專利名稱：光半導(dǎo)體元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管等的光半導(dǎo)體元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
由于近年來技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)光二極管等的光半導(dǎo)體元件已經(jīng)具有高輸出功率。相應(yīng)地，在光半導(dǎo)體元件中產(chǎn)生的熱量增加，從而存在發(fā)光效率降低及半導(dǎo)體膜劣化等問題。為了解決這些問題，采用如下結(jié)構(gòu)去除了用于半導(dǎo)體膜晶體生長的藍(lán)寶石襯底等的具有較低熱導(dǎo)率的生長襯底，而采用具有較高熱導(dǎo)率的襯底來支承半導(dǎo)體膜。此外，通過對(duì)去除藍(lán)寶石襯底而露出的半導(dǎo)體膜的表面進(jìn)行化學(xué)蝕刻來形成多個(gè)源自于半導(dǎo)體膜的晶體結(jié)構(gòu)的突起，從而在光提取面中形成光提取結(jié)構(gòu)。通過這種方式，可減少在光提取面處全反射的那一部分光，從而提高光提取效率。例如，通過對(duì)GaN基半導(dǎo)體膜的C面進(jìn)行利用了堿溶液的濕蝕刻，可在C面中形成多個(gè)源自于纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)的六面錐狀的突起。該源自于晶體結(jié)構(gòu)的突起被稱為微錐。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2007-067182號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開2010-157551號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特表2007-521641號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特開2009-238879號(hào)公報(bào)圖I為采用傳統(tǒng)エ藝在氮化鎵表面形成的微錐的電子顯微鏡照片。當(dāng)通過傳統(tǒng)的化學(xué)蝕刻在半導(dǎo)體膜的表面形成多個(gè)微錐時(shí)，微錐的尺寸、間距和排列是不規(guī)則的，如圖I所示。這是因?yàn)橛捎诎雽?dǎo)體膜的晶體缺陷、表面平坦性等的影響，半導(dǎo)體膜的表面中隨機(jī)地存在有蝕刻速度不同的晶面。因此，如果形成了尺寸、間距和排列不均勻的微錐，則將出現(xiàn)下述問題。當(dāng)在形成微錐的過程中微錐相互接觸時(shí)，這些微錐會(huì)相互侵入而變形或停止生長，從而在微錐之間形成平底的間隙。在這種情況下，不易形成對(duì)光提取有利的面(斜面)，從而妨礙光提取效率的提聞。為了提高光提取效率，需要一定程度地増大微錐的平均尺寸，微錐的平均尺寸通常是通過蝕刻時(shí)間來調(diào)節(jié)的。然而，采用傳統(tǒng)エ藝時(shí)，難以避免出現(xiàn)尺寸遠(yuǎn)大于平均尺寸的微錐，從而由于大尺寸的微錐，在半導(dǎo)體膜中出現(xiàn)通孔，導(dǎo)致成品率降低。因此，采用傳統(tǒng)エ藝時(shí)，難以在保持成品率的同時(shí)最大程度地提高光提取效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而作出的，本發(fā)明的ー個(gè)目的是提供一種光半導(dǎo)體元件及其制造方法，其可在保持成品率的同時(shí)提聞光提取效率。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光半導(dǎo)體元件的制造方法，該光半導(dǎo)體元件包括半導(dǎo)體膜，該半導(dǎo)體膜具有六方晶系的晶體結(jié)構(gòu)。該制造方法包括以下步驟在所述半導(dǎo)體膜的表面中形成多個(gè)凹部，該多個(gè)凹部沿所述半導(dǎo)體膜的晶軸等間隔地排列；以及對(duì)所述半導(dǎo)體膜的表面進(jìn)行蝕刻，從而在所述半導(dǎo)體膜的表面中形成多個(gè)突起，該多個(gè)突起按照所述多個(gè)凹部的排列方式排列且源自于所述半導(dǎo)體膜的晶體結(jié)構(gòu)。