专利名称：光半导体元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管等的光半导体元件及其制造方法。
背景技术：
由于近年来技术的进步，发光二极管等的光半导体元件已经具有高输出功率。相应地，在光半导体元件中产生的热量增加，从而存在发光效率降低及半导体膜劣化等问题。为了解决这些问题，采用如下结构去除了用于半导体膜晶体生长的蓝宝石衬底等的具有较低热导率的生长衬底，而采用具有较高热导率的衬底来支承半导体膜。此外，通过对去除蓝宝石衬底而露出的半导体膜的表面进行化学蚀刻来形成多个源自于半导体膜的晶体结构的突起，从而在光提取面中形成光提取结构。通过这种方式，可減少在光提取面处全反射的那一部分光，从而提高光提取效率。例如，通过对GaN基半导体膜的C面进行利用了碱溶液的湿蚀刻，可在C面中形成多个源自于纤锌矿型晶体结构的六面锥状的突起。该源自于晶体结构的突起被称为微锥。专利文献专利文献I :日本特开2007-067182号公报专利文献2 :日本特开2010-157551号公报专利文献3 :日本特表2007-521641号公报专利文献4 日本特开2009-238879号公报图I为采用传统エ艺在氮化镓表面形成的微锥的电子显微镜照片。当通过传统的化学蚀刻在半导体膜的表面形成多个微锥时，微锥的尺寸、间距和排列是不规则的，如图I所示。这是因为由于半导体膜的晶体缺陷、表面平坦性等的影响，半导体膜的表面中随机地存在有蚀刻速度不同的晶面。因此，如果形成了尺寸、间距和排列不均匀的微锥，则将出现下述问题。当在形成微锥的过程中微锥相互接触时，这些微锥会相互侵入而变形或停止生长，从而在微锥之间形成平底的间隙。在这种情况下，不易形成对光提取有利的面(斜面)，从而妨碍光提取效率的提闻。为了提高光提取效率，需要一定程度地増大微锥的平均尺寸，微锥的平均尺寸通常是通过蚀刻时间来调节的。然而，采用传统エ艺时，难以避免出现尺寸远大于平均尺寸的微锥，从而由于大尺寸的微锥，在半导体膜中出现通孔，导致成品率降低。因此，采用传统エ艺时，难以在保持成品率的同时最大程度地提高光提取效率。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而作出的，本发明的ー个目的是提供一种光半导体元件及其制造方法，其可在保持成品率的同时提闻光提取效率。根据本发明，提供了一种光半导体元件的制造方法，该光半导体元件包括半导体膜，该半导体膜具有六方晶系的晶体结构。该制造方法包括以下步骤在所述半导体膜的表面中形成多个凹部，该多个凹部沿所述半导体膜的晶轴等间隔地排列；以及对所述半导体膜的表面进行蚀刻，从而在所述半导体膜的表面中形成多个突起，该多个突起按照所述多个凹部的排列方式排列且源自于所述半导体膜的晶体结构。此外，根据本发明，提供了ー种包括半导体膜的光半导体元件，该半导体膜具有六方晶系的晶体结构。所述半导体膜在其表面具有源自于所述半导体膜的晶体结构的多个六面锥状的突起，且所述多个突起形成沿着所述半导体膜的晶轴的最密堆积结构。根据本发明的光半导体元件及其制造方法，可在保持成品率的同时提高光提取效率。
图I是采用传统エ艺形成的微锥的电子显微镜照片。图2A-2D是示出根据本发明一个实施方式的光半导体元件的制造方法的截面图。图3A-3D是示出根据本发明的该实施方式的光半导体元件的制造方法的截面图。图4A-4E是示出通过根据本发明实施方式I的制造方法形成的微锥的形成过程的平面图。图5是根据本发明实施方式的エ艺形成的微锥的电子显微镜照片。图6A-6D是示出根据本发明实施方式2的制造方法形成的微锥的形成过程的平面图。图7A和7B是示出根据本发明的一个实施方式的生长衬底的晶体生长面的平面图。图7C和7D是示出根据本发明的该实施方式的光半导体元件制造方法的截面图。
