專(zhuān)利名稱(chēng)：氮化物半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化物半導(dǎo)體器件及其制造方法，該器件包括襯底上的氮化物化合物半導(dǎo)體層。
背景技術(shù)：
諸如GaN、AlGaN、GaInN、AlGaInN和AlBGaInN的III族氮化物系化合物半導(dǎo)體(以下稱(chēng)為氮化物系化合物半導(dǎo)體)的特性包括其具有比諸如AlGaInAs和AlGaInP的III-V族化合物半導(dǎo)體更大的帶隙能Eg；以及其為直接躍遷半導(dǎo)體(direct transition semiconductor)。
因?yàn)檫@些特性，氮化物系化合物半導(dǎo)體作為諸如半導(dǎo)體激光器件和發(fā)光二極管(LED)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的材料已得以關(guān)注，前者發(fā)射從紫外線到綠光的短波長(zhǎng)光，后者能發(fā)射從紫外線到紅光的更大波長(zhǎng)范圍的光。
這些半導(dǎo)體發(fā)光器件廣泛用作高密度光盤(pán)記錄/復(fù)制的光學(xué)拾波器的光源、全彩顯示器的光源、以及環(huán)境領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等中的其它發(fā)光器件。
此外，這些氮化物系化合物半導(dǎo)體的特性例如包括氮化物系化合物半導(dǎo)體在高電場(chǎng)區(qū)中具有高飽和速率；或者當(dāng)在MIS(金屬-絕緣體-半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程中，其用作半導(dǎo)體層的材料，且氮化鋁(AlN)用作絕緣層時(shí)，半導(dǎo)體層和絕緣層可以通過(guò)晶體生長(zhǎng)而連續(xù)生長(zhǎng)。
因?yàn)檫@些特性，氮化物系化合物半導(dǎo)體作為高功率高頻率電子器件已經(jīng)得到了關(guān)注。
此外，氮化物系化合物半導(dǎo)體具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)其具有比GaAs等更高的熱導(dǎo)率，使得其與GaAs相比更適于用作高溫下使用的高功率器件的材料；(2)其具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性和更高的硬度，因此其為高可靠性的器件材料；以及(3)其原料不包括AlGaAs中的砷(As)、AlZnCdSe中的鎘(Cd)等，并且不需要諸如砷化氫(AsH3)等的氣體源，因此它們是無(wú)環(huán)境污染、無(wú)毒、且對(duì)環(huán)境具有低影響的化合物半導(dǎo)體材料。
具有高可靠性的半導(dǎo)體器件利用氮化物系化合物半導(dǎo)體制造時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題在于沒(méi)有適宜的襯底材料。也即，在獲得高質(zhì)量氮化物系化合物半導(dǎo)體層的過(guò)程中，出現(xiàn)了氮化物系化合物半導(dǎo)體和襯底材料的如下問(wèn)題。
(1)諸如GaN、AlGaN和GaInN的氮化物系化合物半導(dǎo)體為應(yīng)變體系(strained system)，其具有彼此不同的晶格常數(shù)，所以當(dāng)?shù)锵祷衔锇雽?dǎo)體制造的薄膜形成在襯底上時(shí)，或當(dāng)?shù)锵祷衔锇雽?dǎo)體層得以疊合時(shí)，利用對(duì)成分和氮化物系化合物半導(dǎo)體層等的厚度的嚴(yán)格限制以獲得沒(méi)有諸如裂紋的晶體缺陷的良好質(zhì)量的晶體膜。
(2)與作為典型氮化物系化合物半導(dǎo)體的GaN晶格匹配的高質(zhì)量襯底還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出來(lái)。例如，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了與GaAs和GaInP晶格匹配的高質(zhì)量GaAs襯底和與GaInAs晶格匹配的高質(zhì)量InP襯底，因此需要開(kāi)發(fā)類(lèi)似方式的高質(zhì)量GaN襯底；然而，GaN襯底正在開(kāi)發(fā)中。
(3)氮化物系化合物半導(dǎo)體的襯底材料需要能耐受約1000℃的高晶體生長(zhǎng)溫度，并能抵御作為氮化物原料的氨氣(NH3)氣氛的損傷和腐蝕。
在以上條件下，沒(méi)有與氮化物系化合物半導(dǎo)體晶格匹配的合適襯底，當(dāng)前尤其是對(duì)GaN是這樣，于是藍(lán)寶石(α-Al2O3)襯底通常用作這種襯底材料。
雖然藍(lán)寶石襯底在向市場(chǎng)穩(wěn)定供應(yīng)高質(zhì)量2英寸襯底或3英寸襯底的生產(chǎn)控制方面有優(yōu)勢(shì)，但是其有技術(shù)上的不足，即13％的對(duì)GaN的大晶格失配。
例如，即使緩沖層設(shè)置在藍(lán)寶石襯底和GaN層之間以減小晶格失配來(lái)外延生長(zhǎng)所需的GaN單晶層，但是缺陷密度達(dá)到例如108cm-2至109cm-2。因此，難以長(zhǎng)時(shí)間維持半導(dǎo)體器件的運(yùn)行可靠性。
此外，藍(lán)寶石襯底具有以下問(wèn)題(1)藍(lán)寶石襯底不具有解理，所以難以穩(wěn)定地形成具有高鏡面反射的激光小面(facet)；(2)藍(lán)寶石為絕緣體，所以難以如同在GaAs半導(dǎo)體激光器件的情形中那樣在襯底背面上設(shè)置電極，并且p側(cè)電極和n側(cè)電極兩者必須設(shè)置在氮化物系化合物半導(dǎo)體層的疊層在襯底上的一側(cè)上；以及(3)在藍(lán)寶石襯底和GaN層之間存在熱膨脹系數(shù)的大的差異，因此在形成器件的過(guò)程中具有許多限制，例如，當(dāng)晶體生長(zhǎng)膜較厚時(shí)，即使在室溫時(shí)也發(fā)生襯底的大的翹曲，從而發(fā)生開(kāi)裂。
為了克服以上問(wèn)題以在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量的氮化物系化合物半導(dǎo)體晶體，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了外延橫向附生(ELO)技術(shù)。
參考圖10A至15B，以下將說(shuō)明通過(guò)外延橫向附生形成的GaN層的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的第一至第四示例。順便地，第一至第四示例中的結(jié)構(gòu)也可用于形成除GaN層以外的任何其它氮化物系化合物半導(dǎo)體層的情形。
