專利名稱：制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法以及采用該方法制造的器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法。更具體地說，本發(fā)明涉及如此切割的高亮度的發(fā)光器件，以獲得干凈的光滑表面，且提供提高的從發(fā)光芯片提取光的效率，及其制造方法。
背景技術(shù)：
通過將由在絕緣襯底，例如藍寶石上層疊n型層、有源層和p型層而獲得的氮化物基化合物半導(dǎo)體晶片切割成芯片來制造發(fā)光器件的工藝包括如例如在JP-AHEI05-343742中所公開的以下步驟蝕刻晶片以露出n型層，并形成形狀如每個芯片周圍的溝槽；拋光襯底以減小其厚度；將切片鋸的金剛石刀片插入溝槽，并使襯底露出；用劃片器在切割的標記上形成劃片線；以及用壓力使襯底斷開以獲得芯片。JP-AHEI11-354841公開了切割工藝，該工藝包括以下步驟通過蝕刻露出n型層，并形成形狀如芯片的溝槽；將切片鋸的金剛石刀片插入溝槽，并使襯底露出；從襯底的第二表面?zhèn)仍谂c切片線對應(yīng)的位置處用劃片器形成劃片線；以及用壓力使襯底斷開以獲得芯片。這些現(xiàn)有技術(shù)參考資料表明，因為藍寶石襯底和氮化物基化合物半導(dǎo)體層太硬，不能像GaAs和GaP那樣通過解理而允許容易地分離成芯片，所以，為了容易地斷開，這些襯底需要在分離為芯片之前減小厚度，并且它們需要被切片或劃片，以產(chǎn)生用于促進斷開的應(yīng)力集中部分或形成用于在預(yù)期的位置使必要的斷開發(fā)生的局部減薄的部分。
早已公知，當(dāng)芯片形狀像倒的截圓錐(circular truncated cone)時，可以獲得提高的光提取效率。例如在Journal of Applied Physics，Vol.35，1964，第1153頁中公開了，當(dāng)從發(fā)光器件的發(fā)射區(qū)發(fā)射且通過芯片側(cè)面入射的光沿芯片上部的發(fā)射觀察面方向被反射并且允許該光基本上垂直地照射到芯片的上面上時，該光從芯片被提取出來，而不會朝向芯片內(nèi)部在發(fā)射觀察面上被再次反射。該技術(shù)可以被有效地應(yīng)用于使用藍寶石襯底的氮化物基化合物半導(dǎo)體晶片。例如JP-AHEI06-244458公開了這樣的技術(shù)，在從芯片切割倒裝芯片型元件時，該技術(shù)通過切割在芯片中插入切口，以分離出具有傾斜側(cè)面的芯片。
已使用常規(guī)加工設(shè)備以采用使用金剛石片的切片鋸和使用金剛石片的劃片器。近年來，已經(jīng)發(fā)展了利用激光束來形成用于切割芯片的溝槽的設(shè)備，如例如在USP6,413,839中所公開的。激光束構(gòu)成了這樣的加工技術(shù)，其不僅證明可用作迄今通用的切片鋸和劃片器的簡單替換方法，并且有望實現(xiàn)通過常規(guī)方法從未實現(xiàn)的加工方法。通過控制激光束的束直徑和聚焦位置以及激光輸出和曝光持續(xù)時間，該技術(shù)能夠改變將要形成的溝槽的寬度和深度。例如，JP-AHEI11-163403公開了在與被激光束輻照的表面相反的表面上形成溝槽的技術(shù)。此外，JP-B2004-26766公開了通過這樣的工藝對芯片的制造，該工藝包括以下步驟通過蝕刻去除GaN外延晶片的p型層和發(fā)光層的一部分，形成形狀如芯片的溝槽，由此露出n型層，其中該GaN外延晶片通過在襯底上層疊n型GaN層、發(fā)光層和p型GaN層制造而成且用于發(fā)光器件；拋光襯底以減小其厚度；用激光束從上方輻照溝槽，由此形成使襯底露出的溝槽；以及用壓力使襯底斷開。因為氮化物基化合物半導(dǎo)體以及通常用于其的SiC和藍寶石襯底是可與金剛石相比的硬物質(zhì)，所以通過使用切片鋸和劃片器對其進行的加工需要高度先進的技術(shù)且耗費很長時間。因為激光束的使用能夠形成比常規(guī)加工設(shè)備的形成的溝槽更窄且更深的溝槽，所以它可以實現(xiàn)僅通過常規(guī)方法很難完成的加工。