具体实施例方式以下參照
本发明的实施方式。附图中相同的附图标记用于指示实质上相同或等同的部分和部件。[实施方式I]图2A-2D和图3A-3D是示出根据实施方式I的光半导体元件的制造方法的截面图。(半导体膜的形成)C面蓝宝石衬底用作生长衬底10，该C面蓝宝石衬底上可生长具有纤锌矿型晶体结构的AlxInyGazN(Ol,0^y^ Ι,Ο^ζ^ I, x+y+z = I),该纤锌矿型晶体结构为六方晶系的ー种。通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法，在生长衬底10上依次晶体生长由AlxInyGazN制成的η型半导体层22、有源层24和ρ型半导体层26，以获得半导体膜20。η型半导体层22包括由GaN制成的缓冲层，基础GaN层和η型GaN层。将该生长衬底10置于MOCVD装置中，在氢气氛中，在约1000°C的衬底温度下，进行热处理10分钟(热清洁)。接着在500°C的生长温度下，供给TMG (三甲基镓)(流量10.4μπιΟ1/π η)及NH3(流量3. 3LM) 3分钟，从而形成由GaN构成的低温缓冲层(未示出)。随后把衬底温度升高至1000°C，并保持约30秒以晶化该低温缓冲层。接着使生长温度保持在1000°C，供给TMG (流量45 μ mol/min)及NH3 (流量4. 4LM)约20分钟，从而形成约I μ m厚的基础GaN层(未示出)。接着把生长温度保持在1000°c，供给TMG (流量45 μ mol/min)、NH3 (流量4. 4LM)及SiH4 (流量2. 7 X 10_9 μ mol/min)约120分钟，从而形成约7 μ m厚的η型GaN层。通过上述エ艺，在生长衬底10上形 成η型半导体层22。随后，在η型半导体层22上形成具有多量子阱结构的有源层24，在该多量子肼结构中，五对InGaN阱层和GaN势垒层相互层叠。在约700°C的生长温度下，供给TMG(流量3. 6 μ mol/min)、TMI (三甲基铟)(流量10 μ mol/min)及 NH3 (流量4. 4LM)约 33 秒，从而形成约2. 2nm厚的InGaN阱层。随后，供给TMG (流量3· 6 μ mol/min)、及NH3 (流量4. 4LM)约320秒，从而形成约15nm厚的GaN势垒层。重复上述过程5个周期，形成有源层24。通过依次晶体生长例如ρ型AlGaN包覆层和掺镁P型GaN层而形成ρ型半导体层26。在约870°C的生长温度下，供给TMG (流量8· I μ mol/min)、TMA(三甲基铝)(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 分钟，从而在有源层24上形成约40nm厚的ρ型AlGaN包覆层。随后保持该生长温度，供给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 分钟，从而在 ρ 型AlGaN包覆层上形成约150nm厚的ρ型GaN层。通过上述エ艺，在有源层24上形成ρ型半导体层26 (图2Α)。(元件分割槽的形成)从ρ型半导体层26的表面侧对半导体膜20进行蚀刻以形成沿预定元件分割线的元件分割槽20a。具体地，在ρ型半导体层26的表面形成具有沿元件分割线延伸的开ロ的抗蚀剂掩模(未示出)。然后将晶片置入反应离子蚀刻(RIE)设备，通过使用了 Cl2等离子体的干蚀刻，隔着抗蚀剂掩模对半导体膜20进行蚀刻，在半导体膜20中形成元件分割槽20a (图 2B)。(保护膜及ρ电极的形成)形成由绝缘体制成的保护膜28，以覆盖由于形成元件分割槽20a而露出的半导体膜20的侧面。