面。应注意的是，{10 10}平面代表一平面族，包括(10 10)平面以及其等效的平面，这些等效的平面为(01 10}平面、( 1100)平面、( 1010)平面、(01 10)平面、以及(1 100)平面。藉由这些排列，在晶粒切割工艺中容易藉由切割工具沿着每一晶粒的边缘将其从(0001)晶片中切割出来。切割工具的磨损与损坏因而大大地降低。

参照图3A-3C，以GaN型发光二极管的制造步骤为例来说明根据本发明的六方晶系基板上的晶粒排列与方位。在图3A中，首先预备一六方晶系晶片30，作为GaN型发光二极管的基板。在六方晶系晶片30上依次形成一n型GaN型化合物半导体层31、一由InGaN所形成的有源层32，用以产生蓝光、以及一p型GaN型化合物半导体层33。然后，进行干式蚀刻工艺，以部分移出p型GaN型化合物半导体层33、有源层32、以及n型化合物半导体层31。如图3B所示，在干式蚀刻工艺后，部分n型GaN型化合物半导体层31显露出来。

参照图3C，一p型电极34与一n型电极35分别形成在p型GaN型化合物半导体层33与n型化合物半导体层31的显露表面上。因而完成一GaN型发光二极管。

以相同的方式，许多相同的GaN型发光二极管可被制作成一位于六方晶系晶片上的晶粒阵列。如前所述，当使用(0001)晶片时，每一晶粒的边缘都排列成沿着{10 10}平面延伸。结果，每一晶粒都形成为一多边形形状，该多边形形状的内角选自由60度和120度所组成的族群中的一角度。

图4显示排列于六方晶系晶片40上的平行四边形晶粒41，其为根据本发明的多边形晶粒的一个例子。如果使用(0001)晶片40，则每一平行四边形晶粒41的边缘410都沿着{10 10}平面延伸。图5显示排列在六方晶系晶片50上的三角形晶粒51，其为根据本发明的多边形晶粒的一个例子。相似地，如果使用(0001)晶片50时，则每一三角形晶粒51的边缘510都沿着{10 10}平面延伸。

在晶粒切割工艺中，藉由使用切割工具将晶片40或50切割或割裂成分离的平行四边形或三角形晶粒41或51。既然晶粒边缘都沿着容易切割的结晶平面，故切割工具在晶片40或50上产生平顺且干净的切口。结果，根据本发明的平行四边形或三角形晶粒切割工艺有效地降低切割工具上的磨损与损坏。由切割工具的替换所引起的工艺成本因而降低。另外，因为由新的切割工具取代旧的切割工具所引起的中断次数减少，所以工艺时间短。此外，既然晶粒碎裂被有效地避免，故工具本发明的晶粒切割工艺的成品率提高。

虽然本发明已参照具有六方晶系基板的半导体光电器件的例子加以详细描述，但本发明可应用在具有闪锌矿晶系基板，例如磷化镓(GaP)基板的半导体光电器件。在这种例子中，磷化镓晶片经常从沿着<111>方向生长的晶体上切割下来，其被称为(111)晶片。根据本发明，为了在(111)晶片的主表面上制造半导体光电器件，既然{1 10}平面因连结键的排列而为容易切开的平面，故每一晶粒设计成所以边缘都沿着{1 10}平面延伸。应当注意的是，{1 10}平面代表一平面族，包括(1 10)平面以及其等效的平面，这些等效的平面为( 110}平面、( 101)平面、(0 11)平面、(10 1)平面、以及(01 1)平面。藉由这些排列，在晶粒切割工艺中容易藉由切割工具沿着每一晶粒的边缘将其从(111)晶片中切割出来。因而，在晶粒切割工艺中切割工具容易产生平顺且干净的切口，并且既然晶粒破碎被有效地避免，故晶粒切割工艺的成品率提高。

虽然本发明一结合优选实施例陈述如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内可作出各种更动与变化。本发明的保护范围应当由后附的权利要求所界定。

Claims

1.一种半导体光电器件，包括：

一基板，具有一主表面与环绕该主表面的多个侧壁，该主表面是一多边形表面，其所有内角都选自由60度与120度所组成的群族中的一角度，并且该多个侧壁表面中的每一个位于相同的晶面族；以及

一层状半导体结构，形成于该基板的该主表面上。

2.根据权利要求1所述的半导体光电器件，其中该基板由选自于由蓝宝石与碳化硅所组成的族群中的一材料所形成。

3.根据权利要求2所述的半导体光电器件，其中该主表面位于{0001}晶面，并且该多个侧壁表面中的每一个位于{10 10}晶面。

4.如权利要求1所述的半导体光电器件，其中该基板是由氮化镓形成的。

5.根据权利要求4所述的半导体光电器件，其中该主表面位于{111}面，并且该多个侧壁表面中的每一个位于{1 10}面。

6.根据权利要求1所述的半导体光电器件，其中该主表面的形状是平行四边形或三角形。

7.一种半导体光电器件的制造方法，包括下列步骤：

准备一具有一主表面的晶片；

在该主表面上形成一层状半导体结构；以及

沿着相同的晶面族切割该晶片，成为至少一多边形基板，使得该至少一多边形基板中的每一个的内角都选自由60度与120度所组成的族群中的一角度。

8.根据权利要求7所述的半导体光电器件的制造方法，其中该准备一晶片的步骤是准备一由选自于蓝宝石与碳化硅所组成的族群中的一材料所形成的晶片。

9.根据权利要求8所述的半导体光电器件的制造方法，其中该主表面位于{0001}面，并且该晶面族位于{10 10}平面族。

10.根据权利要求7所述的半导体光电器件的制造方法，其中该准备一晶片的步骤是准备一由磷化镓所形成的晶片。

11.根据权利要求7所述的半导体光电器件的制造方法，其中该主表面位于{111}面，并且该晶面族位于{1 10}晶面族。

12.根据权利要求7所述的半导体光电器件的制造方法，其中该至少一多边形基板中的每一个的形状是平行四边形或三角形。