激光加工設(shè)備的使用允許形成比通過常規(guī)切片鋸和劃片器獲得的溝槽形狀更深且更穩(wěn)定的溝槽。雖然在壓力下將藍寶石襯底斷開成芯片同時使施加于其上的應(yīng)力集中于溝槽的底部的機理與常規(guī)方法的機理相同，但因為溝槽形狀穩(wěn)定，所以與常規(guī)方法相比，形成使襯底斷開的部分的芯片端面可以被切割為具有光滑的面形狀。然而，激光加工設(shè)備的使用導(dǎo)致LED芯片的發(fā)射亮度為低于常規(guī)方法的水平。對于該降低的亮度，可想到的原因有兩方面。其一是激光加工期間使用的熱量可能使外延層劣化的問題。另一是這樣的事實，因為芯片的端面被加工成光滑的，所以與常規(guī)方法相比，在芯片端面中光的提取效率降低。常規(guī)方法不能獲得光滑形狀的溝槽，從而使得斷裂面持續(xù)粗糙的斷面，并且自然地使所分開的芯片的端面具有不規(guī)則的凹凸。相比而言，因為激光方法能夠形成光滑且穩(wěn)定形狀的溝槽，所以它能夠使斷裂面被加工成光滑的形狀。來自發(fā)射區(qū)域且入射到光滑形狀中的光往往在芯片內(nèi)被反射且返回，結(jié)果，通過芯片端面的光提取效率降低。將此稱為有關(guān)加工的第一任務(wù)。
存在有關(guān)加工的第二任務(wù)，其發(fā)生在常規(guī)加工方法中，也發(fā)生在激光方法中。即便當(dāng)激光方法成功地形成了較深的溝槽，根據(jù)在將襯底分成芯片器件施加應(yīng)力的方式，襯底也可能在橫截面方向上不會整齊地斷裂。也就是說，應(yīng)力有可能使芯片的端面翹曲。
為了解決上述任務(wù)，本發(fā)明人進行了辛勤的研究，由此獲得本發(fā)明。
本發(fā)明的一個目的是提供一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，該方法同時解決了使得發(fā)射的光即使通過光滑表面也能夠被有效地提取的第一任務(wù)以及使得襯底能夠斷開為芯片而在斷開過程期間不使芯片端面翹曲的第二任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法包括以下步驟在襯底上層疊至少第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層以形成晶片；在所述半導(dǎo)體層生長表面?zhèn)壬闲纬墒顾龅谝粚?dǎo)電類型的半導(dǎo)體層露出的第一溝槽；通過采用激光束形成從所述第一溝槽上方到達所述襯底的第二溝槽；在與所述第二溝槽對應(yīng)的位置處從所述襯底形成第三溝槽；以及將所述晶片分開成芯片。
在包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的第二方面中，所述第三溝槽的寬度大于所述第二溝槽的寬度。
在包括根據(jù)本發(fā)明第一或第二方面的方法的第三方面中，所述第三溝槽的寬度大于所述第一溝槽的寬度。
在包括根據(jù)本發(fā)明第一至第三方面中任何一方面的方法的第四方面中，通過采用激光束或切片刀片形成所述第三溝槽。
在包括根據(jù)本發(fā)明第一至第四方面中任何一方面的方法的第五方面中，通過結(jié)合激光束和切片刀片形成所述第三溝槽。
在包括根據(jù)本發(fā)明第一至第四方面中任何一方面的方法的第六方面中，通過輻照激光束兩次或更多次形成所述第三溝槽。
在包括根據(jù)本發(fā)明第一至第六方面中任何一方面的方法的第七方面中，在形成所述第三溝槽之前，所述襯底被磨平(lap)、研磨或拋光，直至其包括外延層的厚度達到小于等于100μm。
在包括根據(jù)本發(fā)明第一至第七方面中任何一方面的方法的第八方面中，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層是n型半導(dǎo)體層，以及所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層是p型半導(dǎo)體層。
