本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種具有降低的缺陷密度以及提高的內(nèi)部量子效率和光提取效率的高質(zhì)量非極性/半極性半導(dǎo)體器件及其制造方法。所述制造方法是用于制造半導(dǎo)體器件的方法，在所述半導(dǎo)體器件中，模板層和半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)形成在具有用于生長非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層的晶面的藍(lán)寶石基底上。蝕刻所述藍(lán)寶石基底，以形成不平坦圖案，并且在其中形成有所述不平坦圖案的所述藍(lán)寶石基底上形成包括氮化物半導(dǎo)體層和GaN層的模板層。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，更具體地說，涉及一種高質(zhì)量非極性/ 半極性半導(dǎo)體器件及其制造方法。在所述高質(zhì)量非極性/半極性半導(dǎo)體器件中，非極性/半極性氮化物半導(dǎo)體晶體形成在能夠生長非極性/半極性氮化物半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石晶面上， 從而在氮化物半導(dǎo)體層中不會發(fā)生在極性氮化物半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的壓電效應(yīng)。另外，模板層形成在以不平坦的圖案蝕刻的藍(lán)寶石晶面上，以減小半導(dǎo)體器件的缺陷密度，并提高其內(nèi)部量子效率和光提取效率。
技術(shù)介紹
因?yàn)橹T如GaN的III-V族氮化物半導(dǎo)體(還簡稱為“氮化物半導(dǎo)體”)具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，所以近來已經(jīng)將它們視為用于諸如發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD) 和太陽能電池的半導(dǎo)體光學(xué)器件的必要材料。通常，III-V族氮化物半導(dǎo)體由經(jīng)驗(yàn)式為 InxAlyGa1^yN(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的半導(dǎo)體材料組成。這樣的氮化物半導(dǎo)體光學(xué)器件應(yīng)用為用于諸如移動電話鍵區(qū)、電子顯示板和照明器件的各種產(chǎn)品的光源。具體地說，隨著使用LED或LD的數(shù)字產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展起來，對具有更高亮度和更高可靠性的氮化物半導(dǎo)體光學(xué)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(cè)發(fā)光LED需要更亮和更薄。然而，如果使用C面(例如，(0001)面)作為藍(lán)寶石晶面在藍(lán)寶石基底上生長諸如極性GaN的氮化物半導(dǎo)體，則內(nèi)部量子效率會由于極化場的形成所引起的壓電效應(yīng)而降低。因此，需要在藍(lán)寶石基底上形成非極性/半極性氮化物半導(dǎo)體。然而，適合于使用非極性/半極性GaN等形成模板層的藍(lán)寶石和形成在藍(lán)寶石上的非極性/半極性氮化物半導(dǎo)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(shù)的差異會引起諸如線缺陷和點(diǎn)缺陷的晶體缺陷。這樣的晶體缺陷對光學(xué)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(xué)器件內(nèi)電流泄漏的原因。因此，會降低光學(xué)器件的量子效率，從而導(dǎo)致光學(xué)器件的性能劣化。已經(jīng)做了各種努力來減少氮化物半導(dǎo)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(fù)雜的工藝，例如SiO2掩模沉積。另外，可以通過在藍(lán)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(xué)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(xué)器件的亮度和可靠性劣化的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的一方面涉及一種高質(zhì)量非極性/半極性半導(dǎo)體器件及其制造方法。在所述高質(zhì)量非極性/半極性半導(dǎo)體器件中，氮化物半導(dǎo)體晶體形成在能夠生長非極性/半極性氮化物半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石晶面上，從而消除在極性GaN氮化物半導(dǎo)體中產(chǎn)生的壓電效應(yīng)。另外，模板層形成在以不平坦圖案蝕刻的藍(lán)寶石晶面上。因此，可以減少模板層的缺陷， 從而提高了晶體質(zhì)量。可以擴(kuò)展光逸出角的范圍，從而提高了光提取效率。根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例，提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，在所述半導(dǎo)體器件中，模板層和半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)形成在具有用于生長非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層的晶面的藍(lán)寶石基底上，所述方法包括蝕刻所述藍(lán)寶石基底，以形成不平坦圖案；以及在其中形成有所述不平坦圖案的所述藍(lán)寶石基底上形成包括氮化物半導(dǎo)體層和GaN層的模板層。在通過上述方法制造的所述半導(dǎo)體器件中，所述藍(lán)寶石基底的所述晶面可以包括 A面、M面禾口 R面。所述不平坦圖案可以具有圓形形狀、半圓形狀、多條紋形狀或者包括三角形形狀和矩形形狀的多邊形形狀。