半导体发光装置的制造方法制造方法及图纸

一种制造半导体装置的方法包括：提供具有半导体层(210)的半导体晶片；在所述半导体层之上形成第一掩模层(220)；在所述第一掩模层之上形成第一金属层(225)；在所述第一金属层之上形成第二金属层(230)，所述第一金属层具有比所述第二金属层低的熔点；对所述第二金属层退火，以形成岛状物(231)；并且将所述岛状物用作掩模，蚀刻穿过所述第一掩模层和所述半导体层以形成柱的阵列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体装置以及制造半导体装置的方法。具体而言，本专利技术涉及制造具有纳米柱结构的半导体装置。所述装置可以用于例如形成发光二极管和固态激光。
技术介绍
我们更早的专利申请WO 2010/146390公开了形成包括纳米柱结构的LED结构的方法。为了使这种LED有效，期望纳米柱物具有尽可能均匀的圆形横截面。
技术实现思路
本专利技术提供了一种制造半导体装置的方法。该方法可以包括提供具有半导体层的半导体晶片。该方法可以包括在所述半导体层之上形成第一掩模层。该方法可以包括在所述第一掩模层之上形成第一金属的第一金属层。该方法可以包括在所述第一金属层之上形成第二金属的第二金属层。该方法可以包括对所述金属层退火或者加热，以形成岛状物。该方法可以包括将所述岛状物用作掩模，来蚀刻穿过所述第一掩模层和所述半导体层，以形成柱状物阵列。如果该结构用于制造LED，则半导体晶片可以具有多层半导体材料，至少一层是发光层。例如，晶片可以包括下层和上层，在其间具有至少一个发光层。在这种情况下，蚀刻步骤优选地包括蚀刻通过至少大部分上层。
可以包括蚀刻通过这个或这些发光层的至少一部分。可以包括蚀刻通过下层的至少一部分。第二金属层可以具有与第一金属层不同的材料。第一金属层可以具有比第二金属层更低的熔点。例如，第一掩模层可以是银或金，并且第二金属层可以是镍、铬、钛或钨。这个或这些半导体层可以由III族氮化物构成。例如，一个或多个半导体层可以由氮化镓、氮化铟镓或铝氮化镓构成。在半导体材料在纳米柱结构之上生长的情况下，该材料还可以是III族氮化物材料，例如，氮化镓、氮化铟镓或铝氮化镓。第一掩模层可以由二氧化硅和氮化硅中的至少一个构成。如果该结构用于生长高质量晶体结构，则该方法可以进一步包括在所述柱状物之间并且然后在所述柱状物的顶部之上生长半导体材料。该方法可以包括在生长所述半导体材料之前，去除所述岛状物。在所述半导体材料的生长期间，由一个掩模层构成的盖体可以留在每个柱状物的顶部。这可以是第一掩模层。可以在衬底上支撑所述半导体层。所述衬底可以包括蓝宝石、硅以及碳化硅中的至少一个。在柱状物上生长的半导体材料可以是与构成半导体层(并且因此，柱状物)的材料相同的材料，或者可以是不同的材料。该方法可以进一步包括去除支撑衬底。这可以包括去除柱状物的部分，例如，最低部分。本专利技术进一步提供一种包括柱状物阵列的半导体装置，每个柱状物包括由半导体材料构成的主柱(main column)，并且每个柱状物包括由在其顶部形成的掩模材料构成的盖体，并且半导体材料在柱状物之间并且在柱状物的顶部之上以及在盖体之上延伸，以形成连续层。这两个半导体材料可以相同，或者可以不同。柱状物阵列可以包括均具有小于1500nm并且优选地小于1000nm，并且更优选地小于800nm的直径或者具有平均直径的柱状物。柱状物还优选地具有至少200nm的直径或者平均直径。通常，直径具有不规则性，使得一些柱状物比其他柱状物更大，并且横截面并非圆形，并且其宽度沿着其长度不恒定。因此，可以测量柱状物的直径，作为在柱状物的顶部的最小直径(即，在柱状物最窄的方向测量)的平均值(在所有柱状物之上)。柱状物的高度优选地至少为500nm，更优选地至少为750nm。柱状物均可以具有基本上相同的高度。掩模材料可以是金属。附图说明该方法或装置可以进一步包括现在参考附图仅仅通过示例描述的本专利技术的优选实施方式的任何一个或多个步骤或特征的任何组合，其中：图1是根据本专利技术的实施方式的通过LED的示意性截面；图2a至图2e示出了在图1的LED中形成纳米棒阵列的步骤；图3a至图3c示出了根据本专利技术的进一步实施方式的使用图2e的纳米棒结构形成高质量晶体结构的进一步步骤；图4是已知的纳米棒阵列的图像；图5是在9个不同的测试期间形成的并且适合用于本专利技术的实施方式中的镍岛状物的一组SEM图像；图6是图5的运行4的大比例尺版本图像。具体实施方式参考图1，根据本专利技术的一个实施方式的发光二极管装置包括衬底10，在这种情况下，该衬底包括一层蓝宝石，半导体二极管系统12形成在其上。二极管系统12包括下层14和上层16，发射层18在下层和上层之间。下层14是由n掺杂的氮化镓(n-GaN)构成的n型层，并且上层16是由p掺杂的氮化镓(p-GaN)构成的p型层。在该实施方式中，发射层由形成InxGa1-xN量子阱(QW)层的InxGa1-xN以及形成阻挡层的InyGa1-yN构成(其中，x>y，并且x或y从0到1)。因此，这些在发射层18内提供多个量子阱。在另一个实施方式中，具有形成单个发射层的单个InzGa1-zN层(z从0到1)。