具体地，形成抗蚀剂掩模(未示出)，该抗蚀剂掩模在由于形成元件分割槽20a而露出的半导体膜20的侧面之上具有开ロ。随后，通过溅射法等在半导体膜20上形成SiO2膜以构成保护膜28。接着，使用抗蚀剂去除剂去除抗蚀剂掩模，以剥离SiO2膜的多余部分，从而对保护膜28进行构图。注意，为了避免在保护膜28中出现裂纹或剥落，最好保护膜28不要延伸至生长衬底10。此外，保护膜28可由Si3N4等其它绝缘体形成。随后，在P型半导体层26的表面形成ρ电极30。具体地，形成在P型半导体层26的ρ电极形成区域上具有开ロ的抗蚀剂掩模(未示出)。接着通过电子束沉积法等，在P型半导体层26上依次沉积作为电极材料的Pt (Inm厚)、Ag(150nm厚)、Ti (IOOnm厚)、Pt (IOOnm厚)及Au(200nm厚)。随后去除抗蚀剂掩模以剥离电极材料的多余部分,从而在P型半导体层26上形成ρ电极30。该ρ电极30也作为光反射层，其反射从有源层24射向光提取面的光。虽然在本实施方式中在形成保护膜28之后形成ρ电极30，但也可在形成ρ电极30之后形成保护膜28。在此情况下，根据需要使用抗蚀剂掩模(图2C)。(支承衬底的形成)准备具有可支承半导体膜20的机械强度的导电支承衬底50。可使用通过杂质注入而导电的娃衬底作为支承衬底50。通过派射法在支承衬底50的表面形成约Iym厚的由AuSn制成的共晶键合层(未示出)。随后使用晶片键合装置，将生长衬底10侧的ρ电极30与支承衬底50侧的键合层贴紧并加热加压，从而使支承衬底50键合至半导体膜20 (图2D)。 (去除生长衬底)通过激光剥离(LLO)法将生长衬底10与半导体膜20分开。可利用准分子激光器作为激光源。从生长衬底10的背面照射的激光到达半导体膜20，将邻近半导体膜20与生长衬底10的界面的GaN分解成金属Ga和氮气。这样，在生长衬底10与半导体膜20之间形成间隙，从而生长衬底10与半导体膜20分离。通过生长衬底10的分离，η型半导体层22露出。η型半导体层22的露出面为GaN半导体晶体的C面，可以通过利用了碱溶液的湿蚀刻形成源自于GaN晶体结构的六面锥状的微锥(图3Α)。(光提取结构的形成)对通过去除生长衬底10而露出的η型半导体层22的表面进行使用了碱溶液的湿蚀刻，在η型半导体层22的表面形成多个微锥22a。这样，在η型半导体层22的表面形成了光提取结构(图3Β)。图4Α-4Ε示出了作为光提取面的η型半导体层22的表面，是示出制造エ艺中的微锥22a的形成过程的平面图。在通过去除生长衬底10而露出的η型半导体层22的露出面(C面)中形成沿半导体膜20的晶轴等间隔排列的多个凹部60(图4Α)。各个凹部60作为随后湿蚀刻中的蚀刻控制点，多个微锥22a按照凹部60的排列形式规则地排列。为了使各个凹部60有效地作为蚀刻控制点，优选地，凹部60的直径大于或等于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。各个凹部60的形状可为例如棱柱形、金字塔形、圆柱形、圆锥形(白状)或半球形。在各晶面露出于凹部60的内壁的情况下，凹部60的形状优选为圆柱形，圆锥形(白状)或半球形。凹部60的排列方式如下。即，如图4A所示，与任一凹部相邻的其它凹部分别位于正六边形的顶点处，且凹部60等间隔地排列为该正六边形的两个相对的边平行于半导体膜20的晶轴的[1-100]方向。换句话说，凹部60沿着半导体膜20的晶轴的[1-100]方向等间隔地排列，也沿着[10-10]方向等间隔地排列。注意，可基于被称为主定位边(orientation flat)的切面(cut)(其通常形成在生长衬底10中，表明晶体取向)来识别半导体膜20的晶轴的方向。微锥22a是底面为大致正六边形的六面锥状，连接形成底面的正六边形的两个相对边的垂线的长度与凹部60的排列间隔(节距)一致。