外延橫向附生利用了各向異性的晶體生長(zhǎng)速率，即在外延生長(zhǎng)GaN層時(shí)，在<11-20>方向上和作為<1-100>方向的橫向上生長(zhǎng)速率比<0001>方向上的更快，<11-20>方向在圖10A至15B中是紙面上的左向或右向，該橫向垂直于紙面，<0001>方向(垂直于c面的方向)是紙面上向上的方向。此外，在第一至第四示例中，外延橫向附生可在<1-100>方向上進(jìn)行，而不是在<11-20>方向上，該方向是圖10A至15B中紙面上的橫向。角括號(hào)中的標(biāo)記“-”假設(shè)為附在標(biāo)記“-”右側(cè)的數(shù)字之上，如圖10C所示，這將在以下說(shuō)明；然而，為了方便起見(jiàn)，在此說(shuō)明書(shū)中，該標(biāo)記附在數(shù)字之前。
圖10A和10B示出了第一實(shí)施例。在第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，如圖10A所示，在其上形成有籽晶層11A的藍(lán)寶石襯底10上，由氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)等絕緣膜形成的多個(gè)掩模12，或者包括多個(gè)該絕緣膜的多層膜形成條形，然后如圖10B所示，作為晶體層的GaN層15通過(guò)ELO橫向生長(zhǎng)在籽晶層11A上，以覆蓋該掩模12。
此外，圖10C表明，在圖10A和10B中，紙面中向上的方向、紙面中的橫向、以及垂直于紙面的方向分別相應(yīng)于<0001>方向(垂直于c面的方向)、<11-20>方向和<1-100>方向。在圖1至8E和圖11A至17B中同樣是這樣。
圖11A和11B示出了第二示例。在第二示例中，在籽晶層11A形成在整個(gè)藍(lán)寶石襯底10上之后，例如，SiO2膜形成在籽晶層11A上以形成條形掩模12，然后如圖11A所示，通過(guò)利用掩模12，籽晶層11A被選擇性蝕刻直至露出藍(lán)寶石襯底10，從而形成籽晶部分11。此時(shí)，藍(lán)寶石襯底10的頂部利用掩模12選擇性蝕刻以形成間隙31。
接著，如圖11B所示，GaN層15通過(guò)外延橫向附生從籽晶部分11的側(cè)面生長(zhǎng)。此時(shí)，間歇31形成在藍(lán)寶石襯底10和橫向生長(zhǎng)層之間，使得生長(zhǎng)平滑地形成。
圖12A和12B示出了第二示例的改型。此時(shí)，具有較大膜厚的籽晶層11A形成在整個(gè)藍(lán)寶石襯底10上，然后如圖12A所示那樣，絕緣層，例如SiO2膜形成在籽晶層11A上，并被構(gòu)圖以形成條形掩模12。通過(guò)利用掩模12，蝕刻籽晶層11A直到藍(lán)寶石襯底10暴露出來(lái)，從而形成籽晶部分11。接著，在掩模12保持在籽晶部分11上時(shí)，如圖12B所示，GaN層15通過(guò)外延橫向附生從籽晶部分11的側(cè)面生長(zhǎng)。
圖13A和13B示出了第三示例。如圖13A所示，在第三示例中，形成了與圖11A所示的第二示例的結(jié)構(gòu)等同的、沒(méi)有掩模12的結(jié)構(gòu)。
然后，如圖13B所示，GaN層15通過(guò)橫向外延附生從籽晶部分11的側(cè)面等生長(zhǎng)。
圖14A和14B示出了第三示例的改型。在此情形下，如圖14A所示，形成了與圖12A所示的第二示例的改型等同的、沒(méi)有掩模12的結(jié)構(gòu)。
然后，如圖14B所示，GaN層15通過(guò)外延橫向附生從籽晶部分11的側(cè)面等生長(zhǎng)。
此外，在第三示例及其改型中，在利用掩模12蝕刻籽晶層11A以形成籽晶部分11之后，去除掩模12，然后橫向生長(zhǎng)GaN層15。
圖15A和15B示出了第四示例。在第四示例中，具有較大膜厚的籽晶層11A形成在整個(gè)藍(lán)寶石襯底10上，然后如圖15A所示，籽晶層11A的頂部得以選擇性蝕刻以形成條形突出部13，從而形成籽晶部分11。此后，除了籽晶部分11的表面和其周?chē)猓谧丫?1A上形成掩模12。接著，如圖15B所示，GaN層15通過(guò)外延橫向附生從籽晶部分11的頂面及其周?chē)L(zhǎng)。
在上述第一至第四示例及其改型中，如圖10B、11B、12B、13B、14B和15B所示，GaN層15包括橫向生長(zhǎng)區(qū)21和高缺陷密度區(qū)22或僅有橫向生長(zhǎng)區(qū)21。例如，橫向生長(zhǎng)區(qū)21為優(yōu)良的晶體生長(zhǎng)區(qū)，而另一方面，在高缺陷密度區(qū)22，由于藍(lán)寶石襯底10和GaN之間的晶格失配等，晶體缺陷從具有高晶體缺陷密度(108/cm2或以上)的籽晶部分11或籽晶層11A引入。
更具體地，橫向生長(zhǎng)區(qū)21是一個(gè)僅通過(guò)橫向生長(zhǎng)GaN形成的區(qū)域，因此，沒(méi)有晶體缺陷(位錯(cuò))或少量晶體缺陷得以從籽晶部分11或籽晶層11A引入該區(qū)。因此，該區(qū)域是高質(zhì)量的GaN層，即低缺陷密度區(qū)。
另一方面，高缺陷密度區(qū)22是一高缺陷密度區(qū)，晶體缺陷從籽晶部分11或籽晶層11A引入該區(qū)域。此外，即使在橫向生長(zhǎng)區(qū)21中，橫向生長(zhǎng)區(qū)22彼此相遇的區(qū)域，即由虛線表示的匯合部分32附近的區(qū)域?yàn)楦呷毕菝芏葏^(qū)。
晶體缺陷包括螺型位錯(cuò)、混合型位錯(cuò)和刃型位錯(cuò)，在高缺陷密度區(qū)22或匯合部分32附近區(qū)域中發(fā)生的缺陷主要是螺型位錯(cuò)和混合型位錯(cuò)，所以基本上在c軸方向(圖中向上)延伸的位錯(cuò)較大。
此外，在第二示例及其改型中，如圖11B和12B所示，GaN層15僅包括作為低缺陷密度區(qū)的橫向生長(zhǎng)區(qū)21，盡管形成了作為高缺陷密度區(qū)的匯合區(qū)32。此外，如線條所示，位錯(cuò)33通常在掩模12端部附近出現(xiàn)。
在第三示例及其改型中，如圖13B和14B所示，包括作為低缺陷密度區(qū)的橫向生長(zhǎng)區(qū)21和作為籽晶部分11上的直接再生長(zhǎng)層的高缺陷密度區(qū)22。
已經(jīng)提出了一種通過(guò)如下步驟減小高缺陷密度區(qū)22的方法，該步驟為進(jìn)行第一橫向生長(zhǎng)，然后在一位置上進(jìn)行第二橫向生長(zhǎng)，該位置自進(jìn)行第一橫向生長(zhǎng)的位置偏移半個(gè)圖形周期，該圖形具有凸起和凹陷。然而，匯合部分中的缺陷等依然保留，因此不能在整個(gè)襯底上形成高質(zhì)量的GaN層。