在包括根據(jù)本發(fā)明第一至第八方面中任何一方面的方法的第九方面中，所述襯底是藍寶石襯底。
在包括根據(jù)本發(fā)明第一至第九方面中任何一方面的方法的第十方面中，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件是氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件或氮化鎵基半導(dǎo)體發(fā)光器件。
本發(fā)明的第十一方面提供一種通過根據(jù)本發(fā)明第一至第十方面中任何一方面的制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法而制造的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
通過采用本發(fā)明所預(yù)期的制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，可以獲得這樣的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其是芯片，該芯片具有光滑和穩(wěn)定的外部幾何形狀，形成光滑的斷裂面，與發(fā)射面基本上垂直地被整齊地切割，且提供充分令人滿意的從芯片的第二表面或芯片的外周部分的光提取效率。
由下面參考附圖給出的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，本發(fā)明的上述和其它目的、特有特征和優(yōu)點將變得顯而易見。


圖1是在覆蓋在襯底上面的半導(dǎo)體層上形成的溝槽和電極的平面圖；圖2是在覆蓋在襯底上面的半導(dǎo)體層上形成的第一和第二溝槽的截面圖；圖3是在圖2中所示的襯底的第二表面上形成的第三溝槽的截面圖；圖4是示例不具有第三溝槽的比較實例的分離面的截面圖；以及圖5是具有字母W形狀的第三溝槽和用于修正溝槽形狀的切片刀片的截面圖。
具體實施例方式
下面，將參考

本發(fā)明。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的制造方法中的半導(dǎo)體層至少具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層2、發(fā)光層3(有源層)和第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層4。其還可以具有接觸層和緩沖層。通過例如MOCVD方法將這些層層疊在藍寶石襯底上。
通過采用蝕刻設(shè)備和光刻設(shè)備，在該半導(dǎo)體層上形成用于使第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層(如圖2中所示的n型)露出的寬度為W1的第一溝槽40。因為溝槽需要使第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層露出，所以優(yōu)選溝槽深度約為第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的厚度的3/4。此時，可以同時形成用來形成n型電極的表面。采用真空沉積設(shè)備和光刻設(shè)備，在第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層(如圖2中所示的p型)上形成p型電極5。在n型半導(dǎo)體層上，形成n型電極。
