專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
ni-v族氮化物半導(dǎo)體已經(jīng)用于各種光學(xué)器件，包括藍(lán)色/綠色發(fā)光二極管
(LED)、高速開(kāi)關(guān)器件例如金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)和異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管
(HEMT)，以及作為用于照明和顯示器的光源等。具體地，使用III族氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光器
件可實(shí)現(xiàn)高效發(fā)光，具有對(duì)應(yīng)于從可見(jiàn)光至紫外線區(qū)域的直接躍遷型帶隙。 氮化物半導(dǎo)體主要用作發(fā)光二極管(LED)和激光二極管(LD)，對(duì)于改善制造工藝
和光效率的研究在持續(xù)進(jìn)行中。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施方案提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括在導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的藍(lán)寶石(A1203)材 料的粗糙結(jié)構(gòu)。 實(shí)施方案提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括在透明電極層上的藍(lán)寶石(A1203)材料 的粗糙結(jié)構(gòu)。 —個(gè)實(shí)施方案提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、有源層和 第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層；和包括粗糙結(jié)構(gòu)的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的層，
所述粗糙結(jié)構(gòu)包括藍(lán)寶石材料。 —個(gè)實(shí)施方案提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括襯底；在襯底上的多個(gè)化合物半 導(dǎo)體層，其中所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的 有源層、以及在有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層；電連接至第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層的第一電極； 電連接至第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的第二電極；和在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的包括藍(lán)寶石材料的第 一粗糙結(jié)構(gòu)。 —個(gè)實(shí)施方案提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；在第一導(dǎo)電 半導(dǎo)體層上的第一電極；在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層下的有源層；在有源層下的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體 層；在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體下的第二電極層；和在第二電極層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體之間的包括藍(lán) 寶石材料的第一粗糙結(jié)構(gòu)。 在附圖和以下的詳述中闡述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。通過(guò)說(shuō)明書和附圖以及 通過(guò)權(quán)利要求使得其它特征可變得顯而易見(jiàn)。


圖1是說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)面剖視圖。
圖2 6是說(shuō)明制造圖1的半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的視圖。
圖7是說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)面剖視圖。
圖8是說(shuō)明根據(jù)第三實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)面剖視圖。
圖9是說(shuō)明根據(jù)第四實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)面剖視圖。
圖10是說(shuō)明根據(jù)第五實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)面剖視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)說(shuō)明本公開(kāi)的實(shí)施方案，其實(shí)例示于附圖中。 在實(shí)施方案的描述中，應(yīng)理解，當(dāng)層(或膜)、區(qū)域、圖案或者結(jié)構(gòu)稱為在另一層 (或膜)、區(qū)域、墊或者圖案'上'或者'下'時(shí)，表述'上'和'下'包括'直接'和'間接'兩 種含義。此外，可在附圖的基礎(chǔ)上參考關(guān)于每層的'上'和'下'。而且，附圖中各層的厚度 是示例性的，并不限于此。各實(shí)施方案的技術(shù)特征不限于所述實(shí)施方案并且可選擇性地應(yīng) 用于其它的實(shí)施方案。
圖1是說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)面剖視圖。