此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了ー種包括半導(dǎo)體膜的光半導(dǎo)體元件，該半導(dǎo)體膜具有六方晶系的晶體結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體膜在其表面具有源自于所述半導(dǎo)體膜的晶體結(jié)構(gòu)的多個(gè)六面錐狀的突起，且所述多個(gè)突起形成沿著所述半導(dǎo)體膜的晶軸的最密堆積結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的光半導(dǎo)體元件及其制造方法，可在保持成品率的同時(shí)提高光提取效率。


圖I是采用傳統(tǒng)エ藝形成的微錐的電子顯微鏡照片。圖2A-2D是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的光半導(dǎo)體元件的制造方法的截面圖。圖3A-3D是示出根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施方式的光半導(dǎo)體元件的制造方法的截面圖。圖4A-4E是示出通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式I的制造方法形成的微錐的形成過程的平面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的エ藝形成的微錐的電子顯微鏡照片。圖6A-6D是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式2的制造方法形成的微錐的形成過程的平面圖。圖7A和7B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的生長襯底的晶體生長面的平面圖。圖7C和7D是示出根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施方式的光半導(dǎo)體元件制造方法的截面圖。
具體實(shí)施例方式以下參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。附圖中相同的附圖標(biāo)記用于指示實(shí)質(zhì)上相同或等同的部分和部件。[實(shí)施方式I]圖2A-2D和圖3A-3D是示出根據(jù)實(shí)施方式I的光半導(dǎo)體元件的制造方法的截面圖。(半導(dǎo)體膜的形成)C面藍(lán)寶石襯底用作生長襯底10，該C面藍(lán)寶石襯底上可生長具有纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)的AlxInyGazN(Ol,0^y^ Ι,Ο^ζ^ I, x+y+z = I),該纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系的ー種。通過金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(MOCVD)法，在生長襯底10上依次晶體生長由AlxInyGazN制成的η型半導(dǎo)體層22、有源層24和ρ型半導(dǎo)體層26，以獲得半導(dǎo)體膜20。η型半導(dǎo)體層22包括由GaN制成的緩沖層，基礎(chǔ)GaN層和η型GaN層。將該生長襯底10置于MOCVD裝置中，在氫氣氛中，在約1000°C的襯底溫度下，進(jìn)行熱處理10分鐘(熱清潔)。接著在500°C的生長溫度下，供給TMG (三甲基鎵)(流量10.4μπιΟ1/π η)及NH3(流量3. 3LM) 3分鐘，從而形成由GaN構(gòu)成的低溫緩沖層(未示出)。隨后把襯底溫度升高至1000°C，并保持約30秒以晶化該低溫緩沖層。接著使生長溫度保持在1000°C，供給TMG (流量45 μ mol/min)及NH3 (流量4. 4LM)約20分鐘，從而形成約I μ m厚的基礎(chǔ)GaN層(未示出)。接著把生長溫度保持在1000°c，供給TMG (流量45 μ mol/min)、NH3 (流量4. 4LM)及SiH4 (流量2. 7 X 10_9 μ mol/min)約120分鐘，從而形成約7 μ m厚的η型GaN層。通過上述エ藝，在生長襯底10上形 成η型半導(dǎo)體層22。隨后，在η型半導(dǎo)體層22上形成具有多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層24，在該多量子肼結(jié)構(gòu)中，五對(duì)InGaN阱層和GaN勢(shì)壘層相互層疊。