接著，使用激光束形成寬度為W2且從第一溝槽達到襯底1的第二溝槽50。第二溝槽50的深度優(yōu)選為20μm至50μm的大致范圍。第二溝槽形成為其寬度小于第一溝槽的寬度。這種寬度關(guān)系防止在形成第二溝槽時進行的激光加工對發(fā)光層和p型層(第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層)產(chǎn)生損傷。特別地，因為發(fā)光層沒有受到激光束的直接輻照，所以實際上激光束對發(fā)光層不產(chǎn)生影響?？蛇x擇地，為了避免在激光加工過程期間所產(chǎn)生的灰塵的直接附著，在用來形成寬度小于W1且達到襯底的第二溝槽的激光加工之前，可以用保護膜例如抗蝕劑保護膜覆蓋半導(dǎo)體層，然后從第一溝槽上方對被覆蓋的半導(dǎo)體層輻照激光束。
此外，通過形成深度足以使襯底從半導(dǎo)體層側(cè)露出的第二溝槽，可以以令人滿意的可重復(fù)性完成形狀穩(wěn)定的芯片端面。結(jié)果，所產(chǎn)生的芯片作為商品的具有吸引人的外觀，且能夠使從其端面發(fā)射的光的強度分布以高可重復(fù)性充分令人滿意地穩(wěn)定。
因為使襯底露出的第二溝槽的插入導(dǎo)致外延層分開，所以使得晶片能夠彌補在其中發(fā)生的翹曲。
當(dāng)晶片已經(jīng)如此彌補了其翹曲時，能夠很容易地拋光、磨平或研磨襯底的第二表面，且可以使其厚度均勻。因為即使在拋光之后晶片也能夠抑制翹曲，所以可以抑制用激光束插入第三溝槽期間的聚焦位置的變化。該抑制在使第三溝槽的形狀穩(wěn)定方面是有效的。
隨后，在與第二溝槽相對應(yīng)的位置處從襯底的第二表面?zhèn)韧ㄟ^采用激光加工設(shè)備或切片刀片形成其寬度W3大于W2的第三溝槽60(圖3)。當(dāng)在激光加工之前形成了保護膜例如抗蝕劑保護膜時，在該階段可以去除該保護膜。接著，通過采用軋碎器(breaker)切割，使各芯片分離。當(dāng)用軋碎器將應(yīng)力施加在襯底上時，該應(yīng)力集中在第二溝槽和第三溝槽的底部。隨后的斷裂從第二或第三溝槽之一的底部開始進入，并沿著另一溝槽的底部方向前進。由此，允許隨之獲得的分開的芯片以高可重復(fù)性均勻地獲得整齊的斷裂形狀。當(dāng)?shù)谌郎喜鄣腣形溝槽的壁面向芯片的端面傾斜，或者壁面而是形成為U形溝槽時，壁面會產(chǎn)生相對于芯片端面的臺階。因此，臺階部分使得光能夠被重新提取，由此引起光向外部提取的效率的提高。
從光向外部提取的效率的觀點看，優(yōu)選第三溝槽的寬度大于第二溝槽的寬度，也大于第一溝槽的寬度。第三溝槽的深度優(yōu)選為溝槽寬度的四分之一至四分之三的大致范圍內(nèi)，更優(yōu)選為溝槽寬度的五分之二至五分之三的大致范圍內(nèi)。雖然第三溝槽的形成可以通過常規(guī)切片方法來實現(xiàn)，但考慮到由加工速率引起的實際操作時間和對切片刀片70的維護，優(yōu)選通過使用激光加工設(shè)備來完成第三溝槽的形成。激光加工設(shè)備允許第三溝槽頻繁地改變其形狀以適應(yīng)各種情況，例如可供選擇的芯片種類。為了通過激光加工設(shè)備形成大寬度的溝槽而不對半導(dǎo)體層產(chǎn)生任何損傷，有必要使激光束的焦點形成為與襯底分離。當(dāng)焦點遠離襯底移動時，溝槽使其寬度增加而其深度減小。當(dāng)焦點更加遠離襯底移動時，溝槽呈現(xiàn)寬的V形槽。當(dāng)分離進一步進行時，溝槽最終呈現(xiàn)U形槽。當(dāng)分離再繼續(xù)時，溝槽變?yōu)閃形槽。形狀的這種變化的程度依賴于光學(xué)系統(tǒng)和所使用的激光束的輸出。當(dāng)呈現(xiàn)W形槽時，應(yīng)力不再集中在溝槽底部上的一個固定點，因此襯底不能穩(wěn)定地被分離，也不能防止直接地斷開。為了能夠形成大寬度和大深度的第三溝槽，優(yōu)選采用這樣的方法，通過激光束預(yù)備形成呈現(xiàn)W形槽的溝槽，隨后采用切片設(shè)備對這些溝槽進行切片處理以修正形狀，或者對W形槽底部再次輻照激光束的方法。