參考圖l，半導(dǎo)體發(fā)光器件100包括襯底110、緩沖層120、未摻雜的半導(dǎo)體層 130、第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140、有源層150、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160、透明電極層170和粗糙結(jié) 構(gòu)180。 半導(dǎo)體發(fā)光器件100包括包括多個(gè)例如III-V族元素的化合物半導(dǎo)體層的發(fā)光 二極管(LED)。 LED可為UV LED，或者發(fā)射藍(lán)色光、綠色光或者紅色光的彩色LED。在實(shí)施 方案的技術(shù)范圍內(nèi)，可在各種半導(dǎo)體中實(shí)現(xiàn)所述LED的發(fā)射的光。襯底IIO可由藍(lán)寶石(Al203)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP，PGe中的至少一
種形成。襯底iio可為具有導(dǎo)電或者絕緣特性的襯底。在襯底110上/下可形成粗糙結(jié)構(gòu)
圖案。粗糙結(jié)構(gòu)圖案可具有條形、透鏡形、柱形和角狀物結(jié)構(gòu)中的任意一種。 在襯底110上設(shè)置緩沖層120。緩沖層120可減小GaN材料和襯底材料之間的晶 格失配，并且可由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN中的至少一種形成。包括 11 VI族元素的化合物半導(dǎo)體層(例如ZnO)的另一緩沖層可在襯底110上形成為層圖案 或者多重圖案，但是不限于此。 在緩沖層120上設(shè)置未摻雜的半導(dǎo)體層130。未摻雜的半導(dǎo)體層130可由不包括 第一導(dǎo)電摻雜劑或者第二導(dǎo)電摻雜劑的未摻雜的GaN基半導(dǎo)體形成。緩沖層120和/或未 摻雜的半導(dǎo)體層130可不形成，或者從最終器件中移除和除去。 在緩沖層120和/或未摻雜的半導(dǎo)體層130上可設(shè)置包括多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的 發(fā)光結(jié)構(gòu)165。發(fā)光結(jié)構(gòu)165包括使用III-V族元素化合物半導(dǎo)體的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層 140、有源層150和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160的堆疊結(jié)構(gòu)。 第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140可選自摻雜有第一導(dǎo)電摻雜劑的III-V族元素化合物半 導(dǎo)體(例如，GaN、 A1N、 AlGaN、 InGaN、 InN、 InAlGaN、 AlInN、 AlGaAs、 GaP、 GaAs、 GaAsP禾卩 AlGalnP)。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電半導(dǎo)體為N-型半導(dǎo)體時(shí)，第一導(dǎo)電摻雜劑包括N-型摻雜劑，例如 Si、 Ge、 Sn、 Se和Te。第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140可形成為單層或者多層，但是不限于此。
有源層150在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140上形成為單量子阱結(jié)構(gòu)或者多量子阱結(jié)構(gòu)。 有源層150可包括使用III-V族元素化合物半導(dǎo)體材料重復(fù)堆疊的例如InGaN阱層/GaN 勢(shì)壘層的循環(huán)。在有源層150上和/或下可設(shè)置導(dǎo)電覆層。導(dǎo)電覆層可由AlGaN基半導(dǎo)體 形成。 在有源層150上設(shè)置第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160。第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160可選自摻雜
5有第二導(dǎo)電摻雜劑的III-V族元素化合物半導(dǎo)體，其可包括例如，GaN、 A1N、 AlGaN、 InGaN、 InN、 InAlGaN、 AlInN、 AlGaAs、 GaP、 GaAs、 GaAsP和AlGalnP。當(dāng)?shù)诙?dǎo)電半導(dǎo)體是P_型半 導(dǎo)體時(shí)，第二導(dǎo)電摻雜劑包括P-型摻雜劑例如Mg、Zn、Ca、Sr和Ba。第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160 可形成為單層或者多層，但是不限于此。 發(fā)光結(jié)構(gòu)165可包括在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160上的第三導(dǎo)電半導(dǎo)體層(未顯 示)，即N型半導(dǎo)體層或者P型半導(dǎo)體層。而且，可以以P型半導(dǎo)體層實(shí)現(xiàn)第一導(dǎo)電半導(dǎo)體 層140，可以以N型半導(dǎo)體層實(shí)現(xiàn)第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160。因此，發(fā)光結(jié)構(gòu)165可包括N-P 結(jié)結(jié)構(gòu)、P-N結(jié)結(jié)構(gòu)、N-P-N結(jié)結(jié)構(gòu)和P-N-P結(jié)結(jié)構(gòu)中的至少一種。 在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160或者第三導(dǎo)電半導(dǎo)體層上可設(shè)置透明電極層170。透 明電極層170可選自以下材料ITO(氧化銦錫)、IZO(氧化銦鋅)、IZTO(氧化銦鋅錫)、 IAZO (氧化銦鋁鋅)、IGZO (氧化銦鎵鋅)、IGTO (氧化銦鎵錫)、AZO (氧化鋁鋅)、ATO (氧化 銻錫)、ZnO、 IrOx、 RuOx、 NiO、 Ni/Au、 IrOx、 RuOx、 RuOx/ITO、 Ni/IrOx/Au、 Ni/IrOx/Au/ITO及 其它金屬氧化物。 