[發明專利]傾斜基底上的高質量非極性/半極性半導體器件及其制造方法

無效

• 申請號: 201080038305.1
• 申請日: 2010-08-27
• 公開（公告）號: CN102549778A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 南玉鉉;張鐘珍
• 申請（專利權）人: 首爾OPTO儀器股份有限公司;韓國產業技術大學校產學協力團
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 王占杰

技術領域

本發明涉及一種半導體光學器件及其制造方法，更具體地說，涉及一種高質量非極性/半極性半導體器件及其制造方法。在所述高質量非極性/半極性半導體器件中，非極性/半極性氮化物半導體晶體形成在能夠生長非極性/半極性氮化物半導體層的藍寶石晶面上，從而在氮化物半導體層中不會發生在極性氮化物半導體層中產生的壓電效應。另外，模板層形成在沿預定方向傾斜的藍寶石晶面的相應的軸外(off-axis)，以減小半導體器件的缺陷密度，并提高其內部量子效率和光提取效率。

背景技術

因為諸如GaN的III-V族氮化物半導體(還簡稱為“氮化物半導體”)具有優異的物理和化學性能，所以近來已經將它們視為用于諸如發光二極管(LED)、激光二極管(LD)和太陽能電池的半導體光學器件的必要材料。通常，III-V族氮化物半導體由經驗式為In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半導體材料組成。這樣的氮化物半導體光學器件應用為用于諸如移動電話鍵區、電子顯示板和照明器件的各種產品的光源。

具體地說，隨著使用LED或LD的數字產品已經發展起來，對具有更高亮度和更高可靠性的氮化物半導體光學器件的需求日益增加。例如，隨著移動電話趨于更加纖薄，作為移動電話的背光的側發光LED需要更亮和更薄。然而，如果使用C面(例如，(0001)面)作為藍寶石晶面在藍寶石基底上生長諸如極性GaN的氮化物半導體，則內部量子效率會由于極化場的形成所引起的壓電效應而降低。

因此，需要在藍寶石基底上形成非極性/半極性氮化物半導體。然而，適合于使用非極性/半極性GaN等形成模板層的藍寶石和形成在藍寶石上的非極性/半極性氮化物半導體模板層之間的晶格失配以及組成元件之間的熱膨脹系數的差異會引起諸如線缺陷和面缺陷的晶體缺陷。這樣的晶體缺陷對光學器件的可靠性(例如，抗靜電放電性(ESD))具有不利影響，并且還是光學器件內的電流泄漏的原因。因此，會降低光學器件的量子效率，從而導致光學器件的性能劣化。

已經做了各種努力來減少氮化物半導體層的晶體缺陷。這些努力之一是使用選擇性外延生長。然而，這些努力需要高成本和復雜的工藝，例如SiO₂掩模沉積。另外，可以通過在藍寶石基底上形成低溫緩沖層然后在低溫緩沖層上形成GaN來減少晶體缺陷。然而，這對于解決光學器件的晶體缺陷問題是不夠的。因此，需要解決由于晶體缺陷而使光學器件的亮度和可靠性劣化的問題。

發明內容

本發明的一方面涉及一種高質量非極性/半極性半導體器件及其制造方法。在所述高質量非極性/半極性半導體器件中，氮化物半導體晶體形成在能夠生長非極性/半極性氮化物半導體層的藍寶石晶面上，從而消除在極性GaN氮化物半導體中產生的壓電效應。另外，模板層形成在沿預定方向傾斜的藍寶石晶面的相應的軸外。因此，可以改進表面輪廓，并可以減少模板層的缺陷，從而提高了晶體質量。

根據本發明的實施例，提供了一種用于制造半導體器件的方法，在所述半導體器件中，模板層和半導體器件結構形成在具有用于生長非極性或半極性氮化物半導體層的晶面的藍寶石基底上，所述方法包括：準備所述藍寶石基底，所述藍寶石基底的所述晶面沿預定方向傾斜；以及在傾斜的所述藍寶石基底上形成包括氮化物半導體層和GaN層的模板層。

一種半導體器件可以通過所述制造方法制造。所述藍寶石基底的所述晶面可以包括A面、M面和R面。

所述藍寶石基底的所述晶面可以為A面、M面或R面，并可以沿A方向、M方向、R方向或C方向傾斜。

所述藍寶石基底的所述晶面可以相對于水平面在0度至10度的范圍內傾斜。

所述氮化物半導體層可以包括In_xAl_yGa_1-x-yN層(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)。

所述半導體器件可以包括發光二極管(LED)，所述發光二極管具有位于n型氮化物半導體層和p型氮化物半導體層之間的活性層。另外，所述半導體器件可以包括光學器件或者可以包括電子器件，所述光學器件包括發光二極管、激光二極管、光檢測器或太陽能電池，所述電子器件包括晶體管。

根據上面闡述的半導體器件及其制造方法，模板層形成在能夠生長非極性/半極性氮化物半導體層并沿預定方向傾斜的藍寶石晶面的相應的軸外，并且氮化物半導體光學器件形成在模板層上。因此，氮化物半導體層可以具有低的晶體缺陷密度，從而提高了半導體器件的可靠性和性能(例如，亮度)。

附圖說明