當(dāng)僅用切片設(shè)備形成第三溝槽時，該工藝比激光加工設(shè)備耗費更長的時間。當(dāng)用激光束預(yù)備形成第三溝槽，然后對它們進行為一定程度上修正形狀而進行的附加切割處理時，可減小切片的機械加工余量，并可縮短使用切片設(shè)備的工作時間。即使當(dāng)需要嚴格控制第三溝槽的形狀時，也證明該加工方法是有效的。當(dāng)不需要嚴格控制第三溝槽的形狀時，通過用激光束輻照W形槽的底部，溝槽可以形成為大寬度的V形槽。該方法在實現(xiàn)低成本制造時是有效的。為了獲得期望的形狀，可以進一步重復(fù)利用激光束的輻照。
當(dāng)拋光、磨平或研磨襯底直到其包括外延層的厚度減小為小于等于100μm時，該厚度的減小帶來進一步便于分開襯底的優(yōu)點。在對襯底的拋光工藝之后，通過在對應(yīng)于從半導(dǎo)體層側(cè)插入的第二溝槽的位置處，從襯底側(cè)插入其寬度大于第一或第二溝槽的寬度的第三溝槽，可以在襯底第二表面上形成薄弱部分(weak portion)。這些薄弱部分用于防止在斷裂期間芯片端面沿其長度方向被中途彎曲。此外，因為第三溝槽具有這樣的形狀，與襯底分離的芯片的拐角部分好像被倒棱了，所以提高了來自倒棱的拐角的光的提取效率。
當(dāng)在拋光襯底之前執(zhí)行形成第二溝槽的步驟時，因為襯底仍很厚，僅僅輕微地翹曲，所以在激光加工過程期間激光束的聚焦位置僅僅保守地變化，可以獲得穩(wěn)定形狀的溝槽。此外，因為第二溝槽使襯底露出，所以第二溝槽形成后有效地抑制襯底翹曲。該措施使得避免了在拋光、磨平或研磨襯底的過程期間施加不適當(dāng)應(yīng)力的必要。因此，在拋光、磨平或研磨襯底時，可以防止襯底出現(xiàn)裂紋或碎屑，因此可以穩(wěn)定地拋光、磨平或研磨襯底。因為襯底可在整個晶片表面給出均勻的厚度，所以通過第三溝槽的壁面發(fā)射的光量穩(wěn)定。為了防止芯片的端面以錐面分離，減小襯底的厚度是可取的。具有已被拋光和削薄的襯底第二表面的晶片優(yōu)選具有小于等于100μm的厚度。，為了以令人滿意的可重復(fù)性獲得從第二溝槽至第三溝槽的切割面，優(yōu)選將該厚度減小至例如小于等于80μm或小于等于60μm的最大可能的程度。然而，當(dāng)不恰當(dāng)?shù)販p小厚度時，襯底中的翹曲將過分增加甚至達到不僅阻礙第三溝槽的插入而且還阻止以令人滿意的可重復(fù)性分開襯底的程度。
現(xiàn)在，將參考實例具體說明本發(fā)明。然而，本發(fā)明并不限于這些實例。
實例1如下制造由氮化物基化合物半導(dǎo)體形成的藍色發(fā)光器件。
在藍寶石襯底上，順序?qū)盈BAlN層、厚度為4μm且由未摻雜的GaN形成的底層、厚度為2μm且由Ge摻雜(濃度1×1019/cm3)的GaN形成的n側(cè)接觸層、厚度為12.5nm且由Si摻雜(濃度1×1018/cm3)的In0.1Ga0.9N形成的n側(cè)覆層、厚度為16nm且由GaN形成的勢壘層和厚度為2.5nm且由In0.2Ga0.8N形成的阱層五次重復(fù)交替層疊，最后為具有勢壘層的多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層、厚度為2.5nm且由Mg摻雜(濃度1×1020/cm3)的Al0.07Ga0.93N形成的p側(cè)覆層、以及厚度為0.16μm且由Mg摻雜(濃度8×1019/cm3)的Al0.02Ga0.98N形成的p側(cè)接觸層，以形成氮化物基化合物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)。
在該氮化物基化合物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的p側(cè)接觸層上的規(guī)定位置處，通過利用本領(lǐng)域公知的光刻技術(shù)和剝離技術(shù)，形成通過從p側(cè)接觸層順序?qū)盈BPt和Au而構(gòu)成的透明正電極。隨后，通過利用公知的光刻技術(shù)，形成通過從半導(dǎo)體側(cè)層疊如所料想的Au/Ti/Al/Ti/Au層而構(gòu)成的正電極接合襯墊。