歐姆接觸層(未顯示)可在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160上設(shè)置為層圖案或者多重圖 案。歐姆接觸層可由形成透明電極層170的材料中的任何材料形成。 在透明電極層170上形成粗糙結(jié)構(gòu)180。粗糙結(jié)構(gòu)180可包括藍(lán)寶石(A1203)例 如藍(lán)寶石粉末和去離子(DI)水作為主要材料。 粗糙結(jié)構(gòu)180可在透明電極層170的表面上沉積為不平坦的、多重突起的、突起紋 理的或者隨機(jī)的圖案。粗糙結(jié)構(gòu)180可具有隨機(jī)的尺寸和形狀。粗糙結(jié)構(gòu)180可由不規(guī)則 間隔和不連續(xù)的圖案形成。粗糙結(jié)構(gòu)180可形成為具有規(guī)則的間隔。 在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140上設(shè)置第一電極191。第一電極191可由Ti、Al、In、Ta、 Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag、Au及其合金中的至少一種形成。 在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160和/或透明電極層170上設(shè)置第二電極193。第二電極 193可直接接觸第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160和/或透明電極層170。第二電極193可設(shè)置為特 定的分支圖案，但是不限于此。第二電極193可由Ag、Ag合金、Ni、Al、Al合金、Rh、Pd、Ir、 Ru、 Mg、 Zn、 Pt、 Au、 Hf及其合金中的至少一種形成。 第二電極193的一部分可在粗糙結(jié)構(gòu)180上形成。第二電極193可直接接觸粗糙 結(jié)構(gòu)180的一部分，但是不限于此。 發(fā)光結(jié)構(gòu)165上的粗糙結(jié)構(gòu)180可改善外部量子效率。此處，GaN基半導(dǎo)體層(例 如第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層)的折射率是約2.4。當(dāng)透明電極層170由例如IT0形成時(shí)，其折射率 為約2. 1 約1. 17。透明電極層170在約400nm 約800nm的波段中的折射率為約1. 8 約2. 1。包括藍(lán)寶石材料的粗糙結(jié)構(gòu)180的折射率可為約1.76。以上描述折射率作為示例 性的，并不限于此。 在一個(gè)實(shí)施方案中，可以按照第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160、透明電極層170和粗糙結(jié)構(gòu) 180的折射率的降序來(lái)設(shè)置它們。由有源層150發(fā)出的光通過(guò)第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160和透 明電極層170和/或粗糙結(jié)構(gòu)180發(fā)射至外部。在這種情況下，透過(guò)透明電極層170的光 的臨界角在透明電極層170和粗糙結(jié)構(gòu)之間的界面處發(fā)生變化，由此改善光提取效率。光 可通過(guò)透明電極層170發(fā)出或者可通過(guò)粗糙結(jié)構(gòu)180擴(kuò)散。 第一電極191可形成為預(yù)定形狀和圖案，但是不限于此。第一電極191可用作電極墊，并且可由Ti、Al、In、Ta、Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag及其合金中的至少一種形成，但是不限 于此。 圖2 6是說(shuō)明制造圖1的半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的視圖。 參考圖2，將襯底110裝載至生長(zhǎng)設(shè)備，并且在襯底110上形成II VI族元素化 合物半導(dǎo)體層。 襯底110可由藍(lán)寶石(Al203)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP，PGe中的至少一 種形成。襯底110可為具有導(dǎo)電或者絕緣特性的襯底。 在襯底110上生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體。生長(zhǎng)設(shè)備可包括電子束蒸發(fā)設(shè)備、物理氣相沉
積(PVD)設(shè)備、化學(xué)氣相沉積(CVD)設(shè)備、等離子體激光沉積(PLD)設(shè)備、雙型熱蒸發(fā)設(shè)備、
濺射設(shè)備和金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)設(shè)備，但是不限于所述設(shè)備。 在襯底110上形成緩沖層120。緩沖層120可由III-V族元素化合物半導(dǎo)體中的
至少一種形成，例如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN。作為緩沖層120,11
VI族元素的化合物半導(dǎo)體例如氧化物材料如Zn0可形成為層或多重圖案。 在緩沖層120上形成未摻雜的半導(dǎo)體層130。未摻雜的半導(dǎo)體層130可由未摻雜
的GaN基半導(dǎo)體形成。緩沖層120和/或未摻雜的半導(dǎo)體層130可不形成，或者可以從最