因此，凹部60的排列间隔(节距)应根据待形成的微锥的尺寸来设定。凹部60的间隔(节距)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的间隔(节距)大于从有源层24发出的光的波长，则可形成具有利于光提取的尺寸的微锥。另外，微锥具有相对于C面约成62°角的斜面，且凹部60的间隔与所形成的微锥的高度基本一致。相应的，凹部60的间隔被设定为小于η型半导体层22的厚度，从而不会形成到达有源层的通孔。可通过例如光刻法和干蚀刻来形成多个凹部60。即，在η型半导体层22的表面上形成在凹部形成区域上具有开ロ的抗蚀剂掩模之后，通过反应离子蚀刻隔着抗蚀剂掩模对η型半导体层2进行蚀刻以形成凹部60。在形成凹部60之后，将晶片浸入碱溶液，如TMAH(四甲基氢氧化铵溶液)中，对η型半导体层22的作为C面的表面进行湿蚀刻。如上所述，在该湿蚀刻处理中，各个凹部60作为蚀刻控制点。即，在各个凹部60的内壁露出各种晶面。因此，与在η型半导体层22的主面露出的C面相比，凹部60中的蚀刻速度更低。因此，优先从具有较高蚀刻速度的C面开始进行蚀刻，且在露出预定晶面的同时进行蚀刻。这样，在η型半导体层22的表面中开始形成以各个凹部60的形成点作为顶点的多个六面锥状的微锥22a 。即，微锥22a被形成为按照凹部60的排列方式而排列。由于该特性，所有微锥22a被形成为具有这样的取向其正六边形的底面的两个相对边平行于半导体膜20的晶轴的[1-100]方向(图4B)。通过使凹部60成为圆柱形、圆锥形(臼状)或半球形，凹部60及其相邻区域的蚀刻速度的差异变得显著，从而可加强凹部60作为蚀刻控制点的作用。随着蚀刻的进行，以各个凹部60的形成点作为顶点而生成的多个微锥22a分别以大致相同的速度生长。由于微锥22a按照凹部60的排列方式等间隔排列，对微锥来说，相邻微锥相互接触的时机基本相同(图4C)。环绕微锥22a之间形成的三角形间隙62的三个面为相互等同的晶面，因此，蚀刻在晶面之间不会相互竞争的情况下进行。即，微锥之间不会互相侵入以致变形，间隙62也不会作为平面保留下来(图4D)。当蚀刻继续进行时，具有大致相同尺寸的多个微锥22a形成最密堆积结构，完全覆盖η型半导体层22的整个表面。即，微锥22a形成为几乎没有间隙，也几乎没有保留为平面的部分。另外，因为微锥不互相侵入，所以微锥的形状还是六面锥状，且保持该形状直到蚀刻处理结束(图4E)。此时，微锥22a的底面的正六边形具有平行于[11-20]方向的两个边。此处，该最密堆积结构是指如下结构具有正六边形底面的多个微锥如图4E所示在面上无间隙地排列，即所谓的蜂窝状结构。(η电极的形成)在η型半导体层22的形成有微锥的表面上形成η电极70。具体地，在η型半导体层22的表面上形成在η电极形成区域之上具有开ロ的抗蚀剂掩模(未示出)。接着，通过电子束蒸发法等，在η型半导体层22的表面上依次沉积作为电极材料的Ti和Al。随后，去除抗蚀剂掩模以剥离电极材料的多余部分，从而将该材料构图成η电极70。随后，在500°C下对其施行热处理20秒，以使η电极70合金化。这样，改善了 η电极70与η型半导体层22之间的欧姆特性(图3C)。(元件分离)切断晶片，将其分割为光半导体元件的芯片。采用激光划线、切割等方式沿着元件分割槽20a切断其底部露出的支承衬底50，将光半导体元件分割为芯片。通过上述エ艺步骤，完成了光半导体元件(图3D)。图5为通过本实施方式的上述エ艺在η型半导体层22的表面中形成的微锥的电子显微镜照片。可以看出，多个微锥基本尺寸均一，且形成最密堆积结构。也就是说，多个微锥被形成为几乎没有间隙，也几乎没有保留为平面的部分，另外可以看出，几乎所有的微锥的形状保持为利于光提取的六面锥状。