于是，即使在第一至第四示例和這些示例的結(jié)合中，難以獲得整體上具有低缺陷密度的襯底。
據(jù)認(rèn)為，當(dāng)包括諸如半導(dǎo)體激光器件的器件部分的晶體生長(zhǎng)膜的厚度幾乎等于晶體部分或掩模的周期時(shí)，基本上在橫向上生長(zhǎng)的過(guò)程中的缺陷分布表現(xiàn)到包括器件部分的疊層的最上部表面上，因此在器件部分中出現(xiàn)晶體缺陷。
因此，為了形成具有無(wú)缺陷的優(yōu)秀GaN層的氮化物半導(dǎo)體器件，需要在不包括高缺陷密度區(qū)的區(qū)域或匯合部分附近的高缺陷密度區(qū)(即橫向生長(zhǎng)區(qū))上形成半導(dǎo)體器件。
作為氮化物半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例，以下將參照?qǐng)D16說(shuō)明GaN半導(dǎo)體激光器件的結(jié)構(gòu)。GaN半導(dǎo)體激光器件在藍(lán)寶石襯底10上依序包括GaN層15和一疊層，該疊層包括n-側(cè)接觸層41、n側(cè)包層42、有源層43、p-側(cè)包層44和p-側(cè)接觸層45，所有這些由氮化物系化合物半導(dǎo)體形成，且籽晶部分11在其間。
在疊層中，p-側(cè)包層44的上部和p-側(cè)接觸層45形成為在一個(gè)方向上延伸成脊條形的激光器條紋部分50。因?yàn)榧す鈼l紋部分50是流經(jīng)注入電流時(shí)發(fā)射光的主器件元件，所以將激光條紋部分50對(duì)齊，以位于橫向生長(zhǎng)部分21上，而遠(yuǎn)離高缺陷密度區(qū)22。
n-側(cè)接觸層41的上部、n側(cè)包層42、有源層43和p-側(cè)包層44的底部形成為臺(tái)地部分，該部分在與激光條紋部分50延伸的方向相同的方向上延伸。
此外，SiN膜制成的保護(hù)膜49形成在整個(gè)表面上，且穿過(guò)設(shè)置在保護(hù)膜49中的孔，在p-側(cè)接觸層45上形成p-側(cè)電極46和p側(cè)接觸電極46A，而在n側(cè)接觸層41上形成n-側(cè)電極47和n側(cè)接觸電極47A。
為了設(shè)計(jì)和形成具有優(yōu)異激光性能和高可靠性的半導(dǎo)體激光器件，重要的是在橫向生長(zhǎng)區(qū)21上形成激光條紋部分50，而不是在高缺陷密度區(qū)22和匯合部分32上。
參照作為示例的第三示例及其改型和圖13B與14B，以下將說(shuō)明橫向生長(zhǎng)區(qū)21的寬度WL和籽晶部分11的間距WP(籽晶部分11的寬度和相鄰籽晶部分11之間的區(qū)域的寬度之和)之間的關(guān)系。
假設(shè)間距WP為15μm且籽晶部分11的寬度WO為3μm。則正好在籽晶部分11上的高缺陷密度區(qū)22具有低的質(zhì)量，因?yàn)樽丫Р糠?1中的晶體缺陷引入到高缺陷密度區(qū)22中，然而具有寬度WP-WO＝15-3＝12μm的其它區(qū)域，即橫向生長(zhǎng)區(qū)21為低缺陷密度區(qū)，即高質(zhì)量區(qū)。
然而，實(shí)際上，如圖13B或14B所示，GaN層15通過(guò)從籽晶部分11的兩個(gè)側(cè)面橫向生長(zhǎng)GaN晶體而形成，所以在匯合部分32，晶體并不完全匹配，從而導(dǎo)致缺陷的發(fā)生。因此，具有連續(xù)低缺陷密度的橫向生長(zhǎng)區(qū)的寬度WL為寬度WP-WO的一半，即WL＝6μm。
接著，參見(jiàn)圖16，以下將說(shuō)明GaN半導(dǎo)體激光器的激光條紋部分50的對(duì)齊。為了獲得具有高可靠性的GaN半導(dǎo)體激光器件，如上所述，需要將激光條紋部分50的整個(gè)寬度布置在橫向生長(zhǎng)區(qū)21上。
例如，假設(shè)激光條紋部分50的寬度WT為2μm，且寬度WL為6μm，以及匯合部分32的寬度不計(jì)，為了將激光條紋部分50布置在WL＝6μm內(nèi)，則對(duì)準(zhǔn)精度需要為±2μm。
此外，當(dāng)激光條紋部分50的周期設(shè)計(jì)為籽晶部分11的周期的整數(shù)倍時(shí)，可以在晶片的整個(gè)表面上形成周期性結(jié)構(gòu)。
此外，在圖10A至15B所示的結(jié)構(gòu)中，激光器在紙面深度方向上的諧振腔長(zhǎng)度為例如200μm至1000μm或以上，因此，與激光條紋部分50的寬度WT相比，其足夠長(zhǎng)，使得可以形成相同的截面形狀。因此，在此方向上形成該結(jié)構(gòu)不存在問(wèn)題。
例如，當(dāng)襯底材料和晶體膜均透明時(shí)，即使通過(guò)包埋的掩模12、間隙31等來(lái)確認(rèn)參考位置以將激光條紋部分50對(duì)齊，實(shí)際上由于以下限制，通常難以將激光條紋部分50精確地對(duì)齊在不包括匯合部分32的橫向生長(zhǎng)區(qū)21正上方，而同時(shí)具有高可控性和以上的對(duì)齊精度±2μm。
該限制包括(1)籽晶部分11正上方的高缺陷密度區(qū)22在厚度方向(圖中的向上方向)上擴(kuò)展；(2)匯合部分32的擴(kuò)展寬度不為零，而是例如約0.5μm至1μm；(3)技術(shù)上難以擴(kuò)大橫向生長(zhǎng)區(qū)21，且橫向生長(zhǎng)區(qū)21的寬度WL因?yàn)闄M向生長(zhǎng)的晶體質(zhì)量控制而具有上限；(4)籽晶部分11的寬度WO具有例如1μm至2μm的下限；(5)為了通過(guò)經(jīng)過(guò)襯底的觀察來(lái)對(duì)齊激光條紋部分50，該對(duì)準(zhǔn)精度為約1μm至2μm。
因?yàn)檫@些限制，例如在第三示例(參見(jiàn)圖13B)中，WP＝WO+2×WL，WP＞2×WL，即橫向生長(zhǎng)區(qū)21的寬度WL最大設(shè)計(jì)為籽晶部分11的間距WP的1/2或以下。
此外，間距WP值不能隨意增加，如對(duì)晶體生長(zhǎng)的以上限制(3)中所述。例如，間距WP的上限約為10μm，因此存在對(duì)寬度WL的上限的限制。
于是，盡管存在橫向生長(zhǎng)區(qū)21的寬度WL之和為2×WL的事實(shí)，但是匯合部分32因相鄰的橫向生長(zhǎng)區(qū)21彼此相遇而具有差的晶體質(zhì)量，所以本質(zhì)上，僅為寬度2×WL的一半的區(qū)域可用以布置激光條紋部分50的整個(gè)寬度。
此外，例如在MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)中，外延生長(zhǎng)在保持平衡生長(zhǎng)條件的同時(shí)進(jìn)行，因此，即使例如原料氣體的流動(dòng)方向穿過(guò)籽晶部分11，匯合部分32形成在相鄰籽晶部分11之間的中心附近的位置上。