終器件中移除和除去。 在緩沖層120和/或未摻雜的半導(dǎo)體層130上可形成包括多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的 發(fā)光結(jié)構(gòu)165。發(fā)光結(jié)構(gòu)165包括使用III-V族元素化合物半導(dǎo)體的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層 140、有源層150和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160的堆疊結(jié)構(gòu)。 第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140可選自III-V族元素化合物半導(dǎo)體，例如GaN、AlN、AlGaN、 InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGalnP。第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140 摻雜有第一導(dǎo)電摻雜劑。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電半導(dǎo)體為N-型半導(dǎo)體時(shí)，第一導(dǎo)電摻雜劑包括N-型 摻雜劑，例如Si、 Ge、 Sn、 Se和Te。第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140可形成為單層或者多層，但是不 限于此。 有源層150在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140上形成為單量子阱結(jié)構(gòu)或者多量子阱結(jié)構(gòu)。 有源層150可包括使用III-V族元素的化合物半導(dǎo)體材料周期性堆疊的例如InGaN/GaN或 者InGaN/InGaN的阱層/勢(shì)壘層的循環(huán)，但是不限于此。可在有源層150上和/或下形成 導(dǎo)電覆層。導(dǎo)電覆層可由AlGaN-基半導(dǎo)體形成。 在有源層150上形成第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160。第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160可選自摻雜 有第二導(dǎo)電摻雜劑的III-V族元素化合物半導(dǎo)體，可包括例如GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、 InAlGaN、 AlInN、 AlGaAs、 GaP、 GaAs、 GaAsP和AlGalnP。當(dāng)?shù)诙?dǎo)電半導(dǎo)體是P-型半導(dǎo)體 時(shí)，第二導(dǎo)電摻雜劑包括P-型摻雜劑例如Mg、Zn、Ca、Sr和Ba。第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160可 形成為單層或者多層，但是不限于此。 發(fā)光結(jié)構(gòu)165可包括在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160上的第三導(dǎo)電半導(dǎo)體層(未顯 示)，即N型半導(dǎo)體層或者P型半導(dǎo)體層。而且，可以以P型半導(dǎo)體層實(shí)現(xiàn)第一導(dǎo)電半導(dǎo)體 層140，可以以N型半導(dǎo)體層實(shí)現(xiàn)第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160。因此，發(fā)光結(jié)構(gòu)165可包括N-P 結(jié)結(jié)構(gòu)、P-N結(jié)結(jié)構(gòu)、N-P-N結(jié)結(jié)構(gòu)和P-N-P結(jié)結(jié)構(gòu)中的至少一種。 參考圖3，在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160或者第三導(dǎo)電半導(dǎo)體層上可形成透明電極層 170。透明電極層170可選自以下材料ITO(氧化銦錫)、IZO(氧化銦鋅)、IZTO(氧化銦
7鋅錫)、IAZ0 (氧化銦鋁鋅)、IGZ0 (氧化銦鎵鋅)、IGT0 (氧化銦鎵錫)、AZ0 (氧化鋁鋅)、 ATO(氧化銻錫)、Zn0、 IrOx、 RuOx、 NiO、 Ni/Au、 IrOx、 RuOx、 RuO乂ITO、 Ni/IrOx/Au、 Ni/IrOx/ Au/ITO及其它金屬氧化物。 歐姆接觸層(未顯示)可在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160上形成為層或者多重圖案。歐 姆接觸層可由形成透明電極層170的材料中的任何材料形成。 參考圖4，在透明電極層170上形成粗糙結(jié)構(gòu)180。粗糙結(jié)構(gòu)180可包括藍(lán)寶石 (A1203)例如藍(lán)寶石粉末和DI水作為主要材料。 通過(guò)旋涂方法在透明電極層170的表面上沉積藍(lán)寶石粉末和DI水混合的溶液來(lái) 形成粗糙結(jié)構(gòu)180。在透明電極層170上沉積粗糙結(jié)構(gòu)180之后，在預(yù)定溫度(例如，約 50(TC 約600°C )下實(shí)施烘焙工藝。 粗糙結(jié)構(gòu)180可在透明電極層170的表面上沉積為不平坦的、多重突起的、突起紋 理的或者隨機(jī)的圖案。粗糙結(jié)構(gòu)180可具有隨機(jī)的尺寸和形狀。粗糙結(jié)構(gòu)180可形成為具 有規(guī)則或者不規(guī)則的間隔。 參考圖5，如果在透明電極層170上形成粗糙結(jié)構(gòu)180，則實(shí)施臺(tái)面蝕刻以暴露出 第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140的一部分。 第二電極孔175可在透明電極層170中形成，或者可不形成。 參考圖6，在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140上形成第一電極191，在透明電極層170和/ 或第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160上形成第二電極193。第二電極193可直接或者間接接觸第二導(dǎo) 電半導(dǎo)體。 包含于透明層170中的ITO的折射率為約2. 1 約1. 17，但是在約400nm 約 800nm的波段中的折射率為約1. 8 約2. 1。包括藍(lán)寶石的粗糙結(jié)構(gòu)180的折射率可為約 1.76。以上描述的折射率為示例性的，并不限于此。 第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160、透明電極層170和粗糙結(jié)構(gòu)180的折射率按照降序設(shè)置， 以有利于發(fā)光。因此，由有源層150發(fā)出的光可通過(guò)第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160和透明電極層 170和/或粗糙結(jié)構(gòu)180發(fā)射至外部。在這種情況下，透過(guò)透明電極層170的光的臨界角在 透明電極層170和粗糙結(jié)構(gòu)180之間的界面處發(fā)生變化，由此改善光提取效率。光可通過(guò) 透明電極層170發(fā)出或者可通過(guò)粗糙結(jié)構(gòu)180擴(kuò)散。 圖7是說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)面剖視圖。為說(shuō)明第二實(shí)施