可以通過各向異性蝕刻工藝或各向同性蝕刻工藝形成所述不平坦圖案。所述不平坦圖案的陣列可以以10納米至100微米的每個間隔形成為具有10納米至100微米的寬度和10納米至100微米的高度。所述氮化物半導(dǎo)體層可以包括h/lyGiinN層(0彡χ彡1，0彡y彡1， 0 彡 x+y 彡 1)。所述半導(dǎo)體器件包括發(fā)光二極管(LED)，所述發(fā)光二極管包括位于η型氮化物半導(dǎo)體層和P型氮化物半導(dǎo)體層之間的活性層。所述半導(dǎo)體器件可以包括光學(xué)器件或者可以包括電子器件，所述光學(xué)器件包括發(fā)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(jù)上面闡述的半導(dǎo)體器件及其制造方法，蝕刻能夠生長非極性/半極性氮化物半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石晶面，以形成不平坦圖案，并在不平坦圖案上形成模板層。然后，在模板層上形成氮化物半導(dǎo)體光學(xué)器件。因此，氮化物半導(dǎo)體層可以具有低的晶體缺陷密度，從而提高了半導(dǎo)體器件的可靠性和性能(例如，亮度)。附圖說明圖1示出了用于說明藍(lán)寶石基底的晶面的藍(lán)寶石晶體結(jié)構(gòu)。圖2示出了用于說明半極性氮化物半導(dǎo)體層的半極性GaN晶體結(jié)構(gòu)。圖3是用于說明根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例的在藍(lán)寶石基底上形成圓形不平坦圖案的工藝的剖視圖。圖4是通過圖3的工藝形成的圓形不平坦圖案的透視圖。圖5是通過圖3的工藝形成的圓形不平坦圖案的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。圖6是用于說明根據(jù)本專利技術(shù)另一實(shí)施例的在藍(lán)寶石基底上形成圓形不平坦圖案的工藝的剖視圖。圖7是通過圖6的工藝形成的圓形不平坦圖案的透視圖。圖8是用于說明根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例的各種掩模圖案的圖。圖9是用于說明根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例的半導(dǎo)體光學(xué)器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖10是用于說明現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體光學(xué)器件結(jié)構(gòu)和本專利技術(shù)的半導(dǎo)體光學(xué)器件結(jié)構(gòu)中的XRD峰的圖。圖11是用于比較現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體光學(xué)器件結(jié)構(gòu)和本專利技術(shù)的半導(dǎo)體光學(xué)器件結(jié)構(gòu)之間的光致發(fā)光(PL)強(qiáng)度的曲線圖。 具體實(shí)施例方式下面將參照附圖詳細(xì)地描述本專利技術(shù)的示例性實(shí)施例。提供這些實(shí)施例使本公開將是徹底的且完整的，并將把本專利技術(shù)的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。然而，本專利技術(shù)可以以許多不同的形式來實(shí)施，而不應(yīng)該被理解為局限于在此提出的實(shí)施例。在整個附圖和說明書中，將使用相同的標(biāo)號來指示相同的元件。圖1示出了用于說明藍(lán)寶石基底的晶面的藍(lán)寶石晶體結(jié)構(gòu)。通常，如果使用C面(例如(0001)面)作為藍(lán)寶石晶面在藍(lán)寶石基底上生長諸如極性GaN的氮化物半導(dǎo)體，如圖1所示，則由于極化場的形成引起的壓電效應(yīng)會降低內(nèi)部量子效率。在本專利技術(shù)的實(shí)施例中，在藍(lán)寶石基底上形成諸如LED、LD、光檢測器或太陽能電池的氮化物半導(dǎo)體光學(xué)器件結(jié)構(gòu)，并使用圖1中的A面(例如，(11-20)面)、M面(例如， (10-10)面)或R面(例如，(1-102)面)作為藍(lán)寶石基底的晶面，從而可以在該晶面上生長非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層。如果需要，則可以使用C面作為藍(lán)寶石基底的晶面，并可以在該晶面上形成非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層。具體地說，在本專利技術(shù)的實(shí)施例中使用的基底是其中形成有不平坦圖案的藍(lán)寶石 (Al2O3)基底。例如，可以選擇M面作為藍(lán)寶石基底的晶面，并可以形成不平坦圖案。然后， 可以在不平坦圖案上形成沿與(11-2 面垂直的方向生長的半極性氮化物半導(dǎo)體層，如圖 2所示。另外，即使當(dāng)選擇A面作為藍(lán)寶石基底的晶面時，也可以形成不平坦圖案，并可以在不平坦圖案上形成半極性氮化物半導(dǎo)體層。此外，可以選擇R面作為藍(lán)寶石基底的晶面，并可以形成不平坦圖案。然后，可以在不平坦圖案上形成沿與(11-20)面垂直的方向生長的非極性氮化物半導(dǎo)體層。即使在使用能夠生長諸如非極性或半極性GaN的氮化物半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石基底的情況下，如果在藍(lán)寶石基底上形成包括氮化物半導(dǎo)體層的模板層，則晶格失配和元件之間的熱膨脹系數(shù)的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：南玉鉉，俞根鎬，
申請(專利權(quán))人：首爾OPTO儀器股份有限公司，韓國產(chǎn)業(yè)技術(shù)大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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