在以上描述中，雖然參照作為示例的GaN說(shuō)明了問(wèn)題，但是在形成氮化物系化合物半導(dǎo)體層的疊層時(shí)，它們是普遍的問(wèn)題。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有更高可靠性并能增加器件設(shè)計(jì)中的靈活性和制造容限的氮化物半導(dǎo)體器件，及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人將注意力集中在該事實(shí)上，即，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，相鄰籽晶部分之間的GaN層的橫向生長(zhǎng)自籽晶部分的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，且橫向生長(zhǎng)區(qū)在相鄰籽晶部分之間的中心彼此相遇以形成匯合部分，因此本發(fā)明人獲得了本發(fā)明概念，即GaN層的橫向生長(zhǎng)非對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行，以在偏離相鄰籽晶部分之間的中心的位置形成匯合部分，從而增加橫向生長(zhǎng)區(qū)的寬度。該概念通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，并實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的第一種氮化物半導(dǎo)體器件在襯底上包括多個(gè)由氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的且形成為條紋的籽晶部分；包括氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的且自作為基底的籽晶部分生長(zhǎng)的橫向生長(zhǎng)區(qū)、以及匯合部分的晶體層，其中，匯合部分在平行于襯底表面的方向上形成在偏離相鄰籽晶部分之間的中心的位置上。
根據(jù)本發(fā)明的第二種氮化物半導(dǎo)體器件，在襯底上包括由氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的籽晶層；多個(gè)在籽晶層上形成為條紋形的掩模；以及包括由氮化物系化合物半導(dǎo)體形成的且利用掩模在其間的籽晶層上生長(zhǎng)的橫向生長(zhǎng)區(qū)和匯合部分的晶體層，其中，匯合部分在平行于襯底表面的方向上形成在偏離掩模中心線的位置上，該掩模垂直于襯底表面。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件的第一種方法，包括步驟在襯底上形成氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的呈條紋形的多個(gè)籽晶部分；在籽晶部分的一個(gè)側(cè)面上或在籽晶部分的一個(gè)側(cè)面和頂面上形成一掩模；并且自作為基底的籽晶部分形成由氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的晶體層。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件的第二種方法，包括步驟在襯底上形成氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的籽晶層；在籽晶層上形成呈條紋的多個(gè)掩模，該掩模具有疊合方向上厚度不同的一端和另一端的形狀；以及利用掩模在其間的籽晶層上形成由氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的晶體層。
在根據(jù)本發(fā)明的第一種氮化物半導(dǎo)體器件中，匯合部分在平行于襯底的表面的方向上形成在偏離相鄰籽晶部分之間的中心的位置上，因此橫向生長(zhǎng)區(qū)的寬度相對(duì)于籽晶部分的間距(籽晶部分的寬度和相鄰籽晶部分之間的區(qū)域的寬度之和)而增長(zhǎng)，即(橫向生長(zhǎng)區(qū)的寬度)/(籽晶部分的間距)的值大。
在根據(jù)本發(fā)明的第二種氮化物半導(dǎo)體器件中，匯合部分在平行于襯底表面的方向上形成在偏離相鄰籽晶部分之間的中心的位置上，因此橫向生長(zhǎng)區(qū)的寬度相對(duì)于掩模間距(掩模寬度和相鄰掩模之間區(qū)域的寬度之和)增加，即，(橫向生長(zhǎng)區(qū)的寬度)/(掩模間距)的值大。
在根據(jù)本發(fā)明的制造氮化物半導(dǎo)體器件的第一種方法中，匯合部分在平行于襯底表面的方向上形成在晶體層中偏離相鄰晶體部分之間的中心的位置上。
在根據(jù)本發(fā)明制造氮化物半導(dǎo)體器件的第二種方法中，匯合部分在平行于襯底表面的方向上形成在晶體層中偏離相鄰掩模之間的中心的位置上。
本發(fā)明的其它和另外的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將由以下說(shuō)明變得更清晰。


圖1是一橫截面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體器件的主要元件的結(jié)構(gòu)；圖2A和2B是示意性透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的GaN半導(dǎo)體激光器件中激光條紋部分和橫向生長(zhǎng)區(qū)之間的布置關(guān)系，以及傳統(tǒng)GaN半導(dǎo)體激光器件中激光條紋部分和橫向生長(zhǎng)區(qū)之間的布置關(guān)系；圖3A至3D是橫截面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體器件的制造工序；圖4A和4B是橫截面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體器件的制造工序；圖5是橫截面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體器件的主要元件的結(jié)構(gòu)；圖6A至6D是橫截面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體器件的制造工序；圖7A和7B是橫截面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體器件的主要元件的結(jié)構(gòu)；圖8A至8E是橫截面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體器件的制造工序；圖9是示意性透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明第一至第四實(shí)施例的MOSFET中的源極區(qū)、柵極區(qū)、漏極區(qū)和橫向生長(zhǎng)區(qū)之間的布置關(guān)系；圖10A和10B是橫截面視圖，示出第一示例；圖10C是一示意圖，示出分別對(duì)應(yīng)<0001>方向(垂直于c面的方向)、<11-20>方向和<1-100>方向的紙面的向上方向、紙面的橫向方向和紙面的垂直方向；圖11A和11B是第二示例的橫截面視圖；圖12A和12B是第二示例的改型的橫截面視圖；圖13A和13B是第三示例的橫截面視圖；圖14A和14B是第三示例的改型的橫截面視圖；圖15A和15B是第四示例的橫截面視圖；圖16是橫截面視圖，示出了傳統(tǒng)GaN半導(dǎo)體激光器件的結(jié)構(gòu)；以及圖17A和17B是橫截面視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明改型的氮化物半導(dǎo)體器件的制造工序。