在約700°C的生長溫度下，供給TMG(流量3. 6 μ mol/min)、TMI (三甲基銦)(流量10 μ mol/min)及 NH3 (流量4. 4LM)約 33 秒，從而形成約2. 2nm厚的InGaN阱層。隨后，供給TMG (流量3· 6 μ mol/min)、及NH3 (流量4. 4LM)約320秒，從而形成約15nm厚的GaN勢(shì)壘層。重復(fù)上述過程5個(gè)周期，形成有源層24。通過依次晶體生長例如ρ型AlGaN包覆層和摻鎂P型GaN層而形成ρ型半導(dǎo)體層26。在約870°C的生長溫度下，供給TMG (流量8· I μ mol/min)、TMA(三甲基鋁)(流量7. 5 μ mol/min)、NH3 (流量4. 4LM)及 Cp2Mg (流量 '2. 9 X 10_7 μ mol/min) 5 分鐘，從而在有源層24上形成約40nm厚的ρ型AlGaN包覆層。隨后保持該生長溫度，供給TMG (流量18 μ mol/min)、NH3(流量:4. 4LM)及 Cp2Mg (流量2. 9 X 10_7 μ mol/min) 7 分鐘，從而在 ρ 型AlGaN包覆層上形成約150nm厚的ρ型GaN層。通過上述エ藝，在有源層24上形成ρ型半導(dǎo)體層26 (圖2Α)。(元件分割槽的形成)從ρ型半導(dǎo)體層26的表面?zhèn)葘?duì)半導(dǎo)體膜20進(jìn)行蝕刻以形成沿預(yù)定元件分割線的元件分割槽20a。具體地，在ρ型半導(dǎo)體層26的表面形成具有沿元件分割線延伸的開ロ的抗蝕劑掩模(未示出)。然后將晶片置入反應(yīng)離子蝕刻(RIE)設(shè)備，通過使用了 Cl2等離子體的干蝕刻，隔著抗蝕劑掩模對(duì)半導(dǎo)體膜20進(jìn)行蝕刻，在半導(dǎo)體膜20中形成元件分割槽20a (圖 2B)。(保護(hù)膜及ρ電極的形成)形成由絕緣體制成的保護(hù)膜28，以覆蓋由于形成元件分割槽20a而露出的半導(dǎo)體膜20的側(cè)面。具體地，形成抗蝕劑掩模(未示出)，該抗蝕劑掩模在由于形成元件分割槽20a而露出的半導(dǎo)體膜20的側(cè)面之上具有開ロ。隨后，通過濺射法等在半導(dǎo)體膜20上形成SiO2膜以構(gòu)成保護(hù)膜28。接著，使用抗蝕劑去除劑去除抗蝕劑掩模，以剝離SiO2膜的多余部分，從而對(duì)保護(hù)膜28進(jìn)行構(gòu)圖。注意，為了避免在保護(hù)膜28中出現(xiàn)裂紋或剝落，最好保護(hù)膜28不要延伸至生長襯底10。此外，保護(hù)膜28可由Si3N4等其它絕緣體形成。隨后，在P型半導(dǎo)體層26的表面形成ρ電極30。具體地，形成在P型半導(dǎo)體層26的ρ電極形成區(qū)域上具有開ロ的抗蝕劑掩模(未示出)。接著通過電子束沉積法等，在P型半導(dǎo)體層26上依次沉積作為電極材料的Pt (Inm厚)、Ag(150nm厚)、Ti (IOOnm厚)、Pt (IOOnm厚)及Au(200nm厚)。隨后去除抗蝕劑掩模以剝離電極材料的多余部分,從而在P型半導(dǎo)體層26上形成ρ電極30。該ρ電極30也作為光反射層，其反射從有源層24射向光提取面的光。雖然在本實(shí)施方式中在形成保護(hù)膜28之后形成ρ電極30，但也可在形成ρ電極30之后形成保護(hù)膜28。在此情況下，根據(jù)需要使用抗蝕劑掩模(圖2C)。(支承襯底的形成)準(zhǔn)備具有可支承半導(dǎo)體膜20的機(jī)械強(qiáng)度的導(dǎo)電支承襯底50?？墒褂猛ㄟ^雜質(zhì)注入而導(dǎo)電的娃襯底作為支承襯底50。通過派射法在支承襯底50的表面形成約Iym厚的由AuSn制成的共晶鍵合層(未示出)。隨后使用晶片鍵合裝置，將生長襯底10側(cè)的ρ電極30與支承襯底50側(cè)的鍵合層貼緊并加熱加壓，從而使支承襯底50鍵合至半導(dǎo)體膜20 (圖2D)。 (去除生長襯底)通過激光剝離(LLO)法將生長襯底10與半導(dǎo)體膜20分開。可利用準(zhǔn)分子激光器作為激光源。從生長襯底10的背面照射的激光到達(dá)半導(dǎo)體膜20，將鄰近半導(dǎo)體膜20與生長襯底10的界面的GaN分解成金屬Ga和氮?dú)?。這樣，在生長襯底10與半導(dǎo)體膜20之間形成間隙，從而生長襯底10與半導(dǎo)體膜20分離。通過生長襯底10的分離，η型半導(dǎo)體層22露出。