方案，通過(guò)參考第一實(shí)施方案省略與第一實(shí)施方案相同的部分的詳細(xì)描述。 參考圖7，半導(dǎo)體發(fā)光器件101包括襯底110、緩沖層120、未摻雜的半導(dǎo)體層
130、第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140、有源層150、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160和粗糙結(jié)構(gòu)180。 在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160上設(shè)置粗糙結(jié)構(gòu)180。通過(guò)旋涂方法在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體
層160的表面上沉積藍(lán)寶石粉末和DI水的特定比例的混合溶液來(lái)形成粗糙結(jié)構(gòu)。然后，通
過(guò)烘焙工藝在預(yù)定溫度(例如，約50(TC 約600°C )下處理粗糙結(jié)構(gòu)180。 粗糙結(jié)構(gòu)180可在透明電極層170的表面上沉積為不平坦的、多重突起的、突起紋
理的或者隨機(jī)圖案的。粗糙結(jié)構(gòu)180可具有隨機(jī)的尺寸和形狀。粗糙結(jié)構(gòu)180可形成為具
有規(guī)則或者不規(guī)則的間隔。 以下，將參考第一實(shí)施方案描述形成粗糙結(jié)構(gòu)180的方法。 此處，在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160上可形成N型半導(dǎo)體(未顯示)作為第三導(dǎo)電半
8導(dǎo)體層。在這種情況下，在第三導(dǎo)電半導(dǎo)體層上可形成粗糙結(jié)構(gòu)180。 由于GaN基半導(dǎo)體層(例如，第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層)的折射率是約2. 4，包括藍(lán)寶石 材料的粗糙結(jié)構(gòu)的折射率是約1. 76，所以通過(guò)第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160和粗糙結(jié)構(gòu)180的折 射率之間的差異可容易地發(fā)出光。即，從有源層150發(fā)射的光可通過(guò)第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160 和/或粗糙結(jié)構(gòu)180發(fā)出。光的臨界角在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160和粗糙結(jié)構(gòu)180之間的界 面處發(fā)生變化，由此改善光提取效率。 半導(dǎo)體發(fā)光器件101可通過(guò)在發(fā)光結(jié)構(gòu)165上使用藍(lán)寶石材料形成粗糙結(jié)構(gòu)180 減小其全部?jī)?nèi)反射比例和增加其提取效率。 圖8是說(shuō)明根據(jù)第三實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)面剖視圖。為說(shuō)明第三實(shí)施
方案，通過(guò)參考第一實(shí)施方案可省略與第一實(shí)施方案相同的部分的詳細(xì)描述。 參考圖8，半導(dǎo)體發(fā)光器件102包括襯底110、第一粗糙結(jié)構(gòu)181、緩沖層120、未
摻雜的半導(dǎo)體層130、第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140、有源層150、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160和第二粗
糙結(jié)構(gòu)182。 可通過(guò)利用旋涂方法在襯底110上沉積藍(lán)寶石粉末和DI水的混合溶液并且在預(yù) 定溫度下實(shí)施烘焙工藝來(lái)形成第一粗糙結(jié)構(gòu)181。將參考第一實(shí)施方案描述形成第一粗糙 結(jié)構(gòu)181的方法。 第一粗糙結(jié)構(gòu)181可在襯底110上沉積為不平坦的、多重突起的、突起紋理的或者 隨機(jī)的圖案。第一粗糙結(jié)構(gòu)181可具有隨機(jī)的尺寸和形狀。粗糙結(jié)構(gòu)181和182可形成為 具有規(guī)則的或者不規(guī)則的間隔。 在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160上形成第二粗糙結(jié)構(gòu)182。第二粗糙結(jié)構(gòu)182可使用藍(lán) 寶石材料在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160上形成。將參考第一實(shí)施方案描述形成第二粗糙結(jié)構(gòu) 182的方法。 可在襯底110、緩沖層120和未摻雜的半導(dǎo)體層130中的至少一個(gè)上形成第二粗糙 結(jié)構(gòu)182，但是不限于此。而且，第二粗糙結(jié)構(gòu)182可由與藍(lán)寶石材料不同的材料形成，并且 可在實(shí)施方案的技術(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行改變。 可在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160上設(shè)置第三導(dǎo)電半導(dǎo)體層(未顯示)和/或透明電極 層(未顯示)。在這種情況下，可在第三導(dǎo)電半導(dǎo)體層或者透明電極層上設(shè)置第二粗糙結(jié)構(gòu) 182?？稍诎l(fā)光結(jié)構(gòu)165上設(shè)置第二粗糙結(jié)構(gòu)182。 在半導(dǎo)體發(fā)光器件102中，在發(fā)光結(jié)構(gòu)165上/下的第一粗糙結(jié)構(gòu)181和第二粗
