半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)
[0001 ] 本發(fā)明申請是申請?zhí)枮?01210423090.6、申請日為2012年10月29日、發(fā)明名稱為“半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種具有多個不平行蝕刻面的半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0003]發(fā)光二極管(light-emittingd1de ,LED)是一種使用半導(dǎo)體材料制作而成的固態(tài)發(fā)光裝置，而且能夠?qū)㈦娔苡行实霓D(zhuǎn)換為光能。由于具有體積小、驅(qū)動電壓低、反應(yīng)速率快等優(yōu)點，發(fā)光二極管已被廣泛地應(yīng)用在日常生活的各式電子產(chǎn)品，例如一般照明、廣告牌、手機及顯示屏背光源等各種用途中。
[0004]結(jié)構(gòu)上，發(fā)光二極管通常包括基底、外延結(jié)構(gòu)，設(shè)置在基底上、P電極接觸焊盤(P-side electrode pad)電連接于外延結(jié)構(gòu)的P型半導(dǎo)體接觸層(P-type semiconductorcontact layer)、N電極接觸焊盤(N-side electrode pad)電連接于外延結(jié)構(gòu)的N型半導(dǎo)體接觸層(N-type semiconductor contact layer)，而外延結(jié)構(gòu)在P型半導(dǎo)體接觸層以及N型半導(dǎo)體接觸層間另具有活性發(fā)光層(active layer)。此外，在P電極接觸焊盤和P型半導(dǎo)體接觸層間通常設(shè)置有透明導(dǎo)電層(transparent conductive layer，TCL)，和P型半導(dǎo)體接觸層構(gòu)成歐姆接觸，可以增進電流的水平擴散能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，用來改進正面光源的光分布均勻性并且同時增加正面發(fā)光強度。
[0006]為了達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，公開了一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括一外延基底，包含有一主表面和一外露表面;一外延結(jié)構(gòu)，設(shè)于外延基底的主表面上，至少包含有一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、一活性發(fā)光層和一第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，其中第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層具有一第一側(cè)壁，而且第一側(cè)壁包含有至少一第一蝕刻面以及一第二蝕刻面，而第一蝕刻面與外露表面間具有一第一夾角α，第二蝕刻面與外露表面間具有一第二夾角β，且第一蝕刻面和第二蝕刻面彼此相鄰;及一電極結(jié)構(gòu)，設(shè)置于外延結(jié)構(gòu)上。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，公開了一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括一外延基底，包含有一主表面和一外露表面;及一外延結(jié)構(gòu)，設(shè)于外延基底的主表面上，外延結(jié)構(gòu)包括一側(cè)壁，而且側(cè)壁包括至少一和外露表面間呈銳角的一第一蝕刻面和一第二蝕刻面。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實施例，公開了一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括一外延基底，包含有一主表面和一外露表面;及一外延結(jié)構(gòu)，設(shè)于外延基底的主表面上，至少包含有一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、一活性發(fā)光層和一第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，其中外延結(jié)構(gòu)具有一第一側(cè)壁，且第一側(cè)壁至少包含有一不同且彼此相鄰的第一蝕刻面及一第二蝕刻面，而且第一蝕刻面及第二蝕刻面和主表面的夾角都小于180°并且大于0°。
[0009]為了讓本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文描述優(yōu)選實施方式，并配合附圖，詳細說明如下。但優(yōu)選實施方式和附圖只供參考與說明，并不是用來對本發(fā)明加以限制。
【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
[0011]圖2到圖5是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法示意圖，其中:
[0012]圖2A至2D是圖案化外延基底的剖面示意圖；
[0013]圖3是外延工藝后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4是進行干蝕刻及切割工藝后的結(jié)構(gòu)示意圖；及
[0015]圖5是進行濕蝕刻工藝后的半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0016]圖6是習(xí)知半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的局部放大示意圖。
[0017]圖7是圖5中虛線圓圈處的半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的局部放大示意圖。
[0018]圖8是習(xí)知半導(dǎo)體發(fā)光二極管和本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的配光曲線圖。
[0019]圖9是習(xí)知半導(dǎo)體發(fā)光二極管和本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的光輸出功率對應(yīng)輸入電流的折線圖。
[0020]其中，附圖標記說明如下:
[0021]10半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)
[0022]100圖案化外延基底
[0023]10a凹凸結(jié)構(gòu)[0〇24]110 成核種子層
[0025]120外延最底層
[0026]130第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層
[0027]130a頂面
[0028]140活性發(fā)光層
[0029]150第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層