由上面的说明可见，形成在η型半导体层22的表面中的多个凹部60作为蚀刻控制点。也就是说，因为和C面相比蚀刻速度更低的晶面露出在凹部60的内壁，蚀刻以凹部60的形成点分别成为多个微锥的顶点的方式进行。因此，多个微锥22a的排列与凹部60的排列方式对应。由于该特性，微锥22a形成为具有这样的取向其正六边形的底面的两个相对边平行于半导体膜20的晶轴的[1-100]方向。鉴于这一事实，与任一凹部相邻的其它凹部分别位于正六边形的 顶点，且凹部等间隔排列，从而正六边形的两个相对边平行于半导体膜20的晶轴的[1-100]方向，从而各个微锥以基本相同的速度生长，在大致相同的时机与相邻的微锥接触。因此，可形成沿着半导体膜20的晶轴、尺寸、形状和间隔基本一致且形成最密堆积结构的多个微锥。即，多个微锥形成为无间隙，保持其六面锥状且光提取面中不残留平面。因此，可以在光提取面中形成理想的光提取结构，从而最大程度地提高光半导体元件的光提取效率。另外，由于微锥以基本相同的速度生长，可以防止出现某个微锥的尺寸显著大于平均尺寸的情況。因此，可避免在形成微锥的湿蚀刻中在半导体膜20中形成通孔，因而相对于传统エ艺，可提高成品率。[实施方式2]对根据本发明实施方式2的光半导体元件制造方法说明如下。本实施方式的制造方法与上述实施方式I的制造方法的不同在于形成光提取结构的エ艺。更具体地，用于限定微锥的尺寸和排列的多个凹部60的排列方式与实施方式I不同。除形成光提取结构的エ艺之外的其它エ艺与实施方式I相同，因此省略说明。对通过去除生长衬底10而露出的η型半导体层22的表面进行使用了碱溶液的湿蚀刻，以在η型半导体层22的表面中形成多个微锥。这样，在η型半导体层22的表面形成了光提取结构。图6A-6D示出了作为光提取面的η型半导体层22的表面，是示出制造过程中微锥22a的形成过程的平面图。在通过去除生长衬底10而露出的η型半导体层22的露出面(C面)中形成沿半导体膜20的晶轴等间隔排列的多个凹部60(图6Α)。各个凹部60作为随后湿蚀刻中的蚀刻控制点，且这多个微锥22a按照凹部60的排列方式规则地排列。凹部60的优选尺寸和形状与上述实施方式I相同。凹部60的排列方式如下。即，如图6A所示，与任一凹部相邻的其它凹部分别位于正六边形的顶点处，凹部60等间隔排列，从而正六边形的两个相对边平行于半导体膜20的晶轴的[11-20]方向。换句话说，凹部60沿着半导体膜20的晶轴的[11-20]方向等间隔排列，也沿着[2-1-10]方向等间隔排列。该排列方式对应于将实施方式I中凹部60的排列旋转90°而获得的排列方式。微锥22a的形状是具有大致正六边形底面的六面锥状，连接形成底面的正六边形的两个相对边的垂线的长度与凹部60的排列间隔(节距)一致。因此，凹部60的排列间隔(节距)应根据待形成的微锥的尺寸来设定。凹部60之间的排列间隔(节距)可为例如大于或等于Ι.Ομπι且小于或等于5.5μπι。如果凹部60的排列间隔(节距)大于从有源层24发出的光的波长，则可形成具有利于光提取的尺寸的微锥。而且，微锥具有相对于C面约成62°角的斜面，且凹部60的间隔与所形成的微锥的高度基本一致。相应的，凹部60的间隔被设定为小于η型半导体层22的厚度，从而不会形成到达有源层的通孔。多个凹部60可通过例如光刻法和干蚀刻来形成。也就是说，在η型半导体层22的表面上形成在凹部形成区域之上具有开ロ的抗蚀剂掩模之后，通过反应离子蚀刻隔着抗蚀剂掩模对η型半导体层2进行蚀刻，以形成凹部60。在形成凹部60之后，将晶片浸入碱溶液，如TMAH(四甲基氢氧化铵溶液)中，以对η型半导体层的作为C面的表面进行湿蚀刻。在该湿蚀刻处理中，各个 凹部60作为蚀刻控制点。