[發(fā)明專利]半導(dǎo)體發(fā)光裝置及其制造方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210141207.1
• 申請(qǐng)日: 2012-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN103390707A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝炎璋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華夏光股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/22
• 分類號(hào): H01L33/22;H01L33/04;H01L33/00
• 代理公司: 北京泛誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11298
• 代理人: 陳波;文琦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，特別涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。

背景技術(shù)

于藍(lán)寶石基板上形成氮化鎵磊晶層是制造發(fā)光二極管（LED）的常用工藝技術(shù)。然而，氮化鎵磊晶層與藍(lán)寶石基板兩者之間的晶格常數(shù)與熱膨脹系數(shù)（CTE）存在有極大差異，因此，會(huì)于氮化鎵磊晶層內(nèi)產(chǎn)生高密度的線差排缺陷（threading?dislocation），其密度大約為10⁸~10¹⁰cm^-3。此種高密度線差排缺陷會(huì)大大限制了發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中的主動(dòng)層及其他層會(huì)吸收光，因此會(huì)影響到發(fā)光二極管的發(fā)光效率。此外，發(fā)光二極管所使用的半導(dǎo)體材質(zhì)具有高折射系數(shù)，會(huì)使發(fā)光二極管所產(chǎn)生的光受到局限（trapped）。如圖1所示，從主動(dòng)區(qū)所發(fā)射的光線在到達(dá)半導(dǎo)體與周圍空氣之界面時(shí)，如果光的入射角大于逃逸角錐（escape?cone，如圖標(biāo)斜線區(qū)域）之臨界角（critical?angle）α_c時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生全內(nèi)反射（total?internal?reflection）。對(duì)于高折射系數(shù)之半導(dǎo)體而言，其臨界角非常小。舉例而言，當(dāng)折射系數(shù)為3.3時(shí)，其全內(nèi)反射角只有17°，所以從主動(dòng)區(qū)所發(fā)射的大部分光線，將被局限于半導(dǎo)體內(nèi)部，且這些被局限的光有可能會(huì)被較厚的基板所吸收。此外，基板內(nèi)的電子與空穴對(duì)還會(huì)因基板質(zhì)量不良或效率較低，因而產(chǎn)生非輻射復(fù)回（recombine?non-radiatively），進(jìn)而降低發(fā)光二極管的發(fā)光效率。所以如何從半導(dǎo)體之主動(dòng)區(qū)有效萃取光源，進(jìn)而增加光萃取效率，乃發(fā)光二極管制造的一個(gè)重要目標(biāo)。

增加發(fā)光二極管之光萃取效率的常用方法之一，是在磊晶前先進(jìn)行藍(lán)寶石基板的蝕刻圖案化，以形成圖案化藍(lán)寶石基板（pattern?sapphire?substrate，PSS）。通過基板表面幾何形狀之變化，可以改變發(fā)光二極管的散射機(jī)制，將散射光導(dǎo)引至發(fā)光二極管內(nèi)部，進(jìn)而由逃逸角錐中射出，因而增加光萃取效率（light?extraction?efficiency）。

一般是使用各種蝕刻技術(shù)以加工藍(lán)寶石基板，以改善內(nèi)部量子效率(internal?quantum?efficiency，IQE)和光萃取效率。然而，由于藍(lán)寶石基板非常堅(jiān)硬，進(jìn)行蝕刻易損害藍(lán)寶石表面，使得線差排由基板逐漸延伸到頂端的氮化鎵磊晶層，因而影響到發(fā)光二極管之磊晶質(zhì)量。此外，在成長(zhǎng)磊晶層于圖案化藍(lán)寶石基板時(shí)，易磊晶于圖案化藍(lán)寶石基板的傾斜面上，若傾斜面與平面上的磊晶速率不同時(shí)，容易導(dǎo)致磊晶效果的降低。

因此，亟需提出一種新穎的半導(dǎo)體發(fā)光裝置及其制造方法，使得工藝較容易且更能控制磊晶的成長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述，本發(fā)明實(shí)施例提出一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置及其制造方法，用以減少線差排缺陷，增加光線的逃逸角錐，改善內(nèi)部量子效率(IQE)和/或光萃取效率。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，半導(dǎo)體發(fā)光裝置包含基板、圖案化層、第一摻雜層、發(fā)光層及第二摻雜層。基板具有第一表面。圖案化層形成于基板上，具有第二表面，其與第一表面之間形成一角度。第一摻雜層形成于基板及圖案化層上，發(fā)光層形成于第一摻雜層上，第二摻雜層形成于發(fā)光層上，且第一摻雜層、發(fā)光層及第二摻雜層延伸平行于第一表面。

其中所述第一表面為所述基板的頂面，且所述第二表面為所述圖案化層的側(cè)面，其中所述第二表面傾斜于所述第一表面。

其中所述基板的材質(zhì)為砷化鎵、鍺表面形成鍺化硅、硅表面形成碳化硅、鋁表面形成氧化鋁、氮化鎵、氮化銦、氮化鋁、氧化鋅、藍(lán)寶石、玻璃、石英或其組合。

其中所述第一表面為C相平面、M相平面或A相平面。

其中所述第一表面為C相平面，且所述第二表面為R相平面；或是所述一表面為M相平面，且所述第二表面為C相平面；或是所述第一表面為A相平面，且所述第二表面為R相平面或N相平面。

其中所述圖案化層具有一空隙，以暴露出部分所述基板的表面。

其中所述圖案化層包含多個(gè)角錐體、多個(gè)圓錐體和/或多個(gè)火山形體。

其中所述圖案化層的材質(zhì)異于所述基板的材質(zhì)。

其中所述圖案化層的材質(zhì)為二氧化硅、碳化硅、氮化硅或其組合。

其中所述圖案化層及所述基板的材質(zhì)使得所述第一摻雜層容易形成于所述第一表面，但是不容易形成于所述第二表面。

其中所述第一摻雜層、所述發(fā)光層及所述第二摻雜層的材質(zhì)包含三族氮化物。

其中所述發(fā)光層包含單一量子阱或多重量子阱。

其中所述發(fā)光層包含超晶格結(jié)構(gòu)。