η型半導(dǎo)體層22的露出面為GaN半導(dǎo)體晶體的C面，可以通過利用了堿溶液的濕蝕刻形成源自于GaN晶體結(jié)構(gòu)的六面錐狀的微錐(圖3Α)。(光提取結(jié)構(gòu)的形成)對(duì)通過去除生長襯底10而露出的η型半導(dǎo)體層22的表面進(jìn)行使用了堿溶液的濕蝕刻，在η型半導(dǎo)體層22的表面形成多個(gè)微錐22a。這樣，在η型半導(dǎo)體層22的表面形成了光提取結(jié)構(gòu)(圖3Β)。圖4Α-4Ε示出了作為光提取面的η型半導(dǎo)體層22的表面，是示出制造エ藝中的微錐22a的形成過程的平面圖。在通過去除生長襯底10而露出的η型半導(dǎo)體層22的露出面(C面)中形成沿半導(dǎo)體膜20的晶軸等間隔排列的多個(gè)凹部60(圖4Α)。各個(gè)凹部60作為隨后濕蝕刻中的蝕刻控制點(diǎn)，多個(gè)微錐22a按照凹部60的排列形式規(guī)則地排列。為了使各個(gè)凹部60有效地作為蝕刻控制點(diǎn)，優(yōu)選地，凹部60的直徑大于或等于500nm且小于或等于I. 5 μ m,且深度大于或等于50nm且小于或等于I. 7 μ m。各個(gè)凹部60的形狀可為例如棱柱形、金字塔形、圓柱形、圓錐形(白狀)或半球形。在各晶面露出于凹部60的內(nèi)壁的情況下，凹部60的形狀優(yōu)選為圓柱形，圓錐形(白狀)或半球形。凹部60的排列方式如下。即，如圖4A所示，與任一凹部相鄰的其它凹部分別位于正六邊形的頂點(diǎn)處，且凹部60等間隔地排列為該正六邊形的兩個(gè)相對(duì)的邊平行于半導(dǎo)體膜20的晶軸的[1-100]方向。換句話說，凹部60沿著半導(dǎo)體膜20的晶軸的[1-100]方向等間隔地排列，也沿著[10-10]方向等間隔地排列。注意，可基于被稱為主定位邊(orientation flat)的切面(cut)(其通常形成在生長襯底10中，表明晶體取向)來識(shí)別半導(dǎo)體膜20的晶軸的方向。微錐22a是底面為大致正六邊形的六面錐狀，連接形成底面的正六邊形的兩個(gè)相對(duì)邊的垂線的長度與凹部60的排列間隔(節(jié)距)一致。因此，凹部60的排列間隔(節(jié)距)應(yīng)根據(jù)待形成的微錐的尺寸來設(shè)定。凹部60的間隔(節(jié)距)可例如大于或等于I. O μ mi小于或等于5.5 μ m。如果凹部60的間隔(節(jié)距)大于從有源層24發(fā)出的光的波長，則可形成具有利于光提取的尺寸的微錐。另外，微錐具有相對(duì)于C面約成62°角的斜面，且凹部60的間隔與所形成的微錐的高度基本一致。相應(yīng)的，凹部60的間隔被設(shè)定為小于η型半導(dǎo)體層22的厚度，從而不會(huì)形成到達(dá)有源層的通孔?？赏ㄟ^例如光刻法和干蝕刻來形成多個(gè)凹部60。即，在η型半導(dǎo)體層22的表面上形成在凹部形成區(qū)域上具有開ロ的抗蝕劑掩模之后，通過反應(yīng)離子蝕刻隔著抗蝕劑掩模對(duì)η型半導(dǎo)體層2進(jìn)行蝕刻以形成凹部60。在形成凹部60之后，將晶片浸入堿溶液，如TMAH(四甲基氫氧化銨溶液)中，對(duì)η型半導(dǎo)體層22的作為C面的表面進(jìn)行濕蝕刻。如上所述，在該濕蝕刻處理中，各個(gè)凹部60作為蝕刻控制點(diǎn)。即，在各個(gè)凹部60的內(nèi)壁露出各種晶面。因此，與在η型半導(dǎo)體層22的主面露出的C面相比，凹部60中的蝕刻速度更低。因此，優(yōu)先從具有較高蝕刻速度的C面開始進(jìn)行蝕刻，且在露出預(yù)定晶面的同時(shí)進(jìn)行蝕刻。這樣，在η型半導(dǎo)體層22的表面中開始形成以各個(gè)凹部60的形成點(diǎn)作為頂點(diǎn)的多個(gè)六面錐狀的微錐22a 。即，微錐22a被形成為按照凹部60的排列方式而排列。由于該特性，所有微錐22a被形成為具有這樣的取向其正六邊形的底面的兩個(gè)相對(duì)邊平行于半導(dǎo)體膜20的晶軸的[1-100]方向(圖4B)。通過使凹部60成為圓柱形、圓錐形(臼狀)或半球形，凹部60及其相鄰區(qū)域的蝕刻速度的差異變得顯著，從而可加強(qiáng)凹部60作為蝕刻控制點(diǎn)的作用。隨著蝕刻的進(jìn)行，以各個(gè)凹部60的形成點(diǎn)作為頂點(diǎn)而生成的多個(gè)微錐22a分別以大致相同的速度生長。