接著，通過公知的光刻技術(shù)和公知的反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)，進行用于使n形層露出的蝕刻處理，以便插入深度為1μm的第一溝槽，并產(chǎn)生如圖1中所示的間距為350μm且寬度為18μm的分開的芯片。同時，通過蝕刻形成半圓形的n側(cè)電極形成表面30，如圖1所示。隨后，在n側(cè)電極形成表面上形成Cr/Ti/Au三層結(jié)構(gòu)的n側(cè)電極。
將由此獲得的氮化物基化合物半導(dǎo)體晶片轉(zhuǎn)而進行切割處理。首先，利用旋涂器向晶片的整個半導(dǎo)體層側(cè)表面均勻地施加水溶性抗蝕劑，以防止在激光加工過程期間由切割操作所產(chǎn)生的污物附著到氮化物基化合物半導(dǎo)體層，并且干燥所施加的抗蝕劑涂層，以產(chǎn)生具有0.2μm厚度的保護膜。
接著，在將UV帶貼到晶片的藍寶石襯底側(cè)之后，利用真空吸盤將晶片固定在脈沖激光加工設(shè)備的平臺上。該平臺如此構(gòu)造，以便沿X軸(橫向地)和Y軸(縱向地)方向移動以及轉(zhuǎn)動。在將晶片固定到真空吸盤之后，調(diào)整激光光學(xué)系統(tǒng)，以便將激光的焦點形成在保護膜的第一表面上。接著，用激光從上方輻照第一溝槽，以以便沿X軸方向以350μm的間距形成深度為25μm、寬度為10μm的第二溝槽50，由此露出藍寶石襯底，如圖2中所示。此時，形成了具有V形截面的溝槽。將平臺旋轉(zhuǎn)90度，沿Y軸方向類似地形成第二溝槽。在完成溝槽的形成之后，釋放真空吸盤，并從平臺移走晶片。
接著，將晶片置于清洗設(shè)備的平臺上，在保持晶片旋轉(zhuǎn)的同時，通過用水噴淋沖洗晶片的半導(dǎo)體層側(cè)表面，去除保護膜。
隨后，通過研磨和拋光藍寶石襯底的第二表面?zhèn)龋瑢⒕瑴p薄至包括外延層在內(nèi)的80μm的厚度。如此進行該拋光，以便使襯底的第二表面達到均勻的鏡面光潔度，且允許從藍寶石襯底對第二溝槽進行容易的目測。
接著，在將新的UV帶貼到晶片的氮化物基化合物半導(dǎo)體層側(cè)之后，利用真空吸盤再次將晶片固定在脈沖激光加工設(shè)備的平臺上。調(diào)整激光光學(xué)系統(tǒng)，以便將激光的焦點形成在高于襯底的高度上，在相對于襯底在第二溝槽的相反側(cè)的位置處，沿X方向形成深度為15μm、寬度為13μm的第三溝槽60，如圖3中所示。進一步，將平臺旋轉(zhuǎn)90度，沿Y軸方向類似地形成第三溝槽。在完成這些溝槽的形成之后，釋放真空吸盤，并從平臺移走晶片，用流水進行清洗。當(dāng)目測其表面時，所產(chǎn)生的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片實際上顯示出沒有可辨別的污物痕跡。通過用壓力分開晶片并將晶片的分開的小片與藍寶石襯底分離，獲得每個測量為350μm見方的許多芯片。目視觀察這些芯片的截面時，發(fā)現(xiàn)它們雖然不是鏡面，但卻是光滑表面，其與芯片的主面基本上垂直地從第二溝槽的V形槽的底端延伸到第三溝槽中，且發(fā)現(xiàn)第三溝槽具有這樣的形狀，好像它們由對襯底周邊倒棱而產(chǎn)生。當(dāng)挑選出沒有缺陷外形的芯片時，其總成品率為90％。通過通常的積分球方法測量裸芯片安裝，在20mA的電流下，該發(fā)光器件顯示出范圍為4.9至5.1mW的發(fā)射輸出。