糙結(jié)構(gòu)182可改變光的臨界角，或者可散射光，由此改善外部量子效率。 圖9是說(shuō)明根據(jù)第四實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)面剖視圖。為說(shuō)明第四實(shí)施
方案，通過(guò)參考第一實(shí)施方案省略與第一實(shí)施方案相同的部分的詳細(xì)描述。 參考圖9，半導(dǎo)體發(fā)光器件103包括發(fā)光結(jié)構(gòu)165、粗糙結(jié)構(gòu)183、第一電極191、
第二電極層203和導(dǎo)電支撐構(gòu)件201。 第二電極層203可在發(fā)光結(jié)構(gòu)165的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160下形成，并且可起到 反射電極的功能。 第二電極層203可在圖3的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160上形成，或者可在圖4的粗糙 結(jié)構(gòu)180和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160上設(shè)置。 在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層130和電極層150之間形成層或者多個(gè)圖案，其中所述層或所述多個(gè)圖案包括Si02、 SiOx、 SiOxNy、 Si3N4、 A1203、 Ti02、 IT0、 IZ0、 IZT0、 IAZ0、 IGZ0、 IGTO、 AZ0、 AT0、 GZO、 IrOx和RuOx中的至少一種。 第二電極層203可用作反射電極層、歐姆接觸層和粘附層中的至少一種。第二電 極層203可包括金屬材料和氧化物材料中的至少一種。反射電極層可包括Ag、Ag合金、Ni、 A1、A1合金、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及其合金中的至少一種，但是不限于此。歐姆 接觸層可包括選自IT0 (氧化銦錫)、IZ0 (氧化銦鋅)、IZT0 (氧化銦鋅錫)、IAZ0 (氧化銦鋁 鋅)、IGZ0 (氧化銦鎵鋅)、IGT0 (氧化銦鎵錫)、AZ0 (氧化鋁鋅)、AT0 (氧化銻錫)、GZ0 (氧 化鎵鋅)、IrOx、 RuOx、 RuO乂ITO、 Ni/IrOx/Au和Ni/IrOx/Au/ITO、 Pt、 Ni 、 Au、 Rh和Pd中的至 少一種。粘附層可包括選自Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、 In、Bi、Cu、Ag和Ta中的至少一種。第 二電極層203可包括籽金屬(seed metal)。 在第二電極層203和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160之間可設(shè)置歐姆接觸層(未顯示)。歐 姆接觸層可形成為層或者多重圖案。歐姆接觸層可包括選自Ni、Pd、Pt、IT0(氧化銦錫)、 IZ0 (氧化銦鋅)、IZT0 (氧化銦鋅錫)、IAZ0 (氧化銦鋁鋅)、IGZ0 (氧化銦鎵鋅)、IGT0 (氧 化銦鎵錫)、AZO(氧化鋁鋅)、ATO(氧化銻錫)、GZO(氧化鎵鋅)、Ir0x、 Ru0x、 Ru0x/IT0、 Ni/Ir0x/Au和Ni/Ir0x/Au/IT0中的至少一種。在粗糙結(jié)構(gòu)183和/或第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層 140上可形成第一電極191。在第二電極層203下可形成導(dǎo)電支撐構(gòu)件201。導(dǎo)電支撐構(gòu) 件201可通過(guò)鍍敷工藝形成，并且可使用Cu、Au、Ni、Mo、Cu-W、載體晶片例如Si、Ge、GaAs、 Zn0、 SiGe、 GaN和SiC來(lái)實(shí)施。導(dǎo)電支撐構(gòu)件201可通過(guò)電鍍工藝形成，或者為片形，但是 不限于此。導(dǎo)電支撐構(gòu)件201的厚度為約30iim 約150iim，但是不限于此。導(dǎo)電支撐構(gòu) 件201起到芯片的基礎(chǔ)襯底的作用。 導(dǎo)電支撐構(gòu)件201和第二電極層203可形成為具有特定厚度的一層，但是不限于 此。 此處，如果第二電極層203和導(dǎo)電支撐構(gòu)件201在發(fā)光結(jié)構(gòu)165上形成，則導(dǎo)電支 撐構(gòu)件201位于底層。圖2的襯底110可通過(guò)物理和/或化學(xué)方法移除。在物理移除方法 的情況下，在襯底(圖2中的110)上輻照具有特定波長(zhǎng)范圍的激光，以通過(guò)激光剝離(LL0) 工藝將襯底(圖2的110)分離。在化學(xué)移除方法的情況下，通過(guò)使用濕的蝕刻劑移除襯底 和第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140之間的其它半導(dǎo)體層(例如緩沖層)，可將襯底分離。未摻雜的半 導(dǎo)體層(圖2中的130)可通過(guò)蝕刻移除，或者與緩沖層一起移除。 可對(duì)移除襯底(圖2中的110)的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140的表面實(shí)施利用感應(yīng)耦 合等離子體/反應(yīng)性離子蝕刻(ICP/RIE)的拋光工藝。 可在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140上形成第一電極191和粗糙結(jié)構(gòu)183。粗糙結(jié)構(gòu)183 可由藍(lán)寶石材料形成。粗糙結(jié)構(gòu)183可使用藍(lán)寶石粉末和DI水的混合溶液在第一導(dǎo)電半 導(dǎo)體層140上形成為粗糙結(jié)構(gòu)圖案。形成第一粗糙結(jié)構(gòu)的方法以及第一粗糙結(jié)構(gòu)的形狀的 描述可參考第一實(shí)施方案。 第一電極191可在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140的上表面上形成為特定圖案，并且可包 括電流擴(kuò)散結(jié)構(gòu)。 粗糙結(jié)構(gòu)圖案可通過(guò)將第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140的上表面蝕刻為不平坦的圖案來(lái) 形成，但是不限于此。 在一個(gè)實(shí)施方案中，在形成第一電極之后/之前可實(shí)施臺(tái)面蝕刻。在臺(tái)面蝕刻之后，通過(guò)芯片單元實(shí)施斷裂工藝。 在第四實(shí)施方案中，在第二電極層203和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160之間可形成例如