即，各种晶面露出于各凹部60的内壁。因此，相比于在η型半导体层22的主面处露出的C面，各凹部60中的蚀刻速度更低。因此，优先从蚀刻速度较高的C面开始蚀刻，且在露出预定晶面的同时进行蚀刻。这样，在η型半导体层22的表面中开始形成以各凹部60的形成点作为顶点的多个六面锥状的微锥22a。即，微锥22a被形成为按照凹部60的排列方式而排列。由于该特性，所有微锥22a被形成为具有这样的取向正六边形底面的两个相对的边平行于半导体膜20的晶轴的[1-100]方向(图6B)。通过使凹部60成为圆柱形、圆锥形(臼状)或半球形，凹部60与其相邻区域的蚀刻速度的差异变得明显，可加强凹部60作为蚀刻控制点的作用。随着蚀刻的进行，以各个凹部60的形成点作为顶点而生成的多个微锥22a分别以大致相同的速度生长(图6C)。由于微锥22a按照凹部60的排列方式等间隔排列，对微锥来说，相邻微锥相互接触的时机基本相同。而且，具有大致相同尺寸的多个微锥22a形成最密堆积结构，完全覆盖η型半导体层22的整个表面。即，微锥22a形成为几乎没有间隙，也几乎不残留平面部分。另外因为微锥不互相侵入，六面锥状一直保持到蚀刻处理结束(图6D)。在根据本实施方式的制造方法中，在相邻微锥相互接触的时刻，完成最密堆积结构。此时，微锥22a的底面的正六边形具有平行于[1-100]方向的两个边。如此，根据本实施方式的光半导体元件制造方法，可以在半导体膜20的C面中形成尺寸、形状和间隔基本一致且沿着半导体膜20的晶轴而形成最密堆积结构的多个微锥。因此，可在半导体膜20的光提取面中形成理想的光提取结构，从而可最大程度地提高光半导体元件的光提取效率。另外，由于微锥以基本相同的速度生长，可以防止出现某个微锥的尺寸显著大于平均尺寸的情況。因此，可避免在形成微锥的湿蚀刻中在半导体膜20中形成通孔，因而，相对于传统エ艺可提高成品率。[实施方式3]參照图7A-7D对根据本发明实施方式3的光半导体元件制造方法说明如下。在上述实施方式中，通过光刻和干蚀刻在通过去除生长衬底10而露出的η型半导体层22的表面(C面)形成具有预定排列方式的多个凹部60。本实施方式与上述实施方式的不同在于形成多个凹部60的エ艺。准备在晶体生长面上具有多个突起11的生长衬底10a，该多个突起11形成与上述实施方式I和2中所示的凹部60的排列方式对应的排列。图7A和7B为示出根据本实施方式的生长衬底IOa的晶体生长面的平面图。与任一突起相邻的其它突起分别位于正六边形的顶点处，多个突起11等间隔排列，从而正六边形的两个相对边平行于稍后形成的半导体膜20的晶轴的[1-100]方向(图7A)或[11-20]方向(图7B)。即，多个突起11沿着稍后形成的半导体膜20的晶轴的[1-100]方向等间隔排列，也沿着[10-10]方向等间隔排列(图7A)。或者多个突起11沿着半导体膜20的晶轴的[11-20]方向等间隔排列，也沿着[2-1-10]方向等间隔排列(图7B)。生长衬底IOa例如是C面蓝宝石衬底，且可通过例如光刻法和干蚀刻形成有多个突起11。突起11的形状可为例如棱柱形、金字塔形、圆柱形、圆锥形或半球形。从而在生长衬底IOa的晶体生长面上提供了可描述为上述实施方式所示的凹部60的反转形状的多个突起11。随后，在生长衬底IOa的通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法形成有多个突起11的晶体生长面上依次晶体生长由AlxInyGazN制成的η型半导体层22、有源层24和ρ型半导体层26，以获得半导体膜20 (图7C)。
随后，如上述实施方式I那样，进行元件分割槽的形成过程、保护膜和P电极的形成エ序、支承衬底的键合エ序和生长衬底的去除エ序。在通过去除生长衬底IOa而露出的η型半导体层22的表面中形成分别与生长衬底IOa的晶体生长面上设置的多个突起11对应的多个凹部60。也就是说，多个凹部60排列成与多个突起11的排列方式对应。凹部60的排列方式与上述实施方式I和2中的相同(图7D)。随后，当进行采用碱溶液的湿蚀刻吋，凹部60作为蚀刻控制点，从而在η型半导体层22的表面中形成尺寸、形状和间隔基本一致且形成最密堆积结构的微锥。在去除生长衬底IOa之后，对半导体膜20的η型半导体层22侧进行研磨以调节凹部60的直径或深度。虽然在上述实施方式的说明中以半导体膜20由GaN基半导体制成作为例子，但可采用其它的具有六方晶系的晶体结构的半导体，如ZnO基半导体。本申请基于日本专利申请No. 2011-048786，在此以引用的方式并入其全部内容。
权利要求
1.ー种包括半导体膜的光半导体元件的制造方法，该半导体膜具有六方晶系的晶体结构，所述制造方法包括 在所述半导体膜的表面中形成多个凹部的步骤，该多个凹部沿所述半导体膜的晶轴等间隔地排列；以及 对所述半导体膜的表面进行蚀刻处理，从而在所述半导体膜的表面中形成多个突起的步骤，该多个突起按照所述多个凹部的排列方式排列且源自于所述半导体膜的晶体结构。
2.根据权利要求I所述的制造方法，其中，与任一凹部相邻的其它凹部分别位于正六边形的顶点处，所述多个凹部被配置成所述正六边形的两个相对的边平行于所述半导体膜的晶轴的[1-100]方向或[11-20]方向。
3.根据权利要求I所述的制造方法，其中，所述多个突起各具有六面锥形状，且形成为构成最密堆积结构。
4.根据权利要求I所述的制造方法，其中，所述半导体膜的所述表面是C面，且在所述多个凹部各自的内壁露出多个晶面。
5.根据权利要求I所述的制造方法，其中，所述多个凹部中的相邻凹部之间的距离大于从所述半导体膜发出的光的波长。
6.根据权利要求I所述的制造方法，其中，所述蚀刻处理是利用了碱溶液的湿蚀刻。
7.根据权利要求I所述的制造方法，该制造方法还包括以下步骤 在生长衬底上对所述半导体膜进行晶体生长； 在所述半导体膜上形成支承衬底；以及 去除所述生长衬底， 其中所述多个凹部是隔着掩模对所述半导体膜的由于去除所述生长衬底而露出的露出面进行蚀刻而形成的。
8.根据权利要求I所述的制造方法，该制造方法还包括以下步骤 在生长衬底上对所述半导体膜进行晶体生长； 在所述半导体膜上形成支承衬底；以及 去除所述生长衬底， 其中所述生长衬底在其晶体生长面上具有多个突起，该多个突起分别对应于所述多个凹部，且所述多个凹部是通过在所述生长衬底的所述晶体生长面上对所述半导体膜进行晶体生长而形成的。
9.ー种包括半导体膜的光半导体元件，该半导体膜具有六方晶系的晶体结构，其中，所述半导体膜在其表面中具有源自于所述半导体膜的的晶体结构的多个六面锥状的突起，且所述多个突起被形成为构成沿着所述半导体膜的晶轴的最密堆积结构。
10.根据权利要求9所述的光半导体元件，其中，所述半导体膜由GaN基半导体形成。
11.根据权利要求9所述的光半导体元件，其中，所述多个六面锥状的突起均大于从所述半导体膜发出的光的波长。
全文摘要
光半导体元件及其制造方法，可在保持成品率的同时提高光提取效率。该制造方法包括在半导体膜的表面中形成多个凹部，该多个凹部沿着该半导体膜的晶轴等间隔地设置；对所述半导体膜的表面进行蚀刻，从而在所述半导体膜的表面中形成多个突起，该多个突起按照所述多个凹部的排列方式排列且源自于所述半导体膜的晶体结构。
文档编号H01L33/16GK102683513SQ201210057179
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月6日 优先权日2011年3月7日
发明者斋藤龙舞 申请人:斯坦雷电气株式会社