[發明專利]半導體層生長方法及半導體發光元件制造方法

無效

• 申請號: 201010125298.0
• 申請日: 2008-05-19
• 公開（公告）號: CN101807522A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 大前曉;有持佑之;御友重吾;風田川統之;日野智公
• 申請（專利權）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L33/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 馬高平

本申請是申請日為2008年5月19日且題為“半導體層生長方法、半導 體發光元件及制造方法、電子器件”的第200810179947.8號發明專利申請的 分案申請。

技術領域

本發明涉及一種生長半導體層的方法、一種制造半導體發光元件的方法、 一種半導體發光元件以及一種電子器件。更具體地，本發明涉及III-V氮化 物化合物半導體發光二極管以及裝備有該發光二極管的各種裝置和設備。

背景技術

制造基于GaN半導體的發光二極管的現有方法通常是通過MOCVD工藝 (金屬有機化學氣相沉積)生長n型層、有源層和包括在藍寶石襯底的(0001) 面(或者C面)上的一層的GaN半導體層，，取向在C軸上。

不幸的是，當在藍寶石襯底的(0001)面(或C面)上生長時，在C軸 上取向的InGaN贗晶量子阱層存在以下缺點：在垂直于阱的面(或者C軸 方位)的方位上產生大的壓電場，從而在空間上，電子和空穴彼此分離并且 降低了電子和空穴再復合的可能性(其被認為是量子限制斯塔克效應)。結 果是降低了基于InGaN/GaN的發光二極管的內部量子效率，其接著導致外 部量子效率降低。這是妨礙發光輸出提高的一個原因。

抑制有源層中量子限制斯塔克效應的一種方式是在(1-102)面(或R- 面)的藍寶石襯底上生長(11-20)面(A-面)的GaN半導體層。不幸的是， (11-20)面的GaN半導體層具有很多螺旋位錯，其劣化了其晶體質量。

在日本專利特開No.Hei11-112029(以下稱作專利文獻1)已經提出了一 種用于抑制半導體發光元件中量子限制斯塔克效應的方法，該半導體發光元 件通過生長多個包括了贗晶量子阱層的GaN半導體層來制造。根據所提出 的方法，贗晶量子阱層在不同于最大壓電場的面方位生長。在GaN半導體 層具有纖鋅礦(wurtzeite)晶體結構的情況下，該面方位與[0001]方位傾 斜大于1°(例如，40°、90°或140°)。通過前述方法制造的半導體發光元件 于圖39中示出。其包括SiC或GaN襯底101、AlN緩沖層(未示出)、n型 GaN接觸層102、n型AlGaN覆蓋層103、GaInN/GaN或GaInN/GaInN多重 量子阱層104、p型AlGaN覆蓋層105和p型GaN接觸層106，其順序疊置 生長。接觸層102和覆蓋層103朝{0001}面方位生長。多重量子阱層104 生長在{2-1-14}面或{01-12}面上，該面已經通過選擇性生長或選擇性蝕 刻形成在覆蓋層103上。其上生長多重量子阱層104的104a和104b面與 {2-1-14}面或{01-12}面相一致。覆蓋層105和接觸層106隨著其生長而 變化晶體結構，其面方位從多重量子阱層104面方位轉換為{0001}面方位。 順帶地，參考標號107和108分別表示p側電極和n側電極。

如圖39中所示的現有半導體發光元件允許多重量子阱層104作為有源層 以降低壓電場；然而，其存在以下缺點：在實際中，通常不容易在良好控制 下生長具有傾斜面{2-1-14}面或{01-12}面的多重量子阱層104。因此， 在其高效生產方面出現困難。

針對前述問題完成本發明。由此，本發明的一個目的是提供一種用于在 襯底上生長半導體層的方法使得可按要求選擇面方位或生長面，或者根據需 要可制作半導體層以降低壓電場并改善晶體質量。

本發明的另一目的是提供一種容易制造的半導體發光元件以及其制造方 法。通過在生長半導體層以形成發光元件結構時采用上述方法生長半導體層 實現該目的。通過半導體層良好的晶體質量和有源層中降低的量子限定斯塔 克效應來鑒定獲得的半導體發光元件。

本發明另一目的是提供一種高性能電子器件，其裝配有如上提及的優良 的半導體發光元件。

發明內容

本發明的第一種模式涉及生長半導體層的方法，其包括在六方晶體結構 襯底的(1-100)面上生長具有(11-22)或(10-13)面方位的六方晶體結構 的半導體層。

根據本發明的第一種模式的方法典型地通過這樣的方式實施：半導體層 以(11-20)面、(0001)面以及(11-22)面面向外地生長，或者以(1-100) 面、(0001)面和(10-13)面面向外生長。