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將在以下參照附圖詳細(xì)說(shuō)明。在實(shí)施例的附圖中，相似的元件用與第一至第四示例及其改型的附圖標(biāo)記相似的附圖標(biāo)記表示，并將不再解釋。
第一實(shí)施例圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體器件的主要元件的結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，氮化物半導(dǎo)體器件主要包括多個(gè)籽晶部分11和GaN層15，每個(gè)該籽晶部分在藍(lán)寶石襯底10上形成為條形并在一個(gè)側(cè)面上具有掩模12，該GaN層15是通過(guò)外延橫向附生生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底10和籽晶部分11上的晶體層。
在該結(jié)構(gòu)中，GaN層15僅從籽晶部分11的一個(gè)暴露的、未覆蓋有掩模12的側(cè)面生長(zhǎng)，因此GaN層15的橫向生長(zhǎng)非對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行，從而匯合部分32在GaN層15的厚度方向(層疊方向)上形成在籽晶部分11和掩模12之間的邊界附近。
在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，例如如圖13B所示，匯合部分32存在于相鄰籽晶部分11之間的中心部分，而在本實(shí)施例中，匯合部分32存在于籽晶部分11和掩模12之間的邊界附近。
因此，具有最大寬度的橫向生長(zhǎng)區(qū)域21的寬度WL用以下關(guān)系表示，假設(shè)籽晶部分11的間距為WP，且晶體部分11的寬度為WOWP≤WO+WL且WL＞W(wǎng)O，因此WL＞0.5×WP。
因此，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，可以獲得寬度WL的更大值。
當(dāng)該氮化物半導(dǎo)體器件用于GaN半導(dǎo)體激光器件時(shí)，如可從圖2A和2B之間的對(duì)比看出的那樣，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，非常易于在橫向生長(zhǎng)區(qū)21上布置圖16所示GaN半導(dǎo)體激光器件的激光條紋部分50。也即，對(duì)齊的容限增大。
此外，圖2A示出了根據(jù)本實(shí)施例的GaN半導(dǎo)體激光器件中激光條紋部分50和橫向生長(zhǎng)區(qū)域21之間的布置關(guān)系，且圖2B示出了傳統(tǒng)GaN半導(dǎo)體激光器件中激光條紋部分50和橫向生長(zhǎng)區(qū)21之間的布置關(guān)系。圖2A中橫向生長(zhǎng)區(qū)21的寬度遠(yuǎn)大于圖2B中橫向生長(zhǎng)區(qū)21的寬度。
因此，當(dāng)運(yùn)用此實(shí)施例時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)具有低晶體缺陷和高可靠性的GaN半導(dǎo)體激光器件。
制造方法圖3A至3D示出了以上氮化物半導(dǎo)體器件的制造工序。
首先，在例如藍(lán)寶石襯底10上生長(zhǎng)籽晶層11A，然后如圖3A所示，選擇性蝕刻籽晶層11A以形成多個(gè)條紋形籽晶部分11。接著，通過(guò)CVD(化學(xué)氣相沉積)等，在整個(gè)藍(lán)寶石襯底10上形成掩模12。此外，代替藍(lán)寶石襯底10，籽晶層11A可以形成在GaN襯底上。
接著，如圖3B所示，通過(guò)各向異性蝕刻，例如RIE(反應(yīng)離子蝕刻)，在垂直于藍(lán)寶石襯底10的表面的方向上蝕刻掩模12的頂面，以?xún)H在籽晶部分11的側(cè)面上保留掩模12。
然后，如圖3C所示，在傾斜方向上進(jìn)行各向異性蝕刻，以去除籽晶部分11的一個(gè)側(cè)面上的掩模12，并保持籽晶部分11的另一側(cè)面上的掩模12，如圖3D所示。
接著如圖1所示，當(dāng)利用MOCVD通過(guò)外延橫向附生生長(zhǎng)GaN層15時(shí)，GaN層15僅從籽晶部分11的未覆蓋掩模12的暴露側(cè)面橫向生長(zhǎng)，于是GaN層15的橫向生長(zhǎng)非對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行，且匯合部分32在GaN層15的厚度方向上形成在籽晶部分11和掩模12之間的邊界附近。
第二實(shí)施例圖4B示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體器件的主要元件的結(jié)構(gòu)。
如圖4B所示，該氮化物半導(dǎo)體器件改進(jìn)了第一示例中的傳統(tǒng)氮化物半導(dǎo)體器件，且該氮化物半導(dǎo)體器件包括掩模12和GaN層15，該掩模12設(shè)置在籽晶層11A上，并具有其厚度大于其它部分的一端12a，該GaN層15是通過(guò)外延橫向附生生長(zhǎng)在籽晶層11A上的晶體層，以覆蓋掩模12。
在該氮化物半導(dǎo)體器件中，因?yàn)檠谀?2厚度上的不同而發(fā)生GaN層15的橫向生長(zhǎng)起始的時(shí)間不同，于是橫向生長(zhǎng)相對(duì)于掩模12不對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行。結(jié)果，匯合部分32不象第一示例那樣形成在掩模12的中心處，而是形成在端部12a附近的位置上。