包括藍(lán)寶石材料的粗糙結(jié)構(gòu)。粗糙結(jié)構(gòu)可通過(guò)利用旋涂方法在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層160上沉
積藍(lán)寶石粉末和DI水的混合溶液來(lái)形成(參考圖4)。其詳細(xì)描述可參考第一實(shí)施方案。 圖10是說(shuō)明根據(jù)第五實(shí)施方案的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)面剖視圖。為說(shuō)明第五實(shí)
施方案，通過(guò)參考第一實(shí)施方案省略與第五實(shí)施方案相同的部分的詳細(xì)描述。 參考圖IO，半導(dǎo)體發(fā)光器件104包括發(fā)光結(jié)構(gòu)165、第一粗糙結(jié)構(gòu)184、第二粗糙
結(jié)構(gòu)185、第一電極191、第二電極層203和導(dǎo)電支撐構(gòu)件201。 在發(fā)光結(jié)構(gòu)165和第二電極層203之間形成第一粗糙結(jié)構(gòu)184。在第一導(dǎo)電半導(dǎo) 體層140上形成第二粗糙結(jié)構(gòu)185。第一和第二粗糙結(jié)構(gòu)184和185可由藍(lán)寶石材料形成。 第一和第二粗糙結(jié)構(gòu)184和185可使用藍(lán)寶石粉末和DI水的混合溶液形成為具有粗糙結(jié) 構(gòu)圖案。形成第一粗糙結(jié)構(gòu)的方法以及第一粗糙結(jié)構(gòu)的形狀的描述可參考第一實(shí)施方案。
第一電極191可在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層140的上表面上形成為特定圖案，并且可包
括電流擴(kuò)散結(jié)構(gòu)。 所述實(shí)施方案的特征可選擇性地應(yīng)用于其它實(shí)施方案而不限于各個(gè)實(shí)施方案。這 些實(shí)施方案可改善半導(dǎo)體發(fā)光器件例如LED的發(fā)光效率。 在本說(shuō)明書中對(duì)〃 一個(gè)實(shí)施方案〃 、 〃 實(shí)施方案〃 、 〃 示例性實(shí)施方案〃 等的任 何引用，表示與實(shí)施方案相關(guān)描述的具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí) 施方案中。在說(shuō)明書不同地方出現(xiàn)的這些措詞不必都涉及相同的實(shí)施方案。此外，當(dāng)結(jié)合 任何實(shí)施方案描述具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，認(rèn)為關(guān)于其它實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu) 或特性均在本領(lǐng)域技術(shù)人員的范圍之內(nèi)。 雖然已經(jīng)參考大量說(shuō)明性實(shí)施方案描述了實(shí)施方案，但是應(yīng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員 可設(shè)計(jì)很多的其它改變和實(shí)施方案，這些也將落入本公開(kāi)的原理的精神和范圍內(nèi)。更具體 地，在公開(kāi)、附圖和所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，在本發(fā)明主題組合排列的構(gòu)件和/或結(jié)構(gòu)中 可能具有各種的變化和改變。除構(gòu)件和/或結(jié)構(gòu)的變化和改變之外，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而 言，可替代的用途也會(huì)是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層；和包括粗糙結(jié)構(gòu)的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的層，所述粗糙結(jié)構(gòu)包括藍(lán)寶石材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層包括在所 述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層和形成于所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的所述粗糙結(jié)構(gòu)之間的N型半導(dǎo) 體層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括電連接至所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層的 第一電極；和在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的第二電極。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括在所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層和所述 粗糙結(jié)構(gòu)之間的透明電極層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述粗糙結(jié)構(gòu)包括不平坦的、多重突 起的、突起紋理的和隨機(jī)的圖案中的至少一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層下的使用 II VI族元素的下部半導(dǎo)體層。