比較實例1通過沿用實例1的工序，但是省去第三溝槽的形成，制造芯片狀的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。當(dāng)目視觀察這些芯片的截面時，發(fā)現(xiàn)它們雖然不是鏡面，但卻是光滑面。幾乎所有這些芯片從V形的第二溝槽的前端部到覆蓋氮化物基化合物半導(dǎo)體層的主面均是基本上垂直地被分離。雖然一些芯片基本上垂直于襯底側(cè)的主面被分離，但是一些其它的芯片卻不能垂直地被分離，如圖4中所示。由此，該實驗中產(chǎn)生的芯片形狀并不穩(wěn)定。當(dāng)挑選出形成截面基本上垂直于襯底側(cè)的主面且沒有缺陷外形的芯片時，它們的總成品率為50％。通過通常的積分球方法測量裸芯片安裝，在20mA的電流下，發(fā)光器件顯示出范圍為4.4至4.6mW的發(fā)射輸出。當(dāng)使沒有形成截面基本上垂直于襯底側(cè)的主面且沒有顯示出任何缺陷外形痕跡的芯片形成裸芯片安裝，并對其進行積分球方法測量時，在20mA的電流下，發(fā)射輸出范圍為4.6至5.2mW。認為它們具有由在襯底側(cè)被傾斜斷開的事實導(dǎo)致的提高了的光提取效率。因為斷開方式是不規(guī)則的，所以發(fā)射功率的輸出也是分散的。
實例2通過沿用實例1的工序，但是在激光加工之后進行切片處理以形成寬度為20μm且深度為30μm的第三溝槽，從而制造芯片狀的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。在形成第三溝槽期間，如此輻照激光束，以便將焦點形成在與襯底相距約30μm的位置處。在完成用激光束輻照之后，第三溝槽具有寬度為20μm且深度為15μm的形狀。隨后，采用具有如圖5中所示的V形刃且刀片寬度為20μm的金剛石刀片，對通過激光加工處理成形的第三溝槽進行修正。在完成形狀修正之后，發(fā)現(xiàn)第三溝槽的寬度為20μm且深度為30μm。分開該晶片以提供芯片。這些芯片的端面基本上垂直于襯底側(cè)的主表面。當(dāng)挑選出沒有缺陷外形的芯片時，它們的總成品率為90％。在呈現(xiàn)裸芯片安裝狀態(tài)的積分球測量中，在20mA的電流下，發(fā)光器件顯示出范圍為4.9至5.5mW的發(fā)射輸出。
修正形狀后的第三溝槽的第一表面比修正形狀以前的粗糙，且金剛石刀片使其保持微小的凹凸不平。通過根據(jù)探針方法的測量，表面獲得范圍為30nm至100nm的粗糙度。隨著由金剛石刀片加工形成的溝槽的精度的提高，表面粗糙度的大小趨于增加。該事實表明，倒棱形的芯片周緣端部的形成導(dǎo)致光提取效果的改善，且在芯片的周緣端部中形成的微小的凹凸不平還導(dǎo)致光的外部提取效果的進一步改善。
實例3通過沿用實例1的工序，但是以兩個階段進行激光加工處理以形成寬度為20μm且深度為30μm的第三溝槽，制造芯片狀的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。在第一階段的激光加工中，如此輻照激光，以便將激光的焦點形成在與襯底相距約30μm的位置處。在激光束輻照之后，第三溝槽的寬度為20μm且深度為15μm，并呈現(xiàn)出W字母的截面，這是由第三溝槽底部的大致中心部分的向上隆起產(chǎn)生的。在焦點指向W字母的截面的大致中心的條件下，進行第二階段的激光束輻照。測量所完成的第三溝槽，其寬度為20μm且深度為35μm，并且與在切片處理中所獲得的溝槽相比，雖然輕微扭曲，但呈現(xiàn)出近似V形的槽。斷開該晶片以提供芯片。斷裂的芯片的端面與襯底側(cè)的主平面基本上垂直。當(dāng)挑選出沒有缺陷外形的芯片時，其總成品率為90％。在呈現(xiàn)裸芯片安裝狀態(tài)的積分球測量中，在20mA的電流下，發(fā)光器件顯示出范圍為4.9至5.4mW的發(fā)射輸出。
工業(yè)適用性根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件具有高的光提取效率，且可以用于采用藍寶石襯底的氮化鎵基化合物發(fā)光器件、采用SiC襯底的氮化鎵基化合物發(fā)光器件和其它III-V族化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件。當(dāng)與熒光材料或由該材料形成的發(fā)光器件結(jié)合時，該器件能夠發(fā)射高亮度的白光。