從而，在本實(shí)施例中，如第一實(shí)施例的情形中那樣，寬度WL(圖4B中的LW1)的值可以更大，即LW1＞1/2×WM(WM表示掩模12的寬度)。因此，由于器件設(shè)計(jì)和制造容限增大，所以器件的設(shè)計(jì)和制造變得更容易，并提高產(chǎn)率。
另一方面，在相應(yīng)于本實(shí)施例的圖10B所示的第一示例中，寬度WL的值為WL＝LW2＝1/2×WM，所以即使間距WP和寬度WM與本實(shí)施例中的相同，根據(jù)本實(shí)施例的器件具有寬度更大的橫向生長(zhǎng)區(qū)21。
制造方法圖4A和4B示出以上氮化物半導(dǎo)體器件的制造工序。
首先，在掩模材料在整個(gè)籽晶層11A上形成后，通過(guò)光刻和蝕刻形成多個(gè)掩模12，然后每個(gè)掩模12的一端覆蓋以掩模，且通過(guò)干法蝕刻露出的部分部分地去除。從而，如圖4A所示，具有厚度更大的端部12a的掩模12形成在籽晶層11A上。
接著，如圖4B所示，GaN層15利用MOCVD通過(guò)外延橫向附生生長(zhǎng)GaN層15。
在本實(shí)施例中，如圖4A所示，通過(guò)橫向生長(zhǎng)GaN層15所形成的外延生長(zhǎng)層15a自掩模12的具有較薄厚度的部分一側(cè)(相對(duì)于端部12a的一側(cè))選擇性生長(zhǎng)至相鄰掩模12的具有較大厚度的部分的一側(cè)，所以如圖4B所示那樣，橫向生長(zhǎng)區(qū)域21變大。
第三實(shí)施例圖5示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體器件的主要元件的結(jié)構(gòu)。
該氮化物半導(dǎo)體器件包括多個(gè)籽晶部分11和GaN層15，每個(gè)該籽晶部分形成在藍(lán)寶石襯底10上并在頂面和一側(cè)面上具有掩模12，該GaN層是通過(guò)外延橫向生長(zhǎng)而生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底10和籽晶部分11上的晶體層。
GaN層15的橫向生長(zhǎng)僅自籽晶部分11的未覆蓋有掩模12的暴露表面進(jìn)行，因此生長(zhǎng)是非對(duì)稱(chēng)的，并且如圖5所示，匯合部分32在GaN層15的厚度方向上形成在籽晶部分11和設(shè)置在籽晶部分11的側(cè)面上的掩模12之間的邊界附近。
在本實(shí)施例中，匯合部分32在平行于藍(lán)寶石襯底10的表面的方向上形成在偏離相鄰籽晶部分11之間的中心的位置上，所以本實(shí)施例具備了與第一和第二實(shí)施例相同的效果。
制造方法圖6A制6D示出了以上氮化物半導(dǎo)體器件的制造工序。
首先，如圖6A所示，在藍(lán)寶石襯底10上生長(zhǎng)籽晶層11A，并依序形成掩模51和抗蝕劑膜52。
接著，如圖6B所示，通過(guò)利用抗蝕劑膜52，蝕刻掩模51，此外蝕刻籽晶層11A，從而形成具有設(shè)置其上的掩模51的籽晶部分11。
然后，不去除掩模51，如第一實(shí)施例的情形那樣，在整個(gè)襯底上形成掩模(未示出)。該掩模(未示出)和掩模51的厚度和材料、蝕刻條件、時(shí)間控制等的選擇得以調(diào)整，且在垂直于藍(lán)寶石襯底10的表面的方向上通過(guò)各向異性蝕刻法刻蝕掩模(未示出)的頂面，以?xún)H在籽晶部分11的兩個(gè)側(cè)面上保留掩模。此外，通過(guò)傾斜方向上的各向異性蝕刻，去除籽晶部分11的一個(gè)側(cè)面上的掩模，以保留籽晶部分11的另一側(cè)面上的掩模。
從而，如圖6C所示，可在籽晶部分11的頂面和一個(gè)側(cè)面上形成掩模12。
接著，在GaN層15利用MOCVD通過(guò)外延橫向生長(zhǎng)而生長(zhǎng)時(shí)，GaN層15僅從籽晶部分11的其上未覆蓋有掩模12的暴露表面生長(zhǎng)，所以GaN層15的橫向生長(zhǎng)非對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行，從而匯合部分32在GaN層15的厚度方向上形成在籽晶部分11和掩模12之間的邊界附近。
在本實(shí)施例中，如圖6D所示，籽晶部分11可通過(guò)在藍(lán)寶石襯底10上形成具有較大厚度的籽晶層11A，然后選擇性蝕刻籽晶層11A的頂部以形成條紋形的突出部分13而形成。
第四實(shí)施例圖7A是橫截面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體器件的主要元件的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例改善了第四示例中的傳統(tǒng)氮化物半導(dǎo)體器件，且該氮化物半導(dǎo)體器件包括多個(gè)籽晶部分11、掩模12和GaN層15，每個(gè)籽晶部分11在藍(lán)寶石襯底10上形成為條紋形，掩模12形成在藍(lán)寶石襯底10的相應(yīng)于籽晶部分11的兩個(gè)側(cè)面的部分上、籽晶部分11的與其一個(gè)側(cè)面相連的部分頂面上、以及相鄰籽晶部分11之間的區(qū)域上，GaN層15是橫向生長(zhǎng)在掩模12和籽晶部分11上的晶體層。
在本實(shí)施例中，如第一至第三實(shí)施例的情形那樣，GaN層15的橫向生長(zhǎng)自籽晶部分11的未覆蓋掩模12的暴露表面進(jìn)行，所以GaN層15的橫向生長(zhǎng)是非對(duì)稱(chēng)的，且匯合部分32形成在偏離相鄰籽晶部分11之間的中心的位置上。因此，如第一至第三實(shí)施例的情形那樣，寬度WL的值變大，所以器件的設(shè)計(jì)和制造容限增大，從而設(shè)計(jì)和制造變得容易，且產(chǎn)率提高。
如圖7B所示，包括籽晶層11A的氮化物半導(dǎo)體器件具備與以上第四實(shí)施例相同的效果，該籽晶層11A具有作為突出部分13的籽晶部分11。
制造方法圖8A制8E示出了以上氮化物半導(dǎo)體器件的制造工序。
首先，在藍(lán)寶石襯底10上形成籽晶層11A，然后如圖8A所示，選擇性蝕刻該籽晶層11A以形成多個(gè)呈條紋的籽晶部分11。然后，掩模12通過(guò)CVD等形成在藍(lán)寶石襯底10和籽晶部分11上。
接著，如圖8B所示，涂敷抗蝕劑膜52以填充相鄰籽晶部分11之間的區(qū)域。然后，如圖8C所示，在抗蝕劑膜52上設(shè)置孔52A以暴露掩模12在籽晶部分11的頂面和一個(gè)側(cè)面上的一部分。
接著，如圖8D所示，利用四氟化碳(CF4)氣體等通過(guò)RIE蝕刻并去除掩模12的暴露部分，以顯露籽晶部分11。然后，如圖8E所示，抗蝕劑膜52被除去。
接著，當(dāng)GaN層15橫向生長(zhǎng)在籽晶部分11和掩模12上時(shí)，可獲得圖7A和7B所示的結(jié)構(gòu)。