由于微錐22a按照凹部60的排列方式等間隔排列，對(duì)微錐來說，相鄰微錐相互接觸的時(shí)機(jī)基本相同(圖4C)。環(huán)繞微錐22a之間形成的三角形間隙62的三個(gè)面為相互等同的晶面，因此，蝕刻在晶面之間不會(huì)相互競(jìng)爭(zhēng)的情況下進(jìn)行。即，微錐之間不會(huì)互相侵入以致變形，間隙62也不會(huì)作為平面保留下來(圖4D)。當(dāng)蝕刻繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，具有大致相同尺寸的多個(gè)微錐22a形成最密堆積結(jié)構(gòu)，完全覆蓋η型半導(dǎo)體層22的整個(gè)表面。即，微錐22a形成為幾乎沒有間隙，也幾乎沒有保留為平面的部分。另外，因?yàn)槲㈠F不互相侵入，所以微錐的形狀還是六面錐狀，且保持該形狀直到蝕刻處理結(jié)束(圖4E)。此時(shí)，微錐22a的底面的正六邊形具有平行于[11-20]方向的兩個(gè)邊。此處，該最密堆積結(jié)構(gòu)是指如下結(jié)構(gòu)具有正六邊形底面的多個(gè)微錐如圖4E所示在面上無間隙地排列，即所謂的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。(η電極的形成)在η型半導(dǎo)體層22的形成有微錐的表面上形成η電極70。具體地，在η型半導(dǎo)體層22的表面上形成在η電極形成區(qū)域之上具有開ロ的抗蝕劑掩模(未示出)。接著，通過電子束蒸發(fā)法等，在η型半導(dǎo)體層22的表面上依次沉積作為電極材料的Ti和Al。隨后，去除抗蝕劑掩模以剝離電極材料的多余部分，從而將該材料構(gòu)圖成η電極70。隨后，在500°C下對(duì)其施行熱處理20秒，以使η電極70合金化。這樣，改善了 η電極70與η型半導(dǎo)體層22之間的歐姆特性(圖3C)。(元件分離)切斷晶片，將其分割為光半導(dǎo)體元件的芯片。采用激光劃線、切割等方式沿著元件分割槽20a切斷其底部露出的支承襯底50，將光半導(dǎo)體元件分割為芯片。通過上述エ藝步驟，完成了光半導(dǎo)體元件(圖3D)。圖5為通過本實(shí)施方式的上述エ藝在η型半導(dǎo)體層22的表面中形成的微錐的電子顯微鏡照片?？梢钥闯觯鄠€(gè)微錐基本尺寸均一，且形成最密堆積結(jié)構(gòu)。也就是說，多個(gè)微錐被形成為幾乎沒有間隙，也幾乎沒有保留為平面的部分，另外可以看出，幾乎所有的微錐的形狀保持為利于光提取的六面錐狀。由上面的說明可見，形成在η型半導(dǎo)體層22的表面中的多個(gè)凹部60作為蝕刻控制點(diǎn)。也就是說，因?yàn)楹虲面相比蝕刻速度更低的晶面露出在凹部60的內(nèi)壁，蝕刻以凹部60的形成點(diǎn)分別成為多個(gè)微錐的頂點(diǎn)的方式進(jìn)行。因此，多個(gè)微錐22a的排列與凹部60的排列方式對(duì)應(yīng)。由于該特性，微錐22a形成為具有這樣的取向其正六邊形的底面的兩個(gè)相對(duì)邊平行于半導(dǎo)體膜20的晶軸的[1-100]方向。鑒于這一事實(shí)，與任一凹部相鄰的其它凹部分別位于正六邊形的 頂點(diǎn)，且凹部等間隔排列，從而正六邊形的兩個(gè)相對(duì)邊平行于半導(dǎo)體膜20的晶軸的[1-100]方向，從而各個(gè)微錐以基本相同的速度生長，在大致相同的時(shí)機(jī)與相鄰的微錐接觸。因此，可形成沿著半導(dǎo)體膜20的晶軸、尺寸、形狀和間隔基本一致且形成最密堆積結(jié)構(gòu)的多個(gè)微錐。即，多個(gè)微錐形成為無間隙，保持其六面錐狀且光提取面中不殘留平面。因此，可以在光提取面中形成理想的光提取結(jié)構(gòu)，從而最大程度地提高光半導(dǎo)體元件的光提取效率。另外，由于微錐以基本相同的速度生長，可以防止出現(xiàn)某個(gè)微錐的尺寸顯著大于平均尺寸的情況。因此，可避免在形成微錐的濕蝕刻中在半導(dǎo)體膜20中形成通孔，因而相對(duì)于傳統(tǒng)エ藝，可提高成品率。[實(shí)施方式2]對(duì)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式2的光半導(dǎo)體元件制造方法說明如下。本實(shí)施方式的制造方法與上述實(shí)施方式I的制造方法的不同在于形成光提取結(jié)構(gòu)的エ藝。更具體地，用于限定微錐的尺寸和排列的多個(gè)凹部60的排列方式與實(shí)施方式I不同。