[发明专利]制造半导体基底材料的方法、半导体设备和电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造半导体基底材料的方法、半导体设备和电子装置。更具体地，本发明涉及：用于处理半导体基底材料的方法，所述半导体基底材料构成诸如发光元件之类的半导体设备，以将衬底的表面形状形成为凹凸形状，使得可以从发光元件有效地提取光；具有通过这种方法获得的半导体基底材料的半导体设备；以及配备有所述半导体设备的电子装置。

背景技术

半导体设备通常包括发光元件，例如发光二极管和半导体激光器。

图5(a)是概念性地示出了作为传统半导体设备示例的发光二极管的结构的图。

如图5(a)所示，诸如发光二极管(LED)220之类的传统半导体设备主要具有层叠结构，其中将n-型半导体层222、有源层223和p-型半导体层224按顺序层叠在衬底221上。将p-型电极和n-型电极(未示出)分别形成于p-型半导体层和n-型半导体层上。

对于这种结构的发光二极管，器件结构用于从层叠结构中的上面形成电极的表面(层叠结构的前表面)或者从没有生长半导体层的衬底表面(层叠结构的背面或侧面)获取在具有有源层的发光区域中产生的光，通过从p型半导体层224引入到有源层223的空穴和从n型半导体层222引入到有源层223的电子的复合执行光的产生。

在发光二极管中，通过在原子层面控制层叠结构，将衬底的平坦度处理到镜面的级别。因此，将衬底上的半导体层发光区和电极排列为彼此平行。另外，半导体层的折射率大于衬底或电极(透明电极)的折射率。因此，在p型半导体层224和衬底221的前表面之间形成了波导。即，通过在衬底和透明电极之间插入的具有高折射率的半导体层结构形成了波导，所述透明电极具有较小的折射率。将这种波导插入到p型半导体层和电极的界面以及衬底和电极的界面之间。

因此，当从有源层产生的光L按照大于或等于预定临界角度进入电极的表面或者衬底的表面时，所述光L将从电极和p型半导体层224的界面或者从衬底221的前表面反射。然后，光L将在半导体层的层叠结构中横向地传播，并且在被限制在波导中。另外，光L在沿横向方向的传播期间也将损耗。结果，不能获得所需的外量子效率(即用于获得在发光二极管内产生的光到外部的效率)。换句话说，按照大于临界角度的角度进入与衬底或电极的界面的光将通过重复的全反射传播通过波导，并且在反射期间将吸收所述光。由此，所产生的光的一部分将衰减，并且不能将这种光有效地带到外部，结果是减小的外量子效率。

为了应对这种问题。提出了一种方法，用于在衬底的前表面上形成凹凸部分以散射在发光区中产生的光，从而改进外量子效率(参见专利文件1)。

图6是用于描述在专利文件1中公开的半导体发光元件(GaN系统LED)的图。图6示出了包括具有非均匀前表面的衬底的半导体发光元件的截面图。

发光元件210包括蓝宝石衬底211作为绝缘衬底，通过在表面上形成多个凸起部分211a来使蓝宝石衬底的表面成为凹凸形状的。发光元件210具有通过层叠n型GaN层212、有源层213和p型GaN层214获得的层叠结构。在层叠结构中，将n型电极217形成于n型GaN层212的暴露表面上，并且将p型电极(透明电极)216形成于p型GaN层214上，其中p型接触层214插入到p型电极和p型GaN层之间。另外，除了相应导电类型的电极的连接部分之外，用保护膜218覆盖发光元件的整个表面，利用引线连接所述连接部分。

接下来，将描述制造方法。

首先，使用光掩模(曝光掩模)在蓝宝石衬底211的前表面上对抗蚀剂膜构图，以形成刻蚀掩模。通过使用刻蚀掩模的RID(反应离子刻蚀)选择性地刻蚀蓝宝石衬底211的表面以形成凹凸部分211b。在这一步骤时，通过使用光掩模对抗蚀剂膜的构图，在按照恒定间距移动上面放置了蓝宝石衬底211的晶片台的同时重复地执行抗蚀剂膜的曝光工艺，从而在抗蚀剂膜上形成了重复的图案，用于形成蓝宝石衬底的表面上的凹凸部分。

随后，使用溅射设备将AlN层(未示出)形成为蓝宝石衬底211上的缓冲层。允许使用MOCVD设备在AlN层上连续地生长n型GaN层212、有源层213和p型GaN层214。

另外，将p型电极216形成为p型GaN层214上的透明电极，其中在p型电极和p型GaN层之间插入了接触层215。按照允许暴露出n型GaN层212的表面的一部分的方式在n型GaN层212上的半导体层的选择性刻蚀之后，将n型电极217形成于n型GaN层212的已暴露表面上。