順便地，本發(fā)明不僅可應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器件，還可應(yīng)用于諸如發(fā)光二極管(LED)、光探測(cè)器(PD)的半導(dǎo)體光學(xué)器件、以及諸如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)和雙極晶體管的半導(dǎo)體電子器件，并且通過(guò)將本發(fā)明用于這些器件，所有這些器件具有高可靠性。
例如，在MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的情形中，如圖9所示，可在具有最大寬度的橫向生長(zhǎng)區(qū)21上形成柵極區(qū)70、源極區(qū)71和漏極區(qū)72，尤其是柵極區(qū)70和溝道區(qū)73。此外，在雙極晶體管的情形中，可以在具有最大寬度的橫向生長(zhǎng)區(qū)21上形成發(fā)射區(qū)、基極區(qū)和集電極區(qū)。此外，在光探測(cè)器的情形中，光接收單元可形成在橫向生長(zhǎng)區(qū)21上。再有，在發(fā)光二極管的情形中，發(fā)光單元可形成在橫向生長(zhǎng)區(qū)21上。
在上述的第一至第四實(shí)施例中，以下的技術(shù)思想是共同的。在每個(gè)氮化物半導(dǎo)體器件中，GaN層15的橫向生長(zhǎng)通過(guò)掩模12非對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行，因此，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，低缺陷密度區(qū)的橫向生長(zhǎng)區(qū)21的寬度WL可以增加。從而，氮化物半導(dǎo)體器件可更容易地形成在低缺陷密度區(qū)，所以器件的大小和對(duì)準(zhǔn)的容限可以增加。
根據(jù)本發(fā)明，即使器件的部分操作部分而非整個(gè)操作部分包括在具有最大寬度的橫向生長(zhǎng)區(qū)21中，也可獲得同樣的效果。
此外，在第一至第四實(shí)施例中，應(yīng)用了常規(guī)的晶片工藝或與傳統(tǒng)的相同的晶體生長(zhǎng)技術(shù)的結(jié)合，所以沒(méi)有對(duì)實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例的特殊的工藝限制。
在以上實(shí)施例中，GaN層15通過(guò)MOCVD生長(zhǎng)。然而，如圖17A所示，GaN層15可以自籽晶部分11的側(cè)面利用設(shè)置在其頂面上的掩模通過(guò)使用分子束外延(MBE)通過(guò)將分子束以銳角(shallow angle)輸入到藍(lán)寶石襯底10的表面上而橫向和非對(duì)稱(chēng)地生長(zhǎng)。當(dāng)GaN層15的生長(zhǎng)通過(guò)MBE的使用而持續(xù)時(shí)，如圖17B所示，可在偏離相鄰籽晶部分11的中心的位置上形成匯合部分32。
然而，在橫向方向的控制、生長(zhǎng)層的質(zhì)量等方面，MBE叫次于MOCVD。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一氮化物半導(dǎo)體器件，匯合部分在平行于襯底表面的方向上在偏離相鄰籽晶部分之間的中心的位置上形成，所以橫向生長(zhǎng)區(qū)的寬度可以相對(duì)于籽晶部分的間距(籽晶部分的寬度和相鄰籽晶部分之間的區(qū)域的寬度之和)更大。結(jié)果，器件的尺寸和對(duì)準(zhǔn)容限可以增大，所以可以增加設(shè)計(jì)和制造的靈活性，且可提高器件性能的可靠性。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第二氮化物半導(dǎo)體器件，匯合部分在平行于襯底表面的方向上在偏離相鄰掩模之間的中心的位置上形成，所以橫向生長(zhǎng)區(qū)的寬度可以相對(duì)于掩模的間距(掩模的寬度和相鄰掩模之間的區(qū)域的寬度之和)更大。結(jié)果，器件的尺寸和對(duì)準(zhǔn)容限可以增大，所以可以增加設(shè)計(jì)和制造的靈活性，且可提高器件性能的可靠性。
此外，根據(jù)第一和第二氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法，在多個(gè)籽晶部分在襯底上形成為條紋后，掩模形成在籽晶部分的一個(gè)側(cè)面上或籽晶部分的一個(gè)側(cè)面和頂面上，然后晶體層從作為基底的籽晶部分形成，或者在籽晶層形成在襯底上之后，具有在層疊方向上一端和另一端的高度不同的形狀的多個(gè)掩模在籽晶層上形成條紋形，且晶體層利用掩模形成在其間的籽晶層上，所以具有更大寬度的橫向生長(zhǎng)區(qū)可以形成在該晶體層中。結(jié)果，器件的尺寸和對(duì)準(zhǔn)容限可以增大，所以可以增加設(shè)計(jì)和制造的靈活性，且可提高器件性能的可靠性。
顯然在以上技術(shù)的啟示下，可以有對(duì)本發(fā)明的諸多改變和變化。因此，需要理解的是，在本發(fā)明所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以以具體說(shuō)明以外的其它方式實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體器件，在襯底上包括多個(gè)由氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的且形成為條紋的籽晶部分；包括氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的、且自作為基底的籽晶部分生長(zhǎng)的橫向生長(zhǎng)區(qū)和匯合部分的晶體層，其中，匯合部分在平行于襯底表面的方向上形成在偏離相鄰籽晶部分之間的中心的位置上。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體器件，其中在籽晶部分的一個(gè)側(cè)面上，或在籽晶部分的一個(gè)側(cè)面和頂面上設(shè)置有一掩模。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體器件，其中假設(shè)籽晶部分的寬度與相鄰籽晶部分之間的區(qū)域的寬度之和為WP，且具有最大寬度的橫向生長(zhǎng)區(qū)域的寬度為WL，則WP和WL滿(mǎn)足關(guān)系WL∞0.5WP。
4.如權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體器件，還在晶體層上包括激光條紋部分，其中，激光條紋部分設(shè)置成與具有最大寬度的橫向生長(zhǎng)區(qū)相應(yīng)。
