[發明專利]氮化物半導體發光器件及其制造方法

無效

• 申請號: 200880128477.0
• 申請日: 2008-10-14
• 公開（公告）號: CN101999178A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 崔然祚
• 申請（專利權）人: 艾普拉斯泰克株式會社
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 北京博浩百睿知識產權代理有限責任公司 11134
• 代理人: 宋子良;李占平

技術領域

本發明涉及氮化物半導體發光器件及其制造方法，尤其涉及在具備供氮化物半導體層生長的結構的藍寶石基板上變形形成圖案以使氮化物半導體層生長，從而減少晶體的缺陷并提高光輸出的氮化物半導體發光器件及其制造方法。

背景技術

基礎基板取決于所需生長的薄膜的種類，而且基礎基板的晶格常數和所要生長的薄膜的晶格常數之差可能導致生長晶體缺陷，而這將成為阻礙外延層有效生長的因素。

因上述問題，一般而言，主要通過MOCVD或MBE法，在藍寶石基板上生長AlGaP、InGaN、AlGaN、GaN、GaP/AlP、異質結構；在InP基板上生長InP、InGaAs、GaAs、AlGaAs等；而在GaAs基板上生長GaAs?GaAlAs、InGaP、InGaAlP等。

在作為氮化物半導體的GaN的情況下，因藍寶石晶格常數和GaN的晶格常數相似，因此，基板主要使用藍寶石。

在可供氮化物生長的藍寶石基板上使氮化物生長之后，若施加一定電源則將發光，而據報告稱：一般在具備圖案的藍寶石基板上生長相同氮化物結構時，其光輸出較之在一般平整基板上生長的優秀。

根據圖案結構的不同，碳化物生長后的光輸出存在差異，而為了獲得較之現有圖案更高的光輸出，現在也進行著不斷的努力。

圖1為現有利用藍寶石基板的III族碳化物系化合物半導體的一般結構示意圖。

在藍寶石基板11上部形成n-GaN層12，而在上述n-GaN層12上部的一部分依次形成活性(active)層13、p-GaN層14及p型電極層15。另外，在上述n-GaN層12上部的未形成上述活性層13的部位，形成n型電極層16。在一般的LED上，若何有下地將內部活性層產生的光提取至外部是至關重要的問題。

為了有效提取藍寶石基板及活性層沿縱向產生的光，進行了形成透明電極或反射層等各種嘗試。

但是，因相當一部分在活性層產生的光橫向傳播，因此，為了實現縱向提取，曾嘗試例如在半導體元件的層疊結構側壁形成一定角度，以使上述側壁成為反射面的技術等，但其加工及費用方面存在問題。

另外，為提高利用藍寶石基板的III組氮化物系化合物半導體發光器件的光輸出，采用了倒裝芯片(flip?chip)形式的元件結構，而其光提取效率(extraction?efficiency)因GaN和藍寶石基板之間的折射率差異，停留在約40％左右的水平。

如圖2所示，公開了通過加工藍寶石基板21表面形成凹凸結構，并在其上部形成包括活性層22等在內的半導體晶體層的LED結構。這通過在活性層22下方形成凹凸形狀的折射率界面，向外部提取一部分在元件內部消滅的橫向的光。

另外，在藍寶石基板21上形成III族氮化物系化合物半導體時，因藍寶石基板21和III族氮化物系化合物半導體的晶格常數的不匹配(miss?fit)而產生電位。為防止上述現象，如圖3所示，在藍寶石基板21表面形成凹凸結構并在其上形成GaN層23。如圖4所示為具備上述凹凸結構的藍寶石基板上形成LED的大致工序。

即，若在如圖4的a所示的具備凹凸結構的藍寶石基板21上形成GaN層23，則如b所示，在凹凸結構的上部及側部琢面(facet)生長GaN24，而經過這樣的生長之后，獲得如c所示的平整化了的GaN層23。

在這樣平整化了的GaN層23上部形成活性層22等，以完成如d所示的發光二極管。上述在利用圖案化藍寶石基板(PatternedSapphire?Substrate，PSS)生長半導體晶體層時，因在圖案上實際完成琢面(facet)生長之后再進行平整化，因此，需為上述平整化進行相當厚度的再生長。

另外，公開了在藍寶石基板上形成段差并在上述段差上面及側部生長III族氮化物系化合物半導體，以防止穿透電位的結構(WO2001-69663號)。但是，在段差下端形成空間(void)且為了平整化生長層，需形成相對較厚的III族氮化物系化合物半導體。

另外，作為減少在藍寶石基板上再生長半導體晶體層時的缺陷密度的方法，利用ELOG及PENDEO等方法。但是，ELOG需要另外的遮罩層，而PENDEO因在與基板的界面部位形成空洞(void)，因此，產生光提取效率的損失。

因此，最近公開了如圖5所示的在發光器件的基板31表面形成球形突出部32的曲面型結構，其因基板31表面上的半球形突出部32整體形成曲面，沒有上端部及側部的區別，從而不存在平正面。