在电流穿过半导体二极管系统12时，注入的电子和空穴在发射层18(有时称为有源层)内重新组合，以光子形式释放能量，从而发光。p型层16和n型层14均具有比发射层更大的带隙。在结构上，半导体二极管系统12包括连续基极层20，多个纳米柱状物22从该基极层突出。n型层14构成基极层以及纳米柱状物的下层24，p型层16构成纳米柱状物的上层26，并且发射层18构成纳米柱状物22的中间部分。因此，p型层16、发射层18以及部分n型层均是不连续的，并且基极层20关闭间隙30的底端。纳米柱状物22具有大约几百纳米的直径，即，在100nm与1000nm之间。在纳米柱状物22之间的不连续层中的间隙30可以装有各种材料，以增强装置的光度和/或修改发射的光的光谱内容。在这种情况下，间隙30装有波长转换材料32(可以是绝缘透明材料或半绝缘透明材料)和金属颗粒34的混合物31。因此，波长转换材料用作支撑材料，支撑间隙30内的金属颗粒34。该混合物31填充间隙30，并且从基极层20到纳米柱状物
22的顶部形成一层。在该实施方式中，要理解的是，间隙30实际上连接在一起，以形成包围所有纳米柱状物22的一个互连空间。如果纳米柱状物22形成为使得在相邻纳米柱状物22之间的最大距离是(即)200nm，则从任意一个金属颗粒34到一个纳米柱状物22表面的最大距离是100nm。在这种情况下，围绕发射层18的任意金属颗粒34处于允许表面等离子体耦合的位置。而且，金属颗粒34悬浮在波长转换材料32内并且随机分布在其内。因此，在这种情况下，大部分颗粒14定位成与一个纳米柱状物22的表面相距100nm以下(并且对于某些颗粒，有效地0nm)。在这种情况下，波长转换材料32是聚合物材料，但是可以是磷光体；此外，可以使用硫化镉，但是对于本领域的技术人员显然可以使用很多适当类型的波长转换材料32。金属颗粒34是银。金属颗粒34的尺寸从几nm到大约1μm，部分取决于柱状物的尺寸，并且在波长转换材料32中的颗粒浓度从0.0001％w/w到10％w/w。在其他实施方式中，例如，金属颗粒34可以是金、镍或铝。金属的选择基于波长或来自发射层18的光的频率；例如，对于蓝色LED优选银，但是对于紫外线LED优选铝。由于间隙30延伸穿过发射层18，所以间隙30的部分侧边由发射层材料构成，因此，发射层材料暴露于间隙30。混合物31定位成与间隙30的侧边直接相邻或接触，即，在混合物31与侧边之间的间隙30内没有放置任何绝缘层或其他材料。因此，悬浮在混合物31内的一些金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体装置的方法，包括：(i)提供具有半导体层的半导体晶片；(ii)在所述半导体层之上形成第一掩模层；(iii)在所述第一掩模层之上形成第一金属层；(iv)在所述第一金属层之上形成第二金属层，所述第一金属层具有比所述第二金属层低的熔点；(iv)对所述第二金属层退火，以形成岛状物；(v)使用所述岛状物作为掩模，蚀刻穿过所述第一掩模层和所述半导体层以形成柱状物阵列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.13 GB 1400518.51.一种制造半导体装置的方法，包括：(i)提供具有半导体层的半导体晶片；(ii)在所述半导体层之上形成第一掩模层；(iii)在所述第一掩模层之上形成第一金属层；(iv)在所述第一金属层之上形成第二金属层，所述第一金属层具有比所述第二金属层低的熔点；(iv)对所述第二金属层退火，以形成岛状物；(v)使用所述岛状物作为掩模，蚀刻穿过所述第一掩模层和所述半导体层以形成柱状物阵列。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述半导体层支撑在衬底上。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述衬底包括蓝宝石、硅以及碳化硅中的至少一个。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述半导体层由III族氮化物构成。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一掩模层由二氧化硅和氮化硅中的至少一种构成。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二金属层由镍、铬、钛以及钨中的至少一种构成。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一金属层由银和金中的至少一种构成。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述晶片包括发射层，据此，在蚀刻步骤之后，每个柱状物包括发...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，
申请(专利权)人：塞伦光子学有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB