TWI463558B

Solid state lighting devices and associated methods of manufacturing

Abstract

Solid state lighting devices and associated methods of manufacturing are disclosed herein. In one embodiment, a solid state light device includes a light emitting diode with an N-type gallium nitride (GaN) material, a P-type GaN material spaced apart from the N-type GaN material, and an indium gallium nitride (InGaN) material directly between the N-type GaN material and the P-type GaN material. At least one of the N-type GaN, InGaN, and P-type GaN materials has a non-planar surface.

TWI463558B, drawing sheet 1
Sheet 1 of 14

Term

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18 claims: 4 independent, 14 dependent

  1. 1
    一種用於處理矽基板之方法,其包含:將一各向異性蝕刻劑施加至該矽基板之一表面,該矽基板在該表面處具有一Si(1,0,0)晶格定向;藉助該所施加之各向異性蝕刻劑在該矽基板之該表面上形成一凹入部,該凹入部係由具有一Si(1,1,1)晶格定向之至少一個平面界定;及在該凹入部之具有該Si(1,1,1)晶格定向之該至少一個平面上形成一發光二極體結構,形成該發光二極體結構包含沈積一N型氮化鎵(GaN)材料、氮化銦鎵(InGaN)材料及一P型GaN材料並在沈積期間聚結該N型GaN、InGaN及P型GaN材料中之至少一者,且其中該聚結減少該N型GaN、InGaN及P型GaN材料中至少一者之一差排密度。
  2. 2
    如請求項1之方法,其中該方法進一步包括:在該矽基板之該表面上沈積一遮罩材料;及圖案化該遮罩材料以形成至該矽基板之該表面的複數個開口;施加一各向異性蝕刻劑包括經由該等開口將含有四甲基氫氧化銨(TMAH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH 4 OH)及乙二胺鄰苯二酚(EDP)中之至少一者之一溶液施加至該矽基板之該表面;形成一凹入部包括形成個別地具有兩者皆自該表面朝向該矽基板延伸至一深度之一第一Si(1,1,1)平面及一第二Si(1,1,1)平面之複數個凹入 部,該第一Si(1,1,1)平面及該第二Si(1,1,1)平面形成一鋸齒形圖案;該方法進一步包括調整該各向異性蝕刻劑之一濃度、一蝕刻溫度及一蝕刻週期中之至少一者以達成大於約100微米之該深度之一值;且形成一發光二極體結構包括經由金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)在該第一Si(1,1,1)平面及在第二Si(1,1,1)平面上依序沈積一N型氮化鎵(GaN)材料、氮化銦鎵(InGaN)材料及一P型GaN材料,該N型GaN、InGaN及P型GaN材料具有大體順從於該第一Si(1,1,1)平面及在第二Si(1,1,1)平面之該鋸齒形圖案之表面。
  3. 3
    如請求項1之方法,其中該方法進一步包括:在該矽基板之該表面上沈積一遮罩材料;及圖案化該遮罩材料以形成至該矽基板之該表面的複數個開口;施加一各向異性蝕刻劑包括經由該等開口將含有四甲基氫氧化銨(TMAH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH 4 OH)及乙二胺鄰苯二酚(EDP)中之至少一者之一溶液施加至該矽基板之該表面;形成一凹入部包括形成個別地具有兩者皆自該表面朝向該矽基板延伸至一深度之一第一Si(1,1,1)平面及一第二Si(1,1,1)平面之複數個凹入部,該第一Si(1,1,1)平面及該第二Si(1,1,1)平面形成一鋸齒形圖案; 該方法進一步包括調整該各向異性蝕刻劑之一濃度、一蝕刻溫度及一蝕刻週期中之至少一者以達成小於約1微米之該深度之一值;且形成一發光二極體結構包括:經由有機金屬化學氣相沈積(MOCVD)在該第一Si(1,1,1)平面及該第二Si(1,1,1)平面上依序沈積一N型氮化鎵(GaN)材料、氮化銦鎵(InGaN)材料及一P型GaN材料;及在該MOCVD操作期間聚結該N型GaN、InGaN及P型GaN材料中之至少一者。
  4. 4
    如請求項1之方法,其中施加一各向異性蝕刻劑包括將含有四甲基氫氧化銨(TMAH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH 4 OH)及乙二胺鄰苯二酚(EDP)中之至少一者之一溶液施加至該矽基板之該表面;且形成一發光二極體結構包括在該第一Si(1,1,1)平面及該第二Si(1,1,1)平面上依序沈積一N型氮化鎵(GaN)材料、氮化銦鎵(InGaN)材料及一P型GaN材料。
  5. 5
    如請求項1之方法,其中形成一凹入部包括:形成具有一第一Si(1,1,1)平面、一第二Si(1,1,1)平面及在該第一Si(1,1,1)平面與該第二Si(1,1,1)平面之間延伸之一Si(1,0,0)平面之一凹入部。
  6. 6
    如請求項1之方法,其中形成一凹入部包括:形成具有一第一Si(1,1,1)平面及在一接合面處相交該第一Si(1,1,1) 平面之一第二Si(1,1,1)平面之一凹入部。
  7. 7
    如請求項1之方法,其中形成一發光二極體結構包括:在該凹入部之該至少一個平面上依序沈積一N型GaN材料、一InGaN材料及一P型GaN材料,該平面具有該Si(1,1,1)晶格定向。
  8. 8
    如請求項1之方法,其中:形成一凹入部包括形成自該表面朝向該矽基板延伸至一深度之一凹入部;且該方法進一步包括調整該各向異性蝕刻劑之一濃度、一蝕刻溫度及一蝕刻週期中之至少一者以達成該深度之一期望值。
  9. 9
    一種用於處理矽基板之方法,其包含:使矽基板之一表面與一各向異性蝕刻劑發生反應,該矽基板之至少一部分在該表面處具有一Si(1,0,0)晶格定向;比沿一Si(1,1,1)平面快地沿一Si(1,0,0)平面自該矽基板之該表面移除矽材料,藉此曝露該Si(1,1,1)平面;及經由磊晶生長在該經曝露之Si(1,1,1)平面上依序沈積一N型GaN材料、一InGaN材料及一P型GaN材料。
  10. 10
    如請求項9之方法,其中使矽基板之一表面與一各向異性蝕刻劑發生反應包括使該矽基板之該表面與該各向異性蝕刻劑發生如下反應: Si +4( OH - )→ Si ( OH ) 4 +4 e -
  11. 11
    如請求項9之方法,其中使矽基板之一表面與一各向異 性蝕刻劑發生反應包括:使該矽基板之該表面與四甲基氫氧化銨(TMAH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH 4 OH)及乙二胺鄰苯二酚(EDP)中之至少一者發生反應。
  12. 12
    如請求項9之方法,其中使矽基板之一表面與一各向異性蝕刻劑發生反應包括使該矽基板之該表面與該各向異性蝕刻劑發生如下反應: Si +4( OH - )→ Si ( OH ) 4 +4 e - ;且移除矽材料包括沿該Si(1,0,0)平面優先移除該矽材料而同時將該Si(1,1,1)平面用作一蝕刻停止層。
  13. 13
    如請求項9之方法,其中使矽基板之一表面與一各向異性蝕刻劑發生反應包括使該矽基板之該表面與該各向異性蝕刻劑發生如下反應: Si +4( OH - )→ Si ( OH ) 4 +4 e - 移除矽材料包括沿該Si(1,0,0)平面優先移除該矽材料,同時將該Si(1,1,1)平面用作一蝕刻停止層;且沈積一N型GaN材料、一InGaN材料及一P型GaN材料包括使該N型GaN、InGaN及P型GaN材料大體順從於該Si(1,1,1)平面。
  14. 14
    如請求項9之方法,其中使矽基板之一表面與一各向異性蝕刻劑發生反應包括使該矽基板之該表面與該各向異性蝕刻劑發生如下反應: Si +4( OH - )→ Si ( OH ) 4 +4 e - 移除矽材料包括沿該Si(1,0,0)平面優先移除該矽材料,同時將該Si(1,1,1)平面用作一蝕刻停止層;且沈積一N型GaN材料、一InGaN材料及一P型GaN材料包括在該經曝露之Si(1,1,1)平面上沈積該N型GaN、InGaN及P型GaN材料,該N型GaN、InGaN及P型GaN材料個別地形成一鋸齒形圖案。
  15. 15
    如請求項9之方法,其中使矽基板之一表面與一各向異性蝕刻劑發生反應包括使該矽基板之該表面與該各向異性蝕刻劑發生如下反應: Si +4( OH - )→ Si ( OH ) 4 +4 e - 移除矽材料包括沿該Si(1,0,0)平面優先移除該矽材料,同時將該Si(1,1,1)平面用作一蝕刻停止層;且沈積一N型GaN材料、一InGaN材料及一P型GaN材料包括使該N型GaN材料、該InGaN材料及一P型GaN材料中之至少一者聚結至該Si(1,1,1)平面。
  16. 16
    如請求項9之方法,其中使矽基板之一表面與一各向異性蝕刻劑發生反應包括使該矽基板之該表面與該各向異性蝕刻劑發生如下反應: Si +4( OH - )→ Si ( OH ) 4 +4 e - 移除矽材料包括沿該Si(1,0,0)平面優先移除該矽材料,同時將該Si(1,1,1)平面用作一蝕刻停止層;且 沈積一N型GaN材料、一InGaN材料及一P型GaN材料包括在該經曝露之Si(1,1,1)平面上沈積該N型GaN、InGaN及P型GaN材料,該N型GaN、InGaN及P型GaN材料中之至少一者具有一大體平面表面。
  17. 17
    一種發光二極體,其包含:一N型氮化鎵(GaN)材料;與該N型GaN材料間隔開之一P型GaN材料;及直接在該N型GaN材料與該P型GaN材料之間的氮化銦鎵(InGaN)材料;其中該N型GaN、InGaN及P型GaN材料中之至少一者有具有由在一接合面處接合在一起之一第一平面與一第二平面形成之複數個凹入部之一非平面表面,該第一平面及該第二平面形成約為72°之一角度。
  18. 18
    一種發光二極體,其包含:一N型氮化鎵(GaN)材料;與該N型GaN材料間隔開之一P型GaN材料;及直接在該N型GaN材料與該P型GaN材料之間的氮化銦鎵(InGaN)材料;其中該N型GaN、InGaN及P型GaN材料中之至少一者有具有由一第一平面、一第二平面及在該第一平面與該第二平面之間延伸之一第三平面形成之複數個凹入部之一非平面表面,該第一平面及該第二平面分別與該第三平面形成約為54°及126°之一角度。
Independent claims18