5.如權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體器件，還在晶體層上包括源極區(qū)、柵極區(qū)和漏極區(qū)，其中，源極區(qū)、柵極區(qū)和漏極區(qū)設(shè)置得與具有最大寬度的橫向生長(zhǎng)區(qū)域相應(yīng)。
6.一種氮化物半導(dǎo)體器件，在襯底上包括由氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的籽晶層；多個(gè)在籽晶層上形成為條紋的掩模；以及包括由氮化物系化合物半導(dǎo)體形成的且通過(guò)掩模在其間的籽晶層上生長(zhǎng)的橫向生長(zhǎng)區(qū)和匯合部分的晶體層，其中，匯合部分在平行于襯底表面的方向上形成在偏離掩模中心線的位置上，該掩模垂直于襯底表面。
7.如權(quán)利要求6所述的氮化物半導(dǎo)體器件，其中掩模具有一形狀，該形狀具有在層疊方向上厚度不同的一端和另一端。
8.如權(quán)利要求6所述的氮化物半導(dǎo)體器件，其中假設(shè)掩模的寬度與相鄰掩模之間的區(qū)域的寬度之和為WP，且具有最大寬度的橫向生長(zhǎng)區(qū)域的寬度為WL，則WP和WL滿(mǎn)足關(guān)系WL∞0.5WP。
9.如權(quán)利要求8所述的氮化物半導(dǎo)體器件，還在晶體層上包括激光條紋部分，其中，激光條紋部分設(shè)置成與具有最大寬度的橫向生長(zhǎng)區(qū)相應(yīng)。
10.如權(quán)利要求8所述的氮化物半導(dǎo)體器件，還在晶體層上包括源極區(qū)、柵極區(qū)和漏極區(qū)，其中，源極區(qū)、柵極區(qū)和漏極區(qū)設(shè)置得與具有最大寬度的橫向生長(zhǎng)區(qū)域相應(yīng)。
11.一種制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟在襯底上形成氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的呈條紋形的多個(gè)籽晶部分；在籽晶部分的一個(gè)側(cè)面上或在籽晶部分的一個(gè)側(cè)面和頂面上形成一掩模；以及自作為基底的籽晶部分形成由氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的晶體層。
12.如權(quán)利要求11所述的制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其中假設(shè)籽晶部分的寬度和相鄰籽晶部分之間的區(qū)域的寬度之和為WP，則在晶體層上形成具有0.5WP或以上的寬度的橫向生長(zhǎng)區(qū)。
13.如權(quán)利要求12所述的制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，還包括步驟在形成晶體層之后，形成激光條紋部分以相應(yīng)于橫向生長(zhǎng)區(qū)。
14.如權(quán)利要求12所述的制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，還包括步驟在形成晶體層之后，形成源極區(qū)、柵極區(qū)和漏極區(qū)以與橫向生長(zhǎng)區(qū)相應(yīng)。
15.如權(quán)利要求11所述的制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其中晶體層通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)形成。
16.一種制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟在襯底上形成氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的籽晶層；在籽晶層上形成呈條紋的多個(gè)掩模，該掩模具有一形狀，該形狀具有疊合方向上厚度不同的一端和另一端；以及在籽晶層上形成由氮化物系化合物半導(dǎo)體制成的晶體層，所述掩模在二者之間。
17.如權(quán)利要求16所述的制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其中假設(shè)掩模寬度和相鄰掩模之間的區(qū)域的寬度之和為WP，則在晶體層上形成具有0.5WP或以上的寬度的橫向生長(zhǎng)區(qū)。
18.如權(quán)利要求17所述的制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，還包括步驟在形成晶體層之后，形成激光條紋部分以相應(yīng)于橫向生長(zhǎng)區(qū)。
19.如權(quán)利要求17所述的制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，還包括步驟在形成晶體層之后，形成源極區(qū)、柵極區(qū)和漏極區(qū)以與橫向生長(zhǎng)區(qū)相應(yīng)。
20.如權(quán)利要求16所述的制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其中晶體層通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)形成。
全文摘要
構(gòu)造了一種氮化物半導(dǎo)體器件，使得器件的設(shè)計(jì)和制造具有高可靠性和靈活性。該氮化物半導(dǎo)體器件包括形成在藍(lán)寶石襯底(10)上且每個(gè)均在其一側(cè)表面上具有掩模(12)的籽晶部分(11)、以及通過(guò)橫向生長(zhǎng)法形成在藍(lán)寶石襯底(10)和籽晶部分(11)上的GaN層(15)。因?yàn)镚aN層(15)僅自籽晶部分(11)的暴露且未覆蓋掩模(12)的側(cè)面上生長(zhǎng)，所以其橫向生長(zhǎng)非對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行，從而匯合部分(32)在GaN層(15)的厚度方向上形成在籽晶部分(11)和掩模(12)之間的界面附近。匯合部分(32)在平行于襯底表面的方向上在一個(gè)偏離相鄰籽晶部分(11)之間的中心的位置上形成，這提供了一種結(jié)構(gòu)，其中，相對(duì)于籽晶部分(11)的間距W
文檔編號(hào)H01S5/026GK1460284SQ02800852
公開(kāi)日2003年12月3日 申請(qǐng)日期2002年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月27日
發(fā)明者小林俊雅, 簗嶋克典, 山口恭司, 中島博 申請(qǐng)人:索尼公司