7 . 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述粗糙結(jié)構(gòu)在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體 層上直接形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述粗糙結(jié)構(gòu)在所述透明電極層上直 接形成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述粗糙結(jié)構(gòu)的一部分在所述第二電 極下形成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上形成的 透明電極層，其中所述粗糙結(jié)構(gòu)在所述透明電極層上形成，其中所述第二電極直接接觸所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層、所述粗糙結(jié)構(gòu)和所述透明電極層 中的至少兩個(gè)。
11. 一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括 襯底；在所述襯底上的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，其中所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層包括第一導(dǎo)電半 導(dǎo)體層、在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層和在所述有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層； 電連接至所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層的第一電極； 電連接至所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的第二電極；禾口 在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的包括藍(lán)寶石材料的第一粗糙結(jié)構(gòu)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括在所述襯底和所述第一導(dǎo)電半導(dǎo) 體層之間的使用II VI族元素化合物半導(dǎo)體的緩沖層和/或未摻雜的半導(dǎo)體層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括在所述襯底、所述緩沖層和所述未 摻雜的半導(dǎo)體層中的至少一個(gè)上形成的包括藍(lán)寶石材料的第二粗糙結(jié)構(gòu)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第 二電極之間的透明電極層，其中所述第一粗糙結(jié)構(gòu)在所述透明電極層上形成。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一粗糙結(jié)構(gòu)的折射率小于所述透明電極層的折射率。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一粗糙結(jié)構(gòu)由不規(guī)則間隔和 不連續(xù)的圖案形成。
17. —種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括 第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的第一電極； 在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層下的有源層； 在所述有源層下的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層； 在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體下的第二電極層；禾口在所述第二電極層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體之間的包括藍(lán)寶石材料的第一粗糙結(jié)構(gòu)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上形成 的并且由藍(lán)寶石材料形成的第二粗糙結(jié)構(gòu)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層包括使用 III-V族元素的N型半導(dǎo)體層，所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層包括使用III-V族元素的P型半導(dǎo)體 層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括在所述第二電極層下形成的導(dǎo)電 支撐構(gòu)件，其中所述第二電極層包括ITO(氧化銦錫)、IZO(氧化銦鋅)、IZTO(氧化銦鋅錫)、 IAZ0 (氧化銦鋁鋅)、IGZ0 (氧化銦鎵鋅)、IGT0 (氧化銦鎵錫)、AZ0 (氧化鋁鋅)、AT0 (氧 化銻錫)、GZ0 (氧化鎵鋅)、IrOx、 RuOx、 Ru0x/IT0、 Ni/IrOx/Au、 Ni/Ir0x/Au/IT0、 Pt、 Rh、 Pd、 Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、 In、Bi、Cu、Ag和Ta中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件。所述半導(dǎo)體發(fā)光器件包括包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層、以及具有包括藍(lán)寶石材料的粗糙結(jié)構(gòu)的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的層。
文檔編號(hào)H01L33/22GK101771123SQ20091026115
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
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