除形成光提取結(jié)構(gòu)的エ藝之外的其它エ藝與實(shí)施方式I相同，因此省略說明。對(duì)通過去除生長襯底10而露出的η型半導(dǎo)體層22的表面進(jìn)行使用了堿溶液的濕蝕刻，以在η型半導(dǎo)體層22的表面中形成多個(gè)微錐。這樣，在η型半導(dǎo)體層22的表面形成了光提取結(jié)構(gòu)。圖6A-6D示出了作為光提取面的η型半導(dǎo)體層22的表面，是示出制造過程中微錐22a的形成過程的平面圖。在通過去除生長襯底10而露出的η型半導(dǎo)體層22的露出面(C面)中形成沿半導(dǎo)體膜20的晶軸等間隔排列的多個(gè)凹部60(圖6Α)。各個(gè)凹部60作為隨后濕蝕刻中的蝕刻控制點(diǎn)，且這多個(gè)微錐22a按照凹部60的排列方式規(guī)則地排列。凹部60的優(yōu)選尺寸和形狀與上述實(shí)施方式I相同。凹部60的排列方式如下。即，如圖6A所示，與任一凹部相鄰的其它凹部分別位于正六邊形的頂點(diǎn)處，凹部60等間隔排列，從而正六邊形的兩個(gè)相對(duì)邊平行于半導(dǎo)體膜20的晶軸的[11-20]方向。換句話說，凹部60沿著半導(dǎo)體膜20的晶軸的[11-20]方向等間隔排列，也沿著[2-1-10]方向等間隔排列。該排列方式對(duì)應(yīng)于將實(shí)施方式I中凹部60的排列旋轉(zhuǎn)90°而獲得的排列方式。微錐22a的形狀是具有大致正六邊形底面的六面錐狀，連接形成底面的正六邊形的兩個(gè)相對(duì)邊的垂線的長度與凹部60的排列間隔(節(jié)距)一致。因此，凹部60的排列間隔(節(jié)距)應(yīng)根據(jù)待形成的微錐的尺寸來設(shè)定。凹部60之間的排列間隔(節(jié)距)可為例如大于或等于Ι.Ομπι且小于或等于5.5μπι。如果凹部60的排列間隔(節(jié)距)大于從有源層24發(fā)出的光的波長，則可形成具有利于光提取的尺寸的微錐。而且，微錐具有相對(duì)于C面約成62°角的斜面，且凹部60的間隔與所形成的微錐的高度基本一致。相應(yīng)的，凹部60的間隔被設(shè)定為小于η型半導(dǎo)體層22的厚度，從而不會(huì)形成到達(dá)有源層的通孔。多個(gè)凹部60可通過例如光刻法和干蝕刻來形成。也就是說，在η型半導(dǎo)體層22的表面上形成在凹部形成區(qū)域之上具有開ロ的抗蝕劑掩模之后，通過反應(yīng)離子蝕刻隔著抗蝕劑掩模對(duì)η型半導(dǎo)體層2進(jìn)行蝕刻，以形成凹部60。在形成凹部60之后，將晶片浸入堿溶液，如TMAH(四甲基氫氧化銨溶液)中，以對(duì)η型半導(dǎo)體層的作為C面的表面進(jìn)行濕蝕刻。在該濕蝕刻處理中，各個(gè) 凹部60作為蝕刻控制點(diǎn)。即，各種晶面露出于各凹部60的內(nèi)壁。因此，相比于在η型半導(dǎo)體層22的主面處露出的C面，各凹部60中的蝕刻速度更低。因此，優(yōu)先從蝕刻速度較高的C面開始蝕刻，且在露出預(yù)定晶面的同時(shí)進(jìn)行蝕刻。這樣，在η型半導(dǎo)體層22的表面中開始形成以各凹部60的形成點(diǎn)作為頂點(diǎn)的多個(gè)六面錐狀的微錐22a。即，微錐22a被形成為按照凹部60的排列方式而排列。由于該特性，所有微錐22a被形成為具有這樣的取向正六邊形底面的兩個(gè)相對(duì)的邊平行于半導(dǎo)體膜20的晶軸的[1-100]方向(圖6B)。通過使凹部60成為圓柱形、圓錐形(臼狀)或半球形，凹部60與其相鄰區(qū)域的蝕刻速度的差異變得明顯，可加強(qiáng)凹部60作為蝕刻控制點(diǎn)的作用。隨著蝕刻的進(jìn)行，以各個(gè)凹部60的形成點(diǎn)作為頂點(diǎn)而生成的多個(gè)微錐22a分別以大致相同的速度生長(圖6C)。由于微錐22a按照凹部60的排列方式等間隔排列，對(duì)微錐來說，相鄰微錐相互接觸的時(shí)機(jī)基本相同。而且，具有大致相同尺寸的多個(gè)微錐22a形成最密堆積結(jié)構(gòu)，完全覆蓋η型半導(dǎo)體層22的整個(gè)表面。即，微錐22a形成為幾乎沒有間隙，也幾乎不殘留平面部分。另外因?yàn)槲㈠F不互相侵入，六面錐狀一直保持到蝕刻處理結(jié)束(圖6D)。在根據(jù)本實(shí)施方式的制造方法中，在相鄰微錐相互接觸的時(shí)刻，完成最密堆積結(jié)構(gòu)。此時(shí)，微錐22a的底面的正六邊形具有平行于[1-100]方向的兩個(gè)邊。