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，包括以下步驟在襯底上層疊至少第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層以形成晶片；在所述半導(dǎo)體層生長表面?zhèn)壬闲纬墒顾龅谝粚?dǎo)電類型的半導(dǎo)體層露出的第一溝槽；通過采用激光束形成從所述第一溝槽上方到達所述襯底的第二溝槽；在與所述第二溝槽對應(yīng)的位置處從所述襯底形成第三溝槽；以及將所述晶片分開成芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第三溝槽的寬度大于所述第二溝槽的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述第三溝槽的寬度大于所述第一溝槽的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項的方法，其中通過采用激光束或切片刀片形成所述第三溝槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項的方法，其中通過結(jié)合激光束和切片刀片形成所述第三溝槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項的方法，其中通過兩次或更多次輻照激光束形成所述第三溝槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項的方法，其中在形成所述第三溝槽之前，磨平、研磨或拋光所述襯底，直到其包括外延層的厚度達到小于等于100μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層是n型半導(dǎo)體層，以及所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層是p型半導(dǎo)體層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項的方法，其中所述襯底是藍寶石襯底。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一項的方法，其中所述半導(dǎo)體發(fā)光器件是氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任何一項的方法，其中所述半導(dǎo)體發(fā)光器件是氮化鎵基半導(dǎo)體發(fā)光器件。
12.一種通過采用根據(jù)權(quán)利要求1至11中任何一項的制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法制造的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法包括在襯底(1)上層疊至少第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層(2)、有源層(3)和第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層(4)以形成晶片，接著在所述半導(dǎo)體層的生長表面?zhèn)壬闲纬墒顾龅谝粚?dǎo)電類型的半導(dǎo)體層露出的第一溝槽(40)，通過采用激光束進一步形成從所述第一溝槽上方到達所述襯底的第二溝槽(50)，隨后在與所述第二溝槽對應(yīng)的位置處從所述襯底形成溝槽(60)，最后將所述晶片切割成芯片。即使當(dāng)其端面是光滑表面，所產(chǎn)生的半導(dǎo)體芯片也可提供提高的提取所發(fā)射的光的效率，并且允許切割半導(dǎo)體層而不扭曲晶片端面。
文檔編號H01L21/301GK101015070SQ200580027950
公開日2007年8月8日 申請日期2005年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月20日
發(fā)明者藥師寺健次 申請人:昭和電工株式會社