[0030]160第二電極[0031 ]170 第一電極
[0032]200外延結(jié)構(gòu)
[0033]310第一蝕刻面
[0034]320第二蝕刻面
[0035]330第一側(cè)壁
[0036]400發(fā)光平臺區(qū)
[0037]410蝕刻面
[0038]420第二側(cè)壁
[0039]A光線
[0040]α、αι第一夾角[0041 ] β第二夾角
[0042]θ、θι第三夾角
【具體實施方式】
[0043]圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)10。如圖1所示，半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)10包含一具有多個凹凸結(jié)構(gòu)10a的圖案化外延基底100和一設(shè)置于圖案化外延基底100主表面S’上的外延結(jié)構(gòu)200，外延結(jié)構(gòu)200至少包含有一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130、一活性發(fā)光層140以及一第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層150，其中第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130具有一頂面130a與一第一側(cè)壁330，而且第一側(cè)壁330包含至少一第一蝕刻面310以及一第二蝕刻面320，而第一蝕刻面310與沒有被發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)覆蓋的外露出的表面S間具有一第一夾角α，第二蝕刻面與沒有被發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)覆蓋的外露出的表面S間具有一第二夾角β，且第一蝕刻面310和第二蝕刻面320彼此相鄰;一設(shè)置于頂面130a上的第一電極170;和一設(shè)置于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層150上的第二電極160。此外，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130和圖案化外延基底100之間可以另外包括一成核層110及外延最底層120。
[0044]在下文中，會描述本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的具體實施方法，使得本技術(shù)領(lǐng)域中的一般技術(shù)人員可以實施本發(fā)明。這些具體實施方法可以參考相對應(yīng)的附圖，使得所述附圖構(gòu)成實施方法的一部分。雖然本發(fā)明的優(yōu)選實施例揭露如下，但不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不違背本發(fā)明的精神和范疇內(nèi)，可以作些許的更動和修改。
[0045]圖2到圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)10的制作方法示意圖。圖2是圖案化外延基底100的剖面示意圖。首先，提供一圖案化外延基底100，例如一圖案化藍寶石基底(patterned sapphire substrate，PSS)，圖案化外延基底100具有一主表面S ’，其王要晶面可以是C-平面(C_plane)、R_平面(R_plane)、A_平面(A_plane)或M-平面(M-plane)等，根據(jù)此優(yōu)選實施例，主表面S’的晶面是一C-平面。接著，利用機械拋光、等離子體蝕刻或濕蝕刻等類似的蝕刻方法，在主表面S’形成多個凹凸結(jié)構(gòu)100a，凹凸結(jié)構(gòu)10a可包含三角形底面的平臺結(jié)構(gòu)(tr iangu Iar frustum s true tur e )、卵形結(jié)構(gòu)(o va Istructure)、四面體結(jié)構(gòu)(tetrahedral structure)或多角形結(jié)構(gòu)(polygonal structure)等，其結(jié)構(gòu)分別對應(yīng)圖2的(A)到(D)，但不限于此。上述凹凸結(jié)構(gòu)10a除了可以增加半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)10的光提取效率(light extract1n eff iciency)，也可以提供后續(xù)外延結(jié)構(gòu)200成長所需的特定晶面，例如r-晶面(r-planes)，使得后續(xù)的外延結(jié)構(gòu)200能沿著凹凸結(jié)構(gòu)10a的特定晶面成長，因此形成所需的外延結(jié)構(gòu)200。
[0046]如圖3，接著，利用外延工藝，依序形成成核層(nucleat1nlayer)110、外延最底層(buffer layer)120、第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130、活性發(fā)光層140和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層150。成核層110是一薄層，其厚度約略為0.02微米(μπι)，但不限于此。成核層110及外延最底層120包含氮化鋁(AlN)、氮化鋁鎵(AlxGal-xN)等含鋁的半導(dǎo)體氮化物，較佳是氮化鋁(AlN)。根據(jù)此優(yōu)選實施例，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130是一N型半導(dǎo)體層，其成分包含N型摻質(zhì)(例如娃原子或鍺原子)的氮化招銦鎵(AlxInyGal-x-yN，0SxS I，0Sy<l，0Sx+yS I);而第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層150是一 P型半導(dǎo)體層，其成分包含P型摻質(zhì)(例如鎂原子)的氮化鋁銦鎵(AlxInyGal-x-yN,O SxS I，O Sy< I，0^x+y ^ I)。活性發(fā)光層140具有一多量子井結(jié)構(gòu)(multiple quantum well，MQW)，其組成包括氮化鎵/氮化銦鎵等多層結(jié)構(gòu)，由于多量子井結(jié)構(gòu)是根據(jù)習(xí)知技術(shù)制得，在此就不加多描述。上述的外延工藝可以包含有機金屬化學(xué)氣相沉積(metal organic chemical vapor deposit1n ,MOCVD)、分子束夕卜延(molecularbeam epitaxy，MBE)或氫化物氣相外延(hydride vapor phase epitaxy ,HVPE)等類似的外延工藝。為了簡潔，上述優(yōu)選實施例中只列示出必要的組成結(jié)構(gòu)，并不是對本發(fā)明加上其它的限制。舉例來說，上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層130和圖案化外延基底100之間還可以包含包覆層(cladding layer)、反射鏡面層或布拉格反射層(distributed Bragg r