如此，根據(jù)本實(shí)施方式的光半導(dǎo)體元件制造方法，可以在半導(dǎo)體膜20的C面中形成尺寸、形狀和間隔基本一致且沿著半導(dǎo)體膜20的晶軸而形成最密堆積結(jié)構(gòu)的多個(gè)微錐。因此，可在半導(dǎo)體膜20的光提取面中形成理想的光提取結(jié)構(gòu)，從而可最大程度地提高光半導(dǎo)體元件的光提取效率。另外，由于微錐以基本相同的速度生長，可以防止出現(xiàn)某個(gè)微錐的尺寸顯著大于平均尺寸的情況。因此，可避免在形成微錐的濕蝕刻中在半導(dǎo)體膜20中形成通孔，因而，相對(duì)于傳統(tǒng)エ藝可提高成品率。[實(shí)施方式3]參照?qǐng)D7A-7D對(duì)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式3的光半導(dǎo)體元件制造方法說明如下。在上述實(shí)施方式中，通過光刻和干蝕刻在通過去除生長襯底10而露出的η型半導(dǎo)體層22的表面(C面)形成具有預(yù)定排列方式的多個(gè)凹部60。本實(shí)施方式與上述實(shí)施方式的不同在于形成多個(gè)凹部60的エ藝。準(zhǔn)備在晶體生長面上具有多個(gè)突起11的生長襯底10a，該多個(gè)突起11形成與上述實(shí)施方式I和2中所示的凹部60的排列方式對(duì)應(yīng)的排列。圖7A和7B為示出根據(jù)本實(shí)施方式的生長襯底IOa的晶體生長面的平面圖。與任一突起相鄰的其它突起分別位于正六邊形的頂點(diǎn)處，多個(gè)突起11等間隔排列，從而正六邊形的兩個(gè)相對(duì)邊平行于稍后形成的半導(dǎo)體膜20的晶軸的[1-100]方向(圖7A)或[11-20]方向(圖7B)。即，多個(gè)突起11沿著稍后形成的半導(dǎo)體膜20的晶軸的[1-100]方向等間隔排列，也沿著[10-10]方向等間隔排列(圖7A)?；蛘叨鄠€(gè)突起11沿著半導(dǎo)體膜20的晶軸的[11-20]方向等間隔排列，也沿著[2-1-10]方向等間隔排列(圖7B)。生長襯底IOa例如是C面藍(lán)寶石襯底，且可通過例如光刻法和干蝕刻形成有多個(gè)突起11。突起11的形狀可為例如棱柱形、金字塔形、圓柱形、圓錐形或半球形。從而在生長襯底IOa的晶體生長面上提供了可描述為上述實(shí)施方式所示的凹部60的反轉(zhuǎn)形狀的多個(gè)突起11。隨后，在生長襯底IOa的通過金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(MOCVD)法形成有多個(gè)突起11的晶體生長面上依次晶體生長由AlxInyGazN制成的η型半導(dǎo)體層22、有源層24和ρ型半導(dǎo)體層26，以獲得半導(dǎo)體膜20 (圖7C)。
隨后，如上述實(shí)施方式I那樣，進(jìn)行元件分割槽的形成過程、保護(hù)膜和P電極的形成エ序、支承襯底的鍵合エ序和生長襯底的去除エ序。在通過去除生長襯底IOa而露出的η型半導(dǎo)體層22的表面中形成分別與生長襯底IOa的晶體生長面上設(shè)置的多個(gè)突起11對(duì)應(yīng)的多個(gè)凹部60。也就是說，多個(gè)凹部60排列成與多個(gè)突起11的排列方式對(duì)應(yīng)。凹部60的排列方式與上述實(shí)施方式I和2中的相同(圖7D)。隨后，當(dāng)進(jìn)行采用堿溶液的濕蝕刻吋，凹部60作為蝕刻控制點(diǎn)，從而在η型半導(dǎo)體層22的表面中形成尺寸、形狀和間隔基本一致且形成最密堆積結(jié)構(gòu)的微錐。在去除生長襯底IOa之后，對(duì)半導(dǎo)體膜20的η型半導(dǎo)體層22側(cè)進(jìn)行研磨以調(diào)節(jié)凹部60的直徑或深度。雖然在上述實(shí)施方式的說明中以半導(dǎo)體膜20由GaN基半導(dǎo)體制成作為例子，但可采用其它的具有六方晶系的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，如ZnO基半導(dǎo)體。本申請(qǐng)基于日本專利申請(qǐng)No. 2011-048786，在此以引用的方式并入其全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.ー種包括半導(dǎo)體膜的光半導(dǎo)體元件的制造方法，該半導(dǎo)體膜具有六方晶系的晶體結(jié)構(gòu)，所述制造方法包括 在所述半導(dǎo)體膜的表面中形成多個(gè)凹部的步驟，該多個(gè)凹部沿所述半導(dǎo)體膜的晶軸等間隔地排列；以及 對(duì)所述半導(dǎo)體膜的表面進(jìn)行蝕刻處理，從而在所述半導(dǎo)體膜的表面中形成多個(gè)突起的步驟，該多個(gè)突起按照所述多個(gè)凹部的排列方式排列且源自于所述半導(dǎo)體膜的晶體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其中，與任一凹部相鄰的其它凹部分別位于正六邊形的頂點(diǎn)處，所述多個(gè)凹部被配置成所述正六邊形的兩個(gè)相對(duì)的邊平行于所述半導(dǎo)體膜的晶軸的[1-100]方向或[11-20]方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其中，所述多個(gè)突起各具有六面錐形狀，且形成為構(gòu)成最密堆積結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其中，所述半導(dǎo)體膜的所述表面是C面，且在所述多個(gè)凹部各自的內(nèi)壁露出多個(gè)晶面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其中，所述多個(gè)凹部中的相鄰凹部之間的距離大于從所述半導(dǎo)體膜發(fā)出的光的波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其中，所述蝕刻處理是利用了堿溶液的濕蝕刻。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，該制造方法還包括以下步驟 在生長襯底上對(duì)所述半導(dǎo)體膜進(jìn)行晶體生長； 在所述半導(dǎo)體膜上形成支承襯底；以及 去除所述生長襯底， 其中所述多個(gè)凹部是隔著掩模對(duì)所述半導(dǎo)體膜的由于去除所述生長襯底而露出的露出面進(jìn)行蝕刻而形成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，該制造方法還包括以下步驟 在生長襯底上對(duì)所述半導(dǎo)體膜進(jìn)行晶體生長； 在所述半導(dǎo)體膜上形成支承襯底；以及 去除所述生長襯底， 其中所述生長襯底在其晶體生長面上具有多個(gè)突起，該多個(gè)突起分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)凹部，且所述多個(gè)凹部是通過在所述生長襯底的所述晶體生長面上對(duì)所述半導(dǎo)體膜進(jìn)行晶體生長而形成的。
9.ー種包括半導(dǎo)體膜的光半導(dǎo)體元件，該半導(dǎo)體膜具有六方晶系的晶體結(jié)構(gòu)，其中，所述半導(dǎo)體膜在其表面中具有源自于所述半導(dǎo)體膜的的晶體結(jié)構(gòu)的多個(gè)六面錐狀的突起，且所述多個(gè)突起被形成為構(gòu)成沿著所述半導(dǎo)體膜的晶軸的最密堆積結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光半導(dǎo)體元件，其中，所述半導(dǎo)體膜由GaN基半導(dǎo)體形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光半導(dǎo)體元件，其中，所述多個(gè)六面錐狀的突起均大于從所述半導(dǎo)體膜發(fā)出的光的波長。
全文摘要
光半導(dǎo)體元件及其制造方法，可在保持成品率的同時(shí)提高光提取效率。該制造方法包括在半導(dǎo)體膜的表面中形成多個(gè)凹部，該多個(gè)凹部沿著該半導(dǎo)體膜的晶軸等間隔地設(shè)置；對(duì)所述半導(dǎo)體膜的表面進(jìn)行蝕刻，從而在所述半導(dǎo)體膜的表面中形成多個(gè)突起，該多個(gè)突起按照所述多個(gè)凹部的排列方式排列且源自于所述半導(dǎo)體膜的晶體結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L33/16GK102683513SQ201210057179
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者齋藤龍舞 申請(qǐng)人:斯坦雷電氣株式會(huì)社